In this study, a cold worked tool steel and a low carbon steel ( St 37 ), which were joined by brazing, were subjected to impact and shear loading. The end product is used as paper cutting blades in the industry. Effects of different brazing filler metals on the delamination of the blades under impact loading and on the impact toughness of the blades were studied. The target is to achieve higher impact toughness values without delamination. Impact toughness of the steels, joined by Cu, CuNi and BNi brazing filler metals and separation of brazed surfaces under shear loading were studied. The microstructures that were formed as a result of each application were studied by scanning electron microscopy and x-ray diffraction. The results indicate that brittle intermetallic compounds are formed in BNi brazing filler metal application. It is observed that CuNi alloy with 24% wt Ni form stronger bonds with the base metals than pure Cu and 10% wt Ni CuNi alloy.

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El proceso de fabricación de aleaciones por molienda reactiva de polvos elementales es de interés debido a su capacidad de crear aleaciones tanto con tamaño de grano y de dispersoides cerámicos nanométricos, obteniéndose un material que posee propiedades mecánicas mejores que una aleación similar fabricada bajo métodos convencionales, además de mantener dichas propiedades a altas temperaturas. El presente trabajo es parte del proyecto FONDECYT Nº 1070294, el cuál tiene como finalidad estudiar aleaciones de Cu fabricadas por éste método. Los objetivos de este trabajo son: I) Estudiar y comprender la evolución de la microestructura de las aleaciones Cu-5 %vAl2O3(binaria) y Cu-2.5 %vAl2O3-2.5 %vTiC(ternaria) fabricadas por molienda reactiva de polvos elementales y posterior extrusión en caliente. II) Estudiar la influencia del tiempo de molienda y la composición nominal de los polvos elementales de las aleaciones en su microestructura, tanto después de la extrusión a 750[°C] como después de un posterior recocido a 600[°C], para evaluar su estabilidad a altas temperaturas. Las aleaciones binarias presentaron un tamaño de cristalita de entre 20 a 200[nm] (en forma de polvos), que se observaron por Difracción de Rayos-X (DRX) y Microscopía de Transmisión (TEM). También, se observó la presencia de dispersoides de Al2O3-α y CuO de entre 1 a 5[nm], mediante Difracción de Electrones (DE) y TEM de Alta Resolución. Una vez extruídas, el tamaño de grano se observado por TEM fue de entre 1 y 5 [µm], con subgranos internos de 100[nm], los dispersoides crecieron a aproximadamente 20[nm] y la dureza de la aleación fue medida entre 190 a 220[HV], con una baja de un 5 % aprox. después del recocido. La dureza está dentro de los valores esperados, ya que es bastante superior a la del Cu puro y concuerda con los resultados obtenidos en investigaciones anteriores. También se observó una interfaz Cu/Al2O3-α semi-coherente mediante TEM de alta resolución. Las aleaciones ternarias presentaron un tamaño de cristalita de entre 20 a 100[nm] (en forma de polvos), que se observaron por DRX y TEM. También, se observó la presencia de dispersoides de Al2O3-α, TiO y CuO de entre 1 a 10[nm], mediante DE y TEM de Alta Resolución. Una vez extruídas, el tamaño de grano se observado por TEM fue de entre 1 y 3 [µm], con subgranos internos de 100[nm]. Los dispersoides crecieron a aproximadamente 20[nm] y la dureza promedio medida fue entre 180 a 200[HV], con una baja de un 5 % aprox. después del recocido, para las aleaciones ternarias de 10 y 30 horas. Por otro lado, la aleación molida por 20 horas presentó una dureza de 290 y 260[HV] antes y después del recocido respectivamente. La dureza de las aleaciones de 10 y 30 horas es mucho más baja de lo obtenido en estudios anteriores debido a una formación excesiva de TiO, que aparte de impedir la formación de TiC, no ayudan a detener la deformación plástica. La aleación de 20 horas no presentó un exceso de TiO, y una presencia razonable de TiC, por lo que su dureza es mucho más alta que las demás aleaciones ternarias acá fabricadas. También resultó ser más dura que todas las aleaciones binarias, debido a que posee dos tipos de dispersoides, TiC(coherentes) y Al2O3-α(semi-coherentes) que actúan sobre dos mecanismos distintos de deformación plástica, lo que es más efectivo que tener una fracción en volumen igual de dispersoides, pero de un sólo tipo.

