In this research, two common types of environment assisted cracking (EAC) of pipeline steels, namely the intergranular stress corrosion cracking (IGSCC) and the hydrogen induced cracking (HIC), have been studied, and computer models have been developed to simulate the intergranular stress corrosion crack propagation behaviour in pipeline steel as well as to predict the intergranular fracture susceptibility, due to mechanical loading in non-corrosive environment, of polycrystalline materials. First, a new understanding of the IGSCC resistance of pipeline steel has been obtained by studying the grain boundary character and crystallographic orientation in both cracked and non-cracked pipeline steel samples using electron backscattered diffraction (EBSD) and X-ray texture measurements. It has been found that the low-angle and certain types of special boundaries, known as the coincident site lattice (CSL) boundaries (Σ5, Σ11, and Σ13b types), are crack-resistant while the random high angle boundaries are prone to cracking. However, it has been also observed that the grain boundaries associated with {110} and {111} neighbour grain orientations having <110> and <111> rotation axis, respectively, are crack-resistant, while the cracked boundaries are mainly linked to the {100} orientation with <100> rotation axis. Subsequently, a novel integrated modeling approach, combining Voronoi Algorithm, Markov Chain theory, and Monte Carlo simulations, has been developed in order to predict the IGSCC behaviour of pipeline steels. The model takes both the physical microstructural features, such as the grain shape and grain size distribution, as well as the grain boundary characters and their orientations with respect to the external stress axis into account. The predicted crack propagation behaviour has been found to be in excellent agreement with the experimental crack-propagation and arrest data in API X65 pipeline steel. In addition, a texture based grain boundary character reconstruction model has been developed that can reproduce the experimentally determined grain boundary character distribution (GBCD) from the simple texture and overall GBCD descriptions. This model has been coupled with the intergranular crack propagation model that can take into account the crystallographic orientations of the grains and the resulting grain boundary character, individual grain boundary fracture strength, and projected local stress onto the grain boundary plane based on applied stress magnitude and in-situ crack propagation length. The predicted threshold fracture stress has been compared with the experimental fracture stress data of various textured and random Mo polycrystals obtained from the literature, and good agreement was observed. Besides, hydrogen induced cracking (HIC) behaviour of two relatively new high strength pipeline steels, API X80 and API X100, in high pH carbonate-bicarbonate environment has been studied using slow strain rate test (SSRT) technique. While both the steels are found to be highly susceptible to HIC at cathodic potentials, the bainitic lath type microstructure (API X100) is more susceptible to HIC compared to the ferritic/granular bainitic steel (API X80) at high cathodic potential. This can be primarily attributed to the bainitic lath boundary separation phenomenon in the API X100 steel. This study also shows that applying cathodic protection can lead to significant hydrogen embrittlement in these steels. / Dans cette recherche, deux types courants de l'environnement assistée par la fissuration (EAC) des aciers pour pipelines, nommément le stress corrosion intergranulaire craquage (IGSCC) et la fissuration induite par l'hydrogène (HIC), ont été étudiés, et des modèles informatiques ont été développés pour simuler le intergranulaire stress comportement à la corrosion propagation des fissures dans l'acier des pipelines ainsi que de prédire la susceptibilité de fracture intergranulaire, en raison de contraintes mécaniques dans un environnement non-corrosifs, des matériaux polycristallins. Tout d'abord, une nouvelle compréhension de la résistance de l'acier IGSCC pipeline a été obtenu en étudiant le caractère des joints de grains et de l'orientation cristallographique dans les deux fissuré et non fissuré échantillons d'acier pipeline en utilisant la diffraction d'électrons rétrodiffusés (EBSD) et les mesures de texture X-ray. Il a été constaté que le faible angle et certains types de limites particulières, connu sous le nom coïncide site du réseau (CSL) limites (Σ5, Σ11, et les types Σ13b), sont anti-fissures tandis que les frontières aléatoire angle élevé sont sujettes à la fissuration . Toutefois, il a été également observé que les joints de grains associées à {110} et {111} orientations grain voisin ayant <110> et <111> axe de rotation, respectivement, sont anti-fissures, alors que les limites de craquage sont principalement liés à la {100} d'orientation avec <100> axe de rotation. Par la suite, une approche nouvelle modélisation intégrée, combinant l'algorithme de Voronoï, par chaînes de Markov théorie et simulations de Monte Carlo, a été développé afin de prédire le comportement des aciers IGSCC pipeline. Le modèle tient à la fois les caractéristiques physiques des microstructures, telles que la forme des grains et de la distribution granulométrique, ainsi que les caractères des joints de grains et de leurs orientations par rapport à l'axe du stress en compte des externalités. Le comportement de fissures prédits propagation n'a été trouvé pour être en excellent accord avec les observations expérimentales propagation de fissure et de données sur les arrestations en acier API X65 pipeline. En outre, une texture à base de céréales limite reconstruction caractère modèle a été développé qui permet de reproduire la distribution de céréales déterminé expérimentalement la limite de caractères (GBCD) de la texture simple et globale descriptions GBCD. Ce modèle a été couplé avec le modèle de propagation de fissures intergranulaires qui peuvent prendre en compte les orientations cristallographiques des grains de céréales et le caractère résulte de frontière, chaque résistance à la rupture des joints de grains, et projetée de contraintes locales sur le plan des joints de grains fondés sur l'amplitude de contrainte appliquée et in-situ longueur propagation de la fissure. La contrainte seuil prévu fracture a été comparé avec les données expérimentales contrainte à la rupture de plusieurs Mo polycristaux texturés et aléatoire obtenu à partir de la littérature, et un bon accord a été observée. Par ailleurs, la fissuration induite par l'hydrogène (HIC) le comportement de deux relativement nouveaux aciers à haute limite pipeline force, API X80 et X100 API, en haute environnement carbonate-bicarbonate pH a été étudiée en utilisant la vitesse de déformation lente test (SSRT) technique. Bien que les aciers sont jugés très sensibles à l'HIC à des potentiels cathodiques, la microstructure de type bainitique latte (API X100) est plus sensible aux HIC par rapport à la ferritique / acier bainitique granulaire (API X80) au potentiel cathodique de haut. Cela peut être principalement attribuée au phénomène bainitique limite latte de séparation en acier X100 API. Cette étude montre également que l'application de la protection cathodique peut conduire à la fragilisation par l'hydrogène significative de ces aciers.

Aluminum foam is a porous form of solid aluminum. One method of producing aluminum foam is the powder metallurgy process. Aluminum powder is mixed with a foaming agent, generally titanium hydride (TiH2), and pressed to form a compact. In the foaming process, the compact is heated and hydrogen gas is released from the agent to form bubbles within the surrounding aluminum. However, there is a significant gap between the onset of the decomposition temperature of the TiH2 (400°C) and the melting point of aluminum (660°C). The hydrogen gas evolution begins while the aluminum is still solid, creating an accumulation of gas pressure which eventually causes microfissures inside the matrix. As a result, the final structure has interconnected pores and inferior properties. / This problem may be overcome by delaying the temperature of hydrogen evolution so that it coincides with the melting point of aluminum. Coating the titanium hydride with copper or nickel can create a kinetic barrier that retards the flow of hydrogen into the surrounding matrix. / Electroless plating is a process that can be used to deposit metallic coatings on non-conductive materials. Metallic ions in solution are reduced by a suitable agent, creating a metal deposit on the substrate. The process is autocatalytic and continues until all the metallic ions are consumed. / The objective of this work was to investigate the effect of the copper and nickel coatings on the hydrogen evolution of titanium hydride powders. It was found that the metal coatings do tend to delay the temperature of gas release and that this could potentially be used to improve the foaming process.

