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In the current work, the microstructure, hydrogen permeability, and properties of chromium nitride (CrNx) thin films deposited on the Inconel 718 superalloy using direct current reactive sputtering are investigated. The influence of the substrate bias voltage on the crystal structure, mechanical, and tribological properties before and after hydrogen exposure was studied. It was found that increasing the substrate bias voltage leads to densification of the coating. X-ray diffraction (XRD) results reveal a change from mixed fcc-CrN + hcp-Cr2N to the approximately stoichiometric hcp-Cr2N phase with increasing substrate bias confirmed by wavelength-dispersive X-ray spectroscopy (WDS). The texture coefficients of (113), (110), and (111) planes vary significantly with increasing substrate bias voltage. The hydrogen permeability was measured by gas-phase hydrogenation. The CrN coating deposited at 60 V with mixed c-CrN and (113) textured hcp-Cr2N phases exhibits the lowest hydrogen absorption at 873 K. It is suggested that the crystal orientation is only one parameter influencing the permeation resistance of the CrNx coating together with the film structure, the presence of mixing phases, and the packing density of the structure. After hydrogenation, the hardness increased for all coatings, which could be related to the formation of a Cr2O3 oxide film on the surface, as well as the defect formation after hydrogen loading. Tribological tests reveal that hydrogenation leads to a decrease of the friction coefficient by up to 40%. The lowest value of 0.25 +/- 0.02 was reached for the CrNx coating deposited at 60 V after hydrogenation.
Ionogels (IGs) based on poly(methyl methacrylate) (PMMA) and the metal-containing ionic liquids (ILs) bis-1-butyl-3-methlimidazolium tetrachloridocuprate(II), tetrachloride cobaltate(II), and tetrachlorido manganate(II) have been synthesized and their mechanical and electrical properties have been correlated with their microstructure. Unlike many previous examples, the current IGs show a decreasing stability in stress-strain experiments on increasing IL fractions. The conductivities of the current IGs are lower than those observed in similar examples in the literature. Both effects are caused by a two-phase structure with micrometer-sized IL-rich domains homogeneously dispersed an IL-deficient continuous PMMA phase. This study demonstrates that the IL-polymer miscibility and the morphology of the IGs are key parameters to control the (macroscopic) properties of IGs.
Ionogels (IGs) based on poly(methyl methacrylate) (PMMA) and the metal-containing ionic liquids (ILs) bis-1-butyl-3-methlimidazolium tetrachloridocuprate(II), tetrachloride cobaltate(II), and tetrachlorido manganate(II) have been synthesized and their mechanical and electrical properties have been correlated with their microstructure. Unlike many previous examples, the current IGs show a decreasing stability in stress-strain experiments on increasing IL fractions. The conductivities of the current IGs are lower than those observed in similar examples in the literature. Both effects are caused by a two-phase structure with micrometer-sized IL-rich domains homogeneously dispersed an IL-deficient continuous PMMA phase. This study demonstrates that the IL-polymer miscibility and the morphology of the IGs are key parameters to control the (macroscopic) properties of IGs.
Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit zwei Themengebieten. Es ging zum einen um die mechanischen Eigenschaften von Polyelektrolythohlkapseln und zum anderen um die Adhäsion von Polyelektrolythohlkapseln. Die mechanischen Eigenschaften wurden mit der AFM „colloidal probe” Technik untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Kraftdeformationskurven für kleine Deformationen den nach der Schalentheorie vorhergesagten linearen Verlauf haben. Ebenso wurde die quadratische Abhängigkeit der Federkonstanten von der Dicke bestätigt. Für PAH/PSS findet man einen E-Modul von 0.25 GPa. Zusammen mit der Tatsache, dass die Deformationskurven unabhängig von der Geschwindigkeit sind und praktisch keine Hysterese zeigen, sowie der Möglichkeit die Kapseln plastisch zu deformieren, kann man schließen, dass das System in einem glasartigen Zustand vorliegt. <pt>Erwartungsgemäß zeigte der pH einen starken Einfluss auf die PEM. Während in einem pH-Bereich zwischen 2 und 11.5 keine morphologischen Änderungen festgestellt werden konnten, vergrößerte sich der Radius bei pH = 12 um bis zu 50 %. Diese Radienänderung war reversibel und ging einher mit einem sichtbaren Weicherwerden der Kapseln. Eine Abnahme des E-Moduls um mindestens drei Größenordungen wurde durch Kraftdeformationsmessungen bestätigt. Die Kraftdeformationskurven zeigen eine starke Hysterese. Das System befindet sich nun nicht mehr in einem glasartigen Zustand, sondern ist viskos bis gummiartig geworden. Messungen an Kapseln, die mit Glutardialdehyd behandelt wurden, zeigten, dass die Behandlung das pH-abhängige Verhalten verändert. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass das PAH durch den Glutardialdehyd quervernetzt wird. Bei einem hohen Quervernetzungsgrad, zeigen die Kapseln keine Änderung des mechanischen Verhaltens bei pH = 12. Schwach quervernetzte Kapseln werden immer noch signifikant weicher bei pH = 12, jedoch ändert sich der Radius nicht. Außerdem wurden Multilagenkapseln untersucht, deren Stabilität nicht auf elektrostatischen Wechselwirkungen sondern auf Wasserstoffbrückenbindungen beruhte. Diese Kapseln zeigten eine deutlich höhere Steifigkeit mit E-Modulen bis zu 1 GPa. Es wurde gefunden, dass auch dieses System für kleine Deformationen ein lineares Kraft-Deformationsverhalten zeigt, und dass die Federkonstante quadratisch von der Dicke abhängt. Die Kapseln lösen sich praktisch sofort bei pH = 6.5 auf. In der Nähe dieses pHs konnte das Abnehmen der Federkonstanten verfolgt werden. Außerdem wurde das Adhäsionsverhalten von PAH/PSS Kapseln auf mit PEI-beschichtetem Glas untersucht. Die Adhäsionsflächen waren zu einem großen Teil rund und ließen sich quantitativ auswerten. Der Adhäsionsradius nimmt mit dem Kapselradius zu und mit der Dicke ab. Das Verhalten konnte mit zwei Modellen, einem für die große und einem für die kleine Deformation beschrieben werden. Das große Deformationsmodell liefert um eine Größenordung niedrigere Adhäsionsenergien als das kleine Deformationsmodell, welches mit Werten von ‑0.2 mJ/m<sup>2 Werte in einem plausiblen Bereich liefert. Es wurde gefunden, dass bei einem Verhältnis von Dicke zu Deformation von etwa eins "buckling" auftritt. Dieser Punkt markierte zugleich den Übergang von der großen zur kleinen Deformation.
The effect of two types of scanning strategies on the grain structure and build-up of Residual Stress (RS) has been investigated in an as-built IN718 alloy produced by Laser Powder Bed Fusion (LPBF). The RS state has been investigated by X-ray diffraction techniques. The microstructural characterization was performed principally by Electron Backscatter Diffraction (EBSD), where the application of a post-measurement refinement technique enables small misorientations (< 2 degrees) to be resolved. Kernel average misorientation (KAM) distributions indicate that preferably oriented columnar grains contain higher levels of misorientation, when compared to elongated grains with lower texture. The KAM distributions combined with X-ray diffraction stress maps infer that the increased misorientation is induced via plastic deformation driven by the thermal stresses, acting to self-relieve stress. The possibility of obtaining lower RS states in the build direction as a consequence of the influence of the microstructure should be considered when envisaging scanning strategies aimed at the mitigation of RS.