Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade do Extremo Sul Catarinense UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais com área de concentração em Tecnologia de Materiais. / Com o aumento populacional nos últimos anos, novos materiais devem ser produzidos ou criados para satisfazer as necessidades do ser humano. Com o aumento da produção desses, também há uma maior produção de resíduos industriais. Sendo assim, tecnologias alternativas para a valorização desses resíduos têm sido muito atrativas. A partir desse contexto, esta pesquisa objetivou a valorização de resíduos industriais (lodo de anodização e vidro plano) para a obtenção de geopolímeros. As variáveis de estudo foram a quantidade em massa de lodo de anodização, vidro plano, solução de hidróxido de sódio e silicato de sódio. Os resíduos utilizados no estudo foram caracterizados por análise mineralógica e química, espectroscopia ao infravermelho, distribuição do tamanho de partícula, análise térmica e determinação de área superficial. Após a caracterização, os resíduos foram preparados (secagem, moagem e peneiramento) para a geopolimerização, que consistiu na mistura física entre os componentes da síntese. Em seguida, os geopolímeros foram acondicionados e sintetizados em estufa (45°C) por 7, 28 e 90 dias de cura. Posteriormente à cura, foi realizada a caracterização das composições obtidas. A análise mineralógica mostrou a formação de um material com baixa cristalinidade, que aumentou com o tempo de cura. Nos espectros de FTIR, de todas as composições em todos os tempos de cura, foram identificadas as ligações Si-O-T, ligação química característica da formação geopolimérica. A análise micro estrutural por imagem (MEV) evidenciou uma boa formação geopolimérica, com pouca porosidade ou fissuras internas. Comparou-se a resistência mecânica das composições geopoliméricas com a do cimento Portland CP-I. Os resultados para o tempo inicial de cura (7 dias) mostram valores inferiores de resistência, mas, com 28 dias a resistência de algumas composições equiparou-se, e, com 90 dias, algumas composições apresentam valores superiores ao cimento. Os resultados de densidade aparente e real das composições geopoliméricas foram superiores ao encontrado para o cimento, o que mostra uma boa compactação da estrutura. Em relação à porosidade dos materiais, o cimento apresentou porosidade superior a das composições geopoliméricas. Após a análise dos resultados, constatou-se que é possível utilizar e valorizar resíduos industriais de vidro plano e de anodização de alumínio para a obtenção de geopolímeros.

Submitted by Valeria Alves de Castro (valeriadecastro@msn.com) on 2018-04-09T11:26:33Z No. of bitstreams: 1 Influência do Shot-Peening e da Anodização Crômica na Resistência à Fadiga da Liga de Alumínio 7475-T7351.pdf: 11672615 bytes, checksum: 8cfc04a62a6befdf67585a8be24eb5d5 (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-04-09T14:23:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 castro_va_me_guara.pdf: 11672615 bytes, checksum: 8cfc04a62a6befdf67585a8be24eb5d5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-09T14:23:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 castro_va_me_guara.pdf: 11672615 bytes, checksum: 8cfc04a62a6befdf67585a8be24eb5d5 (MD5) Previous issue date: 2018-02-22 / A influência do Shot-Peening e da anodização na resistência à fadiga vem sendo estudada ao longo dos anos, pois são processos amplamente utilizados nas indústrias, em especial na aeronáutica. A análise desse comportamento é extremamente necessária, pois as peças de aeronaves sofrem esforços cíclicos e são expostas ao ambiente corrosivo, que além de reduzir o ciclo de vida, são também prejudiciais à segurança de voo. Em função disso os materiais devem ter boa resistência à fadiga e à corrosão. Para melhorar essas propriedades são aplicados os processos de Shot-Peening e anodização, contudo é essencial que os parâmetros e materiais sejam estudados e ensaiados a fim de se obter um resultado efetivo. Em vista disso, esta pesquisa tem por objetivo avaliar a influência do Shot-Peening e da anodização crômica na resistência à fadiga do alumínio 7475-T7351. O ensaio de fadiga foi realizado com carga axial, frequência de 20 Hz e razão de carga 0,1. A intensidade Almen foi de 0.006 A - 0.010 A e as esferas do jateamento foram de aço. Os resultados dos ensaios das amostras com Shot-Peening seguido de anodização crômica apresentaram redução na resistência à fadiga. Essa redução foi atribuída às tensões residuais de tração e as características da camada de óxido geradas pela anodização e aos parâmetros do Shot-Peening que não induziu tensão residual de compressão o suficiente para retardar a propagação das trincas. O aumento da rugosidade, que é inerente ao processo de Shot-Peening, trabalhou como concentrador de tensão na superfície, intensificando a nucleação e propagação das trincas. No entanto, para as baixas tensões o Shot-Peening minimizou o efeito negativo causado pela anodização crômica. Com isso é possível afirmar que é primordial testar os materiais com diferentes parâmetros de Shot-Peening e avaliar seus efeitos para coletar uma base consolidada e evitar acidentes decorrentes de falha prematura de fadiga. / The influence of Shot-Peening and anodization on the fatigue strength has been studied over the years because these processes are broadly used in industries, especially in aeronautics. The analysis of this behavior is extremely necessary due the cyclic loading of the parts and exposure to corrosive environment, which in addition to reducing the life cycle of an aircraft are also detrimental to flight safety. Due to this, the materials must have good fatigue strength and corrosion resistance. To improve these properties, the Shot-Peening and anodization processes are applied, however it is essential that