Submitted by Daniele Amaral (daniee_ni@hotmail.com) on 2016-09-20T19:45:46Z No. of bitstreams: 1 DissGHA.pdf: 13366007 bytes, checksum: acbd6059ecbc13c4382351dfa90d5c59 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T13:04:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissGHA.pdf: 13366007 bytes, checksum: acbd6059ecbc13c4382351dfa90d5c59 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T13:04:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissGHA.pdf: 13366007 bytes, checksum: acbd6059ecbc13c4382351dfa90d5c59 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T13:04:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissGHA.pdf: 13366007 bytes, checksum: acbd6059ecbc13c4382351dfa90d5c59 (MD5) Previous issue date: 2015-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Magnesium alloys have attracted great interest for use in temporary orthopedic implants to replace existing materials, due to the combination of physical, mechanical and corrosive properties. A magnesium based alloy containing zinc and calcium have been proposed and studied due to its biocompatibility and lower corrosion rate than the pure element. Zinc improves the mechanical properties and corrosion resistance, increasing the potential for corrosion. Calcium promotes grain refinement during solidification and increases the strength and toughness with a second phase precipitation. Amorphous materials have greater homogeneity of composition resulting in improved corrosion resistance and mechanical properties due to the nature of its structure. Recent research at DEMa-UFSCar showed that levels close to 5% at. were more likely to the formation of amorphous phase. This work aims to study the influence of calcium content in relation to mechanical and corrosive properties. The processing method is also evaluated, taking as parameters the proximity of the composition with the theoretical values and the oxygen content in the composition of the final alloy. The materials were characterized through scanning electron microscopy techniques (SEM), X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), chemical analysis by optical emission spectrometer with inductively coupled plasma (ICP-OES) and spectrometer absorption of infrared radiation, conventional compression test and potentiodynamic polarization test. The results show that the increase of calcium content favors both compressive strength and corrosion resistance. / Ligas de magnésio têm despertado grande interesse para uso em implantes ortopédicos temporários em substituição aos materiais existentes no mercado, devido a combinação de propriedades físicas, mecânicas e corrosivas. Uma liga de magnésio com zinco e cálcio foi proposta e estudada devido a sua biocompatibilidade e taxa de corrosão menor que do elemento puro. O zinco melhora as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão, aumentando o potencial de corrosão. O cálcio favorece o refinamento do grão na solidificação e aumenta a resistência e a tenacidade com a precipitação de segunda fase. Materiais amorfos, por sua vez, apresentam maior homogeneidade resultando em melhores propriedades de resistência à corrosão e mecânicas devido à natureza de sua estrutura. Trabalhos recentes realizados no DEMa-UFSCar mostraram que teores próximos de 5%at. apresentaram maior tendência a formação de amorfo. Este trabalho visa o estudo da influência do teor de cálcio em relação às propriedades mecânicas e corrosivas. A metodologia de processamento também é avaliada, tomando como parâmetros a proximidade da composição com os valores teóricos e pelo teor de oxigênio na composição das ligas finais. Os materiais foram caracterizados através das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX), calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise química por espectrômetro de emissão ótica com plasma acoplado indutivamente (ICP-OES) e espectrômetro de absorção de radiação infravermelha, ensaio mecânico de compressão convencional e ensaio de polarização potenciodinâmico. Os resultados mostraram que o aumento do teor de cálcio favorece positivamente tanto a resistência mecânica à compressão quanto a resistência à corrosão.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Em aplicaÃÃes prÃticas de energia solar ativa e passiva, ou para outros fins construtivos, o revestimento superficial do material que absorve a radiaÃÃo solar tem um papel importante no que concerne à absorÃÃo e à emissÃo de radiaÃÃo solar e tÃrmica, influenciando diretamente na relaÃÃo custo-benefÃcio do equipamento. Revestimentos superficiais para as placas absorvedoras de radiaÃÃo solar, ou superfÃcies seletivas, alteram as relaÃÃes de ganho e perda de energia do equipamento e, por isso, o desempenho dos diferentes revestimentos disponÃveis, seus tipos e custos, alÃm de Ãreas potenciais de aplicaÃÃo devem ser conhecidos. Em geral, coletores de placa plana sem superfÃcies seletivas operam em temperaturas inferiores a 100ÂC, sendo utilizados no aquecimento de Ãgua, em processos de secagem, etc. Existem aplicaÃÃes prÃticas como fogÃes solares, sistemas de refrigeraÃÃo, dessalinizadores tÃrmicos onde sÃo necessÃrias temperaturas muito elevadas que sà sÃo alcanÃadas pelo uso de superfÃcies seletivas. Para alta eficiÃncia, os coletores solares devem possuir um mÃximo de absorbÃncia no espectro solar enquanto mantÃm um mÃnimo de emitÃncia no infravermelho. Este trabalho apresenta um estudo comparativo de superfÃcies seletivas para coletores solares utilizadas nos maiores centros que utilizam energias renovÃveis. SÃo apresentadas as mediÃÃes experimentais da temperatura em placas absorvedoras e da radiaÃÃo solar global e direta incidente sobre as placas em funÃÃo do tempo. As amostras foram testadas nas condiÃÃes ambientais de Fortaleza. Os valores experimentais foram usados na determinaÃÃo dos valores para a emissividade, apÃs a realizaÃÃo de um balanÃo de energia em regime permanente nessas amostras. As temperaturas de estagnaÃÃo nas amostras foram tambÃm calculadas mostrando o desempenho desses materiais. SÃo tambÃm apresentadas as anÃlises microscÃpicas (microscÃpico eletrÃnico de varredura) das diferentes superfÃcies. Os resultados mostram claramente o desempenho das amostras quando expostas à radiaÃÃo solar e que o procedimento desenvolvido para esse trabalho pode ser