Com o objetivo de se otimizar as propriedades magnéticas de ligas fundidas para imãs permanentes tipo Âlnico, foram realizadas experiências de solidificação controlada visando a obtenção de estrutura colunar orientada. Âs experiências iniciais foram feitas com Âluminio que serviu de modelo para as experiências com a liga Âlnico 5. Âpresenta-se urna breve revisão do estado da arte das ligas Âlnico, enfatizando-se as técnicas de fundição utilizadas na obtenção de imãs permanentes, policristalinose anisotrópicos. Descreve-se a técnica utilizada para a produção de imãs permanentes com base na liga Âlnico 5 com composição nominal 24% Co, 14% Ni, 8% AI, 3% Cu e balanço Fe. São abordadas as condições de fusão da liga, as análises químicas e os tratamentos térmicos realizados em várias amostras. Os imãs foram produzidos por solidificaçãounidirecional,em moldes cerâmicos do tipo casca obtidos pelo processo de microfusão. Âs amostras foram avaliadas através da obtenção das curvas de histerese magnética, microscopia ótica e eletrônica. Âvaliam-se os efeitos de composição, tratamento térmico submetido e características metalúrgicas da liga, nas propriedades magnéticas. Os resultados indicam que as propriedades magnéticas da liga são muito influenciadas pelo tratamento térmico. Os melhores resultados foram obtidos nas amostras que passaram pelo tratamento térmico convencional(TTC). / With the purpose to optimize the magnetic properties of Alnico cast alloys, experiments under controlled solidificationaimig the production of oriented structures, have been realized. AIuminum ingots were used in the first tests as a model for the following experiments with Alnico 5 alloy. The melting conditions to obtain by unidirectional solidification using shell molding investment casting and, the Alnico 5 alloy 8% AI, 14% Ni, 24% Co, 3% Cu and Fe are discussed. The samples were analized by optical and electronic microscopy and by hysteresis loop, as well the efIects of chemical composition and heat treatment. The results indicate that the heat treatment has a strong influence on the magnetic properties of this alloy and the best results were found in the sample submeted under conventional heat treatment (TTC).

Com o objetivo de se otimizar as propriedades magnéticas de ligas fundidas para imãs permanentes tipo Âlnico, foram realizadas experiências de solidificação controlada visando a obtenção de estrutura colunar orientada. Âs experiências iniciais foram feitas com Âluminio que serviu de modelo para as experiências com a liga Âlnico 5. Âpresenta-se urna breve revisão do estado da arte das ligas Âlnico, enfatizando-se as técnicas de fundição utilizadas na obtenção de imãs permanentes, policristalinose anisotrópicos. Descreve-se a técnica utilizada para a produção de imãs permanentes com base na liga Âlnico 5 com composição nominal 24% Co, 14% Ni, 8% AI, 3% Cu e balanço Fe. São abordadas as condições de fusão da liga, as análises químicas e os tratamentos térmicos realizados em várias amostras. Os imãs foram produzidos por solidificaçãounidirecional,em moldes cerâmicos do tipo casca obtidos pelo processo de microfusão. Âs amostras foram avaliadas através da obtenção das curvas de histerese magnética, microscopia ótica e eletrônica. Âvaliam-se os efeitos de composição, tratamento térmico submetido e características metalúrgicas da liga, nas propriedades magnéticas. Os resultados indicam que as propriedades magnéticas da liga são muito influenciadas pelo tratamento térmico. Os melhores resultados foram obtidos nas amostras que passaram pelo tratamento térmico convencional(TTC). / With the purpose to optimize the magnetic properties of Alnico cast alloys, experiments under controlled solidificationaimig the production of oriented structures, have been realized. AIuminum ingots were used in the first tests as a model for the following experiments with Alnico 5 alloy. The melting conditions to obtain by unidirectional solidification using shell molding investment casting and, the Alnico 5 alloy 8% AI, 14% Ni, 24% Co, 3% Cu and Fe are discussed. The samples were analized by optical and electronic microscopy and by hysteresis loop, as well the efIects of chemical composition and heat treatment. The results indicate that the heat treatment has a strong influence on the magnetic properties of this alloy and the best results were found in the sample submeted under conventional heat treatment (TTC).

