A thesis submitted to the Faculty of Engineering, University of the Witwatersrand, Johannesburg, in fulfilment of the requirements for the degree of Master of Science in Engineering Johannesburg, 1993 / The formation of VC, NbC, and Cr-carbide coatings on steels immersed in molten borax baths containing carbide-forming constituents has been known for some time. A study was made of the formation of carbide coating on steel specimens treated in molten borax cont.ad.Lnr.q ferro-vanadium and V20S as bath additives. The prevalence of oxidizing or reducing conditions in the bath was found to playa decisive role in the formation of the VC layer. The influence of treatment factors such as time, temperature, and bath composition on the thickness of the coating was investigated. A detailed investigation into the behaviour of baths containing V205 and Al was carried out in this regard. Microstructural examination of coated specimens was performed using optical and electron microscopy. Microhardness tests, X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive spectroscopy (EDS) analyses were carried out in order to characterise the layers produced. The corrosion behaviour of the vanadf.um carbide coating was evaluated by accelerated electrochemical means. Samples of mild steel and EN9(O.5% C) steel were treated for various lengths of time in order to obtain coatings of various thicknesses. The corrosion resLst.ance of the carbide coating was found to be superior to that of the untreated base alloys. Five diffet"ent tool steel materials were a.lso treated. Microscopy examination and hardness testing of the VC coated tool steels was performed in order to assess the effects of treatment by this process on the bas~ material. The austenitizing temperature and the nature of the carbides in the matrix of the tool steels was found to play an important role in this respect. / MT2017

Quando uma pessoa fricciona os sapatos num tapete, seu corpo pode carregar-se com um potencial de alguns milhares de volts em relação ao referencial de terra. Se esta pessoa tocar um objeto aterrado, uma faísca pode salta entre o objeto e a ponta do seu dedo. O corpo desta pessoa age como um capacitor, e um fluxo rápido de eletricidade estática armazenada, resultado das cargas estáticas armazenadas no copo, flui deste para um objeto de potencial menor. Essas descargas podem provocar desde pequenos danos, como desconforto físico, até incêndios em grandes construções. Na tentativa de minimizar ou eliminar esses problemas, tapetes e carpetes antiestáticos são utilizados. Muitos métodos têm sido propostos para caracterizar esses produtos de acordo com suas características eletrostáticas. Dentre eles, o recomendado pela norma francesa NF G35-025 [Essais des Revêtements de Sol Textiles-Propension à l\'accumulation de Charges Életrostatiques, Méthode d\'essai et spécification, Décembre 1983], prescreve que alguém usando sapatos especiais deve caminhar em uma amostra de tapete por longo período e, então, o potencial eletrostático adquirido por ele é medido através de um eletrômetro. Por este método são reproduzidas as condições reais, mas, ele é muito caro e trabalhoso, pois requer uma sala climatizada. Na tentativa de descobrir métodos alternativos, encontram-se na literatura vários estudos e métodos. Taylor [An Instrument for Measuring Static Dissipation from Materials, Journal of Electrostatics, (1987) 53-64, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam-Printed in the Netherlands] desenvolveu um medidor de decaimento de carga para medir tempo de decaimento em polímeros antiestáticos. Nesse método, ele determinou uma boa correlação entre a resistência superficial e o tempo de meia-vida do material. Usando a mesma ideia, foi possível desenvolver o método apresentado nesta tese, aplicado a amostras de tapete e carpetes. Neste método, a caracterização eletrostática de tapetes ou carpetes é realizada também através da medida do tempo de decaimento do potencial eletrostático. Porém, sua ideia principal é que todas as medidas são realizadas dentro de uma câmara especial isenta de umidade, pois este pode influenciar o carregamento das amostras. Dentro desta câmara, as amostras de tapete ou carpete são inicialmente carregadas através de descarga corona, após cessar o carregamento, é medido o seu tempo de decaimento. Um programa computacional especialmente desenvolvido para este fim permite o controle da medição e do processo de carregamento. / When a person rubs his shoes in a rug, his body may be charged with a potential of some thousands of volts in relation to the earth reference. If this person touches a grounded object, a spark can travel between the object and the tip of his finger. The person\'s body acts like a capacitor, and a fast flow of stored static electricity, which is a result of the static loads stored in the body, flows from the body to an object in a smaller potential. Those discharges can cause from small damages, as physical discomfort, to fires in big constructions. ln the attempt to minimize or to eliminate these problems, antiestatic rugs and carpets are used. Many methods have been proposed 10 characterize those products in agreement with the electrostatic characteristics . Among them the recommended methods by the French