Enhancement of the ductility is very important for the successful commercialization of magnesium alloys. Among other methods, this can be achieved by refining the grain structure through equal channel angular pressing (ECAP) or extrusion. Preliminary work was conducted using as-cast AZ-31, but this was found to be of low ductility and extruded bars were used for the rest of the experimentation. These were annealed at 350°C for 1 hour and extrusion was carried out at three temperatures, 200, 250 and 300°C, using routes A, BC and C at a speed of 5 mm/s for up to 8 passes. It is apparent that increasing the operating temperature increases the final grain size as a result of grain growth. Conversely increasing the number of passes results in a finer grain size because of the accumulation of shear. However, grain growth can affect the final grain size for all three routes. After one ECAP pass, a preferred orientation with the basal planes inclined at 45° to the ECAP axis is observed. For route A, as more and more passes are employed, the original fiber texture tends towards a rolling texture. By contrast, for route C, repeating the ECAP steps does not change the texture, which retains the 45° preferential orientation. The mechanical properties indicate that using a path with shearing in more directions, such as route C, results in increased ductility, with a wider flow curve than for route A. As the temperature of ECAPping is increased, the strength of the extruded product increases and the ductility decreases. This appears to be due to the coarser grain size of the 300°C product and indicates that the effect of grain refinement is greater than that of texture.

Recent research has investigated the precipitation of crystalline scorodite (FeAsO4·2H2O) as a method to stabilise arsenic for disposal due to its good stability performance according to EPA's TCLP test. It has been determined, however, that scorodite releases arsenic in significant concentrations under alkaline pH or under anoxic conditions. With the objective of enhancing the stability of scorodite, its encapsulation with minerals inert to pH and redox potential variations is considered in this work. Such encapsulation materials are hydroxyapatite (HAP-Ca5(PO4)3OH) and fluoroapatite (FAP-Ca5(PO4)3F), the two most stable of the calcium phosphates. The work described in this thesis includes: 1) the preparation of hydroxyapatite and fluoroapatite powders and their characterisation, 2) the synthesis of crystalline scorodite under atmospheric conditions and its characterisation, 3) the encapsulation of scorodite with hydroxyapatite and fluoroapatite, and 4) the long term stability testing of the encapsulated solids. Hydroxyapatite and fluoroapatite were prepared first by homogeneous precipitation from a metastable solution, to which "Ca" and "PO4" source reagents of different concentrations were added at variable rates. The crystallinity of the produced materials was found to increase with temperature. Crystalline scorodite was produced by seeded crystallisation in ambient pressure. For the encapsulation of the scorodite particles various methods of direct precipitation by controlled supersaturation were attempted, by adjusting the pH and adding/mixing feed solutions of individual calcium and phosphate source reagents. Heterogeneous deposition of HAP on scorodite proved rather difficult. Optimum results were obtained via prior conditioning of the scorodite substrate in a calcium solution and employment of low agitation regime and high (37 ºC rather than 22 ºC) temperature. The stability tests were done in oxic and anoxic environments and their results demonstrated that the encapsulated solids had enhanced stability, since the release of arsenic was lower than it was for naked scorodite. The presence of gypsum was found to help reduce the release of arsenic further as well as phosphorus under oxic, but not anoxic conditions due to possible interaction with the sulphite ions used as reducing agent. / Des recherches récentes ont caractérisé la précipitation de la scorodite (FeAsO4·2H2O) comme méthode de stabilisation de l'arsenic à cause de la bonne stabilité de ce composé lorsque mesuré par le test TCLP de l'EPA. Par contre, ces travaux ont montré que la scorodite relâche plus d'arsenic dans des solutions basiques ou dans des conditions anoxiques. Ce projet se concentre donc sur la stabilisation de la scorodite par son encapsulation par des minéraux inertes aux variations de pH et d'ORP. Les deux matériaux considérés pour l'encapsulation sont hydroxyapatite (HAP-Ca5(PO4)3OH) et fluorapatite (FAP-Ca5(PO4)3F), les deux phosphates de calcium les plus stables. Les résultats décrits dans cette thèse incluent : 1) la préparation de poudre d' hydroxyapatite, de fluorapatite et leurs caractérisations; 2) la synthèse de scorodite cristalline sous air et sa caractérisation; 3) l'encapsulation de scorodite avec l'hydroxyapatite et la fluorapatite; 4) l'évaluation de la stabilité à long terme des solides encapsulés. L'hydroxyapatite et la fluorapatite ont été préparées à partir d'une solution métastable dans laquelle des réactifs contenant du calcium et des phosphates ont été ajoutés à différents rythmes. Les résultats ont montrés que la cristallinité des composés produits augmente avec la température. La scorodite cristalline fut produite par cristallisation amorcée à pression ambiante. L'encapsulation par différentes techniques de précipitation directes fut investiguée en variant le pH et le taux d'addition des réactifs. La déposition hétérogène d'hydroxyapatite sur la scorodite fut difficile à réaliser. Les meilleurs résultats furent obtenus par l'addition de scorodite dans une solution de calcium, une faible agitation et une haute température (37 ºC au lieu de 22 ºC). Les tests de stabilité effectués en présence et en absence d'oxygène ont montré que les solides encapsulés avaient une plus grande stabilité (moins de rejet d'arsenic que ceux non encapsulés). La présence de gypse avait aussi comme effet de diminuer le rejet d'arsenic et de phosphore en présence d'oxygène seulement, probablement à cause d'une interaction avec les sulfites utilisés comme agents réducteurs.

