Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-06-27T04:15:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 346019.pdf: 3771744 bytes, checksum: 55cb5c7855ca173586bab7b42536f03a (MD5) Previous issue date: 2016 / A produtividade é um fator importante para que a operação de uma empresa se mantenha competitiva. Esta pode ser aumentada através do emprego de maiores velocidades de processamento, o que no caso do processo MIG/MAG, deve ser acompanhado pelo aumento da taxa de fusão do arame, de modo a obter um mesmo comprimento de cordão em um menor tempo, reduzindo os custos globais. Deve-se considerar que a qualidade da solda (características dimensionais e geométricas do cordão e sua isenção de defeitos) precisa ser no mínimo mantida. Atualmente os métodos que atendem a esta demanda (duplicação e associação de processos) possuem maiores custos de implantação e manutenção em relação ao processo MIG/MAG convencional. Diante do exposto, realizou-se uma avaliação do processo MIG/MAG convencional quanto à influência de diferentes composições de gases de proteção e de diâmetros de arame sobre a taxa de fusão e de deposição e sobre a geometria e dimensional do cordão de solda, com o intuito de contribuir para o entendimento se a otimização dos parâmetros (gás de proteção e bitola de arame) seria capaz de impactar positivamente a produtividade. Nas primeiras etapas foram realizados ensaios de simples deposição e foram avaliados gases comerciais. O gás Ar+8%CO2 apresentou a maior eficiência de deposição e um dos maiores valores de molhabilidade do cordão de solda. Em contrapartida, a taxa de fusão de arame obtida com o gás Ar+5%H2 foi significativamente superior dentre os gases avaliados. Deste modo, com o intuito de obter simultaneamente as características vantajosas produzidas por esses gases, foram realizados ensaios adicionais com misturas ternárias de Ar-H2-CO2 com teor fixo de 5%H2 e teor de CO2 entre 4 e 16%. Constatou-se que com a utilização do gás Ar+5%H2+7%CO2 obteve-se um aumento da taxa de fusão do arame, mantendo-se valores de eficiência de deposição e de molhabilidade do cordão de solda similares aos apresentados pelo gás Ar+8%CO2. Em compensação o emprego do gás Ar+5%H2+7%CO2 na soldagem de junta sobreposta resultou em cordões com baixa molhabilidade. Em relação à bitola de arame, pode ser verificado um aumento da molhabilidade do cordão com a utilização do arame de 1,6 mm em relação às bitolas de 1,0 e 1,2 mm. Em contrapartida o uso do arame de 1,6 mm resultou em menores rendimentos de deposição.<br> / Abstract : Productivity is a key factor to the operation of a company to remain competitive. This can be increased through the employment of higher processing speed, which in the case of the GMAW process, must be accompanied by an increase in the melting rate in order to allow obtaining the same weld bead length in a shorter time, reducing overall costs. It must be considered that weld quality (dimensional and geometric characteristics of the bead and its absence of defects) must be held or improved. Currently the methods that meet this demand (duplication and association of process), present higher implementation and maintenance costs compared to conventional GMAW process. In face of this, the present work carry out a detailed assessment of the influence of different compositions of shielding gases and the wire diameter on melting and deposition rate and on weld bead dimension and geometry, in order to contribute understanding if the optimization of the parameters (shielding gas and wire diameter) would be able to positively impact productivity. In the first steps they were performed bead on plate deposition tests, and were evaluated commercial shielding. The gas Ar+8%CO2 exhibited superior deposition efficiency and weld bead wettability. In contrast, the wire melting rate obtained with the gas Ar+5%H2 was significantly higher than all other tested gases. Thus, in order to simultaneously obtain the advantageous characteristics produced by both these gas compositions, additional tests were performed with ternary mixtures consisting of Ar-H2-CO2 with a fixed H2 content of 5% and various CO2 proportions (between 4 and 16%).The results showed that the shielding gas of Ar+5%H2+7%CO2 yielded an increase in wire melting rate while maintaining deposition efficiency and weld bead wettability values similar to those presented by the Ar+8%CO2 gas. However, the use of gas Ar+5%H2+7%CO2 in the welding of lap joint resulted in bead with poor wettability. Regarding to the wire diameter, it was observed an increasing in the bead wettability with use of 1.6 mm wire if compared to the diameters of 1.0 and 1.2 mm. On the other hand the use of 1.6 mm diameter resulted in lower deposition efficiency.