Com o objetivo de se otimizar as propriedades magnéticas de ligas fundidas para imãs permanentes tipo Âlnico, foram realizadas experiências de solidificação controlada visando a obtenção de estrutura colunar orientada. Âs experiências iniciais foram feitas com Âluminio que serviu de modelo para as experiências com a liga Âlnico 5. Âpresenta-se urna breve revisão do estado da arte das ligas Âlnico, enfatizando-se as técnicas de fundição utilizadas na obtenção de imãs permanentes, policristalinose anisotrópicos. Descreve-se a técnica utilizada para a produção de imãs permanentes com base na liga Âlnico 5 com composição nominal 24% Co, 14% Ni, 8% AI, 3% Cu e balanço Fe. São abordadas as condições de fusão da liga, as análises químicas e os tratamentos térmicos realizados em várias amostras. Os imãs foram produzidos por solidificaçãounidirecional,em moldes cerâmicos do tipo casca obtidos pelo processo de microfusão. Âs amostras foram avaliadas através da obtenção das curvas de histerese magnética, microscopia ótica e eletrônica. Âvaliam-se os efeitos de composição, tratamento térmico submetido e características metalúrgicas da liga, nas propriedades magnéticas. Os resultados indicam que as propriedades magnéticas da liga são muito influenciadas pelo tratamento térmico. Os melhores resultados foram obtidos nas amostras que passaram pelo tratamento térmico convencional(TTC). / With the purpose to optimize the magnetic properties of Alnico cast alloys, experiments under controlled solidificationaimig the production of oriented structures, have been realized. AIuminum ingots were used in the first tests as a model for the following experiments with Alnico 5 alloy. The melting conditions to obtain by unidirectional solidification using shell molding investment casting and, the Alnico 5 alloy 8% AI, 14% Ni, 24% Co, 3% Cu and Fe are discussed. The samples were analized by optical and electronic microscopy and by hysteresis loop, as well the efIects of chemical composition and heat treatment. The results indicate that the heat treatment has a strong influence on the magnetic properties of this alloy and the best results were found in the sample submeted under conventional heat treatment (TTC).

Neste trabalho são apresentados os resultados do desenvolvimento e caracterização de transdutores acústicos eletromagnéticos de imãs permanentes periódicos. Foi desenvolvido um transdutor para operar em torno de 230 kHz, produzindo preferencialmente ondas SH0, mas também A0 e S0, em uma chapa de aço com 2 mm de espessura. A direcionalidade do campo sônico do sensor foi avaliada através de ensaios empregando vibrômetros a laser como detectores das vibrações acústicas. Através do processamento dos dados provenientes desse estudo, obtiveram-se gráficos polares da intensidade relativa de cada um dos modos em função do ângulo de propagação principal para todas frequências de excitação empregadas. Os resultados obtidos com o estudo da direcionalidade foram comparados com os resultados de simulação por elementos finitos. Essa comparação mostrou que em ambos os casos estava presente o modo A0 na direção perpendicular à direção principal do EMAT. Foi feito, também, uma comparação entre os resultados experimentais da direcionalidade e dois modelos matemáticos elaborados para descrever o comportamento da intensidade do modo SH0 em função do ângulo com a direção principal. Os resultados desses modelos matemáticos concordam entre si e com os resultados experimentais de forma satisfatória para ângulos de até 25°. Além disso, serão expostos os resultados de medidas de intensidade do sinal em função do afastamento entre os transdutores e a amostra. Esses resultados mostram que é possível utilizar estes transdutores com afastamento de mais de 4 mm em relação à superfície da amostra e obter sinais capazes de carregar informação sobre a integridade da chapa. / This work presents the results of the development and characterization of periodic permanent magnet electromagnetic acoustic transducers. A transducer was designed to operate around 230 kHz, generating primarily SH, but also A0 and S0 waves on a 2 mm thick steel plate. The directivity of the sonic field produced by those transducers was investigated over a test employing laser interferometers as acoustic wave detector. Through the analysis of the data from that study it was obtained polar plots of the relative intensity, from each one of the modes, as a function of the angle to the main propagation direction for all the employed excitation frequencies. The results obtained with the directivity analysis were compared with a finite element simulation. This showed that at both cases the A0 mode was present perpendicularly to the EMAT’s main propagation direction. The experimental results of the directivity were also compared with two mathematical models developed to depict the behavior of the intensity of the SH0 mode as function of the angle to the main propagation direction. The results from those mathematical models agree with each other and with the experimental results well for angles up to 25°. Moreover, it is presented the results from the intensity of the signal as a function of the lift-off. Those results show that is possible to employ the transducers with a liftoff greater than 4 mm and, even though, be able to detect signals high enough to carry information about the plate’s integrity.

