The combination of two cost-effective processes, i.e. casting and anodising, would be an interest for the aluminium component applications. However, there are some obstacles in the application of anodising on cast Al alloys. The challenges mostly relate to the alloying elements especially Si and the surface quality. With the development of casting process, cast aluminium alloys with low Si content can be casted, and a complex geometry component with reasonably good surface finish can be achieved. This study aims to identify the influence of Si on anodising and mechanical properties of Al-Si alloys. In this study, six Al-Si alloys with three different Si level and two different Sr level were investigated. Sr acts as a modifier to change the morphology of Si particles. The directional solidification technology was used to vary the microstructure coarseness by controlling the cooling rate to study the influence of Si level, Si particle morphology and cooling rate on mechanical properties, oxide layer formation and corrosion protection performance in cast Al-Si alloys. This study has observed that Si has a significant influence on anodising. During anodising, Si particles are anodised at a lower rate than the Al phase. The presence of Si particles in eutectic phase make the oxide layer locally thinner and more defected due to the low oxide growth rate in eutectic phase. This study observed the presence of residual metallic Al phase beneath or between Si particles. Due to their presence and their geometry, Al can be shielded by Si particles and prevented from oxidation. Si particles also act as a key role in the corrosion protection of oxide layer in Al-Si alloys. The corrosion attack propagates along Si particles as well as oxide defects to the Al substrate. It is found that the morphology of Si particles has a significant influence on the oxide layer formation and corrosion protection performance of the oxide layer on cast Al-Si alloys. A substantially improvement the corrosion resistance of anodised layer on Al-Si alloys is attributed to the morphology change from interconnected flakes to disconnected Si fibres when Sr is added, with less oxide defects and better oxide distribution. The Si level governs the mechanical properties of Al-Si based alloys. An increase of Si content in Al alloys improves the mechanical properties such as ultimate tensile and yield strength as well as hardness of the materials, but decreases the ductility. However, an increase of Si level in Al alloys decreases the thickness of oxide layer, and thereby, the corrosion protection of the oxide layer is deteriorated. / Kombinationen av två kostnadseffektiva processer, gjutning och anodisering, är av intresse för tillämpning på aluminiumkomponenter. Det finns dock hinder för tillämpning av anodisering på gjutna aluminiumlegeringar. Utmaningarna relaterar till effekten av legeringselement, i synnerhet Si, och komponentens ytkvalité. Med utvecklingen av gjutprocesser kan aluminiumlegeringar med lågt Si-innehåll gjutas, och komponenter med komplex geometri med förbättrad ytkvalité kan uppnås. Denna studie syftar till att identifiera påverkan av Si på anodisering och mekaniska egenskaper hos Al-Si-baserade legeringar. I denna studie undersöktes sex Al-Si-legeringar med tre nivåer av Si och två nivåer av Sr. Tillsatser av Sr leder till modifikation av morfologin hos Si-partiklar. Med hjälp av tekniken ”riktad stelning” varierades stelningshastigheten för att studera sambanden mellan halten och morfologin av Si, mikrostrukturens grovlek och dess inverkan på mekaniska egenskaper, samt oxidskiktets bildning och korrosionsbeständighet hos gjutna Al-Si-legeringar. Denna studie visar att Si har ett betydande inflytande på anodisering r. Under anodisering, anodiseras Si-partiklar i en lägre takt än Al-fasen. Närvaron av Si-partiklar i eutektisk fas bidrar till ett lokalt förtunnat oxidskikt med fler defekter på grund av den låga oxidtillväxthastigheten i eutektisk fas. Denna studie observerade förekomsten av kvarvarande metalliska Al fasen under eller mellan Si-partiklar. På grund av Si-partiklarnas närvaro och geometri, kan Al skärmas från oxidation. Si-partiklar har även en nyckelroll i korrosionsskydd av oxidskiktet i Al-Si-legeringar. Korrosionsangreppet propagerar längs Si-partiklar samt oxiddefekter till Al-substrat. Morfologin av Si-partiklar har funnits ha en betydande inverkan på oxidskiktets bildning och korrosionsskydd hos gjutna Al-Si-legeringar. En väsentlig förbättring av korrosionsbeständigheten i anodiserat skikt hos Al-Si-legeringar tillskrivs förändring av kiselns morfologi från sammankopplade flingor till osammanhängande fibrer när Sr tillsätts, med mindre oxiddefekter och bättre fördelning av oxid. Si halten påverkar de mekaniska egenskaperna hos Al-Si-baserade legeringar. En ökning av Si innehålleti Al-legeringar förbättrar de mekaniska egenskaperna såsom brott och sträckgräns samt hårdhet hos materialen, men minskar duktiliteten. En ökning med Si halt i Al-legeringar minskar dessvärre tjockleken hos oxidskiktet, och därigenom, försämrar oxidskiktets korrosionsskydd.