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017 / Made available in DSpace on 2017-09-19T04:10:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347970.pdf: 5112577 bytes, checksum: 26ca02d8d2f3634b3516965d62c2b87f (MD5) Previous issue date: 2017 / Abstract: The use of precursors loaded with fillers to process ceramic coatings rises the possibility to tailor the microstructure and coating properties for a wide range application, like thermal barrier coatings, environmental barrier coating or for wear applications. Thus, the present research aims to develop and to employ the novel process of plasma assisted pyrolysis (PAP) for developing ceramic composites coating on sintered steel substrate. The coatings are based on polymer derived ceramic, being the precursor a polyorganosilazane. During the development of the PDC based coating different fillers were used. The active fillers TiSi2 and TiB2 were used in order to compensate the shrinkage of the precursor and to generate in situ formation of phases as nitrides and carbides. Initially it was necessary to investigate the influence of PAP both on the pyrolysis behavior of the pure precursor and on the polymer precursor loaded with filler particles, in comparison to conventional pyrolysis. For such investigations, cylindrical bulk specimens were used (diameter of 13 mm and thickness between of 2-4 mm). It was demonstrated that the ceramic yield as well as the elemental composition of the polyorganosilazane are not adversely influenced by PAP process. The bulk samples based on precursor and TiSi2 under conventional pyrolysis, under N2 atmosphere, showed no significant conversion of the fillers into nitrides. In contrast, the use of PAP led not only to an enhances filler conversion but also to a densification of the composite. The resulting microstructure is dominated by Ti(C,N) as well as a mixture of a- and ß- Si3N4 phases embedded in an amorphous SiCN matrix. In the same way the coatings, on sintered substrates, based on polyorganosilazane and TiB2, processed under conventional pyrolysis showed almost no filler conversion up to temperature of 1150 °C. The final coating was based mainly on TiB2 and the formed SiCN network. While in the specimens after PAP process mainly Ti (C, N) and C0.858 (BN)0.571 were formed, and no residual TiB2 was detect. The diffusion phenomenon between coating and sintered substrate was also drastically affected under plasma conditions. Considerable amount of iron could be detected in the coating, after the plasma assisted pyrolysis. Such difference between conventional and plasma assisted pyrolysis process is attributed to the high reactivity of the plasma environment, in which reactive species, as atomic nitrogen, are available to react with the sample. It could be demonstrated that plasma assisted pyrolysis is a very suitable way to process polymer derived ceramic composite materials with a tailored microstructure. / O uso de precursores carregados com fillers possibilita projetar a microestrutura e as propriedades de revestimentos cerâmicos para diferentes aplicações, como revestimentos de barreira térmica, revestimento de barreira ambiental ou para aplicações tribológicas. O objetivo deste trabalho foi desenvolver e empregar o novo processo de pirólise assistida por plasma (PAP) para o desenvolvimento de revestimentos compósitos cerâmicos sobre substratos de aço sinterizado. Os revestimentos são baseados em cerâmica derivada de polímero, sendo o precursor um poliorganossilazano. Durante o desenvolvimento do revestimento utilizaram-se diferentes fillers. As cargas ativas, como TiSi2 e TiB2, foram utilizadas para compensar a retração do precursor e para gerar a formação in situ de fases como nitretos e carbonetos. Inicialmente foi necessário investigar a influência da PAP sobre o comportamento do precursor puro e no comportamento do precursor carregado com partículas de fillers, em comparação com a pirólise convencional. Para tais investigações, foram utilizados amostras cilíndricas (diâmetro de 13 mm e espessura entre 2 e 4 