Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2017-11-21T11:56:39Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-21T11:56:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O processo de soldagem por fricção e mistura (FSW) tem despertado grande interesse nos últimos anos e tornou-se uma alternativa para unir materiais de baixa soldabilidade, como as ligas de alumínio das séries 2XXX e 7XXX, as quais são empregadas na estrutura das aeronaves, por possuírem elevada relação resistência/peso. O processo FSW, todavia, causa mudanças microestruturais nos materiais soldados, particularmente na zona misturada (ZM) e nas zonas termicamente (ZTA) ou termomecanicamente (ZTMA) afetadas. Estas mudanças geralmente interferem no desempenho frente à corrosão das ligas soldadas. No presente estudo, a resistência à corrosão das ligas de alumínio 2024-T3 e 7475-T761, unidas pelo processo FSW foi investigada em solução 10 mM de NaCl. Ensaios de visualização em gel ágar-ágar e de imersão associados a técnicas microscópicas foram realizados para investigar o efeito do acoplamento galvânico na corrosão das diferentes regiões da junta soldada. Os resultados do ensaio de visualização em gel mostraram que, quando acopladas, a liga 2024 atua como cátodo e a 7475 como ânodo. Os ensaios de imersão revelaram acoplamento galvânico entre as ligas na zona misturada (ZM). A região mais afetada pela corrosão foi a ZTMA da liga 7475, com corrosão intergranular desde as primeiras horas de imersão. A influência do processo de soldagem na resistência à corrosão das duas ligas de alumínio foi investigada por ensaios eletroquímicos. Os ensaios eletroquímicos adotados foram medidas de potencial de circuito aberto (PCA) em função do tempo de exposição ao meio corrosivo, espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e curvas de polarização potenciodinâmica. Os ensaios de polarização mostraram elevada atividade eletroquímica na zona de mistura indicada pelos altos valores de densidade de corrente em comparação com as demais zonas testadas. Os resultados de EIE globais mostraram que nas primeiras horas de exposição ao eletrólito o processo de corrosão foi predominantemente controlado pela liga 7475; todavia, com o tempo de exposição ao eletrólito, a corrosão passou a ser controlada pela liga 2024. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

In the present investigation, surface coatings employing laser surface alloying (LSA) and plasma electrolytic oxidation (PEO) processes have been prepared on Mg alloys. The coatings have been investigated for corrosion and wear behaviour. Two important Mg alloys based on Mg–Al system were selected namely, MRI 230D and AM50 as substrates. LSA coatings have been prepared employing Al and Al2O3 as precursors using different laser scan speeds. PEO coatings were prepared in standard silicate and phosphate based electrolytes employing unipolar, pulsed DC. Hybrid coatings using a combination of the two processes were also produced and investigated for corrosion and wear behaviour. Hybrid coatings of LSA followed by PEO (LSA+PEO) were investigated for effectiveness of sealing the cracks in the LSA coatings by subsequent PEO process and consequent improvement in the corrosion resistance. Hybrid coatings of PEO followed by LSA (PEO+LSA) were prepared with an objective of sealing the pores in the PEO coating LSA treatment. In an attempt to produce more compact PEO coatings, electrolyte containing montmorillonite clay additives was employed for the PEO process of AM50 Mg alloy. The coatings were produced employing different current densities and the effect of current density on the microstructure and corrosion behaviour of coating was investigated. Electrochemical corrosion tests of uncoated and coated alloys were carried out in 3.5 wt.% (0.6M)NaCl, neutral pH, solution with an exposed area of 0.5 cm2 for a time duration of 18.5 h. For the PEO coatings with clay additives, corrosion tests were conducted additionally in 0.5 wt.