the parameters and materials be studied and tested in order to obtain an effective result. Therefore, this research has the objective of evaluating the influence of Shot-Peening and chromic anodization on the fatigue strength of 7475-T7351 aluminum alloy. The fatigue test was performed with axial load, frequency of 20 Hz and load ratio 0.1. The Almen intensity was 0.006 A - 0.010 A and the material of spheres was steel. The results of the Shot-Peening specimens followed by chromic anodization treatment show a reduction of the fatigue strength. This reduction is due to residual tensile stress and the characteristics of the oxide layer generated by the anodization treatment and to the Shot-Peening parameters that did not induce residual compression stress enough to delay the crack propagation. The increased roughness, which is inherent in the process, has worked as a stress concentrator on the surface, enhancing the nucleation and propagation of cracks. However, for the low tensions the Shot-Peening minimizes the negative effect caused by the chromic anodization treatment. Therefore, it is possible to affirm that it is essential to test the materials with different parameters of Shot-Peening and evaluate its effects to collect a consolidated base and avoid accidents due to premature fatigue failure.

Submitted by Marcelo Marques da Silva null (marcelomarques657@yahoo.com.br) on 2017-08-31T02:34:55Z No. of bitstreams: 1 Tese_versão_FINAL.pdf: 3504812 bytes, checksum: d5cea839c787579376ad107a79a48213 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-09-01T13:28:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_mm_dr_bauru.pdf: 3504812 bytes, checksum: d5cea839c787579376ad107a79a48213 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-01T13:28:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_mm_dr_bauru.pdf: 3504812 bytes, checksum: d5cea839c787579376ad107a79a48213 (MD5) Previous issue date: 2017-04-25 / Foi realizado um estudo sobre as propriedades elétricas de filmes finos de óxido de alumínio (Al2O3) obtidos por anodização em solução eletrolítica preparada com ácido tartárico, etileno glicol e água. Filmes de Al2O3 com espessuras entre 20 e 70 nm foram crescidos sobre camadas de alumínio as quais foram depositadas por evaporação em vácuo sobre lâminas de vidro. Utilizou-se o processo de anodização em duas etapas, sendo que na primeira etapa aplica-se uma corrente constante de 0,48 mA/cm2 e monitora a tensão até alcançar o valor final, programado conforme a espessura desejada; e então, na segunda etapa, mantem-se se a tensão final durante 2 minutos, enquanto mede-se a corrente. Os filmes de Al2O3 apresentam constante dielétrica média de aproximadamente sete (ε = 7), tan δ da ordem de 10-3 e resistividade elétrica da ordem de 1013 cm. Estudou-se o efeito do tratamento de superfície pela a deposição de monocamadas dos silanos, octadecil triclorosilano (OTS), hexametildisilazano (HMDS) e do ácido fosfônico (OPA) nas características elétricas. O tratamento com HMDS se mostrou o mais efetivo, diminuindo a corrente de fuga e aumentando campo de ruptura dielétrica. Também foi estudado o efeito do recobrimento, da superfície dos filmes de Al2O3, com filmes dos polímeros isolantes poliestireno (PS), polivinil álcool (PVA), fluoreto de polivinilideno (PVDF) e polimetilmetacrilato (PMMA). A deposição de um filme de PMMA foi a que apresentou os melhores resultados, com redução da corrente de fuga em torno de duas ordens de grandeza em relação aos filmes não tratados. Dispositivos com estrutura metal isolante e semicondutor (MIS) tendo o poli(3-hexyltiofeno) (P3HT) como semicondutor, também foram estudados com a finalidade de avaliar a aplicabilidade do Al2O3 como dielétrico em eletrônica orgânica. Conclui-se que filmes de Al2O3 preparados pela técnica de anodização com tratamento de superfície por deposição de uma monocamada de HMDS ou recoberto com um filme de PMMA é uma boa opção de dielétrico para eletrônica orgânica. / A study about electric properties of aluminum oxide (Al2O3) obtained by anodization of aluminum in a electrolytic solution prepared with tartaric acid, ethylene glycol and water was performed. Thin Al2O3 films from 20 to 70 nm were grown on aluminum layer which were deposited on glass slides by vacuum metallization. It was used the anodization process in two stages, being that in first stage applies a constant current of 0,48 mA/cm2 and monitory the voltage until reach the final value, programmed in according to the desired thickness; and in the second stage, the final voltage is maintained for two minutes, while the current is measured. The Al2O3 films present medium dielectric constant about seven (ε = 7), tan δ in order of 10-3 and resistivity in order of 1013 cm. It was studied the surface treatment effect by monolayers depositions of octadecyl trichlorosilane (OTS), hexamethyldisilazane (HMDS) and phosphonic acid (OPA) on the electrical characteristics. The HMDS treatment proved to be the most effective, reducing the leakage current and increasing the dielectric rupture field. The effect of the addition of polystyrene (PS), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylidene fluoride (PVDF) and polymethylmethacrylate (PMMA) films on the oxide surface was also studied. The deposition of a PMMA film presented the best results, with reduction of the leakage current around two orders of magnitude in relation to pristine oxide. Devices with metal-insulator-semiconductor (MIS) structure, using the polymeric (3-hexythiophene) (P3HT) as semiconductors, also have been studied in order to evaluate the applicability of Al2O3 films as dielectric in organic electronics. It was concluded that Al2O3 films prepared by anodization, coated with a monolayer of HMDS or a thin PMMA film, are an excellent choice for apply as dielectric in organic electronics.