standard NF G35-025 [Essais des Revêtements de Sol Textiles-Propension à I\'accumulation de Charges Életrostatiques, Méthode d\'essai et spécification, Décembre 1983], prescribe that somebody using special shoes should walk in a rug sample for a long period, and then the electrostatic potential acquired by him is measured using an electrometer. ln this method the real conditions are reproduced, but, it is very expensive and difficult, because it requires an aclimatized room. There are in the literature several studies attempting to devise alternative methods. Taylor [An Instrument goes Measuring Static Dissipation from Materiais, Journal of Electrostatics, (1987) 53-64, Elsevier Science Publishers B. V, Amsterdam-Printed in the Netherlands] developed a meter of charge decline to measure time of decline in antistatic polymers. ln his method, Taylor determined a good correlation between the superficial resistance and the time of stocking-life of the material. Using the same idea, it was possible to develop the method that is presented in this thesis, applied to samples of rugs and carpets. ln this method the electrostatic characterization of rugs or carpets is also accomplished through the measurement of the time of decline of the electrostatic potential. However its main idea is that all the measures are accomplished inside a special camera without humidity, since it can influence the charging of the samples. lnside this camera, the rugs or carpet samples are initially charged using corona discharge, after interrupting the charging, time of decline is measured. A computer program was especially developed for this reason, it allows the control of the measurement and of the charging process.

Esta tese tem por objetivo o desenvolvimento de metodologias eficientes e de baixo custo para ajustar as propriedades elétricas de OFETs de canal p e de canal n, a fim de possibilitar a fabricação do circuito complementar orgânico, semelhante a uma estrutura CMOS. O desempenho do circuito complementar fabricado foi otimizado, e também foi confeccionado por impressão um OFETs de canal operando em baixas tensões. Para a fabricação do CMOS orgânico foi proposto um método baseado na seleção adequada do solvente da camada dielétrica para ajustar o desempenho elétrico dos OFETs de canal p e de canal n. Os solventes, MEK, nBA e DMSO foram selecionados para a dissolução do PMMA por apresentarem diferenças nos valores de momento de dipolo, de ponto de ebulição e de graus de ortogonalidade em relação as camadas semicondutoras de P3HT e de P(NDI2OD-T2) dos OFETs. A análise dos resultados dos OFETs de canal p e de canal n demonstrou que a metodologia proposta é adequada tanto para o ajuste das propriedades elétricas destes dispositivos quanto para a otimização do desempenho dos mesmos. Os melhores desempenhos elétricos para os OFETs de canal p e de canal n foram obtidos quando utilizados o DMSO e o MEK como solventes do PMMA, respectivamente, devido à perfeita ortogonalidade destes solventes em relação às camadas semicondutoras. Os OFETs de canal p que utilizaram o DMSO e os OFETs de canal n que utilizaram o nBA foram os que apresentaram desempenhos elétricos semelhantes, sendo portanto aplicados na fabricação do CMOS. Valores de ganho entre 6,8 e 7,8 e de margem de ruído entre 28,3 V e 34,5 V foram obtidos para inversores complementares fabricados nesta etapa do trabalho. OFETs de canal p utilizando uma blenda de PTAA: diF TES ADT como camada semicondutora, o PEDOT:PSS como eletrodos dreno/fonte e o P(VDF-TrFE-CFE) como camada dielétrica também foram fabricados neste trabalho. A técnica de blade-coating foi utilizada para a deposição dos eletrodos dreno/fonte e da camada semicondutora, ao passo que a técnica de spray-coating foi utilizada para a deposição da camada dielétrica. Da análise dos resultados foi possível inferir que a utilização de um dielétrico com elevada constante dielétrica (K), como o P(VDF-TrFE-CFE), possibilita o funcionamento dos transistores a baixas tensões (≤ 8 V), porém com valores de mobilidade reduzidos devido à elevada desordem dipolar na interface provocada por este dielétrico. Para minimizar esses efeitos, uma fina camada de um polímero fluorado foi depositada entre a camada semicondutora e a dielétrica pela técnica de blade-coating, constituindo assim uma bicamada dielétrica nos OFETs. Dos resultados das medidas elétricas dos OFETs constituídos pela bicamada dielétrica foi observada permanência do funcionamento destes dispositivos a tensões inferiores a 8 V com desempenho elétricos superiores a resultados já publicados na literatura. Por fim, inversores lógicos unipolares com transistores de carga foram fabricados com os OFETs que utilizaram a bicamada dielétrica, sendo obtidos valores de ganho entre 1,2 e 1,6 e de margem de ruído entre 56% e 68,5% de ½ VDD. / This thesis aimed to develop an efficient and low cost method to adjust the electrical properties of p- and n-channel OFETs to allow us to build an organic CMOS and the optimization of printed p-channel OFETs to work at low voltages. We proposed a method to fabricate the organic CMOS, based on the careful selection of dielectric solvent, which was adjusted to obtain the best performance of p- and n-channel OFETs. The dielectric solvents as MEK, nBA