Magnesium is a low density metal that is an attractive alternative to steel and aluminum for weight reduction in automotive design. Automotive applications of Mg have steadily grown since the early 1990s. Limited deformation mechanisms at moderate temperatures and resulting poor formability have been the major limitations to the development of Mg wrought alloys. Specialized alloys with improved deformation behaviour exist for aerospace applications, however these are based on expensive alloy systems containing silver and rare-earth (RE) elements such as yttrium and neodymium. Effective use in high volume applications such as automotive components requires a more cost effective solution.Conventional low cost extrusion alloys based on the Mg-Al-Zn and Mg-Zn-Zr systems offer a solution however, they suffer from major problems of extrudability and poor formability. Strontium (Sr) has been introduced to replace RE additions in Mg alloys with an alkali-earth element. Sr has been used as an effective alloying element for grain and second phase refinement as it precipitates as intermetallic phases with high thermal stability. A fw studies have been conducted on the behaviour of these Sr-containing thermally stable precipitates during high temperature deformation. The primary objectives of this research were to study the microstructure, mechanical properties and texture evolution of AZ31 alloy containing various levels of Sr during hot deformation. In the first part of this study, the precipitation and solidification of AZ31-Sr castings was studied by thermal analysis and numerical modeling as a background to understand the formation of secondary phases and microstructural development. This was achieved by casting AZ31 alloys containing various levels of Sr, recording the cooling curves and comparing the findings with computer simulated generated using FactSage (thermodynamic calculation software). In the second part of this study the recrystallization and texture evolution during hot bar extrusion of AZ31-Sr alloys in three sections is characterized. In the first section (3.1) it was shown that Particle-Stimulated Nucleation (PSN) occurred in the deformed regions around the precipitates in certain hot working conditions at 350oC. Increasing the amount of Al-Sr stringers in AZ31 increased the potential sites for PSN. In the following two chapters, the yield asymmetry of AZ31-Sr extruded bars (section 5.1) and the effect of annealing before hot extrusion (section 6.1) were examined. The tensile and compressive strengths of extruded AZ31 alloys containing different levels of Sr depended more on the extrusion temperature than on the Sr concentration and also the yield asymmetry of the AZ31+xSr alloys increased with increasing extrusion temperature. However, the increase was less when Sr was present in the alloy. Section 6 reports results obtained from AZ31+0.8Sr subjected to annealing prior to extrusion at four different times. An increase in the duration of the pre-deformation anneal switched the plane facing the extrusion direction from first order prismatic (100) to second order prismatic planes (110). In the final of part of this thesis, the microstructures and textures of hot extruded AZ31-Sr tubes were examined. Section 7.1 reports on seamed tubes that were extruded using a porthole die. The complex strain path inside the die could be divided into several simple curvatures which occur during ECAP (Equal Channel Angular Pressing). In section 7.2 the expansion behaviour of seamless AZ31-Sr tubes was studied by compressing the tubes with pure-copper cylinder-inserts. The texture of the extruded tube is comprised of two components: hoop direction (HD) and radial direction (RD), which behave differently during expansion. The HD component undergoes extension twinning while the contraction and double twinning occurs in RD grains. / Le magnésium est un métal de faible