Neste trabalho é estudada a influência de Friction Stir Welding (FSW) em um processo subsequente de anodização porosa, avaliando-se o impacto da microestrutura produzida por FSW na espessura, na estrutura e na resistência à corrosão de óxidos anódicos. Um perfil da liga AA7050 foi soldado por FSW a um chapa da liga AA2024, simulando a junta sobreposta entre reforçadores e revestimento na fuselagem de um avião. Como uma primeira aproximação, a superfície da liga AA7050 em contato com a ferramenta de soldagem foi selecionada para a anodização, por ser o lado que sofre maior modificação microestrutural. A solda foi caracterizada por técnicas de microscopia ótica e eletrônica, distinguindo-se três zonas: zona afetada pelo calor (ZAC), zona termomecanicamente afetada (ZTMA) e nugget (onde ocorre recristalização dinâmica). Medições de dureza Vickers revelaram uma menor dureza na fronteira entre ZTMA e ZAC, provavelmente devido à dissolução de precipitados. Amostras da solda foram anodizadas galvanostaticamente em eletrólito sulfúrico, sendo algumas seladas em água deionizada fervente. A camada de óxido produzida sobre a ZTMA é ainda mais espessa do que sobre o material base e apresenta uma interface plana com o substrato, enquanto no nugget a camada de óxido é mais fina e tem interface rugosa. Infere-se que a presença de precipitados endurecedores (como MgZn2) afeta a espessura dos filmes de óxido. Defeitos relacionados à dissolução de precipitados ricos em Cu são encontrados nos filmes de óxido em todas as zonas. A técnica de varredura com eletrodo vibratório (SVET) foi utilizada para testar a resistência à corrosão dos filmes de óxido em eletrólito contendo NaCl, com polarização simultânea acima do potencial de pite. Ocorre corrosão por pite preferencialmente no nugget e em sua fronteitra com a ZTMA. Por fim, transientes de corrente são calculados para cada pite a partir dos mapas de SVET. Conclui-se que as soldas FSW anodizadas apresentam região localizada de menor resistência à corrosão pelo crescimento heterogêneo da camada anódica, mas alta resistência à corrosão é atingida após selagem. / In this work, the influence of Friction Stir Welding (FSW) on a posterior porous anodizing process is studied, with emphasis on how the friction stir weld’s microstructure affects thickness, structure and corrosion resistance of anodic oxide films. An AA7050 profile was friction stir welded to an AA2024 sheet in order to simulate the assembly of airplane stringers and skin. As a first approach, the AA7050 surface facing the welding tool was selected for anodizing, for it is the side that is most modified. The weld was characterized by optical and electron microscopy techniques, and 3 different zones were distinguished: heat affected zone, thermomecanically affected zone (TMAZ), and the nugget (where dynamic recrystallization occurs). Vickers hardness measurements revealed a lower hardness at the frontier between thermomecanically and heat affected zones, possibly due to dissolution of precipitates. Welded samples were galvanostatically anodized in sulfuric electrolyte and some of them were sealed in boiling deionized water. Micrographs showed that on the TMAZ the anodic oxide is thicker than on the base material and the metal/oxide interface is flat. On the nugget zone, however, the anodic oxide is thinner and more defective, and the metal/oxide interface is rougher. It is inferred that the presence of hardening precipitates (such as MgZn2) affects the thickness of oxide films. Defects related to the dissolution of Cu-rich precipitates were found in the oxide layers on all zones and inferences about how they affect anodization kinetics are drawn. The Scanning Vibrating Electrode Technique (SVET) was used to test the corrosion resistance of anodic oxide layers in NaCl electrolyte. The samples were scanned simultaneously to anodic polarization at a potential higher than the AA7050 alloy’s pitting potential. Results showed that pitting happened preferentially on the nugget zone and its frontier with the TMAZ. Finally, pit current transients were calculated from SVET maps. It can be concluded that anodized friction stir welds present a region of diminished corrosion resistance caused by heterogeneous anodic oxide growth, but high corrosion resistance can be achieved after sealing.