and DMSO were selected to dissolve the PMMA dielectric polymer due their different physical properties as dipole moment and boiling point and because they showed slightly different degrees of orthogonality to the P3HT and P(NDI2OD-T2) semiconductor layers of the OFETs. The results showed that the careful selection of the dielectric solvent not only allows to tune the electrical characteristics of the p- and n-channel OFETs, but also to improve the performance of these devices. The best performances were achieved when DMSO and MEK were used as dielectric solvents of the p and n-channel OFETs, respectively, as result of the perfectly orthogonality of these solvents to the semiconductor layers. P-channel OFETs using DMSO and n-channel OFETs using nBA showed similar electrical characteristics and thus, they were used to construct the organic CMOS. The organic complementary inverters showed high gain and noise margin values in the range of 6,8 to 7,8 and 28,3 V to 34,5 V, respectively. Printed p-channel OFETs were also fabricated, in which the blend PTAA:diF TES ADT was used as semiconductor channel, PEDOT:PSS as the drain/source electrodes and P(VDF-TrFE-CFE) as the dielectric layer. The blade-coating technique was used to deposit the source/drain electrodes and the semiconductor layer, while the spray-coating technique was used to deposit the dielectric layer. It was observed that using high-k dielectric as P(VDF-TrFE-CFE) enable to reduce the operating voltage of the OFETs (≤8 V), however, this high-k dielectric also reduced the field effect mobility due the dipolar disorder at the semiconductor/dielectric interface. To minimize the dipolar issue at the interface, we inserted a thin fluoropolymer dielectric layer by blade-coating between the semiconductor and the high-k dielectric layers, thus constituting a dielectric bilayer on the OFETs. From the electrical measurements of the OFETs with the dielectric bilayer, it was observed that the devices were still working at 8 V and they also showed better performance in comparison to results already published. Finally, organic unipolar inverters with load transistors were fabricated using the p-channel OFETs with the dielectric bilayer and they showed reasonable performance, with gain and noise margin in the range of 1,2 to 1,6 and 56% e 68,5% of ½ VDD, respectively.

Thesis advisor: Dunwei Wang / Non-aqueous Li-O2 batteries promise the highest theoretical specific energy among all rechargeable batteries. It is the only candidate that can be comparable with the internal combustion engine in terms of gravimetric energy density. This makes Li-O2 batteries preferable in the application of electric vehicles or drones. However, the materialization of this technology has been hindered by the poor cycling performance. The major reason for the degradation of the battery at the current research stage has been identified as the decomposition of the electrolyte and the cathode. These parasitic reactions will lower the yield of the desired product and induce huge overpotential during the recharge process. By carefully examining the degradation mechanism, we have identified the reactive oxygen species as the culprit that will corrode the cathode and attack the organic solvents. While parallel efforts have been devoted to reduce the reactivity of these species toward electrolyte, the main focus of this thesis is to identify suitable material platforms that can provide optimum performance and stability as cathodes. A bio-inspired wood-derived N-doped carbon is first introduced to demonstrate the benefit of hierarchical pore structures for Li-O2 cathodes. But the instability of the carbon cathode itself limits the lifetime of the battery. To improve the stability of carbon, we further introduce a catalytic active surface coating of FeOx on a three dimensionally ordered mesoporous carbon. The isolation of carbon from the reactive intermediates greatly improves the stability of the cathode. Yet the imperfections of the protection layer on carbon calls for a stable substrate that can replace carbon. TiSi2 is explored as the candidate. With the decoration of Pd catalysts, the Pd/TiSi2 cathode can provide extraordinary stability toward reactive oxygen species. But this composite cathode suffers from the detachment of the Pd catalyst. A Co3O4 surface layer is further introduced to enhance the adhesion of the catalyst, which doubles the lifetime of the cathode. To achieve a fully stable cathode, Ru catalyst with stronger adhesion on TiSi2 directly is explored and identified to be robust in the operating conditions of Li-O2 batteries. The expedition for stable cathodes in Li-O2 batteries is expected to provide a clean material platform. This platform can simplify the study in evaluating the effectiveness of catalysts, the reaction mechanism at the cathode and the stability of the electrolyte. Toward the end of this thesis, an exploration is made to enable rechargeable Mg metal battery with a conversion Br2 cathode. This new system can avoid the dendritic growth of Li metal by the adoption of Mg as the anode and can promise better cathode kinetics by forming a soluble discharge product. / Thesis (PhD) — Boston College, 2017. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Chemistry.