El Prospecto Cerro Oveja se encuentra en la Región Metropolitana de Chile, en la comuna de Isla de Maipo, inmediatamente al SSE del poblado de San Antonio de Naltagua, aproximadamente a 77 km de Santiago. Las características del Prospecto Cerro Oveja son afines con un sistema de mineralización de Cu Estratoligado hospedado en ricas volcánicas y calizas. Se caracteriza por chimeneas de brechas ígneo-hidrotermales y mantos hospedados en calizas. El centro de una chimenea de brecha presenta una zona de alteración potásica, caracterizada por la asociación de feldespato potásico – cuarzo – biotita, la cual está rodeada por una alteración propilítica caracterizada por la asociación de cuarzo-clorita-epidota-calcita diseminada y en vetillas en la totalidad del prospecto. En superficie el prospecto posee un nivel lixiviado, de aproximadamente 50 cm a 1 m, el que presenta minerales como goetita, limonita y hematita. Bajo este nivel, presenta mineralización supérgena, caracterizada por malaquita – azurita – crisocola – calcosina, y luego una mineralización hipógena, caracterizada por calcopirita – bornita – digenita. Los recursos inferidos de este prospecto se han estimado en 34.8 millones de toneladas de brechas ígneo-hidrotermales mineralizada con leyes promedio de 1,07% Cu y de 11 g/ton Ag. Mientras que los mantos de calizas mineralizadas, alcanzan la cantidad de 1,5 millones de toneladas, con una ley promedio de 3,7% Cu, y 26,4 g/ton Ag.

El cobre es uno de los materiales metálicos más utilizados hoy en día debido a sus excelentes propiedades eléctricas y térmicas, sin embargo, la baja resistencia mecánica que exhibe, ha llevado a alearlo con otros elementos como el Ti, con el cual se han logrado notables mejoras en las propiedades mecánicas luego de realizarle tratamientos de envejecimiento. El presente trabajo de título pretende analizar la influencia de la adición de una pequeña concentración de Cr en el endurecimiento por precipitación de aleaciones binarias de Cu-Ti. Con esta finalidad, sobre una aleación ternaria de Cu-5%wt.Ti-0.5%wt.Cr, se realizaron análisis calorimétricos (DSC), ensayos de microdureza Vickers y análisis TEM. El análisis energético y cinético de las curvas calorimétricas, fue realizado mediante los modelos de Kissinger modificado y Mehl-Johnson-Avrami (MJA), respectivamente. Los ensayos de dureza y el análisis TEM, fueron realizados para distintos tratamientos de envejecimiento, cada uno de ellos asociado a los diferentes procesos de transformación de fase presentados por el material. Las curvas calorimétricas muestran la presencia de dos procesos exotérmicos, seguidos de una reacción endotérmica y una última exotérmica, las que fueron observadas para todas las velocidades de calentamiento utilizadas. Los procesos exotérmicos pueden ser asociados a la formación de las fases Cu4Ti, Cr2Ti y Cu3Ti, respectivamente, mientras que el endotérmico corresponde a la disolución parcial de alguna de las dos primeras fases formadas, Cu4Ti o Cr2Ti. Se puede afirmar que los procesos de transformación y crecimiento son gobernados por difusión. Las energías de activación obtenidas en los procesos exotérmicos fueron de 120, 93 y 179 [kJ/mol] para el Cu4Ti, Cr2Ti y Cu3Ti, respectivamente. Los bajos valores obtenidos para los dos primeros procesos pueden atribuirse a la contribución de las vacancias introducidas por el temple. Para el proceso de disolución se obtuvo una energía de activación de 211 [kJ/mol]. Los resultados cinéticos establecen que el Cr2Ti precipita por nucleación y crecimiento, mientras que el Cu3Ti precipita en los bordes de grano. El análisis TEM permitió observar una descomposición espinodal con fluctuaciones de la concentración de Ti, correspondiente a la precipitación continua de la fase metaestable Cu4Ti. Los resultados de la microdureza determinaron que la aleación es predominantemente reforzada por mecanismos de endurecimiento por precipitación, observándose un incremento de dureza de 171 HV, desde la condición templada, al peak de dureza alcanzado. Estos incrementos de dureza obtenidos, establecen una mejora en las propiedades mecánicas de la aleación ternaria con respecto a los presentados por la aleación binaria, donde el mayor reforzamiento de la matriz está asociado a la precipitación de partículas de Cu4Ti.