Embora o uso do cimento Portland com altos teores da fase alita [silicato tricálcico - C3S – (CaO)3.(SiO2)] seja difundido mundialmente, argumentos ambientais indicam a fabricação de cimentos com baixos teores desta fase e altos teores da fase belita [silicato dicálcico - C2S, (CaO)2.(SiO2)] justamente ao contrário do que é produzido atualmente. A alita tendo mais cálcio que a belita, libera mais CO2 para a atmosfera quando ocorre a decomposição do calcário (CaCO3 CaO + CO2 ) durante sua fabricação. Além disso, o C2S é formado a uma temperatura mais baixa (800 a 900ºC) que a temperatura em que o C3S (1350 a 1450ºC) é formado, necessitando desta forma, menos combustível e produzindo um cimento de moagem mais facilitada, tornando-o mais eco-eficiente. Um aspecto negativo dos cimentos belíticos é que os mesmos atingem seu nível máximo de resistência em idades mais avançadas, e este comportamento não é considerado adequado na indústria da construção civil atual, que busca alta produtividade em um curto espaço de tempo. Uma maneira de eliminar este problema seria acelerando as reações iniciais de hidratação e endurecimento. Uma alternativa à esta questão é combinar estes clínqueres belíticos com agentes expansivos de base sulfoaluminato ou em uma produção simultânea no clínquer, tais como os sulfoaluminato de cálcio belítico (CSAB), sendo estes ligantes considerados de baixo impacto ambiental. No entanto, o cimento CSAB requer uma maior quantidade de alumina, que geralmente é provinda da bauxita na sua fabricação. Devido ao elevado custo da bauxita para a produção deste cimento, a utilização de resíduos ricos em alumina é uma opção que pode agregar valor ao resíduo e aumentar a disponibilidade de ligantes de reduzido impacto ambiental. Desta forma, este trabalho apresenta uma alternativa para utilização do resíduo na produção do cimento CSAB. Foi realizada a caracterização físico-química do resíduo estudado, e são apresentados os resultados da produção de clínqueres CSAB formados a partir de três misturas, com variações no teor deste resíduo. As propriedades físico-mecânicas destes clínqueres foram avaliadas e comparadas com um clínquer referência e um cimento Portland comercial, da mesma forma, técnicas de difração de raio X, calorimetria e termogravimetria foram utilizadas para verificar a formação dos produtos de hidratação de pastas. Desta maneira, foi demonstrado que o aproveitamento do resíduo de anodização do alumínio para a produção do cimento CSAB é viável tecnicamente. O produto gerado possui características especiais, apresentando elevado desenvolvimento da resistência mecânica nas primeiras horas de hidratação. / Although currently Portland cement with high alite [(CaO)3.(SiO2)] content is the most used globally, environmental advices call for changes on the production for cements with lower alite and higher belite [(CaO)2.(SiO2)] contents. Alite, having more calcium than belite, releases more CO2 to the atmosphere in the course of cement manufacture, due to limestone decomposition (CaCO3 CaO + CO2 ). Besides, belite is formed at lower temperatures (800- 900ºC) than alite (1350-1450ºC), and for this reason less fuel is necessary for the process. Additionally, clinker is easier to grind, resulting in a less energy demanding and more sustainable process. However, belite cements reach the maximum strength level at later ages, drawing back the fast and active civil construction industry, which aims high productivity in a short time spam. In order to minimize this problem it is possible to accelerate the initial hydration reactions and hardening by combining the belite clinkers with expansive sulfoaluminate base agents, or in a simultaneous clinker production, such as calcium sulfoaluminate belite cements (CSAB). These binders have lower environmental impact. However, CSAB cement requires a higher amount of alumina, which comes from bauxite. As this material is costly, the use of alumina-rich residues comes as an option to aggregate value to the residue and to increase the availability of low environmental impact binders. This work presents an alternative use for alumina-rich residues in CSAB cement production. Physicochemical characterization of the aluminium anodizing sludge is presented together with results of the production of CSAB clinkers from 3 mixtures, with different residue content. Properties of the produced clinkers were evaluated and compared to a control clinker and to an ordinary Portland cement. X-ray diffraction, calorimetry and thermogravimetry analysis track the formation of hydration products in the cement pastes. The use of aluminium anodizing sludge to produce CSAB cement was proved to be technically viable, as the generated product has special characteristics, presenting high mechanical strength development at the first hours of hydration.