% (0.08 M) NaCl, neutral pH, solution for a time duration of 226.1 h. Wear behaviour of LSA coatings was analyzed by employing a pin on disc tribo–tester conforming to ASTM G–99 standard at ambient conditions with ground EN32 steel disc of hardness Rc 58 as the counterface. Tests were conducted under dry sliding conditions for a sliding distance of 1.0 km at a sliding velocity of 0.837 m/s employing normal loads of 10, 20, 30 and 40 N. Friction and wear behavior of PEO and PEO+LSA coatings were analyzed at ambient conditions by employing a ball−on−flat linearly oscillating tribometer conforming to ASTM G–133 standard. AISI 52100 steel ball of diameter 6 mm was employed as the friction partner. Wear tests were conducted under dry sliding conditions for a total sliding distance of 100 m at normal loads of 2 N and 5 N with oscillating amplitude of 10 mm and mean sliding speed of 5 mm/s. LSA coatings could not improve the corrosion resistance of MRI 230D Mg alloy. This was attributed to the presence of cracks in the LSA coating, which resulted in the accelerated galvanic corrosion of the substrate. LSA coatings improved the wear resistance at all loads. The improved wear resistance was attributed to β (Mg17Al12) phase and Al2O3 particles in the coating which increased the hardness of the LSA layer. No trend in corrosion and wear resistance with laser scan speed was observed for LSA coatings. PEO coatings improved the corrosion resistance of the MRI 230D Mg alloy significantly. The improved corrosion resistance was attributed to the enhanced barrier protection provided by dense barrier layer formed at the substrate/coating interface and to the insoluble phase constituents in the coatings. PEO coating was effective in improving the wear resistance at low loads/contact pressures. At higher loads, the coating underwent micro–fracture as a result of the porosity in the coatings. Hybrid coatings of LSA followed by PEO (LSA+PEO) in silicate based electrolyte improved the corrosion resistance of LSA coatings. However, the corrosion resistance was not improved to the extent of PEO coatings on as–cast alloy as a result of cracks in the primary coatings, which were not fully sealed by the plasma conversion products. No trend in corrosion resistance with laser scan speed was observed for LSA+PEOcoatings. In hybrid coatings of PEO followed by LSA (PEO+LSA), primary PEO coating was completely melted and mixed with applied precursor to form a single composite LSA layer. The corrosion resistance of the hybrid coatings was observed to be lower than that of the as–cast alloy. The presence of solidification cracks reduced the barrier properties and resulted in the accelerated galvanic corrosion of the substrate similar to LSA coatings. Hybrid (PEO+LSA) coatings exhibited improved wear resistance as compared to as–cast alloy at lower loads as a result of increase in the hardness due to β (Mg17Al12) phase and oxide/ceramic particles in the hybrid layer. At higher loads, hybrid coatings exhibited higher wear rate as compared to as–cast alloy and PEO coatings. This was attributed to three–body abrasive wear as a result of dislodged hard oxide/ceramic particles in the wear tracks. No trend in corrosion and wear resistance with laser scan speed was observed for PEO+LSA coatings. PEO coatings on AM50 Mg alloy by employing clay additives in the electrolyte resulted in the reactive uptake of clay particles producing a predominantly amorphous coating at low current density. Clay additives were effective in improving the compactness of the coating at lower current density. At higher current densities, the porosity of the coatings increased. The clay particles got re–constituted producing increasing amount of crystalline phases with increase in current density. Long term impedance measurements showed that clay addition as well as increased current density employed for the PEO process was not effective in improving the corrosion resistance of the coatings. At low current density, even though the coating with clay additives was more compact, it was deficient in MgO and consisted predominantly of an amorphous phase, which underwent fast dissolution in electrolyte thereby resulting in an early loss of barrier properties. At higher current densities, even though the coatings consisted of increased amount of MgO and crystalline phases, which resist dissolution in the electrolyte, the increased porosity and defective barrier layer resulted in easy permeation of the electrolyte into the substrate/coating interface, which resulted in much earlier loss of barrier properties and inferior corrosion resistance.