Les besoins actuels en électronique de puissance concernent principalement la fiabilité et l'augmentation de la densité de puissance. Dans les deux cas, ce qu'il est convenu d'appeler l'intégration de puissance constitue une solution. Les problèmes de fiabilité peuvent être résolus par la diminution du nombre d'interconnexions et par la maitrise complète de la réalisation des convertisseurs et, ceux liés à la densité de puissance, par la réduction des dimensions et par la mutualisation d'un certain nombre de fonctions: intégration des passifs, substrats fonctionnalisés, composants de couplage... Ceci passe nécessairement par une stratégie de choix de structures de conversion permettant de répondre à ces questions. Les convertisseurs multi-niveaux, multicellulaires entrelacés sont un exemple de structure permettant de réduire la taille et le volume des composants magnétiques. Le point clé de ces structures réside dans le partage des flux magnétiques entre les différentes phases du convertisseur via un transformateur intercellulaire (ICT). Ce type de composant permet l'entrelacement de nombreuses cellules de commutation. Il consiste en un noyau magnétique de forme spécifique et souvent complexe. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse concernent le développement de technologies permettant la réalisation de composants magnétiques de type ICT en vue de leur intégration. Les principales propriétés du matériau (magnétiques et diélectriques) nécessaires à la réalisation de ce type de composant nous ont conduits à choisir une ferrite de type Ni0,30Zn0,57Cu0,15Fe2O4 susceptible de s'adapter tant aux fréquences de fonctionnement qu'à la gamme de puissance envisagée. Différents procédés de mise en œuvre (et les paramètres qui leur sont associés) ont été étudiés. Il s'agit soit du formage, via l'utilisation de moules souples ou encore du pressage isostatique, et de l'usinage soit à cru soit après frittage. Concernant l'usinage, deux systèmes distincts nous ont permis la mise en forme des noyaux complexes soit en 2 D soit en 3D. Les résultats de cette démarche tant en termes d'objet que de propriétés du composant, sont présentés. L'influence des différents paramètres utilisés lors de la réalisation (température de frittage, pression,...) sur les caractéristiques finales est aussi étudiée. / Current issues in power electronics are mainly related to the reliability and the increase in the power density. In both cases, what is called power integration is proposed as the solution. Reliability issues can be solved by reducing the number of interconnections and by the full design and elaboration of converters; and those related to the power density are addressed by reducing the dimensions and the mutualization of a number of functions: integration of passive components, embedded substrates, coupling components... This necessarily involves the choice of a strategy for converting structures. Multilevel converters, interleaved multicellular converters are an example of structures that reduce the size and volume of magnetic components. The key point of these structures is the sharing of magnetic flux between the different phases of the converter via an intercellular transformer (ICT). This type of component allows interleaving many switching cells. It consists of a magnetic core of specific, often complex and shape. The work done in this thesis concerns the development of technologies for the realization of ICT magnetic components for their integration. The main material properties (magnetic and dielectric) necessary for the implementation of this type of component oriented us towards a ferrite Ni0,30Zn0,57Cu0,15Fe2O4 able to work at the proposed operating frequencies and power range. Various elaboration processes (and the parameters associated with them) were studied. It is either forming, through the use of flexible molds or by isostatic pressing, and machining either raw or after sintering. By machining, two separate systems have enabled us obtaining complex magnetic cores either in 2D or in 3D. The results of this approach in terms of object and component properties are presented. The influence of various parameters used during the production (sintering temperature, pressure,...) on the final characteristics is also investigated.