Embora o uso do cimento Portland com altos teores da fase alita [silicato tricálcico - C3S – (CaO)3.(SiO2)] seja difundido mundialmente, argumentos ambientais indicam a fabricação de cimentos com baixos teores desta fase e altos teores da fase belita [silicato dicálcico - C2S, (CaO)2.(SiO2)] justamente ao contrário do que é produzido atualmente. A alita tendo mais cálcio que a belita, libera mais CO2 para a atmosfera quando ocorre a decomposição do calcário (CaCO3 CaO + CO2 ) durante sua fabricação. Além disso, o C2S é formado a uma temperatura mais baixa (800 a 900ºC) que a temperatura em que o C3S (1350 a 1450ºC) é formado, necessitando desta forma, menos combustível e produzindo um cimento de moagem mais facilitada, tornando-o mais eco-eficiente. Um aspecto negativo dos cimentos belíticos é que os mesmos atingem seu nível máximo de resistência em idades mais avançadas, e este comportamento não é considerado adequado na indústria da construção civil atual, que busca alta produtividade em um curto espaço de tempo. Uma maneira de eliminar este problema seria acelerando as reações iniciais de hidratação e endurecimento. Uma alternativa à esta questão é combinar estes clínqueres belíticos com agentes expansivos de base sulfoaluminato ou em uma produção simultânea no clínquer, tais como os sulfoaluminato de cálcio belítico (CSAB), sendo estes ligantes considerados de baixo impacto ambiental. No entanto, o cimento CSAB requer uma maior quantidade de alumina, que geralmente é provinda da bauxita na sua fabricação. Devido ao elevado custo da bauxita para a produção deste cimento, a utilização de resíduos ricos em alumina é uma opção que pode agregar valor ao resíduo e aumentar a disponibilidade de ligantes de reduzido impacto ambiental. Desta forma, este trabalho apresenta uma alternativa para utilização do resíduo na produção do cimento CSAB. Foi realizada a caracterização físico-química do resíduo estudado, e são apresentados os resultados da produção de clínqueres CSAB formados a partir de três misturas, com variações no teor deste resíduo. As propriedades físico-mecânicas destes clínqueres foram avaliadas e comparadas com um clínquer referência e um cimento Portland comercial, da mesma forma, técnicas de difração de raio X, calorimetria e termogravimetria foram utilizadas para verificar a formação dos produtos de hidratação de pastas. Desta maneira, foi demonstrado que o aproveitamento do resíduo de anodização do alumínio para a produção do cimento CSAB é viável tecnicamente. O produto gerado possui características especiais, apresentando elevado desenvolvimento da resistência mecânica nas primeiras horas de hidratação. / Although currently Portland cement with high alite [(CaO)3.(SiO2)] content is the most used globally, environmental advices call for changes on the production for cements with lower alite and higher belite [(CaO)2.(SiO2)] contents. Alite, having more calcium than belite, releases more CO2 to the atmosphere in the course of cement manufacture, due to limestone decomposition (CaCO3 CaO + CO2 ). Besides, belite is formed at lower temperatures (800- 900ºC) than alite (1350-1450ºC), and for this reason less fuel is necessary for the process. Additionally, clinker is easier to grind, resulting in a less energy demanding and more sustainable process. However, belite cements reach the maximum strength level at later ages, drawing back the fast and active civil construction industry, which aims high productivity in a short time spam. In order to minimize this problem it is possible to accelerate the initial hydration reactions and hardening by combining the belite clinkers with expansive sulfoaluminate base agents, or in a simultaneous clinker production, such as calcium sulfoaluminate belite cements (CSAB). These binders have lower environmental impact. However, CSAB cement requires a higher amount of alumina, which comes from bauxite. As this material is costly, the use of alumina-rich residues comes as an option to aggregate value to the residue and to increase the availability of low environmental impact binders. This work presents an alternative use for alumina-rich residues in CSAB cement production. Physicochemical characterization of the aluminium anodizing sludge is presented together with results of the production of CSAB clinkers from 3 mixtures, with different residue content. Properties of the produced clinkers were evaluated and compared to a control clinker and to an ordinary Portland cement. X-ray diffraction, calorimetry and thermogravimetry analysis track the formation of hydration products in the cement pastes. The use of aluminium anodizing sludge to produce CSAB cement was proved to be technically viable, as the generated product has special characteristics, presenting high mechanical strength development at the first hours of hydration.