Neste trabalho foram polimerizadas blendas e compósitos de polianilina (PAni), utilizando métodos químico e eletroquímico, sobre eletrodos de platina (Pt) e aço inoxidável (AISI-304), em diferentes meios aquosos. As blendas e compósitos de PAni foram preparados a partir de solução aquosa de H3PO4, contendo anilina e diferentes concentrações de carboximetilcelulose sódica (CMC) ou ácido dodecilbenzenosulfônico (DBSA). Para a formação dos filmes poliméricos, sobre ambos os substratos metálicos, a técnica de voltametria cíclica foi utilizada, tendo sido investigada a influência das concentrações de CMC e de DBSA nas características do processo de polimerização bem como, no material resultante. Por outro lado, na polimerização química, realizada a 20º.C e na presença de ((NH4)2S2O8), curvas potenciométricas e calorimétricas foram obtidas para auxiliar na caracterização das sínteses. Os materiais poliméricos foram caracterizados com o uso das técnicas de voltametria cíclica (resposta eletroquímica), espectroscopia de UV-Vis-NIR, espectroscopia de infravermelho, de medidas de condutividade por quatro pontos, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia dispersiva de energia de raios-x (EDX) e termogravimetria (TG). A partir dos resultados obtidos, foram observadas diferenças decorrentes da concentração de CMC, com influência tanto na velocidade de polimerização, quanto nas propriedades físicas e químicas de PAni-CMC. As interações entre PAni e CMC ocorrem por ligações de hidrogênio sendo a estrutura dos filmes PAni-CMC fortemente depende da concentração de CMC. Há significativas diferenças, tanto no processo de eletropolimerização de PAni-DBSA sobre Pt e AISI-304, quanto nas propriedades físicas e químicas dos polímeros. Estruturalmente, os filmes de PAni-DBSA eletropolimerizados sobre AISI-304 são mais porosos e apresentam maior eletroatividade, conseqüência da pré-camada de óxido formada durante a eletropolimerização. Mediante os ensaios de corrosão, foi verificado que os filmes de PAni-CMC aplicados sobre AISI-304 apresentam variação na composição após os ensaios de corrosão, enquanto que a proteção fornecida pelos filmes de PAni-DBSA depende da espessura dos mesmos. Ambos os filmes protegem efetivamente superfícies de aço inoxidável AISI-304 contra a corrosão e são alternativas extremamente viáveis quando comparados aos materiais convencionalmente utilizados. / In this work, polyaniline (PAni) blends and composites were obtained on platinum (Pt) and stainless steel (AISI-304) substrates. The effects of chemical and electrochemical syntheses were studied in different aqueous media. PAni blends and composites were prepared from aniline monomer-containing solutions of H3PO, that contained different concentrations of sodium carboxymethylcellulose (CMC) or dodecylbenzene sulphonic acid (DBSA). For the formation of polymeric films on Pt and steel AISI-304 electrodes, cyclic voltammetry was the technique employed and the effect of monomer, CMC and DBSA concentration on both the process characteristics and the resultant material were investigated. Chemical polymerization was performed at 20 C, in the presence of an oxidizing agent [(NH4)2S2O8] and potentiometric and calorimetric curves were obtained, which permitted the characterization of the synthesis. The resultant polymeric materials were characterized by their electrochemical response, ultraviolet (UV-VIS) and infrared (IR) spectroscopies, conductivity measurements, scanning electronic microscopy (SEM), film composition analysis by energy dispersive ray-x spectroscopy (EDS) and thermogravimetric analysis (TG). From the polymer characterization, the results demonstrate the differences between the PAni polymers due to CMC concentration used in the polymerization, which influences both the polymerization rate and the physical and chemical properties of the PAni-CMC composite. The interaction between PAni and CMC occurs by hydrogen bonding, and the structure of the PAni-CMC film depends strongly on the CMC concentration. There are significant differences between the electropolymerization process of PAni-DBSA films on Pt and that on steel AISI-304, resulting in different the physical and chemical properties of the respective polymers. Structurally, the PAni-DBSA films electropolymerized on steel AISI-304 are more porous and present greater electroactivity due to an oxide layer formed during the electropolymerization. From corrosion assays, which involved performing open circuit potential and potentiodynamic curves in NaCl, the viability of application of PAni-CMC and PAni-DBSA films electropolymerized on steel AISI-304 electrodes was analyzed. For the PAni-CMC films on steel AISI-304 a significant change in the film composition occurred after the corrosion assays. On the other hand the corrosion protection of steel AISI-304 covered with PAni-DBSA is dependent on the film thickness. The electrochemical parameters extracted from the potentiodynamic curves demonstrate that both films protect stainless steel against corrosion. Furthermore, the corrosion studies show that PAni-CMC and PAni- DBSA films are viable alternatives to the conventionally used corrosion protection films.