mm). Foi demonstrado que o rendimento cerâmico, assim como a composição elementar do poliorganossilazano, não são influenciados negativamente pelo processo PAP. As amostras baseada no precursor e TiSi2 sob pirólise convencional, atmosfera de N2, não mostrou nenhuma conversão significativa dos fillers em nitretos. No entanto, a utilização da PAP promoveu tanto ao aumento na conversão do filler, assim como uma maior densificação do compósito. A microestrutura resultante é dominada por Ti (C, N), e uma mistura de fases a- e ß-Si3N4 incorporadas numa matriz amorfa de SiCN. Do mesmo modo, os revestimentos sobre os substratos sinterizados, compostos por poliorganossilazano e TiB2, processados em pirólises convencionais, mostraram quase nenhuma conversão do filler até na temperatura de 1150 ° C. O revestimento final baseou-se principalmente em TiB2 e na fase SiCN. Enquanto, as amostras após o processo de PAP formaram principalmente fases como Ti (C, N) e C0.858 (BN) 0.571, e não foi detectado TiB2 residual. O fenômeno de difusão entre o revestimento e o substrato sinterizado também foi drasticamente afetado no ambiente de plasma. Uma quantidade considerada de ferro pode ser detectada no revestimento, após a pirólise assistida por plasma. Essas diferenças entre o processo de pirólise convencional e assistido por plasma é atribuída à alta reatividade do ambiente de plasma, no qual as espécies reativas, como o nitrogênio atômico, estão disponíveis para reagir com a amostra. Pode ser demonstrado que a pirólise assistida por plasma é uma maneira muito adequada para processar materiais compósitos cerâmicos derivados de polímeros com uma microestrutura projetada.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-10-31T03:19:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348699.pdf: 4604314 bytes, checksum: c1e5a540bf52119a18a4177b8b19cd7f (MD5) Previous issue date: 2017 / Neste trabalho, inicialmente, foi realizado um estudo detalhado de uma nova rota de síntese via sol-gel coloidal para a obtenção de Nb2O5 e óxidos mistos de Nb2O5:TiO2. Foram controlados parâmetros como temperatura, relação molar H+:Nb5+, H+:(Nb5+:Ti4+) e Nb5+:H2O para determinar as melhores condições de síntese. Os resultados obtidos indicam que a síntese sol-gel coloidal é um método adequado para a obtenção de Nb2O5 e óxidos mistos (Nb2O5:TiO2) tal como sol nanoparticulado estável ou como pó nanométrico. Nanopartículas amorfas com tamanho médio de 20 nm (Nb2O5) e 10 nm (Nb2O5:TiO2) foram obtidas controlando as variáveis da síntese. O processo de tratamento térmico realizado nas nanopartículas de Nb2O5 promoveu a formação de diferentes fases cristalinas (TT e T) com estrutura pseudohexagonal e ortorrômbica, respectivamente, que a temperaturas mais elevadas se transformam em uma mistura de fases ortorrômbica e monoclínica. No caso dos óxidos mistos (Nb2O5:TiO2), a calcinação entre 650 e 800 ºC levou à formação de diferentes fases cristalinas, entre elas TiNb2O7 como principal. Nos dois óxidos (Nb2O5 e Nb2O5:TiO2), a composição da fase cristalina apresentou influência significativa na atividade fotocatalítica. No caso do Nb2O5 puro, o melhor desempenho fotocatalítico foi observado para o material constituído principalmente pela fase TT-Nb2O5, enquanto que, para o óxido misto, o melhor desempenho é encontrado no material constituído principalmente pela fase monoclínica-TiNb2O7. Em uma segunda etapa do trabalho, a fim de avaliar a influência de diferentes métodos de síntese na obtenção de nanopartículas, um novo método hidrotérmico assistido por micro-ondas foi utilizado para preparar nanopartículas de Nb2O5. Os resultados obtidos indicam que o processo por micro-ondas a 180 °C durante 20 min foi suficiente para obter nanopartículas amorfas com um tamanho médio de 40 nm. As nanopartículas obtidas apresentaram um processo similar de cristalização ao observado nas amostras preparadas pela síntese sol-gel, demonstrando também, nesse caso, que a cristalinidade teve efeito significativo na atividade fotocatalítica do material. Em uma terceira etapa deste trabalho, filmes finos foram preparados pelo método de dip-coating. Experimentos fotocatalíticos confirmaram que os filmes finos constituídos pela fase TT-Nb2O5 são promissores para aplicações como catalisadores imobilizados em reações fotoativas.