utilizado na determinaÃÃo de um valor mÃdio para a emissividade tÃrmica a partir de mediÃÃes mais simples. / Em aplicaÃÃes prÃticas de energia solar ativa e passiva, ou para outros fins construtivos, o revestimento superficial do material que absorve a radiaÃÃo solar tem um papel importante no que concerne à absorÃÃo e à emissÃo de radiaÃÃo solar e tÃrmica, influenciando diretamente na relaÃÃo custo-benefÃcio do equipamento. Revestimentos superficiais para as placas absorvedoras de radiaÃÃo solar, ou superfÃcies seletivas, alteram as relaÃÃes de ganho e perda de energia do equipamento e, por isso, o desempenho dos diferentes revestimentos disponÃveis, seus tipos e custos, alÃm de Ãreas potenciais de aplicaÃÃo devem ser conhecidos. Em geral, coletores de placa plana sem superfÃcies seletivas operam em temperaturas inferiores a 100ÂC, sendo utilizados no aquecimento de Ãgua, em processos de secagem, etc. Existem aplicaÃÃes prÃticas como fogÃes solares, sistemas de refrigeraÃÃo, dessalinizadores tÃrmicos onde sÃo necessÃrias temperaturas muito elevadas que sà sÃo alcanÃadas pelo uso de superfÃcies seletivas. Para alta eficiÃncia, os coletores solares devem possuir um mÃximo de absorbÃncia no espectro solar enquanto mantÃm um mÃnimo de emitÃncia no infravermelho. Este trabalho apresenta um estudo comparativo de superfÃcies seletivas para coletores solares utilizadas nos maiores centros que utilizam energias renovÃveis. SÃo apresentadas as mediÃÃes experimentais da temperatura em placas absorvedoras e da radiaÃÃo solar global e direta incidente sobre as placas em funÃÃo do tempo. As amostras foram testadas nas condiÃÃes ambientais de Fortaleza. Os valores experimentais foram usados na determinaÃÃo dos valores para a emissividade, apÃs a realizaÃÃo de um balanÃo de energia em regime permanente nessas amostras. As temperaturas de estagnaÃÃo nas amostras foram tambÃm calculadas mostrando o desempenho desses materiais. SÃo tambÃm apresentadas as anÃlises microscÃpicas (microscÃpico eletrÃnico de varredura) das diferentes superfÃcies. Os resultados mostram claramente o desempenho das amostras quando expostas à radiaÃÃo solar e que o procedimento desenvolvido para esse trabalho pode ser utilizado na determinaÃÃo de um valor mÃdio para a emissividade tÃrmica a partir de mediÃÃes mais simples. / In practical applications of active and passive solar energy, or other construction purposes, the coating material which absorbs solar radiation has an important role as regards the absorption and emission of thermal radiation and, directly influencing the cost benefit the product. Surface coatings for solar radiation-absorbing plate or selective surfaces, changing the relationship of gain and loss of energy of the equipment and, therefore, the performance of the various coatings available types and their costs as well as potential areas of application should be known. In general, flat plate collectors operate without selective surfaces at temperatures below 100  C, and for the heating of water in drying processes, etc.. There are practical applications such as solar cookers, refrigeration systems, thermal desalination plants where they are needed at very high temperatures that are only achieved by the use of selective surfaces. For high efficiency, solar collectors should have a maximum absorbance in the solar spectrum while maintaining a minimum infrared emittance. This paper presents a comparative study of selective surfaces for solar collectors used in the larger centers that use renewable energy. Shows the experimental measurements of the temperature and the plates absorbing solar radiation and directly incident on the plates as a function of time. Samples were tested in environmental conditions in Fortaleza. The experimental values ​​were used in determining values ​​for the emissivity, after conducting an energy balance in steady state in these samples. The stagnation temperatures in the samples was also calculated showing the performance of these materials. Are also presented microscopic analysis (scanning electron microscopy) of different surfaces. The results clearly show the performance of samples when exposed to solar radiation and the procedure developed for this work may be used in determining an average value for the thermal emissivity measurements from simpler. / In practical applications of active and passive solar energy, or other construction purposes, the coating material which absorbs solar radiation has an important role as regards the absorption and emission of thermal radiation and, directly influencing the cost benefit the product. Surface coatings for solar radiation-absorbing plate or selective surfaces, changing the relationship of gain and loss of energy of the equipment and, therefore, the performance of the various coatings available types and their costs as well as potential areas of application should be known. In general, flat plate collectors operate without selective surfaces at temperatures below 100  C, and for the heating of water in drying processes, etc.. There are practical applications such as solar cookers, refrigeration systems, thermal desalination plants where they are needed at very high temperatures that are only achieved by the use of selective surfaces. For high efficiency, solar collectors should have a maximum absorbance in the solar spectrum while maintaining a minimum infrared emittance. This paper presents a comparative study of selective surfaces for solar collectors used in the larger centers that use renewable energy. Shows the experimental measurements of the temperature and the plates absorbing solar radiation and directly incident on the plates as a function of time. Samples were tested in environmental conditions in Fortaleza. The experimental values ​​were used in determining values ​​for the emissivity, after conducting an energy balance in steady state in these samples. The stagnation temperatures in the samples was also calculated showing the performance of these materials. Are also presented microscopic analysis (scanning electron microscopy) of different surfaces. The results clearly show the performance of samples when exposed to solar radiation and the procedure developed for this work may be used in determining an average value for the thermal emissivity measurements from simpler.