densité qui est une alternative intéressante à l'acier et l'aluminium pour réduire le poids dans la conception automobile. Les applications automobiles de Mg n'ont cessé de croître depuis les années 1990. Mécanismes de déformation limitée à des températures modérées et résultant formabilité pauvres ont été les principales limites à l'élaboration des alliages de Mg forgé. Alliages spécialisés avec le comportement de déformation améliorée existent pour les applications aérospatiales, mais ceux-ci sont basées sur les systèmes d'alliage contenant de l'argent et coûteux de terre rare (RE) des éléments tels que l'yttrium et le néodyme. L'utilisation efficace dans les applications à volume élevé tels que les composants automobiles nécessite une solution plus rentable.Classiques à faible alliages d'extrusion coûts basés sur le Mg-Al-Zn et Mg-Zn-Zr systèmes offrent une solution cependant, ils souffrent de problèmes majeurs de extrudabilité et la formabilité des pauvres. Strontium (Sr) a été introduit pour remplacer les ajouts RE alliages de magnésium avec un élément alcalino-terreux. Sr a été utilisé comme élément d'alliage efficace pour le grain et le raffinement deuxième phase car il précipite sous forme de phases intermétalliques avec une grande stabilité thermique. Quelques études fw ont été menées sur le comportement de ces Sr contenant thermiquement stable précipités lors de la déformation à haute température. Les principaux objectifs de cette recherche était d'étudier la microstructure, propriétés mécaniques et évolution de la texture de la AZ31 alliage contenant différents niveaux de Sr lors de la déformation à chaud.Dans la première partie de cette étude, la précipitation et la solidification de AZ31-Sr moulages a été étudié par analyse thermique et la modélisation numérique comme toile de fond pour comprendre la formation de phases secondaires et le développement de la microstructure. Ceci a été réalisé par coulée AZ31 alliages contenant différents niveaux de Sr, l'enregistrement des courbes de refroidissement et en comparant les résultats avec simulé par ordinateur générées en utilisant FactSage.Dans la deuxième partie de cette étude, la recristallisation et évolution de la texture lors de l'extrusion à chaud de barre de AZ31-Sr alliages en trois sections est caractérisée. Dans la première section (3.1), il a été montré que des particules stimulée par nucléation a eu lieu dans les régions déformées à travers le précipite dans certaines conditions de travail chaudes à 350C.Dans les deux chapitres suivants, le rendement de l'asymétrie AZ31-Sr barres extrudées et l'effet du recuit avant l'extrusion à chaud ont été examinés. Les forces de traction et de compression de extrudés AZ31 alliages contenant différents niveaux de Sr dépendait plus de la température d'extrusion que sur la concentration en Sr et aussi le rendement de l'asymétrie AZ31 + alliages XSR augmente avec la température d'extrusion augmente. Toutefois, l'augmentation était inférieure lorsque Sr était présent dans l'alliage. Section 6 résultats des rapports obtenus à partir AZ31 0,8 Sr soumis à un recuit avant l'extrusion à quatre moments différents. Lors de la finale d'une partie de cette thèse, les microstructures et les textures de chaudes extrudés AZ31-Sr tubes ont été examinés. Section 7.1 des rapports sur les tubes qui ont été cousus extrudé en utilisant une matrice hublot. Le chemin de déformation complexe à l'intérieur de la filière pourrait être divisé en plusieurs courbures simples qui se produisent pendant l'ECAP. Dans la section 7.2 le comportement d'expansion sans soudure AZ31-Sr tubes a été étudiée par la compression des tubes avec pur-cylindre de cuivre-inserts. La texture du tube extrudé est constitué de deux composantes: la direction cerceau et la direction radiale La composante HD subit de jumelage d'extension tandis que le jumelage de contraction et double se présente en grains RD.