<br> / Abstract : A detailed study of a novel synthesis via colloidal sol-gel route for obtaining nanoparticulate Nb2O5 and mixed oxides Nb2O5: TiO2 was investigated in this work. Parameters such as temperature and H+:Nb5+ and H+:(Nb5+: Ti4+), Nb5+: H2O molar ratio were controlled in order to determine the best synthesis conditions. The obtained results indicate that the colloidal sol-gel synthesis is a good alternative for obtaining Nb2O5 and mixed oxides (Nb2O5: TiO2) either as stable nanoparticulate sol or as a nanosized powder. Amorphous nanoparticles with an average size of 20 nm (Nb2O5) and 10 nm (Nb2O5:TiO2) were produced by controlling the synthesis variables. The heat treatment process performed on Nb2O5 nanoparticles promoted the formation of different crystalline phases (TT and T) with pseudo-hexagonal and orthorhombic structures, respectively, that transform at higher temperatures in a mixture of orthorhombic and monoclinic phases. In the case of mixed oxides (Nb2O5: TiO2), the calcination at temperatures between 650 and 800 ºC, led to the formation of different crystalline phases, among them TiNb2O7 as the major one. In the two systems (Nb2O5 and Nb2O5: TiO2), the crystalline phase composition was found to have a significant influence on the photocatalytic activity. In the case of pure Nb2O5, the best photocatalytic performance was observed for the material mainly constituted by the TT-Nb2O5 phase, whereas for the mixed oxide the best performance was found for the material mainly constituted by the monoclinic-TiNb2O7 phase. In a second stage of the work, in order to evaluate the influence of different synthesis methods in obtaining nanoparticles, a new microwave-assisted hydrothermal method was used to prepare nanoparticles of Nb2O5. The results indicate that the microwave procedure at 180 °C for 20 min was enough to obtain amorphous nanoparticles with average sizes of 40 nm. The nanoparticles produced showed a similar crystallization process to those observed in the samples prepared by the sol-gel synthesis, and also in crystallinity had a significant effect on the photocatalytic activity of the material. In a third stage of this work, thin films were prepared by the dip-coating method. Photocatalytic experiments confirmed that the thin films constituted by the TT-Nb2O5 phase are promising for applications as catalysts immobilized in photoactived reactions.

O presente trabalho trata da síntese do poli(S-amino 1-naftol) pelo método eletroquímico sobre eletrodos de aço 1010 AISI em meios aquosos ácidos com a finalidade de se obter um filme com características protetoras contra a corrosão. A caracterização física, química e eletroquímica dos filmes obtidos é apresentada. Filmes delgados, homogêneos, compactos e muito aderentes foram obtidos. Os filmes são eletroativos, apresentando um bem definido sistema redox. Apresentase também dois novos métodos de síntese química deste novo polímero, com o emprego de agentes oxidantes e com a utilização de chapas de Pt como provável catalisador. Um pó preto, solúvel em alguns solventes orgânicos, eletroativo e condutor após dopagem ácida foi encontrado. / This work deals with the electrochemical synthesis of poly(5-amino 1-naphthol) on 1010 AISI steel electrodes in acid aqueous media. The main goal was to produce a corrosion protective film. The physical, chemical end electrochemical characterization of the films are presented. Thin, homogeneous, compact and adhesive films were obtained. The films are electroactives, presenting a well-defined redox system. Two new methods of chemicals synthesis were developed: With oxidizing agents and with Pt plates as probable catalysis. A black powder soluble in organic solvents, electroative and conducting after acid dedoping was found.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-12-01T03:11:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336193.pdf: 26461022 bytes, checksum: 6d09c37c8dcea4a3582915e8a1119732 (MD5) Previous issue date: 2015 / Esta tese descreve o desenvolvimento de duas rotas sintéticas rápidas e eficazes para produção de nanoestruturas de ouro: nanopartículas de ouro estabilizadas com a hesperetina (Ht), um flavonoide de cítricos, conhecido por seus efeitos anti-inflamatório, anti-hipertensivo e antiaterogênico; e um compósito de nanopartículas de óxido de ferro@ouro (?