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Les alliages Mg-Ca sont des alliages biocompatibles et biodégradables largement utilisés pour des applications biomédicales comme prothèses bio-résorbables. Ils sont très utilisés car leurs taux de corrosion et de dégradation dans l'organisme peuvent être contrôlés par le taux de calcium et par l'influence du milieu d'implantation. Ces solutions ont inspirées le Groupe SEB qui cherche à mettre au point un procédé fiable de minéralisation d'une eau par dissolution d'alliages Mg-Ca. L'objectif de ce travail de thèse est double, à savoir, la conception des alliages Mg-Ca pour ce procédé, en choisissant les techniques de production adaptées et les paramètres d'élaborations optimisés, puis, la mise en œuvre d'un processus de dissolution assisté par un courant et la maîtrise des paramètres de dissolution. Le magnésium et le calcium étant des métaux très réactifs au contact de l'atmosphère, l'élaboration d'alliages Mg-Ca se fait sous atmosphère neutre. Il est possible d'obtenir une microstructure stable avec des teneurs en calcium comprises entre 0% et 33% atomique, lorsque le calcium et le magnésium forment l'intermétallique Mg2Ca. Lors du refroidissement du mélange métallique à fusion, il se forme une microstructure d'équilibre constituée de dendrites (de Mg si 0 at.% < Ca < 10 at.% et de Mg2Ca si 10 at.% < Ca < 33 at.%) et d'un agrégat eutectique lamellaire composé de Mg et de Mg2Ca. La dissolution anodique d'alliages Mg-Ca s'effectue par l'application d'une différence de potentiel entre une électrode constituée de l'alliage à dissoudre et une contre électrode constituée d'un métal plus noble. Il a été mis en évidence que les relargages d'ions Mg2+ et Ca2+ en solution peuvent être augmentés en diminuant la chute ohmique entre les électrodes (distance minimale, tension appliquée maximale) et en augmentant la réactivité du processus (alliages riches en calcium, conductivité et minéralité de la solution, durée de dissolution et surfaces exposées importantes). Cependant, les forts relargages d'ions Mg2+ et Ca2+, qui alcalinisent fortement la solution, favorisent la formation de précipités limitant la dissolution tels que le tartre, les oxydes et hydroxydes de magnésium et de calcium. Plusieurs solutions pour réguler le pH de la solution et optimiser les relargages de cations Mg2+ et Ca2+ ont été envisagées. / The Mg-Ca alloys are biocompatible and biodegradable alloys widely used for biomedical applications such as bioresorbable implants because of their corrosion rate and degradation behaviour into human body. These solutions have inspired the SEB Group to develop a new process for the mineralization of water by dissolving Mg-Ca alloys. The objective of this thesis is to design new Mg-Ca alloys choosing the appropriate production techniques and optimizing elaborations settings and then, to work on the dissolution process assisted by a current controling of dissolution parameters. Magnesium and calcium being very reactive metal in contact with the atmosphere, the development Mg-Ca alloys was done in a neutral atmosphere. It is possible to obtain a stable microstructure with calcium contents between 0% and 33 atomic% through the intermetallic form Mg2Ca. It's possible to obtain equilibrium microstructures consisting of dendrites (Mg if 0 at.% <Ca <10 at.% And Mg2Ca if 10 at.% <Ca <33 at.%) and a lamellar eutectic aggregate made from Mg and Mg2Ca. Anodic dissolution of Mg-Ca alloys is made by applying a potential between one electrode made from the Mg-Ca alloy and a counter electrode made from a more noble metal. It has been demonstrated that the releases of Mg2+ and Ca2+ in solution may be controlled throught the decrease of the resistance drop between the electrodes (minimum distance, maximum applied voltage) and the increase of the process reactivity (rich alloys calcium, mineral and conductivity of the solution, dissolving time and significant exposed surfaces). However, strong releases of Mg2+ and Ca2+, which strongly alkalize the solution, promote the formation of precipitates limiting dissolution rate such as scale, oxides and hydroxides formation. Several solutions to regulate the pH of the solution and optimize the releases of cation Mg2+ and Ca2+ were considered.