O titânio e o aço inoxidável são exemplos de biomateriais muito utilizados em implantes dentários e ortopédicos, por apresentarem características para essa aplicação, como resistência à corrosão e excelente biocompatibilidade. Pesquisas vêm sendo realizadas para a obtenção de um recobrimento, visando melhorar a adesão entre o osso e o implante, através da modificação da superfície do metal, permitindo uma eficaz regeneração do tecido ósseo, osseointegração e aceleração do seu crescimento. Neste trabalho, estudou-se o efeito do recobrimento do método biomimético sobre o titânio (Ti c.p.) e o aço inoxidável AISI 316L, que consiste na imersão do substrato, em uma solução sintética de SBF (Simulated Body Fluid), de composição, pH e temperatura semelhantes ao plasma sanguíneo. O recobrimento sobre ambos os metais, mostraram-se eficiente para obtenção de hidroxiapatita, sendo confirmada através das técnicas de MEV, DRX e infravermelho. O ensaio de bioatividade revelou ótimas características bioativas através da formação e desenvolvimento da hidroxiapatita sobre os substratos que receberam o recobrimento com 1,5 SBF. Para os substratos de Ti c.p. e aço inoxidável austenítico 316L que não receberam tratamento prévio ou recobrimento, o ensaio de bioatividade revelou a bioatividade somente do Ti c.p.. As curvas de polarização revelaram que o Ti c.p. sem recobrimento e o aço inoxidável austenítico 316L com recobrimento apresentaram melhores resistência à corrosão para as temperaturas de 25 e 36,5ºC. O titânio sem recobrimento apresentou-se como o biomaterial mais indicado para implantes, já que apresentou melhores características bioativas e resistência à corrosão. / Titanium and stainless steel are examples of biomaterials widely used in dental and orthopedic implants, due to their characteristics for this application, such as corrosion resistance and excellent biocompatibility. Researches have been performed to obtain a coating in order to improve the adhesion between the bone and implant by modifying the metal surface, allowing for effective regeneration of bone tissue, osseointegration, and accelerating its growth. In this work, studied the effect of coating of biomimetic method on titanium (cp-Ti) and AISI 316L stainless steel, which consists in immersing the substrate in a solution of synthetic SBF (Simulated Body Fluid), composition, pH and temperature similar to blood plasma. The coating on both metals, was effective for obtaining hydroxyapatite, which was confirmed through the techniques of SEM, XRD and infrared. The bioactivity test showed excellent bioactive characteristics through of formation and development of hydroxyapatite on the receiving coating substrates with 1.5 SBF. For the substrates, cp-Ti and 316L austenitic stainless steel that have not received prior treatment or coating, the bioactivity test revealed only the bioactivity of cp-Ti. The polarization curves showed that the uncoated cp-Ti and 316L austenitic stainless steel with coating had better corrosion resistance at temperatures of 25ºC and 36.5°C. The uncoated cp-Ti showed as the most indicated biomaterial for implants, since it showed better bioactive characteristics and corrosion resistance.