Quando uma pessoa fricciona os sapatos num tapete, seu corpo pode carregar-se com um potencial de alguns milhares de volts em relação ao referencial de terra. Se esta pessoa tocar um objeto aterrado, uma faísca pode salta entre o objeto e a ponta do seu dedo. O corpo desta pessoa age como um capacitor, e um fluxo rápido de eletricidade estática armazenada, resultado das cargas estáticas armazenadas no copo, flui deste para um objeto de potencial menor. Essas descargas podem provocar desde pequenos danos, como desconforto físico, até incêndios em grandes construções. Na tentativa de minimizar ou eliminar esses problemas, tapetes e carpetes antiestáticos são utilizados. Muitos métodos têm sido propostos para caracterizar esses produtos de acordo com suas características eletrostáticas. Dentre eles, o recomendado pela norma francesa NF G35-025 [Essais des Revêtements de Sol Textiles-Propension à l\'accumulation de Charges Életrostatiques, Méthode d\'essai et spécification, Décembre 1983], prescreve que alguém usando sapatos especiais deve caminhar em uma amostra de tapete por longo período e, então, o potencial eletrostático adquirido por ele é medido através de um eletrômetro. Por este método são reproduzidas as condições reais, mas, ele é muito caro e trabalhoso, pois requer uma sala climatizada. Na tentativa de descobrir métodos alternativos, encontram-se na literatura vários estudos e métodos. Taylor [An Instrument for Measuring Static Dissipation from Materials, Journal of Electrostatics, (1987) 53-64, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam-Printed in the Netherlands] desenvolveu um medidor de decaimento de carga para medir tempo de decaimento em polímeros antiestáticos. Nesse método, ele determinou uma boa correlação entre a resistência superficial e o tempo de meia-vida do material. Usando a mesma ideia, foi possível desenvolver o método apresentado nesta tese, aplicado a amostras de tapete e carpetes. Neste método, a caracterização eletrostática de tapetes ou carpetes é realizada também através da medida do tempo de decaimento do potencial eletrostático. Porém, sua ideia principal é que todas as medidas são realizadas dentro de uma câmara especial isenta de umidade, pois este pode influenciar o carregamento das amostras. Dentro desta câmara, as amostras de tapete ou carpete são inicialmente carregadas através de descarga corona, após cessar o carregamento, é medido o seu tempo de decaimento. Um programa computacional especialmente desenvolvido para este fim permite o controle da medição e do processo de carregamento. / When a person rubs his shoes in a rug, his body may be charged with a potential of some thousands of volts in relation to the earth reference. If this person touches a grounded object, a spark can travel between the object and the tip of his finger. The person\'s body acts like a capacitor, and a fast flow of stored static electricity, which is a result of the static loads stored in the body, flows from the body to an object in a smaller potential. Those discharges can cause from small damages, as physical discomfort, to fires in big constructions. ln the attempt to minimize or to eliminate these problems, antiestatic rugs and carpets are used. Many methods have been proposed 10 characterize those products in agreement with the electrostatic characteristics . Among them the recommended methods by the French standard NF G35-025 [Essais des Revêtements de Sol Textiles-Propension à I\'accumulation de Charges Életrostatiques, Méthode d\'essai et spécification, Décembre 1983], prescribe that somebody using special shoes should walk in a rug sample for a long period, and then the electrostatic potential acquired by him is measured using an electrometer. ln this method the real conditions are reproduced, but, it is very expensive and difficult, because it requires an aclimatized room. There are in the literature several studies attempting to devise alternative methods. Taylor [An Instrument goes Measuring Static Dissipation from Materiais, Journal of Electrostatics, (1987) 53-64, Elsevier Science Publishers B. V, Amsterdam-Printed in the Netherlands] developed a meter of charge decline to measure time of decline in antistatic polymers. ln his method, Taylor determined a good correlation between the superficial resistance and the time of stocking-life of the material. Using the same idea, it was possible to develop the method that is presented in this thesis, applied to samples of rugs and carpets. ln this method the electrostatic characterization of rugs or carpets is also accomplished through the measurement of the time of decline of the electrostatic potential. However its main idea is that all the measures are accomplished inside a special camera without humidity, since it can influence the charging of the samples. lnside this camera, the rugs or carpet samples are initially charged using corona discharge, after interrupting the charging, time of decline is measured. A computer program was especially developed for this reason, it allows the control of the measurement and of the charging process.