Este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de uma máquina síncrona com ímãs permanentes de até 7,5 kW, no qual o núcleo do rotor, usualmente construído de chapas de aço laminadas, foi substituído por um bloco maciço de uma liga ferromagnética obtida através da metalurgia do pó. Para a construção do rotor, foram estudados materiais magnéticos macios sinterizados, a partir de ligas com ferro, onde foram avaliadas propriedades magnéticas, elétricas e mecânicas, os quais influenciam diretamente no desempenho da máquina. A partir destas propriedades foi definida uma liga, considerando que o rotor construído resultaria em um melhor desempenho na máquina. Testes foram efetuados, possibilitando uma comparação com máquinas construídas da maneira convencional. / The aim of this project is to develop a synchronous machine with permanent magnets up to 7.5 kW, where the rotor core, usually built of laminated steel sheets, was replaced by a massive block of a ferromagnetic alloy obtained through Powder Metallurgy. Process soft magnetic materials using iron alloys were studied in order to build the rotor, and the magnetic, electrical and mechanical properties were analyzed, due to their direct influence on the performance of the machine. An alloy was selected according to these analyses considering a better performance of the machine using the rotor built from this alloy. Experiments were carried out to enable a comparison to machines built in traditional processes.

Neste trabalho são apresentados os resultados do desenvolvimento e caracterização de transdutores acústicos eletromagnéticos de imãs permanentes periódicos. Foi desenvolvido um transdutor para operar em torno de 230 kHz, produzindo preferencialmente ondas SH0, mas também A0 e S0, em uma chapa de aço com 2 mm de espessura. A direcionalidade do campo sônico do sensor foi avaliada através de ensaios empregando vibrômetros a laser como detectores das vibrações acústicas. Através do processamento dos dados provenientes desse estudo, obtiveram-se gráficos polares da intensidade relativa de cada um dos modos em função do ângulo de propagação principal para todas frequências de excitação empregadas. Os resultados obtidos com o estudo da direcionalidade foram comparados com os resultados de simulação por elementos finitos. Essa comparação mostrou que em ambos os casos estava presente o modo A0 na direção perpendicular à direção principal do EMAT. Foi feito, também, uma comparação entre os resultados experimentais da direcionalidade e dois modelos matemáticos elaborados para descrever o comportamento da intensidade do modo SH0 em função do ângulo com a direção principal. Os resultados desses modelos matemáticos concordam entre si e com os resultados experimentais de forma satisfatória para ângulos de até 25°. Além disso, serão expostos os resultados de medidas de intensidade do sinal em função do afastamento entre os transdutores e a amostra. Esses resultados mostram que é possível utilizar estes transdutores com afastamento de mais de 4 mm em relação à superfície da amostra e obter sinais capazes de carregar informação sobre a integridade da chapa. / This work presents the results of the development and characterization of periodic permanent magnet electromagnetic acoustic transducers. A transducer was designed to operate around 230 kHz, generating primarily SH, but also A0 and S0 waves on a 2 mm thick steel plate. The directivity of the sonic field produced by those transducers was investigated over a test employing laser interferometers as acoustic wave detector. Through the analysis of the data from that study it was obtained polar plots of the relative intensity, from each one of the modes, as a function of the angle to the main propagation direction for all the employed excitation frequencies. The results obtained with the directivity analysis were compared with a finite element simulation. This showed that at both cases the A0 mode was present perpendicularly to the EMAT’s main propagation direction. The experimental results of the directivity were also compared with two mathematical models developed to depict the behavior of the intensity of the SH0 mode as function of the angle to the main propagation direction. The results from those mathematical models agree with each other and with the experimental results well for angles up to 25°. Moreover, it is presented the results from the intensity of the signal as a function of the lift-off. Those results show that is possible to employ the transducers with a liftoff greater than 4 mm and, even though, be able to detect signals high enough to carry information about the plate’s integrity.