-Fe2O3@Au). As nanoestruturas foram facilmente preparadas sob condições brandas, seguindo os princípios de química verde. Na primeira parte da tese, apresenta-se o desenvolvimento do método de síntese das nanopartículas de ouro com Ht (HtAuNP), realizada à temperatura ambiente e em uma única etapa. As HtAuNP foram então caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução (HRTEM), Espalhamento de Luz Dinâmico (DLS), Espectrometria de Emissão de Fotoelétrons Excitados por Raios-X (XPS), Difração de Raios-X e Espectrofotometria UV-Vis. Além disso, realizou-se um estudo, usando a Teoria do Funcional de Densidade (DFT) para avaliação da interação Au3+:Ht. Assim, observou-se que a redução do ácido cloroáurico em condições alcalinas, e na presença de Ht, gerou suspensões concentradas (4-7 mmolL-1) e uniformes de HtAuNP de forma esférica, medindo aproximadamente 15 nm e com distribuição estreita de tamanho (<15%). As HtAuNP, armazenadas entre 2-8?C, mostraram-se estáveis pelo período de 12 meses, sem alteração de forma. Os cálculos teóricos sugeriram uma reação inicial de complexação entre a Ht e o ouro, com a posterior transferência de elétrons da Ht ao ouro, resultando na redução dos íons Au3+ para Au0. Na segunda parte da tese, o conhecimento da reação de redução do HAuCl4 pela Ht permitiu o desenvolvimento do compósito ?-Fe2O3@Au com comportamentos magnéticos e plasmônicos. Primeiramente, utilizou-se o método de co-precipitação de cloretos de ferro (II) e (III), para síntese de nanopartículas de óxido de ferro (?-Fe2O3) com medida aproximada de 9 nm. Na presença de HAuCl4, as nanopartículas sintetizadas foram então dispersas por irradiação ultrassônica para adsorção dos íons de AuCI4- em sua superfície. Posteriormente, o ouro foi reduzido em ambiente alcalino, acrescido de Ht e com adição lenta do modificador de pH. O compósito ?-Fe2O3@Au foi caracterizado usando os mesmos métodos utilizados para as HtAuNP. O ?-Fe2O3@Au apresentou uma banda SPR forte em torno de 580 nm, e sua morfologia foi consistente com uma mistura de nanopartículas de óxido de ferro decoradas com nanopartículas de ouro, juntamente com estruturas do tipo core-shell, formando agregados discretos com tamanho aproximado de 55 nm. Essas nanopartículas têm potencial de utilização em uma ampla gama de aplicações que demandem ambas as propriedades, magnética e óptica.<br> / Abstract : This dissertation reports two synthesis procedures with a reduced use of toxic chemicals and solvents for gold nanoparticles and a composite of ?-Fe2O3@Au nanoparticles, according to the principles of green chemistry, methods that are highly sought after nanoparticles production, particularly for use in biomedical/biotechnological applications. In the first part, a fast single-pot method at room temperature to synthesize AuNP, using hesperetin (Ht), a flavonoid from citrus fruits known for its anti-inflammatory, antihypertensive and antiatherogenic effects is reported. Experimentally, the HtAuNP and ?- Fe2O3@Au were characterized using high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), dynamic light scattering (DLS), X-ray photoelectron spectrometry (XPS) and UV-Vis spectrophotometry. Also, a theoretical study to assess the interaction of hesperetin with Au3+ ions was also performed by quantum chemical calculation using density functional theory (DFT). The reduction of chloroauric acid in alkaline conditions in presence of hesperetin yielded concentrated suspensions of uniform 15 nm spherical HtAuNP with a narrow size distribution (<15%) that remain stable for at least a year at 2-8 ºC, without changing their shape over time. Our theoretical calculations suggest the electron transfer from hesperetin to gold as a consequence of complexation, reducing Au3+ ions to Au0. In the second part, iron oxide-gold nanoparticles displaying both magnetic and plasmonic behaviors were synthetized. Here, iron oxide nanoparticles (NPs) prepared by coprecipitation of Fe(II) and Fe(III) chlorides. These bare nanoparticles ~ 9 nm were then dispersed in the presence of HAuCl4 using ultrasonic irradiation to adsorb AuCl4 - ions on their surface. Gold was subsequently reduced in an alkaline environment by adding the flavonoid hesperetin with the further drop-addition of pH modifier within a frame time of 10 minutes. ?-Fe2O3@Au composite synthesized under the aforementioned conditions suggests morphology consistent with bare magnetite decorated with gold nanoparticles along with core shell magnetite-gold particles, forming discrete aggregates (55 nm by DLS), displaying a strong SPR band around 580 nm. As prepared these nanoparticles could be used for a wide range of applications taking advantage of both magnetic and optical properties.