Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-03-09T18:36:20Z No. of bitstreams: 1 2015_ArturRibeirodeOliveira.pdf: 4304022 bytes, checksum: 59b1086961e57b8f1f86e9d9d52ee74e (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-05-26T18:46:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_ArturRibeirodeOliveira.pdf: 4304022 bytes, checksum: 59b1086961e57b8f1f86e9d9d52ee74e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-26T18:46:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_ArturRibeirodeOliveira.pdf: 4304022 bytes, checksum: 59b1086961e57b8f1f86e9d9d52ee74e (MD5) / Motos aquáticas, mais conhecidas como Jet Skis, proporcionam entretenimento e lazer em rios, lagos e/ou litorais. Entretanto, a concentração de partículas duras, em suspensão nas águas, provoca o desgaste prematuro do sistema de propulsão, principalmente das hélices. As pás das hélices costumam ser fabricadas com as superfícies polidas ou, com o intuito de melhorar sua resistência ao desgaste, jateadas. O presente trabalho teve como objetivo construir um equipamento que permitisse estudar o comportamento em desgaste erosivo de um aço inoxidável utilizado na fabricação de hélices de motos aquáticas; e verificar se o jateamento aumenta realmente a resistência ao desgaste destes elementos. Para isto, corpos de prova foram retirados diretamente de uma hélice de moto aquática e dois tipos de superfícies foram preparados: uma polida e outra jateada com areia. Amostras com cada tipo de condição superficial foram fixadas a um disco giratório porta-amostras e posicionadas de tal forma, que quando mergulhadas dentro de uma solução aquosa erosiva pudessem receber o impacto da mistura com ângulos de 0o, 45º e 90º. O ensaio teve uma duração total de 25 h, no entanto, em determinados intervalos de tempo, o ensaio era interrompido para medir a perda de massa, a rugosidade superficial e, por meio de imagens via microscopia eletrônica, acompanhar o dano superficial ocorrido. Os resultados mostraram que, apesar do jateamento causar um aumento de dureza superficial, não foi detectado uma melhora na resistência ao desgaste das amostras jateadas comparado com as amostras polidas. Os maiores desgastes ocorreram quando o ângulo de incidência foi de 45º, independentemente do tipo de superfície; e o desgaste com ângulos incidência de 0o e 90º foram idênticos entre si, independentemente também, do tipo de superfície. O trabalho mostrou ainda que, o equipamento construído simulou com precisão as condições de uso desses veiculos naúticos e sua versatilidade servirá para o desenvolvimento de futuras pesquisas na Universidade de Brasília. / Jet skis provide entertainment and recreation in rivers, lakes and/or coastlines. However, the concentration of hard particles in suspension in the water causes premature wear of the propulsion system, especially the propellers. The propeller blades are usually made of polished surfaces or in order to improve their wear resistance, blasted. This study aimed to construct a device that allows to study the behavior in erosive wear a stainless steel used in the manufacture of jet skis propellers; and check whether the blasting actually increases the wear resistance of these elements. For this, samples were taken directly from a Jet Ski propeller and two types of surfaces were prepared: a polished and another sandblasted. Samples with each type of surface condition were fixed to a disc rotating sample holder and positioned such that, when dipped into an aqueous solution erosive could receive the impact of the mixture at angles of 0°, 45° and 90°. The test had a total duration of 25 h, however, at certain intervals of time, the test was stopped to measure the weight loss, surface roughness, and by electron microscopy pictures, accompany the surface damage occurred. The results showed that although the sandblasted cause an increase of surface hardness, was not detected an improvement in wear resistance of the sandblasted samples as compared with the polished samples. The higher wear occurred when the incident angle was 45°, regardless of the type of surface; and wear with incidence angles of 0° and 90o were identical among them, irrespective also of the type of surface. The work also showed that the equipment built accurately simulated the conditions of use of these nautical vehicles and their versatility will serve for the development of future research at the University of Brasilia.

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / Na busca por materiais resistentes ao desgaste, atenção tem sido dada as cerâmicas de alumina, pois apresentam uma série de propriedades que permitem sua aplicação em locais onde as condições ambientais são severas. A alta temperatura de sinterização e os elevados patamares praticados promovem o crescimento de grão que em geral prejudica as propriedades deste material, como a resistência ao desgaste. A introdução de uma segunda fase adequada em composições de alumina pura, que durante o aquecimento forme fase líquida e no resfriamento cristalize, pode tanto colaborar para otimização da sinterização, bem como para a melhoria das propriedades desta cerâmica. A maior densificação reflete em elevada resistência mecânica, aumento do módulo de elasticidade, que corroboram para um bom desempenho frente a solicitações de desgaste. Neste sentido, com o objetivo de desenvolver um compósito alumina-vitrocerâmico do sistema LZSA que apresente elevada resistência ao desgaste erosivo, utilizaram-se aluminas com diferentes tamanhos de partícula, as quais foram adicionados percentuais de vitrocerâmico variando de 5 a 15%, seguindo planejamento experimental. A frita LZSA foi moída, e misturada à alumina em solução aquosa com 50% em sólidos que, em seguida foram atomizadas. Os corpos de prova foram obtidos por prensagem uniaxial. A temperatura e o tempo de sinterização variaram para cada composição. As caracterizações efetuadas foram densidade aparente, retração linear e porosidade das composições. As fases formadas nos materiais e as tensões geradas entre a o vitrocerâmico e a alumina foram investigadas por difração de raios X. As propriedades mecânicas medidas foram resistência mecânica à flexão, módulo de elasticidade, tenacidade à fratura, energia de fratura, tamanho de defeito natural e taxa de desgaste erosivo. Para análise da interação entre a alumina e o vitrocerâmico as microestruturas foram avaliadas em microscópio eletrônico de varredura em superfícies fraturadas, e para a avaliação do tamanho dos grãos de alumina as amostras foram polidas, atacadas e recobertas com ouro. As composições com 15% de vitrocerâmico apresentaram os maiores valores de tenacidade à fratura, chegando a 4,93 MPa.m0,5 para a alumina de tamanho de partícula fina, porém as taxas de resistência ao desgaste não foram melhoradas em função desta propriedade. A adição de 5% de vitrocerâmico em alumina de tamanho de partícula fina gerou MRF de 273 MPa e módulo de elasticidade de 298 GPa. O desgaste erosivo demonstrou-se dependente do módulo de elasticidade, que para o seu maior valor gerou a menor taxa de desgaste.As menores taxas de desgaste foram obtidas com as composições AG5 (1,9x10-5 cm³/g), AF5 (2,33x10-5 cm³/g) e AF15 (2,05x10-5 cm³/g). Relação entre taxa de desgaste e tamanho de grão demonstrou ser secundária à interação entre alumina/vitrocerâmico, e ao formato dos grãos, já que tanto as composições com tamanho de grão fino e grosseiro apresentaram baixas taxas de desgaste.Os resultados demostraram que o vitrocerâmico LZSA apresenta potencial para melhoria do comportamento de desgaste da alumina.