Um dos componentes mais importantes de um Reator Nuclear é o Combustível Nuclear. Atualmente, o mais avançado combustível comercial, cuja aplicabilidade nos reatores brasileiros vem sendo desenvolvida pelo IPEN desde 1985, é o siliceto de urânio U3Si2. Este é formado por placas combustíveis com núcleos de dispersão (onde o material físsil (U3Si2) é disperso homogeneamente em uma matriz de alumínio) revestidos por alumínio. Tal combustível é produzido no Brasil com tecnologia totalmente nacional, resultado do esforço realizado pelo grupo de fabricação de combustíveis nucleares (CCN Centro do Combustível Nuclear) do IPEN. Diante da necessidade do aumento da potência do reator IEA-R1 e da construção do Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), para a produção de radioisótopos principalmente para fins na área da medicina , haverá significativo aumento na produção deste combustível nuclear no IPEN. Em face desta conjuntura, faz-se necessário o desenvolvimento de técnicas de qualificação mais modernas e automatizadas. Visando a este objetivo, neste trabalho foi desenvolvido um novo método computacional de medição de espessuras de núcleos e revestimentos de placas combustíveis, o qual é capaz de realizar tais medidas em tempo menor e com dados estatísticos mais significativos, quando comparado com o método atual de medição. / One of the most important components of a nuclear reactor is the Nuclear Fuel. Currently, the most advanced commercial fuel, whose applicability in Brazilian reactors has been developed by IPEN since 1985, is the silicide U3Si2. This is formed by fuel plates with nuclei dispersion (where the fissile material (U3Si2) is homogeneously dispersed in a matrix of aluminum) coated aluminum. This fuel is produced in Brazil with developed technology, the result of the efforts made by the group of manufacturing nuclear fuel (CCN - Center of Nuclear Fuel) of IPEN. Considering the necessity of increasing the power of the IEA- R1 and Brazilian Multipurpose Reactor Building (RMB), for the production of radioisotopes - mainly for the area of medicine - there will be significant increase in the production of nuclear fuel at IPEN. Given this situation, if necessary, make the development of more modern and automated classification techniques. Aiming at this goal, this work developed a new computational method for measuring thickness of core and cladding of fuel plates, which are able to perform such measurements in less time and with more meaningful statistical data when compared with the current method of measurement.

Um dos componentes mais importantes de um Reator Nuclear é o Combustível Nuclear. Atualmente, o mais avançado combustível comercial, cuja aplicabilidade nos reatores brasileiros vem sendo desenvolvida pelo IPEN desde 1985, é o siliceto de urânio U3Si2. Este é formado por placas combustíveis com núcleos de dispersão (onde o material físsil (U3Si2) é disperso homogeneamente em uma matriz de alumínio) revestidos por alumínio. Tal combustível é produzido no Brasil com tecnologia totalmente nacional, resultado do esforço realizado pelo grupo de fabricação de combustíveis nucleares (CCN Centro do Combustível Nuclear) do IPEN. Diante da necessidade do aumento da potência do reator IEA-R1 e da construção do Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), para a produção de radioisótopos principalmente para fins na área da medicina , haverá significativo aumento na produção deste combustível nuclear no IPEN. Em face desta conjuntura, faz-se necessário o desenvolvimento de técnicas de qualificação mais modernas e automatizadas. Visando a este objetivo, neste trabalho foi desenvolvido um novo método computacional de medição de espessuras de núcleos e revestimentos de placas combustíveis, o qual é capaz de realizar tais medidas em tempo menor e com dados estatísticos mais significativos, quando comparado com o método atual de medição. / One of the most important components of a nuclear reactor is the Nuclear Fuel. Currently, the most advanced commercial fuel, whose applicability in Brazilian reactors has been developed by IPEN since 1985, is the silicide U3Si2. This is formed by fuel plates with nuclei dispersion (where the fissile material (U3Si2) is homogeneously dispersed in a matrix of aluminum) coated aluminum. This fuel is produced in Brazil with developed technology, the result of the efforts made by the group of manufacturing nuclear fuel (CCN - Center of Nuclear Fuel) of IPEN. Considering the necessity of increasing the power of the IEA- R1 and Brazilian Multipurpose Reactor Building (RMB), for the production of radioisotopes - mainly for the area of medicine - there will be significant increase in the production of nuclear fuel at IPEN. Given this situation, if necessary, make the development of more modern and automated classification techniques. Aiming at this goal, this work developed a new computational method for measuring thickness of core and cladding of fuel plates, which are able to perform such measurements in less time and with more meaningful statistical data when compared with the current method of measurement.