Este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de uma máquina síncrona com ímãs permanentes de até 7,5 kW, no qual o núcleo do rotor, usualmente construído de chapas de aço laminadas, foi substituído por um bloco maciço de uma liga ferromagnética obtida através da metalurgia do pó. Para a construção do rotor, foram estudados materiais magnéticos macios sinterizados, a partir de ligas com ferro, onde foram avaliadas propriedades magnéticas, elétricas e mecânicas, os quais influenciam diretamente no desempenho da máquina. A partir destas propriedades foi definida uma liga, considerando que o rotor construído resultaria em um melhor desempenho na máquina. Testes foram efetuados, possibilitando uma comparação com máquinas construídas da maneira convencional. / The aim of this project is to develop a synchronous machine with permanent magnets up to 7.5 kW, where the rotor core, usually built of laminated steel sheets, was replaced by a massive block of a ferromagnetic alloy obtained through Powder Metallurgy. Process soft magnetic materials using iron alloys were studied in order to build the rotor, and the magnetic, electrical and mechanical properties were analyzed, due to their direct influence on the performance of the machine. An alloy was selected according to these analyses considering a better performance of the machine using the rotor built from this alloy. Experiments were carried out to enable a comparison to machines built in traditional processes.

Este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de uma máquina síncrona com ímãs permanentes de até 7,5 kW, no qual o núcleo do rotor, usualmente construído de chapas de aço laminadas, foi substituído por um bloco maciço de uma liga ferromagnética obtida através da metalurgia do pó. Para a construção do rotor, foram estudados materiais magnéticos macios sinterizados, a partir de ligas com ferro, onde foram avaliadas propriedades magnéticas, elétricas e mecânicas, os quais influenciam diretamente no desempenho da máquina. A partir destas propriedades foi definida uma liga, considerando que o rotor construído resultaria em um melhor desempenho na máquina. Testes foram efetuados, possibilitando uma comparação com máquinas construídas da maneira convencional. / The aim of this project is to develop a synchronous machine with permanent magnets up to 7.5 kW, where the rotor core, usually built of laminated steel sheets, was replaced by a massive block of a ferromagnetic alloy obtained through Powder Metallurgy. Process soft magnetic materials using iron alloys were studied in order to build the rotor, and the magnetic, electrical and mechanical properties were analyzed, due to their direct influence on the performance of the machine. An alloy was selected according to these analyses considering a better performance of the machine using the rotor built from this alloy. Experiments were carried out to enable a comparison to machines built in traditional processes.