The best spatial resolution, for a microanalysis with a scanning electron microscope (SEM), is achieved by using a low voltage electron beam. But the x-ray microanalysis was developed for high electron beam energy (greater than 10 keV). Also, the specimen will often contain light and medium elements and the analyst will have to use a mixture of K, L, and sometime M x-ray peaks for the x-ray microanalysis. With a mixture of family lines, it will be common to have secondary fluorescence x-rays emission by K-L and L-K interactions. The accuracy of the fluorescence correction models presently used by the analyst are not well known for these interactions. This work shows that the modified secondary fluorescence x-rays emission correction models can improve the accuracy of the microanalysis for K-L and L-K interactions. The general equation derived in this work allows the identification of three factors which influence the secondary fluorescence x-rays emission. The fluorescence production factor can be used to predict the importance of the secondary fluorescence x-rays emission. A large value of the fluorescence production factor indicates that a fluorescence correction is needed. Another disadvantage of using a low voltage is that there are more frequent occurrences of x-ray peaks overlap. A new microanalysis instruments that combines the high-spatial resolution and high-energy resolution for x-ray detection is needed. The microcalorimeter energy-dispersive spectrometer (uEDS) should improve the low voltage microanalysis, but the maturity of this technology has to be evaluated first. One of the first commercial uEDS for x-ray microanalysis in a SEM is studied and analyzed in this work. This commercial uEDS has an excellent energy resolution (15 eV) and can detect x-rays of low energy. This x-ray detector can be used as a high-spatial resolution and high-energy resolution microanalysis instrument. There are still hurdles that this technology must overcome before i / Pour la microanalyse par rayons X avec un microscope électronique à balayage (MEB), la meilleure résolution spatiale est obtenue à bas voltage. Cependant, la microanalyse par rayons X a été développée pour des grandes énergies du faisceau d'électrons (plus grandes que 10 keV). De plus, les échantillons analysés contiennent souvent des éléments légers et moyens. L'analyste va devoir utiliser un mélange de pics de rayons X K, L et parfois M pour la microanalyse par rayons X. Avec un aussi grand nombre de pics, l'émission de fluorescence secondaire de rayons X par des interactions K-L et L-K est inévitable. La précision des modèles de correction de la fluorescence utilisés présentement n'est pas bien quantifiée pour ces types d'interactions. Les modifications apportées, dans le cadre de ce travail, aux modèles de correction de la fluorescence améliorent la précision des résultats de la microanalyse pour les interactions K-L et L-K. L'équation générale dérivée dans ce travail permet l'identification de trois facteurs qui influencent l'émission de fluorescence secondaire de rayons X. Le facteur de production de fluorescence est utilisé pour prédire l'importance de l'émission de fluorescence de rayons X. Une grande valeur de ce facteur indique que la correction de fluorescence est nécessaire. Un autre désavantage d'utiliser une basse tension est le chevauchement des pics de rayons X qui se produit plus fréquemment. Un nouvel instrument de microanalyse qui combine une grande résolution spatiale et une grande résolution en énergie pour la détection des rayons X est nécessaire. Un spectromètre microcalorimétrique à dispersion d'énergie des rayons X (uEDS) devrait améliorer la microanalyse à basse tension, mais la maturité de cette technologie doit être évaluée. L'un des premiers spectromètre uEDS commercial pour la microanalyse par rayons X dans un MEB est étudié et analysé dans ce travail. Cet uEDS commercial$

A new microfabrication technology capable of electro-depositing truly three dimensional metal micro-structures is presented. The method, known as Spatially Constrained Micro-Electro-Deposition or SCMED, is being developed as part of an effort to provide sub-millimeter sized tools and extra degrees of freedom to existing tele-operated micro-surgical robots and micro-manipulators. These applications require fabrication processes capable of producing three dimensional structures, with sub-micrometer spatial resolution, using a range of materials and at reasonable rates. Current micro-fabrication technology is,unable to meet these requirements. The three dimensional requirement is particularly relevant given the present dependence on essentially two dimensional micro-fabrication methods derived from micro-electronics. / In SCMED, electrodeposition is localized by placing a sharp tipped electrode in a plating substrate, and applying a voltage. Structures are built by moving the electrode appropriately with respect to the substrate. / Electrochemical theory, including mass transport to regions of localized field, is discussed, and a model of deposition profile presented. SCMED is shown to be capable of producing three dimensional polycrystalline nickel structures on the micrometer scale, including a multi-coiled helical spring. Vertical deposition rates of 6 $ mu m$/s are observed, two orders of magnitude greater than those of conventional electrodeposition. / The process can potentially deposit and etch a wide rage of materials including pure metal, alloys and polymers with sub-micrometer resolution, thereby overcoming important limitations or current technology.