O presente trabalho possui como objetivo analisar as propriedades do composto que apresenta em sua composição Fe-Cu-C com adição da cinza leve em percentuais de 4,8% classificado como composto A; 9,8% classificado como composto B; e 14.8% classificado como composto C, processados por metalurgia do pó convencional. Outro objetivo foi analisar o percentual desses compostos e compará-los a liga Fe-Cu-C, classificado como composto Sem Cinza (SC), que não apresenta cinza em sua composição. O composto que não apresenta cinza é utilizado na fabricação de anéis de selos mecânicos. Buscou-se nesse trabalho a melhor condição de cinza em balanço como sendo uma possível alternativa na fabricação desses componentes. A cinza leve foi adicionada ao composto SC já citado (Fe-Cu-C). O carbono presente no composto sem cinza, que tem por finalidade apresentar uma melhor condição de lubrificação nos anéis de selos mecânicos, foi mantido e balanceado junto aos três novos que apresentaram a adição de cinza. Foi analisada no microscópio eletrônico de varredura a distribuição dos elementos ferro, cobre, grafite e cinza leve após a sinterização. Já o tamanho das partículas dos constituintes dos compostos, foram analisados ainda em estado pulvurulento. Determinou-se a massa específica aparente, a curva de compressibilidade e foram compactadas as amostras dos compostos Fe-Cu-C com e sem cinza. Foi realizada a sinterização em atmosfera controlada por argônio em temperatura de 1150ºC com taxa de resfriamento constante. Para a análise da eficiência da mistura, foram realizados ensaios de densidade das amostras sinterizadas, dureza, microdureza e metalografia. Ensaio de micrografia, Dispersão de Energia por Espectroscopia (EDS), ensaio de desgaste pelo método tribológico, análise perfilométrica 2D e 3D e análise dimensional (variações de altura e diâmetro). Foi realizada também a análise da resistividade elétrica dos compostos balanceados com cinza e sem cinza. Para mensurar a possibilidade do uso dos compostos com cinza foram avaliados os resultados obtidos e comparados com os resultados do composto Fe-Cu-C sem adição de cinza. Os resultados indicaram a possiblidade do emprego do composto A (4,8% de cinza) para fabricação de anéis de selo mecânico. / This work aims to analyze the properties of the compound having in its composition Fe-Cu-C with the addition of fly ash in 4,8% percentage classified as compound A, 9,8% classified as compound B, and 14,8% classified as compound C, processed by conventional powder metallurgy. Another objective was to analyze the percentage of these compounds and compare them to Fe-Cu-C, classified as compound No fly ash (SC), which has no gray in their composition. The compound that has no ash is used in the manufacture of mechanical seals rings. We sought in this work the best condition of gray balance as a possible alternative in the manufacture of these components. The fly ash was added to the compound SC (Fe-Cu-C). The addition of carbon in the compounds was to reduce the friction in process compression. Was examined in a scanning electron microscope the distribution of the elements iron, copper, graphite, and fly ash after sintering. The size of the compounds particles were analyzed in powdery state. It was determined the apparent density, compressibility curve of the compounds Fe-Cu-C and Fe-Cu-C with fly ash. Sintering was performed in a controlled atmosphere with argon at a temperature of 1150 ° C with a constant rate of cooling. To analyze the efficiency of mixing of test samples of sintered density, hardness, hardness and metallography were performed. Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), tribological wear test method, analysis perfilométrica 2D and 3D dimensional analysis (variations in height and diameter). Analysis of the electrical resistivity of the compounds with and without fly ash was also performed. To measure the possible use of the compounds with fly ash, results were evaluated and compared with results of the compound Fe-Cu-C without adding ash. The results indicated the possibility of employment of compound A (4,8% ash) for the manufacture of mechanical seal rings.