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Submitted by Maria Eneide de Souza Araujo (mearaujo@ipen.br) on 2015-02-20T18:11:07Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-02-20T18:11:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

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Made available in DSpace on 2014-10-09T12:55:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho foi estudada a viabilidade de substituição do níquel presente em banhos de fosfato de zinco para a fosfatização do aço carbono (SAE 1010) por niobatos, ou oxalato de nióbio e amônio (Ox) e benzotriazol (BTAH). A substituição do passivador das camadas de fosfato obtidas, baseado em cromo hexavalente, por um banho passivador contendo Ox, também foi avaliada. Os resultados do presente trabalho mostraram que os compostos de nióbio podem substituir o níquel em banhos de fosfatização com várias vantagens, pricipalmente ambientais. Camadas com melhores propriedades foram obtidas com os banhos em presença de compostos de nióbio, pois um aumento da massa de fosfato depositada com menor tempo de imersão foi observado para estes banhos. Maior resistência à corrosão e maior eficiência de proteção foram obtidas para os revestimentos de fosfato de zinco em presença de niobatos (PZn+Nb) e de oxalato de nióbio e amônio e de benzotriazol (PZn+Ox+BTAH), quando comparados a camada tradicional em presença de níquel (PZn+Ni). As melhores propriedades de proteção, obtidas para os revestimentos testados foram relacionadas à morfologia dos cristais, espessura das camadas e com a menor porosidade dos revestimentos em presença de compostos de nióbio e de benzotriazol. Os resultados obtidos com os passivadores mostraram que o selante à base de Ox pode substituir o constituído por CrO3, mas somente sob determinadas condições de aplicação, aumentando a proteção contra a corrosão do aço carbono promovida pela camada de PZn+Ni. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Submitted by Maria Eneide de Souza Araujo (mearaujo@ipen.br) on 2015-02-20T18:11:07Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-02-20T18:11:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O processo de fosfatização é amplamente utilizado na indústria de tratamento de superfície de metais, especialmente de placas de baixa espessura, melhorando a aderência entre a superfície do metal e o revestimento de tinta, e aumentando a durabilidade dos sistemas de pintura contra ataques corrosivos. Os fosfatos tricatiônicos contendo zinco, níquel e manganês são comumente aplicados em aço, e muito se discute sobre a substituição do níquel por outro elemento com o objetivo de obter um fosfato mais amigável ao meio ambiente, tanto em seus processos como para as pessoas envolvidas. O nióbio tem sido avaliado nesse sentido. Os impactos ambientais mais significativos dos fosfatos estão relacionados com a presença do níquel e do cromo hexavalente utilizado no processo, devido a exposição ao contato humano e a contaminação residual da água e do solo. Seguindo a linha de pesquisa que estudou a substituição do níquel por nióbio em camadas formadas sobre o aço carbono, o presente estudo avaliou e caracterizou camadas de fosfato contendo zinco, manganês e nióbio, formadas em aço galvanizado, comparando os resultados com o fosfato de zinco, manganês e níquel, bem como com o fosfato de zinco e manganês, sem a adição de nióbio. Embora o uso de cromo não seja recomendado mundialmente, ainda hoje é utilizado no processo de selagem da porosidade da camada de fosfato, em banhos contendo cromo hexavalente, que é reconhecido por ser carcinogênico, estando associado a várias doenças. Devido às características passivantes do nióbio, este estudo também avaliou o banho tricatiônico contendo oxalato amoniacal de nióbio, como etapa de passivação das camadas, tanto em banhos bicatiônicos, quanto nos tricatiônicos, com resultados muito interessantes como opção de substituição do cromo hexavalente. Os resultados obtidos neste trabalho são promissores, pois algumas das formulações contendo nióbio se apresentaram equivalentes ao fosfato contendo níquel, tanto em morfologia, verificadas em microscopia eletrônica de varredura, ensaios gravimétricos, de porosidade e de aderência, quanto nas características de proteção anticorrosivas, verificadas nos ensaios eletroquímicos e em câmara de névoa salina. Embora apresentando eficácia compatível com fosfato contendo níquel, ajustes na estabilidade dos banhos ainda são necessários e mais estudos utilizando técnicas voltadas para o entendimento dos fenômenos que ocorrem na base dos poros, devem orientar as próximas etapas da linha de pesquisa. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP