Este trabalho teve como objetivo estudar detalhadamente as propriedades do vapor gerado pela ablação de um alvo sólido de tungstênio por um laser de Cu-HBr, tais como: densidade de átomos, neutros ou ionizados, e a distribuição de velocidades destas mesmas espécies, e obter informações sobre mecanismos de redução das cargas elétricas, de gotículas e de aglomerados no vapor com o objetivo de se obter um jato de vapor monoatômico e neutro, para aplicação de crescimento de filmes finos e espectroscopia de fotoionização. Foram desenvolvidas e testadas três técnicas de monitoramento da pluma de vapor: sensores de PVDF, sondas de Langmuir e ion-gauge. Destas, as duas primeiras se mostraram simples e eficazes para a determinação da distribuição de velocidade de jatos monoatômicos, com a obtenção de parâmetros como temperatura translacional e velocidade de deriva da pluma.

Este trabalho teve como objetivo investigar a viabilidade de um novo método de micro-soldagem de chapas finas utilizando um laser de Cu-HBr que emite pulsos intensos com duração de nanosegundos em alta taxa de repetição. Nos métodos tradicionais, a micro-soldagem de chapas finas é realizada com laser contínuos ou com pulsos de baixa intensidade e de longa duração ( > 1ms) que permitem um comprimento de difusão térmica da ordem da espessura das chapas. Lasers com pulsos curtos (10 a 100 ns) são utilizados preferencialmente em processos de corte e furação de materiais. Um amplo estudo experimental do processo de micro-soldagem com pulsos curtos foi realizado utilizando chapas de aço inoxidável (AISI 304) com espessuras entre 25 mm e 100 mm. As principais características do feixe do laser de Cu-HBr foram medidas em todas as condições experimentais, permitindo uma determinação precisa da intensidade do laser na região de micro-soldagem. Os resultados deste estudo indicaram que é possível controlar o intervalo de parâmetros do processo para se obter um cordão de solda com alta razão de aspecto e reduzida zona afetada termicamente. Foi desenvolvido um modelo teórico para explicar a interação de pulsos curtos emitidos com alta taxa de repetição no processo de soldagem. Os resultados deste modelo indicaram que embora a intensidade do laser de Cu-HBr seja suficiente para perfurar as chapas de aço, é possível controlar a geometria do furo de forma a que o material vaporizado fique aprisionado e condense nas paredes internas da cavidade perfurada. Nestas condições experimentais controladas as chapas finas de aço foram soldadas com potências médias de laser entre 10 e 20 W, muito inferiores aos valores utilizados pelos métodos tradicionais.

Neste trabalho foram realizados estudos experimentais com objetivo de caracterizar um jato de plasma gerado pelo processo de ablação a laser de vapor de cobre em amostras metálicas (alumínio, cobre e tungstênio). Apesar de poucas referências citarem o laser de vapor de cobre no processo de evaporação de metais, verificou-se que sua utilização no processo de ablação é interessante, por apresentar alta taxa de repetição (kHz). Nos experimentos para esta caracterização utilizou-se uma sonda de Langmuir na configuração cilíndrica, e os parâmetros medidos do jato de plasma foram: temperatura e densidade de elétrons, densidade de íons e velocidade de expansão das partículas do plasma. Os resultados destes parâmetros foram obtidos em função do tempo, da intensidade do laser de vapor de cobre e da distância entre o alvo e a sonda. O limiar de intensidade do laser no processo de ablação dos metais também foi inferido, de forma teórica e experimental. A análise dos resultados deste estudo foi embasada pela Teoria de Sonda de Langmuir juntamente com aproximações da Teoria de Expansão Hidrodinâmica, adequada para tratamento de plasmas em expansão. Os valores típicos de temperatura de elétrons foram da ordem de 15 eV, de densidade de elétrons e íons foram da ordem de 108-109/cm3 e de 109-1010/cm3, respectivamente. O valor de velocidade de expansão do plasma, foi da ordem de 10 km/s para todas as amostras evaporadas.