The road transportation is a big source for the release of NOx emissions. NOx has been confirmed to cause negative affect on the air-quality especially in the urban areas, there are therefore regulations for allowed released amount from vehicles. The most adopted technology used for the reduction of these NOx emissions from the diesel exhaust gas is the ammonium selective catalytic reduction (NH3-SCR) using a Cu-zeolite as the catalyst in the system. The SCR catalyst can be deactivated through different mechanism, whereas poisoning by sulfur has been documented to be an important factor for the deactivation. The degree of deactivation of the catalyst has been suggested to vary depending on the catalytic material and which sulfur conditions the catalyst is exposed to, where SO3 has been indicated to cause more sever deactivation compared to SO2.  The aim of this project has been to investigate the deactivation mechanism of Cu-zeolites at different SOx conditions and evaluate potential regeneration mechanism. The project was carried out by evaluating the catalysts, Cu-BEA and Cu-SSZ-13, over different reactions that occurs in the SCR system, investigating the deactivation effect caused by SO2 poisoning and the regeneration potential. The project was then continued with the focus on the Cu-SSZ-13 catalyst investigating different SOx poisoning and regeneration conditions were investigated. In order to investigate the SO3 poisoning a generator using oxidation of SO2 to SO3 was successfully build during this project.  A kinetic model over the Cu-SSZ-13 NH3-SCR reactions was also built based on literature studies and the experimental data obtained. The results from the sulfur poisoning of Cu-BEA are based on the master thesis by Maria Arvanitidou. The fresh samples Cu-Beta and Cu-SSZ-13 exhibited similar activity, with the exception of the high formation of N2O observed over Cu-Beta under SCR conditions. The SO2 causes deactivation, especially at low temperatures. Cu-SSZ-13 exhibited more loss in activity but was able to recover more through the elevated SCR regeneration steps than the Cu-Beta. When SO2 exposure was performed together with NH3, larger deactivation was observed, likely due to ammonium sulfate species formed on the surface. The ammonium sulfate species were less thermally stable than copper sulfates, making it easier to recover the loss of activity in the Cu-SSZ-13. SO3 caused a much more sever deactivation of the SCR reactions than that of the SO2 poisoning and continued to show the lowest NOx removal activity after the regeneration process.  A difference in initial deactivation and recovery of activity between standard and fast SCR reactions was observed, indicating that the different mechanisms used are affected differently by the poisoning. The kinetic model for NH3-SCR over the Cu-SSZ-13 was successfully created when compared to the experimentally obtained data.

La caracterización geológica del área de Amos Andrés, localizada en la Alta Cordillera, en el borde fronterizo de las regiones de Coquimbo y Valparaiso de Chile, y la Provincia de San Juan de Argentina, ha permitido distinguir la existencia de dos sistemas porfídicos de Cu-Mo (-Au): Amos y Andrés, los que se encuentran separados temporal y espacialmente por el Complejo de Diatrema Chilón. Las rocas que conforman el sistema porfídico Andrés son cortadas por las tobas brechosas del complejo de diatrema, mientras que estas últimas son intruidas por rocas porfídicas de Amos. En Andrés, dataciones U-Pb en circones indican para la intrusión intermineral más temprana reconocida hasta ahora en el área de estudio (Pórfido Diorítico Andrés), una edad de 7,7 ± 0,1 Ma para su emplazamiento; y para la intrusión tardío mineral (Pórfido Granodiorítico Andrés), una edad de 8,8 ± 0,1 Ma para su cristalización. En Amos, la cristalización del Pórfido Cuarzo Monzonítico Amos, pulso porfídico temprano mineral de este sistema, entregó una edad de 6,2 ± 0,4 Ma. La edad obtenida para el Pórfido Granodiorítico Andrés difiere del esquema geológico presentado, debido a que es más antigua que la edad de intrusiones porfídicas más tempranas. Sin embargo, este pórfido granodiorítico es sin duda tardío mineral ya que presenta efectos de alteración