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Células a combustível de membrana polimérica têm cada vez mais se destacado como meio na obtenção de energia, pela sua alta eficiência e potencial para fazê-la de modo sustentável. Entretanto muitos ainda são os desafios para consolidá-la comercialmente. Dentre eles, a aglomeração e a perda de área ativa em catalisadores suportados em carbono recebem um destaque especial, principalmente em células PEM de temperatura elevada de operação. Eletrocatalisadores não suportados, baseados em nanoarquiteturas de geometria controlada, têm se tornado uma tendência em diversas frentes de pesquisa. Tal fato se deve à alta eficiência e estabilidade atingidas por sistemas nanométricos organizados, além da possibilidade em se criar superfícies funcionais adaptadas a reações específicas. O trabalho de pesquisa buscou o desenvolvimento de sistemas catalíticos não suportados, de alta área superficial, como alternativa a eletrocatalisadores nanoparticulados suportados em carbono, a fim de se reduzir a perda sobre a área ativa quando submetidos às condições de operação em células a combustível. O trabalho explorou dois conceitos, a confecção de nanotubos de platina e a confecção de nanofios nanoporosos à base de platina vítrea. Para este desenvolvimento foram estudados e caracterizados os efeitos da dissolução seletiva, em escala nanométrica, acoplados à conformabilidade de metais amorfos e à utilização da troca galvânica como ferramenta de síntese de superfícies. Tais estudos foram utilizados como base para o projeto de sistemas catalíticos não suportados. Os materiais propostos foram avaliados quanto a sua atividade e estabilidade frente a reações comuns em células a combustível. Tais sistemas demonstraram uma alta estabilidade em relação à sua área ativa, em ensaios de durabilidade, assim como uma alta utilização do metal nobre, tornando-os promissores para a tecnologia de células a combustível. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Mery Piedad Zamudio Igami (mery@ipen.br) on 2017-03-10T14:37:28Z No. of bitstreams: 1 22056.pdf: 6258956 bytes, checksum: 5b6bd2c4bc8c6f66cd739d2ef10fe810 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-10T14:37:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 22056.pdf: 6258956 bytes, checksum: 5b6bd2c4bc8c6f66cd739d2ef10fe810 (MD5) / A soldagem por fricção (Friction Stir Welding - FSW) é um processo eficiente de unir ligas de alumínio de alta resistência evitando defeitos que são usualmente criados quando técnicas convencionais de soldagem são utilizadas. A indústria aeronáutica tem mostrado grande interesse neste método de soldagem, tanto para a união de ligas similares como dissimilares. Entretanto, este processo causa modificações microestruturais dependentes das condições de tratamento térmico ou termomecânico. Contato elétrico entre zonas de microestruturas diferentes, por sua vez, pode resultar em acoplamento galvânico. No presente estudo, a soldagem por FSW foi usada para unir duas ligas de alumínio dissimilares, AA2024-T3 e AA7475-T651 e o efeito desta soldagem na resistência à corrosão das juntas soldadas e na microestrutura das ligas foi avaliada. Na investigação da resistência à corrosão foram utilizados ensaios eletroquímicos, especificamente, medidas de potencial de circuito aberto (OCP) em função do tempo de exposição ao meio corrosivo, ensaios de polarização e de espectroscopia de impedância eletroquímica, global (EIS) ou local (LEIS), em duas soluções, seja 0,1 M Na2SO4 ou 0,1 M Na2SO4 + 1 mM NaCl. Os ensaios eletroquímicos evidenciaram efeito de acoplamento galvânico nas juntas soldadas. A caracterização microestrutural foi realizada por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão e por calorimetria diferencial. As zonas afetadas pela solda tiveram importantes modificações na microestrutura indicadas pela precipitação e dissolução de precipitados que afetam a resistência à corrosão localizada. A resistência à corrosão intergranular e a resistência à esfoliação das juntas soldadas também foram avaliadas e comparadas com as das ligas AA2024-T3 e AA7475-T651 não soldadas. Os resultados mostraram aumento da suscetibilidade das juntas soldadas a estas formas de corrosão em comparação com as ligas não soldadas sendo observado ataque mais severo na liga AA7475-T651. A identificação das áreas anódicas e catódicas resultantes do acoplamento galvânico nas juntas soldadas foi realizada por teste que consistiu na deposição