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T14:21:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 83667.pdf: 2149642 bytes, checksum: 90122f3ff18a6245e9832e0b7c4aa1f7 (MD5) Previous issue date: 1982 / Este trabalho apresenta uma solução analítica para o problema de cascas cilíndricas finas apoiadas em diafragmas, com carregamentos radiais, usando a formulação mostrada por Timoshenko. São determinadas expressões para calcular deslocamentos e tensões, objetivando possibilitar a análise do comportamento dc cilindros com carregamentos radiais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T16:34:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 83405.pdf: 2642857 bytes, checksum: 9dd4bcb7cf58988802f70faa9aa59dad (MD5) Previous issue date: 1990 / Neste trabalho é apresentada uma análise comparativa de alguns modelos lineares de elementos de casca isotrópicos. Dentre os modelos propostos na literatura, foram selecionados para à análise aqueles que melhor satisfaziam uma série de critérios pré-estabelecidos, dentre eles a inclusão da parcela de energia de deformação por cisalhamento. A comparação é feita com base no comportamento de cada elemento na solução de problemas tanto estático como dinâmicos. Neste contexto são analisados os seguintes aspectos: ocorrência dos fenômenos de travamento de cisalhamento e de membrana, sensibilidade a distorção de malha, ocorrência de modos falsos de energia, convergência para as deflexões e freqüências naturais. Com base nos resultados obtidos é feita uma recomendação de implantação, em um programa de elementos finitos de uso geral, dos melhores elementos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T21:10:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 105512.pdf: 2317550 bytes, checksum: 9193c7f4765fca76cc8b906c9b1daab0 (MD5) Previous issue date: 1996 / Estudo de propriedades físico-químicas e tecnológicas de matérias-primas e massas cerâmicas para pavimento grês. Foram efetuadas análises químicas e mineralógicas em argilas, caulim, arenito, filito, fonolito e talco. O processamento foi feito a partir do pó. Visando dar uma aplicação para as matérias-primas, foi determinado o diagramas de gresificação, a densidade aparente a seco e no sinterizado, o coeficiente de dilatação térmica linear e a resistência mecânica por compressão diametral.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-23T04:01:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337498.pdf: 5375805 bytes, checksum: e00c439f8a8e5804a9e07421644a3917 (MD5) Previous issue date: 2015 / Filmes finos de carbono amorfo, chamados Diamond?like carbon (DLC), tem atraído a atenção da comunidade industrial e científica graças as suas excepcionais propriedades mecânicas e tribológicas. Recentemente no Laboratório de Materiais (LabMat) da UFSC, foi desenvolvido um processamento via PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) para substratos de aço carbono. O processo consiste da nitretação e posterior deposição de um filme de DLC hidrogenado do tipo a?C:H, patenteado com o nome de CH?®. Neste contexto, o entendimento da influência de materiais alternativos de substrato com potencial aplicação industrial nas propriedades dos filmes, durante e após o processamento PECVD, é essencial. Dentre estes materiais, destacam se os ferros fundidos cinzentos (FC) e ferros fundidos nodulares (FN) pela sua ampla gama de aplicações industriais, além da alta resistência mecânica à fadiga e ao desgaste em sua faixa de custo. Todavia, um fator crítico para a utilização destes materiais como substratos para aplicação de revestimentos é a presença de descontinuidades na camada metálica superficial na forma de grafitas lamelares no caso do FC e esféricas no caso do FN. No presente estudo, foram investigadas as propriedades das camadas nitretadas e de DLC do processo CH?® aplicado ao FC e ao FN, com foco na influência dos diferentes tipos de grafitas na topografia após o processo e no desempenho tribológico dos filmes de DLC. Amostras de ambos os materiais com a superfície polida foram tratadas com o processo CH?