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-07-19T20:29:07Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Thiago André Salgueiro Soares.pdf: 4033349 bytes, checksum: 4a1bb454487e180fb4adfc6bb7d4d5a2 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-07-20T22:05:04Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Thiago André Salgueiro Soares.pdf: 4033349 bytes, checksum: 4a1bb454487e180fb4adfc6bb7d4d5a2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-20T22:05:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Thiago André Salgueiro Soares.pdf: 4033349 bytes, checksum: 4a1bb454487e180fb4adfc6bb7d4d5a2 (MD5) Previous issue date: 2017-01-25 / CNPQ / Neste trabalho estudou-se a síntese de nanotubos (NT) a partir da liga Ti-75Ta através do processo de anodização e a sua aplicação como fotocatalisador na foto geração de hidrogênio (H₂). Através do planejamento fatorial 2³ completo foi possível a fabricação das nanoestruturas sob diferentes condições de potencial, tempo e temperatura e avaliar os feitos sob o campo elétrico do sistema (densidade de corrente) e a morfologia dos nanotubos (diâmetro e comprimento) e assim obter nanotubos com elevada área superficial especifica (62 m²/g). Os NT TiO₂-Ta₂O₅ sintetizados sob as diferentes condições experimentais foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) permitindo mensurar os diâmetros e os comprimentos dos óxidos. As nanoestruturas quando formadas são amorfas necessitando de tratamento térmico para se obter a fase cristalina. A técnica de difração de Raios X (DRX) permitiu estudar a cinética de transformação das fases dos NT TiO₂-Ta₂O₅ e determinar que a temperatura de 800°C é a ideal para a obtenção das fases cristalinas sem danificar as nanoestruturas. Visando a formação de uma nova fase as amostras foram tratadas a 1000°C dando origem a um novo produto identificado como óxido misto de TiTa₂O₇, obtendo uma síntese simples e rápida para a fabricação deste material. A estrutura eletrônica foi avaliada através da técnica de espectroscopia de reflectância difusa, os NT TiO₂-Ta₂O₅ apresentaram band gap de 3,29eV, ao passo que os NT TiTa₂O₇ apresentaram band gap 3,09eV, potencializando a sua aplicação como fotocatalisador na reação de water splitting (WS). Desta forma, tentar combinar o processo de fotogeração de hidrogênio (WS) com a degradação de poluentes orgânicos é uma nova tendência mundial. Neste contexto, o glicerol foi utilizado como agente redutor e demonstrou ser um excelente agente de sacrifício, pois além de auxiliar na separação dos pares elétrons/buracos, apresentou longo tempo de estabilidade sem geração de CO₂ e a sua fotodegradação resultou na formação de dihidroxiacetona, como co-produto de alto valor agregado. Os nanotubos de sintetizados a 800°C apresentaram eficiência de conversão da energia solar em H₂ (STH) de 0,062% enquanto que os óxidos mistos apresentam STH de 0,092% resultados significativos admitindo ue são estruturas simples que permitem melhorias como a adição de catalisadores e dopantes. Além da aplicação como fotocatalisador o TiTa₂O₇ pode ser aplicado como ânodo em baterias de íon de Lítio, produto de grande impacto tecnológico. / In this work the synthesis of nanotubes (NT) from Ti-75Ta alloy (NT TiO₂-Ta₂O₅) was studied through the anodizing process and its application as photocatalyst in the hydrogen (H₂) photogeneration. Through the 2³ factorial design it was possible to fabricate nanostructures under different conditions of potential, time and temperature and to evaluate the effects under electric field of the system (current density) and the morphology of the nanotubes (diameter and length) to obtain nanotubes with Specific surface area (62 m²/g). The NT TiO₂-Ta₂O₅ synthesized as different experimental conditions were characterized by scanning electron microscopy (SEM) allowing to measure the diameters and the lengths of the oxides. As nanostructures when formed are amorphous requiring heat treatment to obtain a crystalline phase. The X-ray diffraction (XRD) technique allowed a transformation kinetics of the NT TiO₂-Ta₂O₅ phases and a temperature of 800 °C is an ideal for obtaining crystalline phases without damaging as nanostructures. Targeting a new phase formation as samples were treated at 1000 ° C to give a new product identified as TiTa₂O₇ mixed oxide, obtaining a simple and rapid synthesis for a manufacture of this material. The electronic structure was evaluated using the diffuse reflection spectroscopy technique, the NT TiO₂-Ta₂O₅ presented a band gap of 3.29eV, whereas the TiTa₂O₇ presented band gap 3.08eV, potentializing its application as a photocatalyst in the reaction of water splitting (WS). In this way, combining the hydrogen photogeneration (WS) process with a degradation of organic pollutants is a new world trend. Glycerol was used as a reducing agent and demonstrated to be an excellent reduction agent, besides assisting in the separation of e-/h+ pairs, presented long time of stability without generation of CO₂ and its photodegradation resulted in the formation of dihydroxyacetone, as coproduct of high added value. The nanotubes synthesized at 800 °C showed the conversion of solar energy to H₂ (STH) of 0.062% since the oxides are mixed have STH of 0.092% significant results admitted that are simple structures that stand out as an addition of noble metal nanoparticles and dopants. In addition to the application as a photocatalyst TiTa₂O₇ can be applied as an anode in Lithium ion batteries.