propilítica, ausencia de vetillas de cuarzo, xenolitos de rocas con alteración potásica y vetillas de cuarzo confinadas, y escasos contenidos de cobre respecto a las rocas que le rodean. Estas evidencias indican que debió haberse emplazado con posterioridad al Pórfido Diorítico Andrés, y previo a la formación del Complejo de Diatrema Chilón, es decir, alrededor de los 7 Ma. Por consiguiente, se sugiere que la edad obtenida representaría la presencia de circones heredados en el magma de esta intrusión, los que podrían derivar de los pórfidos dacíticos de la Unidad Tambillos, que afloran en los alrededores y que tienen edades similares a la obtenida para este pórfido. La mineralización de cobre, molibdeno y oro, se hospeda tanto en las intrusiones porfídicas tempranas e interminerales de ambos sistemas porfídicos, como en las rocas volcánicas de la Formación Los Pelambres-Juncal que los hospedan. Una edad 40Ar/39Ar de isocrona inversa en biotita secundaria de andesitas porfíricas del área de Andrés, con fuerte mineralización de calcopirita-magnetita, entregó una edad de 8,1 ± 0,1 Ma para el evento de alteración potásica. Esta edad, más antigua que la del Pórfido Diorítico Andrés, reflejaría un evento de alteración potásica relacionada a intrusiones porfídicas temprano-mineral aún no encontradas. De hecho, xenolitos subredondeados de rocas volcánicas con fuertes efectos de alteración potásica y vetillas de cuarzo tempranas truncadas en sus bordes, aparecen en los márgenes del Pórfido Diorítico Andrés, indicando, que estos efectos de alteración corresponden a eventos anteriores a su emplazamiento. Por consiguiente, se puede señalar que el sistema magmático-hidrotermal de Amos Andrés se habría desarrollado, al menos, entre los 8,2 y 5,8 Ma, es decir, durante el Mioceno Superior, siendo claramente más joven que otros centros porfídicos agrupados en clusters ubicados tanto al sur, “San Felipe”, como al norte, “Teatinos”, los que se formaron entre los 15 y 9 Ma. Es posible que las etapas inter a tardío mineral del Sistema Porfídico Andrés, así como las del Sistema Porfídico Amos, se hayan desarrollado en el marco de una tectónica regional fuertemente compresiva con altas tasas de alzamiento y denudación, lo que se refleja en las texturas porfídicas de alto contraste granulométrico indicando rápido enfriamiento epizonal, en el desarrollo de moderado telescoping con la sobreimposición progresiva de eventos de alteración y mineralización, y en la formación del Complejo de Diatrema Chilón. En el área de Amos Andrés, alrededor de los 32°S, esta tectónica compresiva, probablemente relacionada con la subducción de la Dorsal de Juan Fernández, se habría producido después de los 7,6 Ma y se habría propagado hacía el sur, para luego afectar, entre los 6 y 3 Ma, el desarrollo de los mega sistemas porfídicos de Río Blanco-Los Bronces y El Teniente.

abstract: The Programmable Metallization Cell (PMC) is a novel solid-state resistive switching technology. It has a simple metal-insulator-metal “MIM” structure with one metal being electrochemically active (Cu) and the other one being inert (Pt or W), an insulating film (silica) acts as solid electrolyte for ion transport is sandwiched between these two electrodes. PMC’s resistance can be altered by an external electrical stimulus. The change of resistance is attributed to the formation or dissolution of Cu metal filament(s) within the silica layer which is associated with electrochemical redox reactions and ion transportation. In this dissertation, a comprehensive study of microfabrication method and its impacts on performance of PMC device is demonstrated, gamma-ray total ionizing dose (TID) impacts on device reliability is investigated, and the materials properties of doped/undoped silica switching layers are illuminated by impedance spectroscopy (IS). Due to the inherent CMOS compatibility, Cu-silica PMCs have great potential to be adopted in many emerging technologies, such as non-volatile storage cells and selector cells in ultra-dense 3D crosspoint memories, as well as electronic synapses in brain-inspired neuromorphic computing. Cu-silica PMC device performance for these applications is also assessed in this dissertation. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2017