In recent years, due to the high prevalence of dental erosion, therapies to prevent the occurrence or inhibit the progression of this condition have been searched. The purpose of this thesis was to present four articles that evaluated possible preventive measures for enamel erosion. Specifically, it was evaluated: article I - the effect of five types of vegetable oils against initial enamel erosion; article II - protective effect of palm oil alone or associated with a fluoride solution against erosive enamel wear (chemicalmechanical/ toothbrushing); article III - the protective potential against erosive tooth wear of an aspartame solution, used as mouthwash prior to acid exposure; article IV - the effectiveness of a dentifrice with calcium silicate, phosphate and fluoride on the prevention of erosive wear (chemical-mechanical/toothbrushing). In all articles, deionized water (DW) was used as negative control and a solution (SS) or dentifrice (SD) containing fluoride and stannous as positive control. The response variable adopted was loss of surface hardness for article I and enamel loss in height for articles II, III and IV. In article I, two volunteers used the intraoral appliance for 2 hours to form the acquired pellicle and then the enamel blocks of each study group were treated in vitro by 5 different vegetable oils at 2 different concentrations (5 or 100%). Then, the blocks were immersed in artificial saliva for 2 minutes and subjected to 0.5% citric acid for 2 minutes. Data were analyzed by one-way ANOVA and Tukey\'s test (p <0.05). Among the evaluated vegetable oils, palm oil was the only one that presented protective potential against initial enamel erosion, resulting in less hardness loss than DW and SS. In Article II, volunteers used intraoral appliances in situ for 5 days, in which 4 ex vivo erosive cycling with 0.5% citric acid for 2 minutes was carried out. Prior to the first and third erosive challenge, DW, SS and palm oil associated or not to SS were applied on enamel blocks by administration of one drop of the respective solution, followed by acid immersion. Then, the abrasive challenge was performed (brushing for 15 seconds). Data were submitted to 2-way ANOVA and Tukey\'s test (p <0.05). For both, erosion and erosion + abrasion, palm oil alone or associated to SS resulted in less enamel loss than DW, but did not differ from SS. In article III, 4x/day volunteers performed in situ mouthwashes with DW, SS or 0.024% aspartame solution. Then half enamel blocks were immersed ex vivo in intrinsic (0.01M hydrochloric acid pH 2.3) and the other half in extrinsic (0.03 citric acid pH 2.4 for 2 minutes) acid challenge for 5 days. After statistical analysis (2-way ANOVA and Tukey\'s test, p <0.05), it was observed that aspartame was similar to DW and resulted in greater loss of enamel than SS. Hydrochloric acid promoted higher enamel loss than citric acid. In article IV, volunteers used intraoral appliances in situ for 5 days and 4 erosive cycling with 0.5% citric acid for 2 minutes was carried out. Right after the first and third cycling of the day the dentifrices, including the one with addition of calcium silicate, phosphate and fluoride, were applied for 1 minute and then, half of the enamel specimens were brushed for 15 seconds (abrasion). Statistical analysis was performed by 2-way ANOVA and Fischer\'s exact test (p <0.05). The dentifrice containing calcium silicate, sodium phosphate and fluoride protected the enamel against erosion similar to SD; but when subjected to abrasion by brushing, it showed similar enamel loss than DW, demonstrating no protective effect. Among the tested preventive measures, palm oil presented promising results in the prevention of erosive tooth wear, similarly to a stannous-solution. Aspartame, however, did not present a preventive effect against erosive tooth wear caused by intrinsic or extrinsic acid. The dentifrice containing calcium silicate, sodium phosphate and fluoride only presented a preventive effect against erosion but it did not show a protective effect against erosive tooth wear. / Devido à alta prevalência de erosão dentária encontrada nos últimos anos, tem se buscado terapias para prevenir a ocorrência ou inibir o avanço desta condição. O propósito deste estudo foi apresentar quatro artigos que avaliaram possíveis medidas preventivas para erosão dentária do esmalte. Especificamente, foram avaliados: artigo I - o efeito de cinco tipos de óleos vegetais contra a erosão inicial; artigo II - capacidade protetora do óleo de dendê sozinho ou associado uma solução fluoretada contra desgaste dentário erosivo (químido-mecânico/escovação); artigo III - o potencial protetor contra o desgaste dentário erosivo de uma solução com aspartame, utilizada como bochecho previamente a exposição ácida; artigo IV - a eficácia da aplicação do dentifrício com adição de silicato de cálcio, fosfato e flúor na prevenção do desgaste erosivo (químido-mecânico/escovação). Em todos os artigos adotou-se água deionizada (AD) como controle negativo e solução (SE) ou dentifrício (DE) contendo fluoreto e estanho como controle positivo. A variável de resposta adotada foi perda de dureza de superfície para o artigo I e perda de tecido dental duro em altura para os artigos II, III e IV. No artigo I, dois voluntários utilizaram o dispositivo intrabucal durante 2 horas para formação da película adquirida e em seguida, os blocos de esmalte de cada grupo em estudo foram tratados in vitro por 5 diferentes óleos vegetais em 2 concentrações distintas (5 ou 100%). A seguir, os blocos foram imersos em saliva artificial por 2 minutos e então, em ácido cítrico 0,5% por 2 minutos. Os dados foram analisados por ANOVA 1 critério e teste de Tukey (p<0,05). Dentre os óleos vegetais avaliados, o óleo de dendê foi o único que apresentou potencial protetor contra erosão inicial do esmalte pois resultou em menor perda de dureza quando comparado a AD e SE. No artigo II, voluntários utilizaram aparelhos palatinos in situ por 5 dias, sendo realizadas 4 ciclagens erosivas ex vivo em ácido cítrico 0,5% por 2 minutos, anteriormente a primeira e a terceira ciclagem a AD, o SE e o óleo de dendê associado ou não à SE foram aplicados nos blocos de esmalte por meio da administração de uma gota da respectiva solução, seguida da imersão ácida e então, o desafio abrasivo foi realizado (escovação por 15 segundos). Os dados foram submetidos a ANOVA 2 critérios e teste de Tukey (p<0,05). Tanto para erosão como para erosão+abrasão, o óleo de dendê sozinho ou associado à SE resultou em menor perda de esmalte do que AD, porém não diferiu da SE. No artigo III, os voluntários realizaram bochechos in situ 4x/dia com 0,024% de aspartame e então, metade dos blocos de esmalte foram submetidos ex vivo ao desafio com ácido intrínseco (ácido clorídrico a 0.01M pH 2.3) e a outra metade ao extrínseco (ácido cítrico 0.03M pH 2.4) durante 5 dias. Após análise estatística (ANOVA 2 critérios e teste de Tukey, p<0,05), constatou-se que o aspartame foi similar à AD e resultou em maior perda de esmalte do que SE; sendo que o ácido clorídrico promoveu maior perda de esmalte do que o ácido cítrico. No artigo IV, voluntários utilizaram aparelhos palatinos in situ por 5 dias e foram realizadas 4 ciclagens erosivas em ácido cítrico 0,5% por 2 minutos, sendo que logo após a primeira e terceira ciclagem do dia, os dentifrícios, incluindo o com adição de silicato de cálcio, fosfato e flúor foram aplicados por 1 minuto e metade dos espécimes foram escovados por 15 segundos (abrasão). A análise estatística foi realizada por ANOVA 2 critérios e teste exato de Fischer (p<0.05). O dentifrício contendo silicato de cálcio, fosfato de sódio e flúor protegeu o esmalte contra a erosão semelhantemente ao DE. Porém quando a abrasão por escovação foi associada, o mesmo resultou em perda de esmalte semelhante a AD e portanto, não houve efeito protetor. Dentre as medidas preventivas testadas o óleo de dendê apresentou resultados promissores na prevenção do desgaste dentário erosivo, se assemelhando ao estanho. Já o aspartame, não apresentou efeito preventivo contra o desgaste dentário erosivo causado por ácido intrínseco ou extrínseco. O dentifrício contendo silicato de cálcio, fosfato de sódio e flúor, só apresentou efeito preventivo contra a erosão, mas não foi capaz de proteger o esmalte contra o desgaste dentário erosivo.