Weight reduction in vehicles has important benefits of fuel economy and reduction in greenhouse gas emissions as well as improved vehicle performance. The current material for the diesel-engine block/head is mostly ductile iron and replacing it with aluminum alloys would result in very effective weight reduction (30-40%). Current commercial cast aluminum alloys, however, soften at engine operating temperatures exceeding 200°C and would cause early fracture in the diesel engine. Two new alloys derived from the commercial alloy (A356) are described in terms of microstructure, creep, aging behavior and tensile properties at elevated temperatures. The alloy containing both peritectic (Cr, Zr and Mn) and age hardenable elements (Cu and Mg) shows superior aging response at 200°C (for 200 hours) and creep properties at 300°C (for 300 hours). Interestingly, the alloy has better tensile strength (161MPa) at 250°C with adequate ductility compared to the current engine alloys, A356 and A356+Cu. The improvement in mechanical properties is attributed to the newly formed thermally stable fine precipitates (ε-AlZrSi, α-AlCrMnFeSi…) inside the α-Al dendrites. / La diminution du poids des véhicules résulte dans l'apport important de bénéfices au niveau de l'économie d'essence, la réduction des gaz à effets de serre aussi bien que l'amélioration du rendement du véhicule. Le matériau principal présentement utilisé pour la fabrication de la tête et du bloc moteur est la fonte ductile. Le remplacement de la fonte par des alliages d'aluminium va conduire vèrs une diminution (30-40%) significative du poids. Les alliages d'aluminium de coulée actuels laissent voir dans le temps un ramolissement du métal lorsque les températures d'opération du moteur exèdent 200ºC. Ce phénomène provoquera à plus ou moins brève échéance un bris prématuré du moteur diésel. Deux nouveaux alliages développés à partir de l'alliage commercial A356 sont présentés dans les termes suivants : microstructure, fluage, comportement au vieillissement et propriétés de traction à des températures élevées. L'alliage contenant les deux groupes d'éléments soit péritectiques (Cr, Zr et Mn) dans un premier temps et pour le durcissement structural par le vieillissement (Cu et Mg) dans un second temps, démontre une réponse supérieure au vieillissement à la température de 200ºC pour une période de 200 heures et de meilleures propriétés de fluage à la température de 300ºC pour une période de 300 heures. De façon plus intéressant, l'alliage possède de meilleures propriétés de traction (161MPa) à 250ºC avec une ductilité adéquate comparativement aux alliages de bloc moteur fabriqués à partir des alliages A356 et A356 + Cu. L'amélioration des propriétés mécaniques est ainsi attribuable aux nouveaux précipit

Magnesium diboride was found to be a simple intermetallic superconductor in 2001 with the highest critical temperature to date at 39 K. Following this discovery thousands of studies have been conducted into the synthesis and modification of this simple binary compound. Additionally, magnesium diboride has been studied in order to understand the fundamental physics of superconductivity. However, implementation of commercial applications has been limited due to the associated difficulty of production. The compound itself is relatively cheap to produce however, standard powder-in-tube methods for wire production require multiple steps and could prove to be difficult to incorporate into automated production. In this thesis project, two-phase superconductor tapes were produced by blending high purity magnesium diboride powder with a liquid ethylcellulose-based polymeric binder and simply leaving them to dry. Shaping the tapes required a simple cutting tool and some peeling from the flexible aluminium substrate. The objective was to produce robust, superconductive coatings which can potentially be shaped into any geometry including wires and tapes without necessitating sintering and pressing steps for eventual commercial applications. The transition temperature as well as the critical fields were determined using electrical transport and magnetization measurements. Fourier-transform infrared spectroscopy using a photoacoustic cell was used to determine the normal state vibration