A corrosão é um dos problemas mais graves enfrentados pela indústria petroquímica, pois o desgaste de máquinas e equipamentos, decorrentes do processo corrosivo, acarreta um grande impacto tanto em termos econômicos, como operacionais e de segurança. A combinação de boas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão dos aços inoxidáveis duplex, especialmente em ambientes agressivos, tem sido o principal atrativo para sua crescente utilização na indústria petroquímica. Estes aços possuem estrutura mista de austenita e ferrita cujo arranjo e distribuição influenciam suas propriedades. A formação de fases intermetálicas durante o processo de solidificação e de tratamentos térmicos destes aços é um ponto decisivo no seu desempenho, podendo impedir a obtenção ou provocar a degradação das suas propriedades. O presente trabalho teve como objetivo investigar a evolução microestrutural do aço inoxidável duplex SAF 2205 na condição bruta de solidificação após tratamento térmico de solubilização em diferentes condições. O intuito foi detectar os efeitos produzidos na microestrutura e sua influência tanto na dureza como na resistência à corrosão do aço, com a variação do tempo de solubilização e da forma de resfriamento. A avaliação dos resultados se baseou em análises microestruturais, espectrometria de energia dispersiva, difração de raios X, determinação de dureza e ensaios eletroquímicos. Observou-se que o tratamento de solubilização afeta a homogeneidade da microestrutura do aço, e a forma de resfriamento promove a precipitação de fases intermetálicas. O resfriamento lento, em forno, levou à precipitação das fases intermetálicas, sigma e ’. A solubilização por 240 minutos possibilitou a obtenção de uma razão favorável entre as fases ferrita e austenita, o que beneficiou o processo de passivação do aço. Além disso, os resultados mostraram que para tempos maiores de solubilização combinados com um resfriamento lento, em forno, ocorre um aumento da dureza e reduz significativamente a resistência à corrosão do aço, devido ao aparecimento das fases sigma e ’. / Corrosion is one of the most serious problems faced by the petrochemical industry, because the wear of machinery and equipment, resulting from the corrosion process, entails economic, operational and safety impacts. The combination of good mechanical properties and corrosion resistance of duplex stainless steels, especially in harsh environments, has been the main attraction for its increasing use in the petrochemical industry. This steel has a mixed structure of austenite and ferrite whose arrangement and distribution influence its properties. The formation of intermetallic phases during the heat treatment of this steel is a crucial point in its performance, may avoid the obtainment or lead to degradation of its properties. This study investigates the SAF 2205 duplex stainless steel as-cast and its microstructural evolution after solution annealing treatment under different conditions. The aim was to detect the effects on the microstructure and its influence both in hardness and corrosion resistance of the steel, with the variation of the solution aneealing duration and the way of cooling. The evaluation of the results was based on the microstructural analysis, energy dispersive spectrometry measurements, X-ray diffraction, hardness and electrochemical tests. It was observed that the solution annealing treatment affects the microstruture homogeneity, and the way of cooling promotes the intermetallic phases’ precipitation. The slow cooling, in furnace, induces the precipitation of intermetallic phases, sigma and '. The solution annealing during 240 minutes allowed obtaining a favorable ratio between ferrite and austenite phases, which improve the steel passivation process. Besides, the results showed that the increase of the solution annealing duration combined with a slower cooling, in furnace, increase the hardness and decrease significantly the corrosion resistance of steel due to the precipitation of the sigma and ’ phases. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

A indústria do alumínio requer, entre outras matérias primas, piche de alcatrão e coque de petróleo para a produção dos anodos que fornecem o carbono para a redução eletrolítica do óxido de alumínio. A produção deste compósito exige um processamento específico de modo a lhe conferir características como baixa resistividade elétrica, baixa expansão térmica, alta densidade e alta reatividade residual ao ar e ao gás carbônico, além de um formato adequado para a sua manipulação através de veículos específicos. Nos últimos anos, ambos os insumos passaram por significativa degradação qualitativa e elevação de custo, o que forçou as indústrias a buscarem fornecedores não tradicionais, além de exigir do processo de produção da pasta anódica um incremento significativo na qualidade do produto durante seu processamento. O desenvolvimento de novos produtos a partir de matérias-primas de baixa qualidade ou não tradicionais requer estudos e experimentação, para que assim possam ser utilizadas industrialmente. Dado o exposto anterior, esse projeto envolveu o estudo de otimização de diferentes formulações granulométricas de coque de petróleo na formulação de agregado seco, área ainda pouco dominada no setor produtivo do alumínio, utilizando os modelos de empacotamento teóricos Andreasen e Alfred. As formulações desenvolvidas neste trabalho foram comparadas à formulação originalmente utilizada pela Alcoa – unidade Poços de Caldas, através de medidas de floabilidade e densidade de pasta cozida. Os resultados mostraram-se promissores, indicando que as melhores equações para esta aplicação são a de Alfred e Andreasen, com coeficientes de distribuição de 0,37 e 0,52, respectivamente, resultando produtos significativamente diferentes do ponto de vista de qualidade e aplicáveis industrialmente em larga escala. / The aluminum industry requires, among other materials, coal tar pitch and calcined petroleum coke for the production of carbon anodes that provides the electrolytic reduction of aluminum oxide. The production of this composite requires specific processing in order to give characteristics such as low electrical resistivity, high density and higher air and carbon dioxide reactivity residue, as well as a suitable format for its manipulation through specific vehicles. In recent years, both inputs have undergone significant qualitative degradation and increased costs, forcing industries to seek for non-traditional suppliers, and also required from the production process of anodic folder a significant increase in the quality of the product during processing. The development of new products from raw materials of low quality or non-traditional requires study and experimentation, so that they can be used industrially. Thus, this project involved the study and optimization of different particle size formulations of petroleum coke in the dry aggregate, area still slightly dominated in the productive sector of the Aluminum, using the theoretical models of packaging Andreasen and Alfred. The formulations developed in this study were compared to the formulation originally used by an industry through measures flowability and apparent baked density. The results have shown that both the equations of Alfred and Andreasen, for distribution coefficient 0.37 and 0.52 respectively, can be applied to the Aluminum Industry resulting into products significantly different from the point of view of quality.

