MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31328188
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620.11
■1001  ▼aEl-Azab,  Salma.
■24510▼aUnconventional  Methods  of  Controlling  Microstructures  to  Tailor  the  Mechanical  Behavior  of  Polycrystalline  Solids
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  California,  Irvine▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a170  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-02,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Schoenung,  Julie  M.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  Irvine,  2024.
■520    ▼aAs  new  materials  and  manufacturing  techniques  are  developed  to  suit  the  needs  of  several  key  industries,  creative  methods  of  designing  microstructures  to  tailor  mechanical  behavior  must  be  explored  to  control  deformation  and  prevent  failure.  Additionally,  the  underlying  mechanisms  that  dictate  such  control  must  be  well  understood.  To  this  end,  this  dissertation  includes  three  distinct  investigations:  a  study  on  the  underling  mechanisms  that  control  the  microstructure  of  samples  fabricated  with  ultrasonic  vibration-assisted  directed  energy  deposition;  an  exploration  of  the  role  of  phase  state  and  composition  on  the  room-temperature  mechanical  behavior  of  entropy  stabilized  oxides;  and  an  analysis  of  the  role  of  microstructure  and  phase  state  on  the  high-temperature  deformation  of  entropy  stabilized  oxides. In  the  first  study,  ultrasonic  vibration  (UV)  was  applied  in  situ  to  directed  energy  deposition  (DED)  of  316L  stainless  steel  single  tracks  and  bulk  parts.  For  the  first  time,  high-speed  video  imaging  and  thermal  imaging  were  implemented  in  situ  to  quantitatively  correlate  the  application  of  UV  to  melt  pool  evolution  in  DED.  Findings  show  that  UV  increases  the  melt  pool  peak temperature  and  dimensions,  while  improving  the  wettability  of  injected  powder  particles  with  the  melt  pool  surface  and  reducing  powder  particle  residence  time.  Through  in  situ  imaging  we  demonstrate  quantitatively  that  these  phenomena,  acting  simultaneously,  effectively  diminish  with  increasing  build  height  and  size,  consequently  decreasing  the  positive  effect  of  implementing  UV-assisted  (UV-A)  DED.  Thus,  this  research  provides  valuable  insight  into  the  effects  of  UV  on  DED  melt  pool  dynamics,  the  stochastic  interactions  between  the  melt  pool  and  incoming  powder  particles,  and  the  limitations  of  build  geometry  on  the  UV-A  DED  technique.In  the  second  study,  we  investigate  the  influence  of  these  secondary  phases  on  the  mechanical  behavior  of  the  (CoCuMgNiZn)O  transition  metal  ESO  (TM-ESO).  TM-ESOs  of  equimolar,  Co-deficient,  and  Cu-deficient  compositions  were  fabricated,  heat  treated  to  form  secondary  phases,  and  characterized.  Room-temperature  indentation  was  used  to  measure  the  hardness  and  elastic  modulus  of  as-sintered  single-phase  and  as-heat-treated  multiphase  bulk  samples.  As  the  atomic  fraction  of  secondary  phase  increases,  equimolar  and  Co-deficient  TM-ESO  harden  then  soften,  and  Cu-deficient  TM-ESO  continuously  hardens.  Hardness  trends  were  analyzed  by  evaluating  strengthening  mechanisms,  indicating  that  hardness  is  significantly  influenced  by  the  interactions  between  dislocations  and  secondary  phases.  The  elastic  modulus  varies  as  a  function  of  composition  and  quantity  of  secondary  phases  but  falls  within  a  range  of  values  predicted  by  a  composite  model.  Changing  composition  influences  the  hardness  and  elastic  modulus  of  as-sintered  single-phase  TM-ESOs  due  to  changes  in  cation-dislocation  and  cation-cation  interaction  energies.  Overall,  our  findings  indicate  that  the  entropic  phase  transformation  can  be  manipulated  to  tailor  the  room-temperature  mechanical  properties  of  TM-ESOs. In  the  third  study,  we  begin  to  address  the  high-temperature  deformation  behavior  of  TM-ESOs.  The  microstructure  and  phase  state  of  TM-ESOs  were  varied.  Fine-grained  and  coarse-grained TM-ESOs  were  deformed  at  increasing  loads  over  a  range  of  elevated  temperatures  in  both  their  single-phase  and  multiphase  states.  Stress  exponent  values  were  determined  for  all  conditions,  indicating  that  fine-grained  and  coarse-grained  TM-ESO  deformed  superplastically.  In  fine-grained  TM-ESO  samples,  the  secondary  phases  did  not  have  a  significant  effect  on  the  stress  exponent  values.  At  low  deformation  temperatures,  coarse-grained  TM-ESO  samples  had  higher  stress  exponent  values  than  fine-grained  samples,  and  the  stress  exponent  increased  with  the  presence  of  secondary  phases.  At  high  deformation  temperatures,  the  stress  exponents  for  single-phase  and  multiphase  coarse-grained  samples  decreased.  The  drop  in  stress  exponent  for  the  coarse-grained  samples  at  higher  deformation  temperatures  indicates  a  temperature-induced  switch  in  the  deformation  mechanism  from  grain  boundary  sliding  to  solute-drag  creep.  Overall,  this  work  demonstrates  that  microstructure  and  phase  composition  of  TM-ESO  can  be  used  to  tailor  the  high-temperature  deformation  of  TM-ESO. This  dissertation  highlights  that  unconventional  methods  can  be  used  to  tailor  the  microstructure  of  polycrystalline  metal  alloys  and  oxide  ceramics  to  control  their  mechanical  behavior.  Future  studies  examining  the  mechanical  properties  of  individual  secondary  phases  in  TM-ESOs,  the  kinetics  of  the  reversible  phase  transformation  of  TM-ESOs,  and  the  reversible  phase  transformation  and  room-temperature  mechanical  behavior  of  nanocrystalline  TM-ESOs  would  be  meaningful  additions  to  the  studies  included  in  this  dissertation. 
■590    ▼aSchool  code:  0030.
■650  4▼aMaterials  science
■650  4▼aEngineering
■650  4▼aMechanics
■653    ▼aAdditive  manufacturing
■653    ▼aCharacterization
■653    ▼aEntropy  stabilized  oxides
■653    ▼aHigh  entropy  oxides
■653    ▼aMechanical  properties
■653    ▼aMicrostructures
■690    ▼a0794
■690    ▼a0346
■690    ▼a0537
■71020▼aUniversity  of  California,  Irvine▼bMaterials  Science  and  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-02B.
■790    ▼a0030
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17162240▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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