Dissertação de Mestrado apresentado ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / Um dos problemas verificados em trocadores de calor, fabricados em tubos de aço carbono, que trabalham em temperaturas elevadas é a degradação causada por processos erosivos e abrasivos, gerados pela ação de cinzas oriundas da queima de carvão, com aproximadamente 42% de cinzas. Um dos fatores que contribuem para a degradação do material são as mudanças microestruturais, como a esferoidização da cementita perlítica lamelar, quantidade de carbonetos e tamanho médio das partículas. O objetivo desse trabalho foi avaliar o efeito da esferoidização nas temperaturas de 530°C, 630°C e 700°C nos tempos de 50h, 100h e 200h, nas condições de desgaste erosivo a quente, simulando a temperatura real de trabalho (450°C) e abrasivo no aço ASTM A106. Avaliou-se a variação do volume, as microestruturas esferoidizadas, o tamanho de grão e a resistência mecânica a partir da microdureza. As amostras com maior nível de esferoidização, obtidas nas temperaturas de 700°C em tempos de 50 horas e apresentaram maior redução de dureza, o que resultou em maiores perdas de massa. De forma geral, com o aumento da esferoidização, há redução da dureza e aumento do desgaste erosivo, porém com gradativa redução da taxa de desgaste. Isto possivelmente decorre do aumento da ductilidade/tenacidade da matriz, a qual retarda o processo de fragmentação (debris) da superfície do aço ASTM A106 durante o processo erosivo à quente.

Os processos de erosão-corrosão são comumente encontrados em tubulações, válvulas e outros componentes usados na indústria química, petroquímica e na exploração de minérios. Quando a corrosão e a erosão atuam conjuntamente, os mecanismos de dano são complexos e em geral as perdas de massa associadas com esta combinação de processos são maiores do que a soma das perdas geradas pela erosão ou a corrosão atuando separadamente. Os aços inoxidáveis são materiais amplamente usados neste tipo de indústrias. A série martensítica é usada quando se necessita de boas propriedades mecânicas e moderada resistência à corrosão, enquanto que a austenítica é usada para condições onde é necessária uma boa resistência à corrosão, ainda que as propriedades mecânicas deste tipo de aço não sejam muito altas. Adições de nitrogênio aos aços inoxidáveis melhoram tanto a resistência à corrosão quanto a resistência mecânica, no entanto, poucos trabalhos têm sido desenvolvidos sobre o sinergismo erosão-corrosão dos aços inoxidáveis de alto nitrogênio. Neste trabalho, estuda-se o efeito da adição de nitrogênio, em solução sólida, na resistência à erosão-corrosão de um aço inoxidável martensítico AISI 410 e um austenítico AISI 304L em lama composta por 3,5% de NaCl e partículas de quartzo. Para tanto foram nitretadas, em alta temperatura, amostras destes aços sob diferentes pressões. Foram obtidas amostras martensíticas com 0,2 e 0,4% de nitrogênio e austeníticas com 0,25 e 0,55% de nitrogênio em solução sólida. Amostras sem nitrogênio foram usadas como material de referência. Foram desenvolvidos dois tipos de ensaios em dispositivo tipo jato: medidas de perda de massa e de polarização potenciodinâmica. A topografia das superfícies testadas foi observada usando microscopia óptica e eletrônica de varredura. Essa informação, conjuntamente com os resultados de perda de massa e dos ensaios eletroquímicos, foi usada para estabelecer os mecanismos de degradação dos materiais estudados, nas diferentes condições de ensaio, e os efeitos da introdução de nitrogênio na estrutura dos aços. Dos resultados obtidos neste trabalho, observa-se que as curvas de polarização potenciodinâmica são sensíveis às variações nas condições de ensaio, como a presença de fluxo e a introdução de partículas. Em geral, o potencial de corrosão e de pite diminuíram e a densidade de corrente passiva aumentou com o aumento da agressividade do ensaio, deslocando as curvas para potenciais menos nobres e densidades de corrente maiores. A introdução de nitrogênio aumentou a dureza da superfície em ambos os aços inoxidáveis. A adição de nitrogênio melhorou a resistência à corrosão do aço inoxidável martensítico AISI 410, para as duas condições de nitretação usadas, medida através de polarização potenciodinâmica. Esse efeito foi avaliado através de um novo parâmetro chamado ?, dado pela diferença entre as densidades de corrente com erosão-corrosão e na condição estática (iCE-iS), para o aço nitretado, e essa mesma diferença para a condição de referência (aço solubilizado ou temperado e revenido). A adição de 0,2% de nitrogênio diminuiu em 88% a corrosão aumentada por erosão. Aumentando a 0,4% o teor de nitrogênio, esta diminuição também ocorre, sendo de 87%. O processo de remoção de material da superfície do aço inoxidável martensítico temperado e revenido é dominado pela corrosão aumentada por erosão, enquanto que no aço nitretado, o nitrogênio promove a mudança de regime para uma condição de erosão aumentada por corrosão. Observou-se que a adição de nitrogênio melhorou a resistência à corrosão, a resistência à erosão e a resistência à erosão-corrosão do aço inoxidável austenítico AISI 304L. Notou-se, também, o aumento significativo do potencial de pite com a elevação do teor de nitrogênio. As superfícies das marcas de desgaste das amostras nitretadas mostraram-se menos rugosas, mostrando o efeito benéfico do nitrogênio na resistência à corrosão do aço austenítico. A adição de 0,25% de nitrogênio diminuiu em 25% a corrosão aumentada por erosão. Aumentando o teor de nitrogênio para 0,55%, esta diminuição também foi observada, sendo de 56%. O processo de remoção de material da superfície do aço inoxidável austenítico é dominado pelo desgaste erosivo. Finalmente, a introdução de nitrogênio parece não ter influência notável no potencial de corrosão para nenhum dos aços aqui estudados. O mecanismo fundamental para a melhora na resistência à corrosão com a introdução de nitrogênio na estrutura dos aços inoxidáveis estudados, está relacionado com a produção de íons amônio durante a dissolução da superfície, produzindo um aumento de pH da solução e possibilitando uma repassivação mais fácil da superfície. / Corrosion-erosion processes are commonly found in pipes, valves and many other components for chemical, petrochemical and marine applications. When corrosion and erosion act together the damage mechanisms are complex and usually the mass losses are higher than the sum of the separate material losses due to corrosion and erosion. Stainless steels have been widely used in different components working in systems under combined corrosive and erosive effects. Martensitic stainless steels are suitable for manufacturing components with high mechanical properties and moderate corrosion resistance, while austenitic stainless steels are chosen for conditions where a better corrosion resistance is needed, even though their mechanical properties are poor. It has been shown that nitrogen addition to conventional stainless steels can improve both mechanical and corrosion properties. Very few research papers have been published about the corrosion-erosion synergism of high nitrogen stainless steels. In this research, the effect of nitrogen, introduced by solid state alloying, on the corrosionerosion resistance of a martensitic and an austenitic stainless steel tested in 3.5% NaClquartz slurry was studied. For this purpose, AISI 304L and AISI 410 samples were high temperature gas nitrided under different nitrogen pressures. 