Aluminium alloys are widely used in the aerospace industry due to their lightweight and high specific strength. However, these alloys are particularly sensitive to localized corrosion in chloride environments and need to be protected by a robust system. One of the protection methodologies consists in anodizing. The produced layer increases the corrosion resistance and also serves as anchoring site for organic coatings application. Chromium-based anodizing has been usually employed, nevertheless, as chromate compounds are toxic for health and the environment, chromium-based surface treatments will be prohibited in the aerospace industry in a near future. Tartaric-sulphuric acid (TSA) anodizing is a promising environment compliant alternative, which is already being used at industrial level with appropriate corrosion protection and paint adhesion properties. This study aims at proposing a hybrid sol-gel treatment after TSA anodizing of AA2524 specimens in order to improve the corrosion resistance of the anodized layer while maintaining its compatibility with organic coatings. For this, anodic aluminium oxides (AAO) were produced at different anodizing voltages and protected by dip-coating with a hybrid sol-gel layer obtained from a tetraethoxysilane (TEOS) and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) hydrolysis solution with high water content. Corrosion resistance evaluation was carried out by means of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in NaCl 0.1 mol L-1 and salt-spray chamber exposure (ASTM B117-11 standard). The morphology of the anodic porous layer was investigated by means of FE-SEM, whereas glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES) was employed to evaluate the distribution of the sol-gel layer within the porous AAO. FE-SEM characterization confirmed that the layer properties (pore distribution, porosity and thickness) were strongly dependent on the anodizing conditions, whereas GDOES depth profile showed penetration of the hybrid coating within the pores of the anodized layer. The two characterization techniques showed inefficient surface sol-gel coverage for the samples anodized at higher voltage, likely due to insufficient sol-gel deposition. The results of the EIS characterization tests up to 1008 h (42 days) showed that, irrespectively to the anodizing voltage, the hybrid sol-gel protected AAO was stable with only slight evolution of the diagrams with immersion time. Moreover, the hybrid coating protected samples presented higher low frequency impedance modulus than hydrothermally sealed (HTSed) reference TSA anodized samples, which was confirmed by electrical equivalent circuit (EEC) fitting of the EIS data. EEC fitting also revealed that the resistance of the pores to electrolyte penetration was increased by the application of the sol-gel coating when compared to the resistance of the HTSed reference samples and indicated better anticorrosion performance for the sample anodized at 16 V. These results were confirmed by the salt-spray tests. Investigation on the ageing of the hybrid sol-gel hydrolysis solution showed that its viscosity hardly changed up to two weeks of test and that hybrid coatings applied from these solutions were stable and afforded good corrosion protection to the TSA anodized substrate, an improvement of the anticorrosion properties of the hybrid coating was verified for an ageing time of 168 h. Preliminary tests performed with a solvent-free organic coating (epoxy) indicated good compatibility with the hybrid TEOS-GPTMS coating characterized by very high impedance and good stability upon exposure to the salt-spray chamber. / Ligas de alumínio são muito utilizadas na indústria aeronáutica por serem materiais leves e altamente resistentes. Porém, essas ligas são particularmente sensíveis à corrosão localizada em meios que contêm cloretos, e precisam de sistemas robustos de proteção. Uma das metodologias de proteção consiste em anodização. A camada produzida aumenta a resistência à corrosão e também serve como sítio de ancoragem para aplicação de revestimentos orgânicos. A anodização crômica tem sido usualmente empregada na indústria aeronáutica. No entanto, como compostos contendo íons cromato são tóxicos para a saúde e para o meio-ambiente, tratamentos de superfície à base de cromo serão proibidos na indústria espacial em um futuro próximo. Anodização em banho de ácido sulfúrico-tartárico (TSA) é uma alternativa promissora e ambientalmente compatível, a qual já está sendo usada industrialmente com apropriada proteção à corrosão e adesão para pintura. Este estudo tem como objetivo propor um tratamento utilizando um revestimento híbrido sol-gel para melhorar a resistência à corrosão da liga AA2524 anodizada em TSA e que mantenha sua compatibilidade com revestimentos orgânicos. Para isso, camadas anodizadas de alumínio (CAA) foram produzidas em diferentes voltagens e protegidas por camada de híbrido sol-gel obtida pela hidrólise de tetraetilortosilano (TEOS) e glicidóxipropiltrimetóxisilano (GPTMS) em solução com alto teor de água e aplicada pela técnica de dip-coating. A avaliação da resistência à corrosão foi realizada através de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) em NaCl 0,1 mol.L-1 e por exposição à câmara de névoa salina (norma ASTM B117-11). A morfologia da camada porosa foi investigada por MEV e a espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente (GDOES) foi empregada para avaliar a distribuição do híbrido sol-gel no interior dos poros da camada porosa. As caracterizações por MEV confirmaram que as propriedades da camada (distribuição dos poros, porosidade e espessura) são fortemente dependentes das condições de anodização, e a composição em profundidade obtida por GDOES mostrou que o revestimento híbrido penetrou nos poros da camada anodizada. As duas técnicas de caracterização mostraram uma cobertura ineficiente da camada sol-gel para as amostras anodizadas nas voltagens mais elevadas, provavelmente devido à deposição insuficiente do híbrido. Os testes de EIS com duração de até 1008 h (42 dias) mostraram que, independentemente da voltagem de anodização empregada, a camada anódica coberta com sol-gel ficou estável ocorrendo apenas pequenas evoluções dos diagramas com o tempo de imersão. Além do mais, as amostras protegidas com o revestimento híbrido apresentaram maiores valores de módulo de impedância em baixa frequência do que as amostras anodizadas em TSA e hidrotermicamente seladas (HTsed) usadas como referências. Essa tendência foi confirmada pelo ajuste com circuitos elétricos equivalentes (EEC) dos resultados de EIS que também mostrou que a aplicação do sol-gel híbrido torna mais difícil a penetração do eletrólito agressivo nos poros da camada anodizada quando comparada com as amostras HTSed, e indicou melhor desempenho anticorrosivo para a amostra anodizada em 16 V. Esses resultados foram confirmados pelos testes de névoa salina. A investigação do envelhecimento da solução de sol-gel mostrou pouca mudança na viscosidade da solução de hidrólise em duas semanas de testes e que os revestimentos híbridos aplicados a partir dessas soluções foram estáveis e promoveram boa proteção à corrosão para as amostras anodizadas em TSA, com melhora das propriedades anticorrosivas após 168 h de envelhecimento. Testes preliminares realizados com revestimento orgânico livre de solvente (epóxi) indicaram boa compatibilidade deste com o revestimento híbrido TEOS-GPTMS. O revestimento epóxi propiciou valores de módulo de impedância elevados e estáveis e também boa estabilidade após exposição à câmara de névoa salina quando aplicado sobre o revestimento híbrido aplicado sobre a liga 2524.