®, o qual gera alterações de grande magnitude em ambos os materiais, aumentando a rugosidade inicial média (Sq) em três vezes para o FN e em cinco vezes para o FC. Além disso, o processo causa o surgimento de elevações de até 20 µm sobre as grafitas lamelares do FC. Foi demonstrada a propriedade de bloqueio à difusão causada pelas lamelas de grafitas dependendo da sua orientação em relação à superfície através de análises de DRX, EDS em linha, MEV e perfis de microdureza. Desta forma, é possível afirmar que as grafitas com orientação inclinada em relação a superfície de tratamento são as mais críticas para o surgimento das elevações em FC. Para o FN, o efeito dos nódulos de grafita na superfície se refletiu em diferentes profundidades das depressões na topografia associadas às mesmas, onde ocorreu um aumento significativo destas profundidades após a nitretação provavelmente associado ao processo de sputtering, e uma subsequente redução da profundidade das depressões devido a um efeito de preenchimento pelo filme de DLC. Adicionalmente, foram realizados ensaios tribológicos de durabilidade a seco em atmosfera ambiente, onde ambos os materiais revestidos são submetidos à condições cada vez mais severas até a falha do filme. Ambos materiais obtiveram valores de durabilidade (Força Normal x Distância de deslizamento) semelhantes. Todavia, os ensaios com FC apresentaram um coeficiente de atrito (COF) de 0,06 no regime de lubricidade, muito inferior ao COF nos ensaios com FN (COF = 0,14). Através de ensaios de durabilidade interrompidos no regime de lubricidade, foi possível associar as diferenças no COF à formação de tribocamadas com fácil cisalhamento nas regiões efetivas de contato para o FC através de análises de MEV, EDS, espectroscopia Raman e interferometria óptica de luz branca. Estas tribocamadas provém de reações com a atmosfera à medida que os debris são formados a partir da pista e da esfera, cominuídos e se acumulam nas elevações presentes na topografia do material. Debris semelhantes foram encontrados para o FN, porém estes não se localizam na região efetiva de contato, se acumulando nas depressões presentes no material e evitando a formação das tribocamadas associadas ao baixo atrito. Finalmente, devido ao mecanismo de desgaste com desplacamentos associados às elevações na topografia, o filme de DLC em FC apresentou um volume desgastado três vezes superior ao em FN no ensaio interrompido analisado.<br> / Abstract : Amorphous carbon thin films, called Diamond-like carbon (DLC), attracted the attention from the industrial and scientific communities due its outstanding tribological and mechanical properties. Recently, in the Materials Laboratory (LabMat) from UFSC, a PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) process was developed using plain carbon steel as substrate. The process consists of plasma nitriding followed by a coating with DLC with hydrogen (a-C:H), with a patent under the name CH?®. In this context, the understanding of the influence that suitable alternative substrate materials have in the film properties, during and after the PECVD process, is essential. Among these materials, gray cast irons (FC) and nodular cast irons (FN) stand out due their vast industrial uses, consequence of its relative high mechanical strength associated with low cost. However, a critical issue regarding the usage of such materials with coatings is the presence of discontinuities on the metallic surface in the form of graphite flakes for FC and spheroidal graphite for FN. Therefore, the properties of nitrided and DLC layers produced using the CH?® process applied in FN and FC substrates were investigated, focusing on the influence of different graphite morphology in the topography after the process and in the tribological behavior of DLC films. Samples of both materials with polished surfaces were treated using CH?® process, which causes significant changes in the resulting topography, increasing the average roughness deviation (Sq) by threefold for FN and by fivefold for FC. Additionally, elevations as high as 20 µm were found on the topography of FC over graphite flakes after nitriding. These elevations could be related to the fact that graphite flakes act as a diffusion barrier for nitrogen depending on their orientation relative to the surface, shown via DRX, EDS linescans, SEM imaging and microhardness profiles. It was possible to show that graphite flakes askew to the surface being treated represent the most critical points favoring the formation of elevations in FC. For FN, graphite nodules effect was mainly related