0.2 and 0.4% N martensitic samples and 0.25 and 0.55% N austenitic samples were obtained. Samples without nitrogen, but submitted to the same thermal cycle, were used as comparison materials in the tests. Corrosion, erosion and corrosion-erosion tests were conducted in a jet-like device. Two kinds of tests were developed: mass loss measurements and electrochemical polarization. The topography of the surface was observed after the wear tests using optical and scanning electron microscopy. This information, together with the results of mass losses and electrochemical tests were used to establish the degradation mechanisms of the tested materials under the different testing conditions and the effect of the introduction of nitrogen in the steel structure. The results showed that the polarization curves change a lot with the testing conditions. The corrosion and pitting potential decreased and the passive current density increased with the increase of aggressiveness of the testing conditions, shifting the curves to less noble potentials and higher current densities. Nitrogen additions increased the hardness of the nitrided surfaces in both steels. Nitrogen also improved the corrosion resistance of the AISI 410 stainless steel for both nitriding conditions. The effect of nitrogen was analyzed through a new parameter ?, given by the difference between the current densities under erosion-corrosion and the static condition (iCEiS), for the nitrided steels and the same difference for the standard condition (solubilized or quenched and tempered steels). The increase of the nitrogen content of the martensitic surface up to 0.2% reduced 88% the corrosion augmented by erosion. When the nitrogen content at the surface is 0.4%, the reduction of the corrosion augmented by erosion term was 87%. The mass removal process for the quenched and tempered condition is controlled by corrosion assisted by erosion, while for the nitrided surface is erosion assisted by corrosion. Nitrogen additions improved the corrosion, erosion and erosion-corrosion resistance of the austenitic stainless steel AISI 304L. The pitting potential noticeably increased with the increase of the nitrogen content. Smoother wear mark contours on the nitrided surface indicate a favorable effect of nitrogen on the corrosion-erosion synergism. Adding 0.25% N to the alloy decreased the corrosion augmented by erosion in the passive region by 25%, and adding 0.55% N reduced it by 56%. The mass removal process, in this case, was controlled by erosion. Finally, nitrogen addition does not seem to affect the corrosion potential of both steels studied in this work. The main mechanism to increase the corrosion resistance of the studied steels with the introduction of nitrogen is related to production of ammonia during the dissolution of the steel surface. The pH of the solution increases, and the surface can easily repassivate.

Esta tese de Doutorado apresenta três estudos in vitro independentes. Na parte 1, avaliou-se a permeabilidade dentinária após tratamentos dessensibilizantes de consultório e a resistência destes à ciclagem erosiva-abrasiva de 5 dias; na parte 2, avaliou-se a permeabilidade dentinária após aplicação de cremes dentais dessensibilizantes e/ou anti-erosivos durante uma ciclagem erosiva-abrasiva de 5 dias; e na parte 3, avaliou-se a perda de superfície dentinária resultante da utilização dos cremes dentais dessensibilizantes e/ou anti-erosivos em um modelo de ciclagem erosiva-abrasiva inicial. Nas partes 1 e 2 os túbulos dentinários dos espécimes de dentina foram abertos com solução de EDTA e a permeabilidade máxima inicial foi analisada (considerada 100%). Na parte 1, os tratamentos dessensibilizantes de consultório foram realizados e a permeabilidade dentinária reavaliada (%Lp-após tratamento). Em ambos estudos, os espécimes passaram por uma ciclagem erosivaabrasiva de 5 dias. Cada dia consistiu em 4 imersões em ácido cítrico (2 min, 1%, pH ~2,6), com exposição à saliva humana clarificada por 60 min entre os desafios erosivos. Trinta minutos após o primeiro e último desafios erosivos, os espécimes foram escovados em máquina de escovação (2 N, 45 ciclos) totalizando 2 minutos de exposição às suspensões formadas por creme dental e saliva humana. Na parte 1, foi utilizado um creme dental fluoretado convencional para todos os grupos e na parte 2, cremes dentais de acordo com cada grupo. Ao final dos 5 dias de ciclagem, a permeabilidade dentinária final (%Lp-após ciclagem) foi avaliada. Os mesmos cremes dentais testados na parte 2 também foram testados quanto à perda de superfície (PS) na parte 3. Para isso, os espécimes tiveram duas partes das superfícies protegidas com uma fita adesiva de forma a deixar uma área central exposta e, então, foram submetidos a 5 ciclos de erosão-abrasão iniciais. Em cada ciclo os espécimes foram imersos em saliva artificial (60 minutos; pH 7), e em ácido cítrico (3 minutos; 1%; pH 3,6). Então, os espécimes foram escovados em máquina de escovação (2 N; 25 ciclos) com as suspensões formadas pela mistura dos cremes dentais com saliva artificial, totalizando 2 minutos de exposição às suspensões. Para cada estudo, os dados de %Lp e PS foram estatisticamente analisados. Parte 1: Os grupos NUPRO e Gluma Desensitizer foram os únicos que apresentaram menor %Lp quando comparados com controle negativo (p=0,026 e p=0,022; respectivamente), em ambos os tempos analisados. Parte 2: Os cremes dentais Regenerate e Sensodyne Pronamel apresentaram menor %Lp em comparação com o grupo controle negativo (p<0,05). Parte 3: Os grupos apresentaram diferentes graus de PS independente da indicação comercial, sendo o Elmex Erosion Protection, o único grupo com baixa PS que se diferenciou do controle positivo (p=0,031). Pode-se concluir que os tratamentos de consultório NUPRO e Gluma Desensitizer e os cremes dentais Regenerate e Sensodyne Pronamel foram os melhores em diminuir a %Lp, no modelo estudado. Em relação à PS, em um modelo de ciclagem erosiva-abrasiva inicial, os cremes dentais apresentaram diferentes graus de PS, independente da indicação comercial, tendo o Elmex Erosion Protection mostrado o resultado mais promissor. / This PhD thesis presents three independent in vitro studies. At part 1, dentine permeability was evaluated after in-office desensitizing treatments and their resistance to an erosive-abrasive cycling of 5 days; at part 2, dentine permeability was evaluated after application of desensitizing and/or anti-erosive toothpastes during an erosive-abrasive cycling of 5-day; and at part 3, dentine surface loss resulting from the use of desensitizing and/or anti-erosive toothpastes in an initial erosive-abrasive cycling model was evaluated. At parts 1 and 2 the dentinal tubules were opened with EDTA solution and the initial maximum permeability was analyzed (considered 100%). At part 1, the in-office desensitizing treatments were performed and the dentine permeability was reevaluated (%Lp-after treatment). In both studies, the specimens underwent a 5-day erosive-abrasive cycling. Each day consisted of 4 immersions in citric acid (2 minutes, 1%, pH ~ 2.6), and exposure to clarified human saliva for 60 minutes between the erosive challenges. Thirty minutes after the first and the last erosive challenge, the specimens were brushed in a brushing machine (2 N, 45 cycles) totalizing 2 minutes of exposure to the slurries formed by the mixture of toothpaste and human saliva. At part 1, a regular fluoride toothpaste was used for all groups and at part 2, the toothpastes were used according to each group. After the 5 days of cycling, the final dentine permeability (%Lp-after cycling) was evaluated. The same toothpastes tested at part 2 were also analyzed for surface loss (SL) at part 3. For this, the specimens had two parts of the surfaces protected with an adhesive tape leaving a central area exposed, and then were submitted to 5 cycles of initial erosion-abrasion. In each cycle, the specimens were immersed in artificial saliva (60 minutes, pH 7) and in citric acid (3 minutes, 1%, pH 3.6). Then, the specimens were brushed in a brushing machine (2 N, 25 cycles) with the slurries formed by the mixture of the toothpastes with artificial saliva, also totalizing 2 minutes of exposure to the slurries. For each study, the data of %Lp and SL were statistically analyzed. Part 1: The groups NUPRO and Gluma Desensitizer were the only ones that presented lower %Lp when compared to the negative control (p=0.026 and p=0.022, respectively), at both periods analyzed. Part 2: Regenerate and Sensodyne Pronamel toothpastes presented lower %Lp compared to the negative control group (p<0.05). Part 3: The groups showed different degrees of SL regardless of the claim of the toothpaste. Elmex Erosion Protection was the only group with low SL that differed from the positive control (p=0.031). It can be concluded that the in-office treatments NUPRO and Gluma Desensitizer, and the toothpastes Regenerate and Sensodyne Pronamel were able to significantly reduce the %Lp, in the model studied. Considering the SL, analyzed with an initial erosive-abrasive cycling model, toothpastes presented different degrees of SL, regardless of their claim, and Elmex Erosion Protection showed the most promising results.

Os processos de erosão-corrosão são comumente encontrados em tubulações, válvulas e outros componentes usados na indústria química, petroquímica e na exploração de minérios. Quando a corrosão e a erosão atuam conjuntamente, os mecanismos de dano são complexos e em geral as perdas de massa associadas com esta combinação de processos são maiores do que a soma das perdas geradas pela erosão ou a corrosão atuando separadamente. Os aços inoxidáveis são materiais amplamente usados neste tipo de indústrias. A série martensítica é usada quando se necessita de boas propriedades mecânicas e moderada resistência à corrosão, enquanto que a austenítica é usada para condições onde é necessária uma boa resistência à corrosão, ainda que as propriedades mecânicas deste tipo de aço não sejam muito altas. Adições de nitrogênio aos aços inoxidáveis melhoram tanto a resistência à corrosão quanto a resistência mecânica, no entanto, poucos trabalhos têm sido desenvolvidos sobre o sinergismo erosão-corrosão dos aços inoxidáveis de alto nitrogênio. Neste trabalho, estuda-se o efeito da adição de nitrogênio, em solução sólida, na resistência à erosão-corrosão de um aço inoxidável martensítico AISI 410 e um austenítico AISI 304L em lama composta por 3,5% de NaCl e partículas de quartzo. Para tanto foram nitretadas, em alta temperatura, amostras destes aços sob diferentes pressões. Foram obtidas amostras martensíticas com 0,2 e 0,4% de nitrogênio e austeníticas com 0,25 e 0,55% de nitrogênio em solução sólida. Amostras sem nitrogênio foram usadas como material de referência. Foram desenvolvidos dois tipos de ensaios em dispositivo tipo jato: medidas de perda de massa e de polarização potenciodinâmica. A topografia das superfícies testadas foi observada usando microscopia óptica e eletrônica de varredura. Essa informação, conjuntamente com os resultados de perda de massa e dos ensaios eletroquímicos, foi usada para estabelecer os mecanismos de degradação dos materiais estudados, nas diferentes condições de ensaio, e os efeitos da introdução de nitrogênio na estrutura dos aços. Dos resultados obtidos neste trabalho, observa-se que as curvas de polarização potenciodinâmica são sensíveis às variações nas condições de ensaio, como a presença de fluxo e a introdução de partículas. Em geral, o potencial de corrosão e de pite diminuíram e a densidade de corrente passiva aumentou com o aumento da agressividade do ensaio, deslocando as curvas para potenciais menos nobres e densidades de corrente maiores. A introdução de nitrogênio aumentou a dureza da superfície em ambos os aços inoxidáveis. A adição de nitrogênio melhorou a resistência à corrosão do aço inoxidável martensítico AISI 410, para as duas condições de nitretação usadas, medida através de polarização potenciodinâmica. Esse efeito foi avaliado através de um novo parâmetro chamado ?, dado pela diferença entre as densidades de corrente com erosão-corrosão e na condição estática (iCE-iS), para o aço nitretado, e essa mesma diferença para a condição de referência (aço solubilizado ou temperado e revenido). A adição de 0,2% de nitrogênio diminuiu em 88% a corrosão aumentada por erosão. Aumentando a 0,4% o teor de nitrogênio, esta diminuição também ocorre, sendo de 87%. O processo de remoção de material da superfície do aço inoxidável martensítico temperado e revenido é dominado pela corrosão aumentada por erosão, enquanto que no aço nitretado, o nitrogênio promove a mudança de regime para uma condição de erosão aumentada por corrosão. Observou-se que a adição de nitrogênio melhorou a resistência à corrosão, a resistência à erosão e a resistência à erosão-corrosão do aço inoxidável austenítico AISI 304L. Notou-se, também, o aumento significativo do potencial de pite com a elevação do teor de nitrogênio. As superfícies das marcas de desgaste das amostras nitretadas mostraram-se menos rugosas, mostrando o efeito benéfico do nitrogênio na resistência à corrosão do aço austenítico. A adição de 0,25% de nitrogênio diminuiu em 25% a corrosão aumentada por erosão. Aumentando o teor de nitrogênio para 0,55%, esta diminuição também foi observada, sendo de 56%. O processo de remoção de material da superfície do aço inoxidável austenítico é dominado pelo desgaste erosivo. Finalmente, a introdução de nitrogênio parece não ter influência notável no potencial de corrosão para nenhum dos aços aqui estudados. O mecanismo fundamental para a melhora na resistência à corrosão com a introdução de nitrogênio na estrutura dos aços inoxidáveis estudados, está relacionado com a produção de íons amônio durante a dissolução da superfície, produzindo um aumento de pH da solução e possibilitando uma repassivação mais fácil da superfície. / Corrosion-erosion processes are commonly found in pipes, valves and many other components for chemical, petrochemical and marine applications. When corrosion and erosion act together the damage mechanisms are complex and usually the mass losses are higher than the sum of the separate material losses due to corrosion and erosion. Stainless steels have been widely used in different components working in systems under combined corrosive and erosive effects. Martensitic stainless steels are suitable for manufacturing components with high mechanical properties and moderate corrosion resistance, while austenitic stainless steels are chosen for conditions where a better corrosion resistance is needed, even though their mechanical properties are poor. It has been shown that nitrogen addition to conventional stainless steels can improve both mechanical and corrosion properties. Very few research papers have been published about the corrosion-erosion synergism of high nitrogen stainless steels. In this research, the effect of nitrogen, introduced by solid state alloying, on the corrosionerosion resistance of a martensitic and an austenitic stainless steel tested in 3.5% NaClquartz slurry was studied. For this purpose, AISI 304L and AISI 410 samples were high temperature gas nitrided under different nitrogen pressures. 0.2 and 0.4% N martensitic samples and 0.25 and 0.55% N austenitic samples were obtained. Samples without nitrogen, but submitted to the same thermal cycle, were used as comparison materials in the tests. Corrosion, erosion and corrosion-erosion tests were conducted in a jet-like device. Two kinds of tests were developed: mass loss measurements and electrochemical polarization. The topography of the surface was observed after the wear tests using optical and scanning electron microscopy. This information, together with the results of mass losses and electrochemical tests were used to establish the degradation mechanisms of the tested materials under the different testing conditions and the effect of the introduction of nitrogen in the steel structure. The results showed that the polarization curves change a lot with the testing conditions. The corrosion and pitting potential decreased and the passive current density increased with the increase of aggressiveness of the testing conditions, shifting the curves to less noble potentials and higher current densities. Nitrogen additions increased the hardness of the nitrided surfaces in both steels. Nitrogen also improved the corrosion resistance of the AISI 410 stainless steel for both nitriding conditions. The effect of nitrogen was analyzed through a new parameter ?, given by the difference between the current densities under erosion-corrosion and the static condition (iCEiS), for the nitrided steels and the same difference for the standard condition (solubilized or quenched and tempered steels). The increase of the nitrogen content of the martensitic surface