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A produção de cimento gera um impacto ambiental negativo, principalmente relacionado à emissão de dióxido de carbono (CO2). O clínquer do cimento sulfoaluminato de cálcio belítico (CSAB) possui um menor teor de óxido de cálcio e é produzido com uma reduzida temperatura de sinterização (aproximadamente 200ºC a menos em relação ao clínquer Portland), sendo considerado mais eco-amigável. Para a produção do cimento CSAB são necessárias matérias-primas ricas em alumínio e convencionalmente a bauxita é o minério utilizado para compor a farinha, o que mais onera a produção desse tipo de cimento. Soma-se ainda o fato que a geração de resíduos e subprodutos industriais torna-se inerente aos processos e o coprocessamento de resíduos vem sendo cada vez mais utilizado por razões ambientais e energéticas. Logo, fontes alternativas de alumina são fundamentais para a viabilização deste cimento e o aproveitamento de resíduos agregaria um valor econômico e sustentável ao produto final. De modo estequiométrico, a bauxita pode ser completamente substituída pelo lodo de anodização do alumínio (LAA), o qual também pode complementar o conteúdo de alumínio de outros resíduos, valorizando-os. O objetivo deste estudo foi avaliar a produção e as propriedades de clínqueres/cimentos CSAB a partir da substituição da bauxita por cinza pesada e LAA. Para a caracterização das matérias-primas, clínqueres e cimentos nos estados anidro e hidratado foram utilizadas as seguintes técnicas: fluorescência de raios X; microscopia eletrônica de varredura e espectrometria por energia dispersiva; termogravimentria; calorimetria; e difração de raios X com refinamento pelo método de Rietveld. A partir dos resultados obtidos, a substituição da bauxita foi limitada a nível parcial devido à elevada formação de belita e periclásio. Nos clínqueres produzidos, foi constatado que a presença da cinza pesada favorece a formação da estrutura cristalina ortorrômbica da fase ye’elimita. A presença dos resíduos altera a quantificação das fases, porém não compromete a estabilização das mesmas. A presença dos resíduos na composição dos cimentos afeta o período inicial de hidratação devido à redução do conteúdo de ye’elimita. Nos clínqueres produzidos com cinza pesada, ocorre a formação de até 12,6% da fase alita a 1250ºC, principal constituinte do clínquer Portland. / Cement production generates high negative environmental impact, mainly associated to CO2 emissions. Calcium sulfoaluminate belite cement clinker (CSAB) has lower content of calcium oxide, and sintering reduced temperature (about 200°C lower than that used for Portland clinker), being considered as eco-friendly binder. For its production high amount of alumina is required, however the scarcity and high cost of bauxite make these cements costly. Additionally, the generation of waste and by-products becomes a drawback in the industrial processes and the coprocessing of wastes in cement plants is increasing for environmental and energy savings reasons. Alternative sources of alumina would add an economic and sustainable value to the final product and previous work has shown that the aluminum anodizing sludge can replace bauxite in the production process. Other sources of wastes can also be a possibility to increase the production and reduce the raw materials costs of these cements. Thus, the objective of this study was the evaluation of novel CSAB cements produced with bauxite replacement by bottom ash and aluminum anodizing sludge. CSAB cements were produced in the laboratory from different amounts of sludge and ashes. The raw materials, clinkers/cements and hydration products were physicaly-chemicaly and mechanical characterized. Results showed that the mineralogy composition of CSAB clinker was strongly affected due to the addition of bottom ash. The amount of bottom ash waste replacing bauxite controls the belite and periclase formation. Also it influences the early age hydration due the reduced ye’elimite formation and important changes in the crystalline structures of this phase occurs in the clinkers. Clinkers prepared from these replacement, are able to form 12.6% of alite (main phase Portland clinker), not normally found in CSAB clinkers, being sintered at 1250°C.