O 226Ra é um dos isótopos mais importantes da série radioativa natural do urânio em termos de dose radiológica, devido à sua relativa longa meia-vida (1.600 anos) e sua elevada radiotoxicidade. O Ministério da Saúde publicou na portaria MS nº 2914 de 12/12/2011, que dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, os limites máximos permitidos para este radionuclídeo. As demandas por essas determinações aumentaram, justificando o desenvolvimento de técnicas mais rápidas e mais precisas para a determinação deste radionuclídeo, uma vez que a técnica utilizada rotineiramente leva cerca de 38 dias para esta determinação. Foram ensaiados três métodos diferentes para a determinação do 226Ra, com algumas alterações realizadas em relação aos métodos originais. O método desenvolvido por Roman, que não realiza a purificação do rádio, fazendo somente o procedimento de eletrodeposição de soluções padrão, seguido de contagem no espectrômetro alfa, se mostrou ineficaz, com rendimentos de recuperação muito baixos e com baixa resolução espectral. O método desenvolvido pelo Departamento de Energia (DOE) dos Estados Unidos realiza a purificação e utiliza 224Ra como traçador. A purificação é conduzida por meio de resina de troca catiônica, com posterior eletrodeposição e contagem. O método ensaiado indicou a presença de interferentes e o rendimento de recuperação de rádio não apresentou um bom resultado; a resolução espectral foi mediana, além disso, seu traçador é um isótopo natural e requer um procedimento extremamente trabalhoso, com determinações radioquímicas em duplicata. O método desenvolvido por Crespo foi sendo sucessivamente modificado e complementado, até o desenvolvimento de um novo método. O método usa 225Ra como traçador. O rádio foi purificado utilizando resina Ln® e resina de troca catiônica, e eletrodepositado sobre um disco de aço inoxidável a partir de uma solução de oxalato de amônio, e posteriormente contado por espectrometria alfa. Este método produziu espectros com altas resoluções e altos rendimentos de recuperação de 226Ra, além de permitir uma significativa redução do tempo necessário para a determinação de 226Ra nas amostras de água potável, em torno de 4 dias, em comparação com outros métodos, que podem chegar a 20 ou 38 dias para se quantificar este radionuclídeo. / 226Ra is one of the most important radioactive isotopes of natural uranium series in terms of radiation dose, due their relative long half-life (1,600 years) and high radiotoxicity. The Ministry of Health published Ordinance MS nº 2914 of 12/12/2011, which establishes procedures for control and surveillance of water quality for human consumption and its potability standard, the maximum limits allowed for this radionuclide. Demands for these determinations increased, justifying the development of faster and more accurate techniques for determination this radionuclide, since the technique used routinely takes about 38 days for this determination. Three different methods for determination of 226Ra were tested, with some changes made from the original methods. The method developed by Roman, which does not perform purification of radium, only making electrodeposition procedure for standard solutions, followed by alpha spectrometer counting, was ineffective, with very low recovery yields and with low spectral resolution. The method developed by United States Department of Energy (DOE) performs purification and uses 224Ra as yield tracer. Purification is carried out by means of cation exchange resin with subsequent electrodeposition and counting. The method tested indicated presence of interfering, and recovery yield of radium did not provide good result; spectral resolution was median, moreover, its yield tracer is a natural isotope and requires an extremely laborious procedure with radiochemical determinations in duplicate. The method developed by Crespo was being successively modified and complemented by the development of a new method. The method uses 225Ra as yield tracer. Radium was purified using Ln® resin and cation exchange resin and electrodeposited on a stainless steel disc from solution of ammonium oxalate, and counted by alpha spectrometry. This method produced spectra with high resolutions and high recovery yields of 226Ra. Furthermore, the method allows significant reduction in time required for determination of 226Ra in drinking water samples, around 4 days, in comparison with other methods, which can reach 20 or 38 days to quantify this radionuclide.