up to 0.2% reduced 88% the corrosion augmented by erosion. When the nitrogen content at the surface is 0.4%, the reduction of the corrosion augmented by erosion term was 87%. The mass removal process for the quenched and tempered condition is controlled by corrosion assisted by erosion, while for the nitrided surface is erosion assisted by corrosion. Nitrogen additions improved the corrosion, erosion and erosion-corrosion resistance of the austenitic stainless steel AISI 304L. The pitting potential noticeably increased with the increase of the nitrogen content. Smoother wear mark contours on the nitrided surface indicate a favorable effect of nitrogen on the corrosion-erosion synergism. Adding 0.25% N to the alloy decreased the corrosion augmented by erosion in the passive region by 25%, and adding 0.55% N reduced it by 56%. The mass removal process, in this case, was controlled by erosion. Finally, nitrogen addition does not seem to affect the corrosion potential of both steels studied in this work. The main mechanism to increase the corrosion resistance of the studied steels with the introduction of nitrogen is related to production of ammonia during the dissolution of the steel surface. The pH of the solution increases, and the surface can easily repassivate.

Esta tese de Doutorado apresenta três estudos in vitro independentes. Na parte 1, avaliou-se a permeabilidade dentinária após tratamentos dessensibilizantes de consultório e a resistência destes à ciclagem erosiva-abrasiva de 5 dias; na parte 2, avaliou-se a permeabilidade dentinária após aplicação de cremes dentais dessensibilizantes e/ou anti-erosivos durante uma ciclagem erosiva-abrasiva de 5 dias; e na parte 3, avaliou-se a perda de superfície dentinária resultante da utilização dos cremes dentais dessensibilizantes e/ou anti-erosivos em um modelo de ciclagem erosiva-abrasiva inicial. Nas partes 1 e 2 os túbulos dentinários dos espécimes de dentina foram abertos com solução de EDTA e a permeabilidade máxima inicial foi analisada (considerada 100%). Na parte 1, os tratamentos dessensibilizantes de consultório foram realizados e a permeabilidade dentinária reavaliada (%Lp-após tratamento). Em ambos estudos, os espécimes passaram por uma ciclagem erosivaabrasiva de 5 dias. Cada dia consistiu em 4 imersões em ácido cítrico (2 min, 1%, pH ~2,6), com exposição à saliva humana clarificada por 60 min entre os desafios erosivos. Trinta minutos após o primeiro e último desafios erosivos, os espécimes foram escovados em máquina de escovação (2 N, 45 ciclos) totalizando 2 minutos de exposição às suspensões formadas por creme dental e saliva humana. Na parte 1, foi utilizado um creme dental fluoretado convencional para todos os grupos e na parte 2, cremes dentais de acordo com cada grupo. Ao final dos 5 dias de ciclagem, a permeabilidade dentinária final (%Lp-após ciclagem) foi avaliada. Os mesmos cremes dentais testados na parte 2 também foram testados quanto à perda de superfície (PS) na parte 3. Para isso, os espécimes tiveram duas partes das superfícies protegidas com uma fita adesiva de forma a deixar uma área central exposta e, então, foram submetidos a 5 ciclos de erosão-abrasão iniciais. Em cada ciclo os espécimes foram imersos em saliva artificial (60 minutos; pH 7), e em ácido cítrico (3 minutos; 1%; pH 3,6). Então, os espécimes foram escovados em máquina de escovação (2 N; 25 ciclos) com as suspensões formadas pela mistura dos cremes dentais com saliva artificial, totalizando 2 minutos de exposição às suspensões. Para cada estudo, os dados de %Lp e PS foram estatisticamente analisados. Parte 1: Os grupos NUPRO e Gluma Desensitizer foram os únicos que apresentaram menor %Lp quando comparados com controle negativo (p=0,026 e p=0,022; respectivamente), em ambos os tempos analisados. Parte 2: Os cremes dentais Regenerate e Sensodyne Pronamel apresentaram menor %Lp em comparação com o grupo controle negativo (p<0,05). Parte 3: Os grupos apresentaram diferentes graus de PS independente da indicação comercial, sendo o Elmex Erosion Protection, o único grupo com baixa PS que se diferenciou do controle positivo (p=0,031). Pode-se concluir que os tratamentos de consultório NUPRO e Gluma Desensitizer e os cremes dentais Regenerate e Sensodyne Pronamel foram os melhores em diminuir a %Lp, no modelo estudado. Em relação à PS, em um modelo de ciclagem erosiva-abrasiva inicial, os cremes dentais apresentaram diferentes graus de PS, independente da indicação comercial, tendo o Elmex Erosion Protection mostrado o resultado mais promissor. / This PhD thesis presents three independent in vitro studies. At part 1, dentine permeability was evaluated after in-office desensitizing treatments and their resistance to an erosive-abrasive cycling of 5 days; at part 2, dentine permeability was evaluated after application of desensitizing and/or anti-erosive toothpastes during an erosive-abrasive cycling of 5-day; and at part 3, dentine surface loss resulting from the use of desensitizing and/or anti-erosive toothpastes in an initial erosive-abrasive cycling model was evaluated. At parts 1 and 2 the dentinal tubules were opened with EDTA solution and the initial maximum permeability was analyzed (considered 100%). At part 1, the in-office desensitizing treatments were performed and the dentine permeability was reevaluated (%Lp-after treatment). In both studies, the specimens underwent a 5-day erosive-abrasive cycling. Each day consisted of 4 immersions in citric acid (2 minutes, 1%, pH ~ 2.6), and exposure to clarified human saliva for 60 minutes between the erosive challenges. Thirty minutes after the first and the last erosive challenge, the specimens were brushed in a brushing machine (2 N, 45 cycles) totalizing 2 minutes of exposure to the slurries formed by the mixture of toothpaste and human saliva. At part 1, a regular fluoride toothpaste was used for all groups and at part 2, the toothpastes were used according to each group. After the 5 days of cycling, the final dentine permeability (%Lp-after cycling) was evaluated. The same toothpastes tested at part 2 were also analyzed for surface loss (SL) at part 3. For this, the specimens had two parts of the surfaces protected with an adhesive tape leaving a central area exposed, and then were submitted to 5 cycles of initial erosion-abrasion. In each cycle, the specimens were immersed in artificial saliva (60 minutes, pH 7) and in citric acid (3 minutes, 1%, pH 3.6). Then, the specimens were brushed in a brushing machine (2 N, 25 cycles) with the slurries formed by the mixture of the toothpastes with artificial saliva, also totalizing 2 minutes of exposure to the slurries. For each study, the data of %Lp and SL were statistically analyzed. Part 1: The groups NUPRO and Gluma Desensitizer were the only ones that presented lower %Lp when compared to the negative control (p=0.026 and p=0.022, respectively), at both periods analyzed. Part 2: Regenerate and Sensodyne Pronamel toothpastes presented lower %Lp compared to the negative control group (p<0.05). Part 3: The groups showed different degrees of SL regardless of the claim of the toothpaste. Elmex Erosion Protection was the only group with low SL that differed from the positive control (p=0.031). It can be concluded that the in-office treatments NUPRO and Gluma Desensitizer, and the toothpastes Regenerate and Sensodyne Pronamel were able to significantly reduce the %Lp, in the model studied. Considering the SL, analyzed with an initial erosive-abrasive cycling model, toothpastes presented different degrees of SL, regardless of their claim, and Elmex Erosion Protection showed the most promising results.