Neste trabalho são apresentados os resultados do desenvolvimento e caracterização de transdutores acústicos eletromagnéticos de imãs permanentes periódicos. Foi desenvolvido um transdutor para operar em torno de 230 kHz, produzindo preferencialmente ondas SH0, mas também A0 e S0, em uma chapa de aço com 2 mm de espessura. A direcionalidade do campo sônico do sensor foi avaliada através de ensaios empregando vibrômetros a laser como detectores das vibrações acústicas. Através do processamento dos dados provenientes desse estudo, obtiveram-se gráficos polares da intensidade relativa de cada um dos modos em função do ângulo de propagação principal para todas frequências de excitação empregadas. Os resultados obtidos com o estudo da direcionalidade foram comparados com os resultados de simulação por elementos finitos. Essa comparação mostrou que em ambos os casos estava presente o modo A0 na direção perpendicular à direção principal do EMAT. Foi feito, também, uma comparação entre os resultados experimentais da direcionalidade e dois modelos matemáticos elaborados para descrever o comportamento da intensidade do modo SH0 em função do ângulo com a direção principal. Os resultados desses modelos matemáticos concordam entre si e com os resultados experimentais de forma satisfatória para ângulos de até 25°. Além disso, serão expostos os resultados de medidas de intensidade do sinal em função do afastamento entre os transdutores e a amostra. Esses resultados mostram que é possível utilizar estes transdutores com afastamento de mais de 4 mm em relação à superfície da amostra e obter sinais capazes de carregar informação sobre a integridade da chapa. / This work presents the results of the development and characterization of periodic permanent magnet electromagnetic acoustic transducers. A transducer was designed to operate around 230 kHz, generating primarily SH, but also A0 and S0 waves on a 2 mm thick steel plate. The directivity of the sonic field produced by those transducers was investigated over a test employing laser interferometers as acoustic wave detector. Through the analysis of the data from that study it was obtained polar plots of the relative intensity, from each one of the modes, as a function of the angle to the main propagation direction for all the employed excitation frequencies. The results obtained with the directivity analysis were compared with a finite element simulation. This showed that at both cases the A0 mode was present perpendicularly to the EMAT’s main propagation direction. The experimental results of the directivity were also compared with two mathematical models developed to depict the behavior of the intensity of the SH0 mode as function of the angle to the main propagation direction. The results from those mathematical models agree with each other and with the experimental results well for angles up to 25°. Moreover, it is presented the results from the intensity of the signal as a function of the lift-off. Those results show that is possible to employ the transducers with a liftoff greater than 4 mm and, even though, be able to detect signals high enough to carry information about the plate’s integrity.

Neste estudo, as propriedades magnéticas dos ímãs sinterizados, produzidos a partir de uma mistura de ligas Pr16Fe76B8 e Pr14FebalCo16B6Nb0,1Mx, onde M= Al, Cu, P, Si, Gd, Ga, Dy, Tb e x= 0,1, 0,3, 0,5 % at. em iguais proporções, foram correlacionadas com as características microestruturais através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET). Utilizou-se microscopia eletrônica de varredura (MEV) e processamento computacional das micrografias, na investigação das características associadas ao tamanho e formato dos grãos magnéticos (Φ). A correlação utilizada indicou que fatores de quadratura superiores estão associados a grãos mais arredondados e com distribuição de tamanho mais estreita. Considerando que a variação no tamanho de grão e os valores de coercividade não se mostraram conclusivas com MEV, utilizou-se o recurso da microscopia eletrônica de transmissão (MET), microanálise com EDS e padrão de difração eletrônica. A associação da coercividade com a microestrutura foi feita com base nas investigações das fases não magnéticas, ricas em praseodímio dos pontos triplos e nos contornos de grãos. Com o microscópio de transmissão de alta resolução (HRTEM), foi possível observar a presença de uma camada contínua e regular entre os grãos da fase magnética para o ímã com adição de Ga 0,25% at. A modificação da microestrutura no contorno de grão do ímã com adição de Ga pode ser indicada como responsável pelo aumento de 10% na coercividade (1100 mT) comparado com o ímã Pr15FebalCo8B7Nb0,05. / In this study the magnetic properties of sintered magnets, prepared with a mixture of Pr16Fe76B8 and Pr14FebalCo16B6Nb0.1Mx alloys, where M = Al, Cu, P, Si, Gd, Ga, Dy, Tb and x = 0.1, 0.3, 0.5 at.% in the same proportions, were correlated with the microstructural features by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). SEM and computer processing of the micrographs were used in order to provide the characteristics associated with the size and shape of the magnetic grains (Φ phase). The correlation used shows that superior squareness factors are associated with rounder and narrower size distribution grains. Considering that the variation in the grain size and coercivity values were not conclusive with SEM, it has been used TEM, micro analysis by EDS and electron diffraction pattern. The coercivity relation with the microstructure was based on investigations of non-magnetic phases, in triple points, and in the grain boundary. With a high resolution transmission microscope (HRTEM), it was possible to observe a regular and continuous layer between the grains of the magnetic phase for the magnet with 0.25 at.% of Ga. The presence of such boundary can be indicated as responsible for higher coercivity values of this magnet. Microstructure was modified in the grain boundary by Ga addition and can be indicated as responsible for coercivity value (1100 mT) 10% higher than Pr15FebalCo8B7Nb0.05 magnet.