de camada de gel (ágar-ágar) com indicador universal na superfície das ligas soldadas. A liga AA2024-T3 atuou como cátodo, enquanto a AA7475-T651, como ânodo no par galvânico. Além disso, evolução de hidrogênio foi observada na região de interface entre a zona termomecanicamente afetada e a termicamente afetada da liga AA7475-T651 mostrando que reações catódicas também ocorreram localmente nesta última liga. Resultados de LEIS obtidos nas diferentes zonas das duas ligas soldadas por FSW mostraram acoplamento galvânico na interface entre elas para tempos curtos de ensaio e deslocamento da região mais ativa com o tempo de ensaio para a liga AA7475-T651, mais precisamente para a interface entre a zona termomecanicamente afetada e a térmicamente afetada desta liga. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear ) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2017-11-22T17:28:55Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-22T17:28:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho os diferentes sistemas eletrocatalíticos PtIn/C, PtRu/C, PtRuIn/C e suas diferentes proporções mássicas foram sintetizados pelo método de redução por Borohidreto de Sódio, a fim de serem utilizados como ânodo na célula a combustível alcalina de metanol direto (DMFC). Os materiais obtidos foram caracterizados pelas técnicas de EDX, DRX e MET. O método de redução aplicado na síntese se mostrou efetivo, uma vez que as partículas apresentaram boa dispersão no suporte de carbono Vulcan XC72, de acordo com as analises de EDX e MET. Os resultados obtidos por DRX evidenciaram em todos os difratogramas apresentados a estrutura CFC da platina e um relativo deslocamento do pico equivalente ao plano (220) para valores maiores e menores que 2&theta;. O tamanho médio do cristalito e os parâmetros de rede calculados indicaram a inserção de átomos de Índio e Rutênio à estrutura da Platina, supondo a formação de ligas. A oxidação eletroquímica do metanol foi estudada por voltametria cíclica, cronoamperometria e curvas de polarização. Os experimentos eletroquímicos demonstraram que nos eletrocatalisadores binários com maior composição de Índio e Rutênio a eficiência catalítica frente a oxidação do combustível foi melhor e para os ternários, o eletrocatalisador que possuía maior composição de Rutênio se mostrou mais eficiente. Nos experimentos práticos em células a combustível, as curvas de polarização mostraram divergências de resultados com os obtidos por voltametria cíclica e cronoamperometria, justificadas por problemas de prensagem e descolamento de MEA\'s em sistemas que apresentaram maior quantidade de cocatalisador como Índio e Rutênio. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

This thesis describes corrosion degradation processes taking place on the surface of metal materials in different environments. The theoretical part deals with basic environments we encounter in practice. This part specifies protection of materials against the aggressive environments and provides principles of corrosion measurement. It analyses the issue of corrosion measurement and its impact on mechanical strength of structures. It deals with the application of Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) method for measurement of public lighting corrosion and identification of potential breakdown.

The present work deals with the comparison of the properties of metallic biomaterials in terms of their suitability for use as a temporary metal implant. In the work is judged biocompatibility of materials, they are comparing the corrosion rates and the influence of additives in the iron alloy to change biocompatibility and corrosion rate. In a part of this work is suggesting a method of preparing biodegradable metallic samples with different alloying elements and determine the methods, processes and measuring the corrosion rates. Part of this work is the chapter dealing with the function and effect of iron in the human body and any complications that may occur when a surplus caused by the release of part of the implant during its degradation or corrosion products. The outcome of this work is sort of created an iron-based samples in terms of their electrochemical corrosion potential, corrosion rate of samples exposed in various corrosive solutions, spectroscopic elemental analysis and outputs from the microscopic observation of the structures.