Este trabalho traz contribuições à linha de pesquisa \'Nova Família de Ligas Baseada no Sistema Ni-Al-Cr-C Resistentes ao Desgaste em Elevadas Temperaturas\', estudando o comportamento mecânico, tribológico e a estabilidade superficial destas ligas. Esta família de ligas fundidas, denominada NICRALC - busca conjugar algumas características das superligas à base de níquel e dos ferros fundidos brancos, aliando ao comportamento mecânico anômalo do Ni3Al - aumento da resistência mecânica com a temperatura, até valores da ordem de 800°C - a uma dispersão de carbonetos de cromo de alta dureza. Desta forma, busca-se desenvolver uma alternativa às ligas ferrosas nas temperaturas acima das quais estas ligas perdem significativamente sua resistência mecânica (notadamente 600 °C), assim como uma alternativa mais econômica às ligas a base de cobalto resistentes ao desgaste, em virtude das altas cotações e instabilidades no preço deste elemento. Neste trabalho foram avaliadas as propriedades mecânicas em elevadas temperaturas (compressão e dureza), tenacidade à fratura na temperatura ambiente, comportamento tribológico (cavitação, abrasão, deslizamento e erosão) e a resistência à oxidação ao ar e à carburação em atmosfera redutora, em temperaturas elevadas, de ligas Ni-Al-Cr-C (NICRALC) fundidas. Ligas NICRALC fundidas com diferentes teores de carbono e submetidas a diferentes tratamentos tiveram seu comportamento mecânico e tribológico comparado ao comportamento do STELLITE 6 fundido, a uma liga NICRALC produzida por deposição por \'SPRAY\', a um ferro fundido branco alto cromo fundido convencionalmente e a um ferro fundido branco alto cromo depositado por \'SPRAY\'. Os ensaios de compressão confirmaram o comportamento anômalo da matriz ordenada Ni3Al. As ligas NICRALC apresentaram aumento ou manutenção da resistência ao escoamento com o aumento da temperatura de ensaio. A mesma tendência foi encontrada nos ensaios de dureza a quente. As demais ligas apresentaram tendência de queda da resistência ao escoamento e da dureza com o aumento da temperatura de ensaio. Esta tendência é mais acentuada na liga STELLITE, desta forma, as ligas NICRALC apresentaram em altas temperaturas maior resistência ao escoamento e maior dureza que o STELLITE. Os diferentes ensaios de desgaste mostraram, em geral, uma maior resistência do STELLITE em comparação com as ligas NICRALC na temperatura ambiente. Nestas condições verifica-se que a menor resistência mecânica da matriz ordenada nas ligas NICRALC é determinante para definir uma menor resistência ao desgaste na temperatura ambiente. Nos ensaios de erosão-oxidativa realizados a 600 e 800°C as ligas NICRALC mostraram perdas de massa menores que as experimentadas pelo STELLITE e pelos ferros fundidos. As ligas NICRALC com microestrutura de carbonetos mais homogênea, próxima do eutético, mostraram melhor comportamento sob desgaste abrasivo e erosivo se comparadas às ligas NICRALC 05 e 13. Os ensaios de resistência à oxidação mostraram que as ligas NICRALC são mais resistentes à oxidação que o STELLITE. Além disso, observou-se grande propensão ao destacamento dos filmes de óxidos formados nos STELLITES em temperaturas acima de 800°C. Os ensaios de resistência à carburação mostraram que no caso das ligas NICRALC ocorreu a precipitação de um depósito de grafita e, subjacente a esta, a formação de uma zona de fragmentação microestrutural, na qual se observa empobrecimento ora do Al ora do Cr, que aparentemente impede o avanço do processo. No caso do STELLITE verificou-se a ocorrência do aumento da fração volumétrica de carbonetos, típico dos casos clássicos de carburação. Os procedimentos de simulação termodinâmica utilizados indicam a necessidade de se implementar a descrição da solubilidade do carbono na fase ordenada de forma a permitir o pleno uso do software THERMOCALC no projeto e aprimoramento de ligas NICRALC. / This work contributes to the research line \'New Family of High Temperature Wear Resistant Alloys based on the Ni-Al-Cr-C System\', studying the mechanical and tribological behaviour and the surface stability of these alloys. This family of foundry alloys, called NICRALC, tries to unite some of the characteristics of the Ni based superalloys and the high-chromium-white-cast-irons, associating the anomalous behaviour of the ordered intermetallic phase Ni3Al - which increases its strength with the increase of temperature - with a dispersion of hard chromium carbides. The aim is to develop an alternative to iron-based wear resistant alloys at temperatures where they loose significantly their strength, as well as substituting cobalt based high temperature wear resistant alloys, which suffer from the instability and high cost of the Co metal. The high temperature mechanical properties (hardness and compression), room temperature fracture toughness, tribological behaviour (cavitation, abrasion, sliding and erosion) and resistance to high temperature oxidation and carburization of cast Ni-Al-Cr-C (NICRALC) alloys are studied. Cast NICRALC alloys with different C contents and different heat treatments were compared with a cast STELLITE 6, a conventionally cast high chromium white cast iron, a spray formed high chromium white cast iron and a spray formed NICRALC. Mechanical tests in compression confirmed that NICRALC alloys share the anomalous behaviour of the ordered intermetallic phase Ni3Al, increasing or maintaining their yield strength with increased testing temperature. The same occurred with hot hardness tests. STELLITE and all other alloys showed loss of strength with increased testing temperatures. Thus NICRALC alloys showed higher strength and hardness than STELLITE at high temperatures. All wear tests showed a higher wear resistance of STELLITE in comparison with NICRALC at room temperature. This result can be explained by the higher matrix hardness of STELLITE at room temperature. Oxidative-erosion tests run at 600 and 800° C showed that NICRALC suffered smaller mass loss than STELLITE and the white cast irons. NICRALC alloys with more homogeneous carbide distributions (eutectic alloys) obtained the best results under severe oxidation-erosion conditions. NICRALC alloys were more oxidation resistant than STELLITE alloy, which tended to break and detach the oxide layer formed above 800°C under air. During carburization essays in a reducing atmosphere the NICRALC alloys tended to form a coke-like graphite layer, over a layer with a fragmented microstructure depleted alternatively in chromium and aluminum, which effectively stopped the advance of the process. The STELLITE alloy suffered an increase in carbide volume fraction, a classic carburizing behaviour. The thermodynamic simulation results show that it is still needed to introduce the solubility of carbon on the ordered Ni3Al phase in the model in order to be able to fully calculate the NICRALC phase diagrams.