La superélasticité (SE) est la capacité d'un alliage à recouvrer sa forme initiale après une importante déformation. Cet effet, dû à une transformation martensitique réversible, est très convoité pour de nombreuses applications biomédicales. Les alliages nickel-titane sont les alliages les plus utilisés dans les applications fonctionnelles nécessitant de la SE. Cependant, l'utilisation de cet alliage dans les dispositifs biomédicaux est controversée par la présence du nickel, considéré comme élément cytotoxique et allergène. De ce fait, ces dernières années, une attention accrue a été portée aux alliages de titane [3-métastable pouvant constituer une alternative pour des applications biomédicales. En effet, ils ont l'avantage d'être élaborés à partir d'éléments biocompatibles et de présenter un comportement SE. L'objectif de cette thèse réside ainsi dans l'étude de la réponse SE des alliages de titane [3-métastable à différentes échelles dans leur forme massive et sous forme de revêtements. Deux alliages [3-métastable ont été élaborés: le Ti-27Nb {% at) et le Ti-24Nb-4Zr-4Sn (% mass). Les propriétés SE de ces alliages à l'état massif ont été caractérisées à l'échelle macroscopique et à l'échelle submicrométrique et comparées à celles du NiTi superélastique et du CP-Ti élasto-plastique. La nanoindentation a d'abord été utilisée pour sonder l'effet SE dans ces alliages massifs à l'échelle locale, et dans un deuxième temps, pour étudier l'effet de l'orientation cristallographique sur la réponse SE et mécanique à l'échelle du grain. Enfin, les propriétés mécaniques et SE de ces alliages sous forme de revêtements ont été évaluées avec ce même procédé de nanoindentation. / The superelasticity is the ability of an alloy to recover its original shape after significant deformation. This effect, due to a reversible stress-induced martensitic transformation, is highly sought after for many biomedical applications. Nickel-titanium alloys that have a very large strain recovery (in bulk and thin film state), are the alloys currently used for functional applications requiring superelasticity. However, the use of this alloy in biomedical devices is controversial by the presence of nickel, considered as allergen and presumed cytotoxic for the body. As a result, in recent years, increased attention has been given to metastable f3 titanium alloys, which may be an alternative for biomedical applications. Indeed, they have the advantage of being elaborated from biocompatible elements and exhibit a superelastic behavior. The objective of this thesis lies in the study of the superelastic response of metastable f3 titanium alloys at different scales in bulk and thin film state. Two metastable f3 titanium alloys were elaborated: Ti-27Nb (at%) alloy and Ti-24Nb-4Zr-8Sn (wt %) alloy. The superelastic properties of these two bulk alloys were characterized at macroscopic and sub-micrometric scale and compared to superelastic NiTi and elastoplastic CP-Ti. The nanoindentation was first used to evaluate the superelastic effect of various bulk titanium alloys at local scale, and in a second time, to study the effect of crystallographic orientations on the superelastic and mechanical responses at the grain scale. Finally, the mechanical and superelastic properties of metastable f3 titanium coatings were evaluated with this same nanoindentation process.