modes of the two main components, MgB2 and ethylcellulose, in the superconducting tapes. All samples produced with this new method were found to be superconductive. Results from transport measurement / Le diboride de magnésium a été découvert comme étant un simple supraconducteur intermétallique en 2001 avec la plus haute température de transition à date de 39 K. En raison de sa haute température de transition, de nombreuses recherches ont été faites sur la synthèse et la modification de ce composé binaire et pour mieux comprendre les principes fondamentaux de la supraconductivité. Le composé n'est pas cher ; par contre, les applications commerciales étant limitées à la difficulté de la facilité de production, les méthodes de production courantes, dont la poudre en tube, nécessitent des étapes multiples et pourraient être difficiles à introduire dans la production automatisée. Dans ce projet de thèse, des rubans supraconducteurs de deux phases ont été produits en mélangeant la poudre de diboride de magnésium de haute pureté avec un liant polymérique en forme liquide à base d'éthylcellulose et puis en laissant sécher. La mise en forme des rubans se fait simplement en coupant avec un ustensile et une étape d'écaillage du substrat d'aluminium. L'objectif a été de produire des couchages supraconducteurs robustes avec un potentiel de mise en forme dans n'importe quelle géométrie nécessaire, incluant fil ou ruban, sans les étapes de frittage et compression traditionnels pour des applications commerciales éventuelles. La température de transition a été déterminée lors d'expériences de transport électrique et d'aimantation. La spectroscopie à l'infrarouge de transformée de Fourier avec accessoire photo acoustique a été utilisée pour la détermination des modes de vibration des deux composants, soit le diboride de magn

<p> Cu(In,Ga)Se₂ thin film solar cells have attracted a lot of interest because they have shown the highest achieved efficiency (21%) among thin film photovoltaic materials, long-term stability, and straightforward optical bandgap engineering by changing relative amounts of present elements in the alloy. Still, there are several opportunities to further improve the performance of the Cu(In,Ga)Se₂ devices. The interfaces between layers significantly affect the device performance, and knowledge of their chemical and electronic structures is essential in identifying performance limiting factors. The main goal of this research is to understand the characteristics of the Cu(In,Ga)Se₂-back contact interface in order to design ohmic back contacts for Cu(In,Ga)Se₂-based solar cells with a range of band gaps and device configurations. The focus is on developing either an opaque or transparent ohmic back contact via surface modification or introduction of buffer layers in the back surface. </p><p> In this project, candidate back contact materials have been identified based on modeling of band alignments and surface chemical properties of the absorber layer and back contact. For the first time, MoO₃ and WO₃ transparent back contacts were successfully developed for Cu(In,Ga)Se₂ solar cells. The structural, optical, and surface properties of MoO₃ and WO₃ were optimized by controlling the oxygen partial pressure during reactive sputtering and post-deposition annealing. Valence band edge energies were also obtained by analysis of the XPS spectra and used to characterize the interface band offsets. </p><p> As a result, it became possible to illuminate of the device from the back, resulting in a recently developed "backwall superstrate" device structure that outperforms conventional substrate Cu(In,Ga)Se₂ devices in the absorber thickness range 0.1-0.5 &micro;m. Further enhancements were achieved by introducing moderate amounts of Ag into the Cu(In,Ga)Se₂ lattice during the co-evaporation method resulting in a 9.7% cell (with 0.3 &micro;m thickness) which has the highest efficiency reported for ultrathin CIGS solar cells to date. </p><p> In addition, sulfized back contacts including ITO-S and MoS₂ are compared. Interface properties of different contact layers with (Ag,Cu)(In,Ga)Se₂ absorber layers with various Ga/(Ga+In) and Ag/(Ag+Cu) ratios are discussed based on the XPS analysis and thermodynamics of reactions. </p>