Este trabalho traz contribuições à linha de pesquisa \'Nova Família de Ligas Baseada no Sistema Ni-Al-Cr-C Resistentes ao Desgaste em Elevadas Temperaturas\', estudando o comportamento mecânico, tribológico e a estabilidade superficial destas ligas. Esta família de ligas fundidas, denominada NICRALC - busca conjugar algumas características das superligas à base de níquel e dos ferros fundidos brancos, aliando ao comportamento mecânico anômalo do Ni3Al - aumento da resistência mecânica com a temperatura, até valores da ordem de 800°C - a uma dispersão de carbonetos de cromo de alta dureza. Desta forma, busca-se desenvolver uma alternativa às ligas ferrosas nas temperaturas acima das quais estas ligas perdem significativamente sua resistência mecânica (notadamente 600 °C), assim como uma alternativa mais econômica às ligas a base de cobalto resistentes ao desgaste, em virtude das altas cotações e instabilidades no preço deste elemento. Neste trabalho foram avaliadas as propriedades mecânicas em elevadas temperaturas (compressão e dureza), tenacidade à fratura na temperatura ambiente, comportamento tribológico (cavitação, abrasão, deslizamento e erosão) e a resistência à oxidação ao ar e à carburação em atmosfera redutora, em temperaturas elevadas, de ligas Ni-Al-Cr-C (NICRALC) fundidas. Ligas NICRALC fundidas com diferentes teores de carbono e submetidas a diferentes tratamentos tiveram seu comportamento mecânico e tribológico comparado ao comportamento do STELLITE 6 fundido, a uma liga NICRALC produzida por deposição por \'SPRAY\', a um ferro fundido branco alto cromo fundido convencionalmente e a um ferro fundido branco alto cromo depositado por \'SPRAY\'. Os ensaios de compressão confirmaram o comportamento anômalo da matriz ordenada Ni3Al. As ligas NICRALC apresentaram aumento ou manutenção da resistência ao escoamento com o aumento da temperatura de ensaio. A mesma tendência foi encontrada nos ensaios de dureza a quente. As demais ligas apresentaram tendência de queda da resistência ao escoamento e da dureza com o aumento da temperatura de ensaio. Esta tendência é mais acentuada na liga STELLITE, desta forma, as ligas NICRALC apresentaram em altas temperaturas maior resistência ao escoamento e maior dureza que o STELLITE. Os diferentes ensaios de desgaste mostraram, em geral, uma maior resistência do STELLITE em comparação com as ligas NICRALC na temperatura ambiente. Nestas condições verifica-se que a menor resistência mecânica da matriz ordenada nas ligas NICRALC é determinante para definir uma menor resistência ao desgaste na temperatura ambiente. Nos ensaios de erosão-oxidativa realizados a 600 e 800°C as ligas NICRALC mostraram perdas de massa menores que as experimentadas pelo STELLITE e pelos ferros fundidos. As ligas NICRALC com microestrutura de carbonetos mais homogênea, próxima do eutético, mostraram melhor comportamento sob desgaste abrasivo e erosivo se comparadas às ligas NICRALC 05 e 13. Os ensaios de resistência à oxidação mostraram que as ligas NICRALC são mais resistentes à oxidação que o STELLITE. Além disso, observou-se grande propensão ao destacamento dos filmes de óxidos formados nos STELLITES em temperaturas acima de 800°C. Os ensaios de resistência à carburação mostraram que no caso das ligas NICRALC ocorreu a precipitação de um depósito de grafita e, subjacente a esta, a formação de uma zona de fragmentação microestrutural, na qual se observa empobrecimento ora do Al ora do Cr, que aparentemente impede o avanço do processo. No caso do STELLITE verificou-se a ocorrência do aumento da fração volumétrica de carbonetos, típico dos casos clássicos de carburação. Os procedimentos de simulação termodinâmica utilizados indicam a necessidade de se implementar a descrição da solubilidade do carbono na fase ordenada de forma a permitir o pleno uso do software THERMOCALC no projeto e aprimoramento de ligas NICRALC. / This work contributes to the research line \'New Family of High Temperature Wear Resistant Alloys based on the Ni-Al-Cr-C System\', studying the mechanical and tribological behaviour and the surface stability of these alloys. This family of foundry alloys, called NICRALC, tries to unite some of the characteristics of the Ni based superalloys and the high-chromium-white-cast-irons, associating the anomalous behaviour of the ordered intermetallic phase Ni3Al - which increases its strength with the increase of temperature - with a dispersion of hard chromium carbides. The aim is to develop an alternative to iron-based wear resistant alloys at temperatures where they loose significantly their strength, as well as substituting cobalt based high temperature wear resistant alloys, which suffer from the instability and high cost of the Co metal. The high temperature mechanical properties (hardness and compression), room temperature fracture toughness, tribological behaviour (cavitation, abrasion, sliding and erosion) and resistance to high temperature oxidation and carburization of cast Ni-Al-Cr-C (NICRALC) alloys are studied. Cast NICRALC alloys with different C contents and different heat treatments were compared with a cast STELLITE 6, a conventionally cast high chromium white cast iron, a spray formed high chromium white cast iron and a spray formed NICRALC. Mechanical tests in compression confirmed that NICRALC alloys share the anomalous behaviour of the ordered intermetallic phase Ni3Al, increasing or maintaining their yield strength with increased testing temperature. The same occurred with hot hardness tests. STELLITE and all other alloys showed loss of strength with increased testing temperatures. Thus NICRALC alloys showed higher strength and hardness than STELLITE at high temperatures. All wear tests showed a higher wear resistance of STELLITE in comparison with NICRALC at room temperature. This result can be explained by the higher matrix hardness of STELLITE at room temperature. Oxidative-erosion tests run at 600 and 800° C showed that NICRALC suffered smaller mass loss than STELLITE and the white cast irons. NICRALC alloys with more homogeneous carbide distributions (eutectic alloys) obtained the best results under severe oxidation-erosion conditions. NICRALC alloys were more oxidation resistant than STELLITE alloy, which tended to break and detach the oxide layer formed above 800°C under air. During carburization essays in a reducing atmosphere the NICRALC alloys tended to form a coke-like graphite layer, over a layer with a fragmented microstructure depleted alternatively in chromium and aluminum, which effectively stopped the advance of the process. The STELLITE alloy suffered an increase in carbide volume fraction, a classic carburizing behaviour. The thermodynamic simulation results show that it is still needed to introduce the solubility of carbon on the ordered Ni3Al phase in the model in order to be able to fully calculate the NICRALC phase diagrams.