Ventaneiras são componentes críticos para a operação de altos fornos, soprando ar quente para o interior dos mesmos. São peças de cobre refrigeradas a água para resistir ao ambiente de trabalho com temperaturas extremamente elevadas e geralmente apresentam revestimentos superficiais para aumento de resistência contra abrasão/corrosão. O presente trabalho tem como objetivo estudar o processo de revestimento de cobre e de liga à base de níquel por alumínio via PCDC a fim de entender os efeitos das variáveis de processo nas características do revestimento formado e obter camadas de revestimento equivalentes ao que vem sendo utilizado recentemente com bons resultados em operação na indústria. Uma série de ensaios são preparados utilizando-se os substratos de cobre e liga Inconel 625 e são variados alguns parâmetros de processo como a liga máster utilizada (Al e/ou liga Fe-Al), o sal haleto ativador do processo (NH4Cl ou NaF), condição in ou out of pack, proporção entre alumina e liga máster, temperatura e tempo de processo. É realizada a caracterização dos substratos previamente e após passar pelo processo de aluminização. Também é feita uma análise de amostra tomada como referência revestida por empresa externa especializada em aluminização via PCDC, além da caracterização de todas as amostras ensaiadas. A caracterização das amostras consiste na análise microestrutural identificando as fases presentes nos revestimentos formados, morfologia das camadas, espessuras, e propriedade de dureza. As análises são realizadas através de microscópio ótico, MEV, técnicas de EDS e difração de raios X e microdurômetro. Ao final das análises, é possível identificar conjuntos de parâmetros de processo que conduzem à formação de revestimento similar ao que está sendo utilizado na indústria. Além disso, é possível entender o efeito das variáveis de processo nas características das camadas formadas sobre os substratos. / Tuyeres are critical components for blast furnace operation, blowing hot air to the interior of the furnace. They are made of copper and are water cooled in order to resist extremely high operation temperatures. Aiming to improve reliability and lifetime of the tuyeres, different types of coatings (metallic hard facings, ceramic and diffusion coatings) have been developed over the years to enhance surface resistance of the pieces. The objective of the present work is to study the process of coating copper and nickel alloy by aluminum via pack cementation diffusion coating (PCDC) in order to understand the effect of each process parameter in the features of the coating formed and to obtain coating layers similar to what has been used with good results in the industry. Several experiments are prepared for coating the substrates made of copper and Inconel 625 and some parameters are varied such as the master alloy (Al and/or Fe-Al), the activator salt (NH4Cl or NaF), the condition in or out of pack, the alumina/master alloy ratio, temperature and time of the process. It is performed analysis of the substrates previous and after the aluminization process. A sample coated in an external company specialized in aluminization process is also analyzed and taken as a reference. In addition, all the experiment samples with different process conditions are studied. The analysis consist in microstructural evaluation identifying phases formed, thickness of the coating layers and hardness measurements and are performed with the use of optical microscope, SEM, EDS techniques, X-ray diffraction technique and micro durometer. At the end of the analysis, it is possible to identify sets of process parameters that can lead to the formation of coating layers similar to what has been used with success in the industry. Furthermore, it is possible to understand the effect of the process variables in the features of the coating layers.

Metais são bastante usados como materiais implantáveis, principalmente para dispositivos feitos na área de ortopedia. Há uma constante relação dos processos de corrosão nesse biomateriais com a agressividade do meio fisiológico. Usando quatro tipo de metais e ligas metálicas – titânio puro, liga de titânio, aço inoxidável de baixo carbono e liga de cobalto – o processo de corrosão foi estudado. Além disso, o desempenho desses materiais revestidos com nitreto de titânio foi avaliado. Dois processos de revestimento por PVD – evaporação e magnetron sputtering – foram executados, verificando a eficiência desses materiais em meio fisiológico - O melhor comportamento se deu para o revestimento obtido por evaporação. O mecanismo de corrosão predominante para as amostras foi indicado. / Metals are very much used as implantable materials mainly for the construction of devices orthopaedic area. There is a constant concern about the corrosion process in those metallic biomaterials due to the aggressiveness of the physiological environment. By using four types of metals and metallic alloys – pure titanium, titanium alloy, low carbon stainless steel and cobalt-chromium alloy – the corrosion process in physiologic environment has been studied. Also, the performance of such materials coated with titanium nitrate was evaluated. Two PVD coating methods – evaporation and magnetron sputtering – were performed, and the efficiency of those materials in physiologic medium was verified. The best behaviour was found by the evaporation coating method. The predominant corrosion mechanism for coated samples was suggested.