Neste trabalho foi descrita a preparação e caracterização dos sistemas vítreos NaPO3-WO3, NaPO3-Nb2O5, KPO3-WO3 e KPO3-Nb2O5, sendo os dois últimos sistemas inéditos na literatura. A introdução dos óxidos de nióbio e tungstênio em vidros fosfatos tem como finalidade melhorar as propriedades mecânicas, a estabilidade térmica e química, bem como as propriedades ópticas, tais como fotocromismo ou absorção óptica não-linear. Condições de síntese, tais como a temperatura de fusão e tempo foram otimizadas, permitindo a formação de amostras homogêneas e transparentes, com uma boa qualidade óptica e alta estabilidade térmica contra devitrificação. As amostras vítreas foram caracterizadas por meio de análise térmica, estrutural e óptica. O DSC foi utilizado para determinar as temperaturas características e parâmetros de estabilidade térmica frente à cristalização. A espectroscopia FTIR foi realizada, e juntamente com a espectroscopia Raman, permitiu a caracterização estrutural dos vidros finais em função da composição, demonstrando o efeito da incorporação de metais de transição na estrutura da rede vítrea. Também foram realizadas medidas de absorção óptica na região do UV-VIS-NIR e estudos de cristalização, utilizando a difração de raios x. Amostras do sistema KPO3-Nb2O5 foram dopadas com sais de metais nobres e foi realizado tratamento térmico para a precipitação de nanopartículas metálicas. / In this work was described the preparation and characterization of NaPO3 – WO3, NaPO3 – Nb2O5; KPO3 – WO3 e KPO3 – Nb2O5 glass systems, being the systems with KPO3 unpublished at literature. The introduction of niobium and tungsten oxides in phosphate glasses enhances mechanical properties, thermal and chemical stability as well as optical properties such as photochromism or non linear optical absorption. Synthesis conditions such as melting temperature and time were improved, allowing the formation of homogeneous and transparent samples with good optical quality and high thermal stability against devitrification. Glass samples were characterized by means of thermal, structural and optical analysis. DSC was used to determine characteristic temperatures and thermal stability parameters. FTIR spectroscopy was realized and with the Raman spectroscopy allowed the structural characterization of the final glasses in function of the composition, showing the effect of incorporation of transition metals in the glass network structure. Measurements of optical absorption in the UV - VIS - NIR region and crystallization studies using x-ray diffraction were also performed. Samples of the system KPO3-Nb2O5 were doped with noble metal salts and heat treatment was conducted for the precipitation of metal nanoparticles.

Ligas Ti-Si-B contendo a fase Ti6Si2B possuem potencial para aplicações estruturais em elevadas temperaturas, pois apresentam boa resistência à oxidação e baixos valores de anisotropia cristalográfica. O presente trabalho visa investigar o efeito da adição de Al e de Mg na estabilidade da fase Ti6Si2B e na resistência a oxidação de ligas de (67-x)Ti-xAl-22Si-11B, (67-x)Ti-xMg-22Si-11B produzidas por moagem de alta energia e subsequente sinterização. Os teores de Al e Mg variaram em 2 e 7 %-at. As misturas de pós elementares foram preparadas em um moinho de bolas planetário. Para entender o efeito da moagem de alta energia nas transformações de fases, as misturas de pós foram processadas por diferentes tempos: 20, 60, 180, 300, 420 e 600 minutos. Amostras moídas por 600 minutos foram usadas para preparar pastilhas cilíndricas de 6 mm de diâmetro, por meio de compactação uniaxial seguido de sinterização em atmosfera de argônio (à 1100ºC durante 240 min). Os pós moídos e as amostras sinterizadas foram caracterizadas com o auxílio de técnicas de difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectrometria por energia dispersiva (EDS). Para determinar a resistência à oxidação das ligas sinterizadas, as amostras foram aquecidas à 900 por 900 min, enquanto que medidas de dureza Vickers foram feitas para determinar a homogeneidade química e microestrutural desses materiais. Os resultados de DRX indicaram que soluções sólidas supersaturadas foram formadas durante a moagem das misturas de pós Ti-Al-Si-B e Ti-Mg-Si-B. No caso das ligas Ti-Mg-Si-B sinterizadas, notou-se a quantidade reduzida de Ti6Si2B com o aumento do teor de magnésio na liga, e as fases Ti5Si3 e TiB foram preferencialmente formadas durante a sinterização. Para as ligas contendo alumínio, observou-se uma redução na formação da fase Ti6Si2B com o aumento dos teores do elemento adicionado, havendo a formação da fase Ti5Si3 para a liga contendo 7 (at.%) de alumínio. / Ti-Si-B alloys containing the Ti6Si2B phase have potential for high-temperature structural applications, because exhibit oxidation resistance and low crystallographic anisotropy. The presented work aims to investigate the effect of Al and Mg addition on the Ti6Si2B stability and oxidation resistance of the (67-x)Ti-xAl-22Si-11B, (67-x)Ti-xMg-22Si-11B alloys produced by high-energy ball milling and subsequent sintering. The Al and Mg contents varied in 2 and 7%-at. The elemental powder mixtures were prepared in a planetary ball mill. The powder mixtures were processed at different times: 20, 60, 180, 300, 420 and 600 min, to understand on effect of high-energy milling. Powders milled for 600 minutes were used to prepare round samples with 6 mm diameter by uniaxial pressing followed by sintering in argon atmosphere (1100ºC for 240 min). The milled powders and the sintered samples were characterized by means of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) techniques. Heating in air up to 900 and 1100 oC for 240 min was conducted to determine the oxidation resistance of the sintered alloys, while the Vickers hardness measurements were performed in order to determine the chemical and microstructural homogeneities of these materials. XRD results indicated the presence of extended solid solution during milling of Ti-Al-Si-B and Ti-Mg-Si-B powder mixtures. In the sintered Ti-Mg-Si-B alloys, it was noted the reduced Ti6Si2B amount with increase of Mg content in alloy, and the Ti5Si3 and TiB phases were preferentially formed during sintering. For alloys containing aluminum, there was a reduction in Ti6Si2B phase’s formation with the increasing of added element content, having the Ti5Si3 phase’s formation for the alloy containing 7(at.%) of aluminum.