to the depth of depressions, where a significant increase was found after nitriding possibly related to sputtering processes, after coating with DLC a decrease of these depths was observed due a filling effect related to DLC growth mechanisms. Additionally, tribological durability tests under dry conditions in humid air were conducted, where both coated materials were submitted to ever growing demanding conditions until the failure of films. Both materials provided similar durability values (Normal Load vs Sliding Distance), however, FC tests presented a friction coefficient (COF) of 0.06 during the lubricity regime, much lower values than FN (COF = 0.14). By stopping a test in the lubricity regime for both materials it was possible to link these differences in the COF to the formation of slippery tribolayers in the actual contact regions for FC, shown via SEM, EDS, Raman spectroscopy and white light interferometry. These tribolayers form from reactions with the atmosphere as debris are generated from wear of the test track and the sphere, grinded and accumulated in the elevations present on the topography of FC. Similar debris were found in FN, but these were rather into depressions than participating in the contact, prohibiting the formation of tribolayers related to low friction. Finally, DLC films on FC substrate presented a threefold increase on the wear volume compared to FN, in the same conditions of the interrupted durability test.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-03-01T04:00:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337500.pdf: 167170234 bytes, checksum: febf5b6bf3b44787af43f7794c3d6e26 (MD5) Previous issue date: 2015 / Abstract : Biodegradable metal alloys are a new class of implant materials suitable for implants such as stents, bone plates and screws. The corrosion of magnesium alloys might provide a new mechanism where they could be used as degradable metal implants to be applied in musculo-skeletal surgery. In this case, a secondary surgery for implant retrieval is not needed. For that, magnesium alloys with controlled in vivo corrosion rates need to be developed. There is a high demand to design magnesium alloys with adjustable corrosion rates and suitable mechanical properties. An approach to this challenge is a magnesium metal matrix composite (Mg-MMC) composed of the magnesium alloy ZK60 and hydroxyapatite (HA) particles for tailoring its properties such as mechanical properties and corrosion resistance. The composite was produced by mechanical alloying followed by hot extrusion. HA in contact with molten magnesium releases toxic gases like phosphine (PH3), so solid-state processing such as mechanical milling and extrusion is feasible. This work presents the influence of different amounts of HA on the degradation behavior and mechanical properties, which shows that the HA addition has a substantial increase in the compression strength (up to 14% for 20 wt.% HA addition) and no negative effect on the controlled degradation behavior of this biomaterial.<br> / Ligas metálicas biodegradáveis são uma nova classe de materiais de implante adequados para a cirurgia óssea. A corrosão de ligas de magnésio pode proporcionar um novo mecanismo onde tais ligas podem ser utilizadas como implantes metálicos degradáveis a serem aplicados em cirurgia músculo-esquelética. Nestes casos, a segunda cirurgia para retirada do implante não seria necessária. Para isso, ligas de magnésio com taxas de corrosão in vivo controladas precisam ser desenvolvidas. Há uma grande procura para projetar ligas de magnésio com taxas de corrosão ajustáveis e propriedades mecânicas aplicáveis. Uma abordagem a este desafio é um compósito de matriz metálica (CMM) composto pela liga de magnésio ZK60 e hidroxiapatita (HA) para aperfeiçoar suas propriedades como resistência mecânica e resistência à corrosão. O compósito é produzido via moagem de alta energia seguida de extrusão à quente. Uma vez que HA em contato com magnésio líquido libera gases tóxicos como fosfina (PH3), esta é a melhor forma de sua produção. Este trabalho mostra a influência de diferentes quantidades de hidroxiapatita na taxa de degradação e propriedades mecânicas do compósito, as quais evidenciam um aumento substancial na resistência à compressão com a adição de HA (até 14% para o compósito com 20% de HA), sem detrimento às propriedades de degradação controlada do biomaterial.