Processos que envolvem ablação a laser de alvo metálico tem sido foco de estudos atuais devido ao interesse em aplicações como propulsão a laser e devido ao interesse das agências de pesquisa na área de energia como o IPEN - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares. O presente trabalho tem por objetivo calcular propriedades como temperatura de excitação e população dos níveis excitados de uma pluma de plasma gerada por ablação a laser de alvo metálico, mais especificamente, determinar parâmetros do plasma gerado por ablação de um alvo de molibdênio no estado sólido usando um laser de Nd:YAG. Assim, este trabalho se torna parte de um projeto cuja intenção é realizar a separação isotópica do molibdênio, produzindo o isótopo 99Mo para aplicações em diagnósticos médicos. Através dos estudos realizados foi possível alcançar um entendimento sobre a formação da pluma de plasma de molibdênio. O perfil de profundidade permite entender a composição da pluma no que diz respeito à proporção entre átomos neutros e ionizados. Assim, foram feitas comparações dos espectros de emissão experimentais com espectros sintéticos - construídos baseados em dados da literatura, determinando-se a temperatura de excitação do plasma de molibdênio. Além disso, os dados foram corroborados através dos cálculos realizados por meio de métodos gráficos como de Boltzmann e Saha-Boltzmann. Finalmente, puderam-se quantificar as populações relativas dos estados eletrônicos excitados.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um processo de estruturação a laser em superfícies internas de componentes mecânicos com geometria cilíndrica que são de uso comum em máquinas e motores. A estruturação de superfícies com laser consiste da gravação na superfície do componente, de um grande número de micro-cavidades ordenadas que atuem como micro-reservatórios de lubrificante e como micro-armadilhas de resíduos de desgaste. É um método efetivo para reduzir o atrito e o desgaste de superfícies de contato em movimento. As micro-cavidades formam obtidas neste trabalho com a técnica de ablação a laser utilizando um laser de Nd-YAG bombeado por diodos em modo de chaveamento Q-switched e que emite pulsos curtos (~ 100 ns) de radiação visível (532 nm) com taxas de repetição de pulsos de até 20 kHz. O laser foi caracterizado espacial e temporalmente em uma vasta gama de taxas de repetição de pulsos e correntes de bombeamento. Observou-se que o diâmetro do feixe de laser e a duração temporal do pulso podiam ser descritos como função da energia de pulso do laser. Desse modo, os parâmetros mais importantes que controlam o processo de ablação a laser, i.e., fluência e intensidade foram estimados com uma medição simples da energia de pulso do laser. As micro-cavidades foram então geradas na superfície interna de cilindros de aço AISI 1070 com 30 mm de comprimento e 40 mm de diâmetro variando-se a energia de pulos do laser entre 0,2 mJ e 5 mJ. Um sistema de lentes tripleto f/2 foi projetado para focalizar o feixe multi-modo do laser com um diâmetro de 100 mm. Um dispositivo mecânico desenvolvido no IEAv permitiu posicionar com precisão o feixe de laser focalizado na superfície interna do cilindro com uma resolução inferior a 2,5 mm. O diâmetro e a profundidade das micro-cavidades foram medidas por microscopia óptica e através de um método não destrutivo baseado na réplica em acrílico da superfície estruturada. Foi estabelecida uma carta prática de processo correlacionando a energia e o número de pulsos com as dimensões das micro-cavidades o que permitiu um controle preciso do diâmetro das mesmas no intervalo entre 30 mm e 120 mm e profundidade entre 2 mm e 50 mm.

Este trabalho visa avaliar a possibilidade da utilização de um laser de CO2 de 50 W para realizar o tratamento térmico superficial do aço AISI M2. Para minimizar a reflexão do aço ao feixe de luz incidente, aplicou-se na superfície do aço, uma fina camada de grafita que atua como um absorvedor da radiação incidente, e em seguida, transfere parte do calor absorvido a superfície do aço. As alterações micro-estruturais, ocorridas no aço, em conseqüência da troca térmica com a grafita, foram avaliadas através de microscopia ótica (MO) e análise de microdureza (Hv). Por MO, observou-se na secção transversal da região tratada por laser, à presença de uma camada mais clara que o núcleo da amostra, com espessura da ordem de 40 micrometros e por Hv constatou-se que esta camada apresenta uma dureza cerca de 30% maior que as regiões sem tratamento com o laser. Utilizando-se um difratômetro de raios X (DRX) avaliou-se as transformações de fase decorrentes do aquecimento e resfriamento rápido do aço. Por meio de ensaios tribológicos sobre o revestimento de grafita, após a irradiação com o laser, observou-se que o coeficiente de atrito foi reduzido em cerca de 70%.

Neste trabalho, são apresentados os resultados da avaliação tribológica da aplicação de lubrificantes sólidos, no caso grafita, sobre a superfície do aço AISI 52100 via laser de CO2. O trabalho surgiu da busca pela melhoria das propriedades superficiais dos materiais que têm solicitações diferenciadas na superfície. A utilização do laser para tratamentos de superfícies, por exemplo, aplicação de lubrificantes sólidos em atmosfera ambiente, tem possibilitado grandes avanços nesta área. No entanto, determinar quais parâmetros operacionais do laser e a resultante destas influências sobre as propriedades tribológicas dos materiais tem sido uma busca incessante. Os resultados deste trabalho confirmam que existe uma faixa de processamento laser eficaz na redução do atrito e do desgaste. Sendo que as energias necessárias variam de 3 a 11 J/m2. Ainda, verifica-se que as amostras tratadas com laser, apresentam um coeficiente de atrito da ordem de 0,3 enquanto, amostras sem tratamento laser o atrito é da ordem e 0,7. As análises químicas por EDX e EDS demonstram uma difusão atômica de curto alcance nas zonas tratadas com o laser.