Vários trabalhos têm indicado que ligas de titânio formadas por Tiss (ss -solução sólida) e Ti6Si2B apresentam potencial para aplicações estruturais em altas temperaturas e para fabricação de implantes ortopédicos devido ao baixo coeficiente de anisotropia cristalográfica do composto Ti6Si2B e às características de integração óssea da liga Ti-10Si-5B (%at.), respectivamente. Entretanto, o composto Ti6Si2B tem sua região monofásica restrita e próxima da composição Ti-22,2Si-11,1B (%at.) e o uso de elementos ligantes pode contribuir para estender sua região de estabilidade, evitando assim a possibilidade de formação de Ti5Si3. Nesse contexto, o presente trabalho avalia o efeito da adição do cobre e do tungstênio na estabilidade do composto Ti6Si2B, variando suas quantidades em 2 e 6 %at. Para obter as homogeneidades química e microestrutural, as ligas quaternárias foram produzidas por moagem de alta energia e subsequente sinterização. As transformações de fases ocorridas nas amostras dos pós moídos e também nas ligas Ti-Cu-Si-B e Ti-W-Si-B tratadas foram caracterizadas pelas técnicas de difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectrometria por energia dispersiva (EDS). Em pós de Ti-Cu-Si-B, os picos de silício e cobre desapareceram após 180min de moagem, sugerindo que ocorreu a dissolução desses elementos na estrutura cristalina do titânio, enquanto que a fase Ti6Si2B foi formada nas amostras sinterizadas. Contudo, a fase Ti5Si3 e outras regiões ricas em ferro foram também identificadas na microestrutura da liga Ti-2Cu-22,2Si-11,1B tratada. Nas misturas de Ti-W-Si-B, foram identificadas as fases Ti6Si2B e Ti5Si3 em todos os tempos de moagem, incluindo as ligas provenientes dos pós aderidos aos meios de moagem. Apenas a mistura Ti-2W-22Si-11B (%at.) moída por 7 h obteve uma densificação quase completa após sinterização. Nessa mesma liga, uma fase com estequiometria próxima a Ti2W foi identificada por microanálise via EDS. As demais ligas do sistema Ti-W-Si-B estudadas apresentaram quantidade significativa de poros em suas microestruturas. O tungstênio foi preferencialmente dissolvido na fase desconhecida e em Ti5Si3. Teores de ferro foram detectados com maior evidência em ligas produzidas por moagem durante 10 h. / Various works have indicated that the titanium alloys formed by Tiss (ss-solid solution) and Ti6Si2B present potential for high-temperature structural applications and fabrication of orthopedic implants due to the low crystallographic anisotropy of Ti6Si2B and osseointegration features of the Ti-10Si-5B alloy (at.-%), respectively. However, the Ti6Si2B compound exists in a narrow single-phase region close to the Ti-22,2Si-11,1B composition alloy (at.-%) and the alloying addition can contribute to extend its stability region avoiding the formation of Ti5Si3. In this regard, the present work evaluates the effect of copper or tungsten addition on the Ti6Si2B stability, varying their amounts in 2 and 6 at.-%. To obtain the chemical and microstructural homogeneities the quaternary alloys were produced by high-energy ball milling and subsequent sintering. The phase transformations occurred during milling and sintering of the Ti-Cu-Si-B and Ti-W-Si-B powders were evaluated by the X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive spectrometry (EDS). In the Ti-Cu-Si-B powder mixtures, the peaks of silicone and copper disappeared after 180 min of milling suggesting that occurred their dissolution into the titanium lattice whereas the Ti6Si2B phase was formed in the sintered samples. However, the Ti5Si3 phase and others iron-rich regions were also identified in microstructure of the sintered Ti-2Cu-22,2Si-11,1B alloy. In Ti-W-Si-B mixtures, the Ti6Si2B and Ti5Si3 phases were identified in all milling times, including alloys produced by adhered powders on the milling tools. Only the Ti-2W-22Si-11B at.-% mixture milled for 300 min got a nearly full densification after sintering. In the same alloy, a phase with stoichiometry close to Ti2W was identified by microanalysis via EDS. The other alloys from the Ti-W-Si-B system showed a significant amount of pores in their microstructures. Tungsten is preferably dissolved in the unknown and Ti5Si3 phases. Iron contents were detected with greater evidence in alloys produced by milling for 10 h. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

A Tialita (- Al2TiO5) apresenta elevada resistência ao choque térmico, alto ponto de fusão, baixo coeficiente de expansão térmica linear reversível (25-1000C  1,0 x 10-6 C-1), baixa condutividade térmica, além de boa resistência ao ataque por banhos metálicos. Devido a estas características, ela apresenta um alto potencial no setor de refratários, para aplicações em indústrias de fundição e automotiva, tubos de proteção de termopares em banhos de metais não ferrosos, cadinhos, entre outros. Todavia, a tialita apresenta dois problemas críticos: a decomposição eutetóide em seus óxidos precursores na faixa de 750 a 1300ºC e a formação de trincas em sua matriz durante o resfriamento após a sinterização devido à sua elevada anisotropia, comprometendo a resistência mecânica do produto. De acordo com a literatura, a microestrutura final obtida em peças de tialita através de processamento cerâmico convencional (com tamanho de grãos maiores que 2 mícrons) não consegue impedir o problema do microtrincamento, com consequente fragilização do produto. Através da moagem de alta energia (MAE) é possível obter pós ultrafinos, com grãos de dimensões nanométricas, além de uma elevada homogeneidade na mistura e microestrutura refinada. Nesse trabalho foi investigada a obtenção de tialita variando-se a proporção de TiO2: Al2O3 em 45:45, 55:35 e 35:55 em peso, utilizando 10% em peso de óxido de magnésio como aditivo. Após moídos a úmido por quatro e oito horas via MAE (moagem de alta energia), os pós foram caracterizados por difração de Raios X, não sendo observada a formação de tialita. Pastilhas foram compactadas através de prensagem uniaxial e sinterizadas a 1500oC (2 e 4 horas); a difração de Raios X foi novamente utilizada, onde foi confirmada a formação de tialita em todas as composições e condições de queima avaliadas, sendo ainda identificado em todos os casos a presença de alumina e titânia. Medidas de densidade a verde comprovaram a influência do tempo de moagem na densidade dos corpos, tendo estas medidas variado de 2,25 g/cm3 para as amostras com equimolares em alumina e titânia moídas durante 4 horas até 2,41 g/cm3 para as amostras com excesso de titânia moídas durante 8 horas. Quanto maior o tempo de queima e de moagem, menor a porosidade encontrada, os maiores valores foram encontrados para a composição AT, que apresentaram porosidade entre 12 a 14%; já os melhores resultados foram obtidos para composição com excesso de titânia (5,54% de porosidade). Os valores de retração ficaram muito próximos, em torno de 10% para a maioria das amostras. Para a caracterização mecânica e microestrutural dos corpos queimados foram realizados ainda os ensaios de compressão diametral e microscopia eletrônica de varredura, respectivamente. No que concerne a resistência mecânica, os resultados mostraram o efeito positivo da moagem, onde foi observado que quanto maior o tempo de moagem, maior a resistência à compressão diametral, sendo que as amostras com excesso de titânia apresentaram os melhores resultados, chegando a 9,31 MPa, enquanto que as amostras AT não ultrapassaram 4,88 MPa. As amostras com maior teor de titânia foram as que apresentaram também microestrutura mais refinada, com tamanho de grãos de até 1 m. / The Tialite (- Al2TiO5) has an excellent thermal shock resistance, high melting point, very low coefficient of reversible linear thermal expansion (25-1000C1,0x10-6 C-1), low thermal conductivity, as well as good resistance to attack by molten metal. Due to these technical features, this material has good potential for application concerning refractory segments such as applications in the foundry and automotive industries, thermocouples for non-ferrous, metal baths, and crucibles, among others. However, the tialite presents two critical issues: 1). It decomposes, giving rise to Al2O3-α and titanium oxide (rutile) by a eutectoid reaction at temperatures between 750 a 1300ºC and 2). The expansion crystal structure anisotropy, that promotes the low thermal expansion coefficients, provokes micro cracking, affecting the product’s mechanical strength. These two issues impact, the final tialite microstructure obtained by the conventional ceramic processing (that has grain size larger than 2 micros) demonstrating that it cannot avoid a micro cracking problem, resulting in the consequential weakening of the product. Through the High Energy Milling or Mechanical Alloying (MA), it is possible to obtain ultrafine powders, grains with nanometric dimensions, as well as a high homogeneity in the mixture and refined microstructure. In this study, it was investigated different ways to obtain tialite by varying the ratio of TiO2: Al2O3 of 45:45, 55:35 and 35:55 molar weight, using 10% molar weight of magnesium oxide as additive. After wet milling for four and eight hours, using high energy milling, the powders were characterized by X-ray diffraction, tialite's formation was not being observed. Tablets were compacted by uniaxial pressing and sintered at 1500oC (2 and 4 hours); X-ray diffraction was used again, which confirmed tialita formation in all compositions. Evaluation of the firing conditions also been identified in all cases the presence of alumina and titanium oxide. Density measurements showed the influence of milling time on the density of the green samples, where density measurements varied from 2.25 g/cm3 for samples with equimolar alumina and titania milled for 4 hours until 2.41 g/cm3 for samples with greater titania content milled for 8 hours. For longer sintering and milling time, it results in lower porosity results, the higher porosity results were related the samples named AT, which showed porosity between 12 and 14%; on the other hand, good results were achieved for samples with greater titania content (5.54% of porosity). The diametrical shrinkage results were really similar for all samples, it were around 10% for the most samples. Mechanical and micro structural characterization of burned samples were also carried out, as well as, the diametrical compression tests and scanning electron microscopy, respectively. Concerning mechanical strength, the results showed the positive effects of milling time, where the, tests showed, the longer the milling time, the greater the resistance encountered in diametric compression, where samples with greater titania content demonstrated the highest resistance, achieved 9.31 MPA, while the samples AT didn’t achieve more than 4.88MPa. The samples with greater titania content also demonstrated more refined microstructure with grain size of 1m.