Este trabalho tem como objetivo a síntese da liga Fe IND.78-X Al IND.X Si IND.9 B IND.13, com o X=0, 10, 20, 30 e 50, através da moagem utilizando para isto um moinho de bolas de alta energia. As técnicas de difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, SQUID, análise térmica diferencial (DTA) e espectroscopia Mössbauer são utilizadas na verificação da dependência da estrutura e propriedades magnéticas com o tempo de moagem e diferentes concentrações de Al. Com a moagem uma solução sólida com estrutura BCC é formada, com os átomos sendo distribuídos de forma aleatória na rede. O tamanho de grãos descresce rapidamente nos primeiros estágios de moagem e depois, com a continuação da moagem, permanece aproximadamente constante. Os espectros Mössbauer apresentam linhas alargadas, uma característica dos materiais submetidos a moagem, e forma ajustados considerando sítios paramagnéticos, sextetos cristalinos e distribuições Gaussianas de campos hiperfinos. As medidas magnéticas mostram que as ligas possuem propriedades de material magnético mole. A magnetização e a coercividade diminuem com o tempo de moagem, indicando um aumento no número de átomos não-magnéticos em torno do átomo de ferro e a diminuição do tamanho do grão, respectivamente. Com o aumento da concentração de Al, o tamanho do grão da solução sólida tende a diminuir e o sistema perde seu ordenamento magnético. As curvas DTA mostram uma transformação exotérmica associada à cristalização de fases amorfas e ao ordenamento da solução sólida Fe(Al, Si, B) para formar outros compostos. O tratamento térmico dos pós moídos forma os intermetálicos FeAl, FeAl IND.2. As amostras submetidas a tempos de moagem maiores dão origem a fases nanocristalinas e amorfas com alto grau de contaminação pelos componentes de moinho. / The purpose of the present work is the synthesis of Fe IND.78-xAl IND.xSi IND.9B IND.13 alloy, with x=0, 10, 20, 30 and 50, by mechanical alloying in a high energy planetary ball mil. The effect of the milling time and Al content on the structure and magnetic properties has been studied by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, SQUID, differential analysis thermal (DTA) and Mossbauer spectroscopy. After milling a Fe-Al-Si-B solid solution with a bcc structure is formed. The atoms are assumed to be randomly distributed in lattice, the grain size decrease dramatically at the early milling stages with further milling to remain relatively stable at the late stages. The Mossbauer spectra show lines broad, a characteristic of milled materials, and were fitted by considering paramagnetic phases, crystalline sextet and Gaussian distributions of hyperfine fields. The magnetic measurements show soft magnetic properties. The magnetization and coactivity decrease with milling time, indicating an increasing number of nonmagnetic atoms around the iron atoms and decrease of grain size, respectively. With increasing Al content, the grain size of the solid solutions decreased, and the system loses its magnetic order. The DTA curves show the exothermic transformation associated to crystallization of amorphous phase and ordering of the Fe(Al,Si,B) solid solutions to form other compounds. The annealing of milled powders form the ordered FeAl and FeAl IND.2 intermetallic. Long milling times resulted in Nano crystalline and amorphous phases highly contaminated by the milling tools.

Made available in DSpace on 2018-08-01T21:59:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_11389_Dissertação final Erik Fissicaro Procópio.pdf: 24584907 bytes, checksum: 5ba9c93de30291017ebff299b50c84bf (MD5) Previous issue date: 2017-07-27 / Neste trabalho, estudamos a formação e as propriedades estruturais e magnéticas das fases de ferritas Mn1-xZnxFe2O4 (x = 0; 0,5; 1), preparadas pela técnica de moagem (High-energy ball milling), via difração de raios-X (DRX), espectroscopia Mössbauer do 57Fe (sem campo aplicado) e medidas de susceptibilidade magnética (em função da temperatura e da frequência do campo AC). Para as ferritas mista e pura de Mn, houve um acidente no processo de preparação e constatamos uma contaminação dos materiais, que comprometeu a apresentação sistemática dos resultados. Resolvemos apresentar os resultados nesta dissertação para ficarem registrados. Com a parte confiável dos dados, fomos capazes de inferir que todas as ferritas, preparadas por moagem nas condições estabelecidas neste trabalho, apresentam uma cinética de formação bastante similar. Contudo, tivemos sucesso na produção da ferrita de zinco (ZnFe2O4), onde acompanhamos a cinética de formação desta fase, que se iniciou nas primeiras 10 h de moagem, mas que não se completou mesmo após 200 h [existe ainda 6% dos precursores (pós de ZnO e α-Fe2O3) no material]. Especificamente, observamos uma alta taxa de formação da fase ZnFe2O4 até às 90 h de moagem, com posterior redução da taxa de reação de estado sólido entre os pós precursores. Por espectroscopia Mössbauer do 57Fe e difração de raios-X, distinguimos a formação de duas fases distintas da ferrita ZnFe2O4 moída por 200 h: uma com estrutura cristalina do tipo espinélio e parâmetro de rede similar ao valor encontrado para este material no bulk e uma fase magnética. Esta fase com grãos cristalinos da ordem de 12 nm para a amostra moída 200 h (recém moída), segundo os espectros Mössbauer, tem temperatura de ordem magnética bem acima (TC ≈ 90 K) daquela encontra para a ferrita no bulk, que é de 10 K. Atribuímos este aumento no valor de TC ao processo de inversão catiônica entre os sítios A e B da estrutura espinélio que, por sua vez, deveriam ser ocupados somente por íons Zn e Fe, respectivamente. A outra componente dos espectros Mössbauer, com temperatura de ordem magnética acima de 300 K, corresponde uma distribuição de campos magnéticos hiperfinos. As frações destas componentes mudam à medida que procedemos com tratamentos térmicos, ou seja, quando se: (i) aumenta o tamanho médio de grãos, (ii) reduz as micro-tensões produzidas pelo processo de moagem e (iii) reduz também a inversão catiônica entre os sítios A e B. Este processo de tratamento térmico produz um material ainda nanoestruturado, mas com grãos da ordem de 14-17 nm, que se ordenam em temperaturas inferiores à temperatura de 30 K, segundo medidas de susceptibilidade magnética AC e Mössbauer. Propomos dois modelos (A e B) para explicar nossos dados experimentais. No modelo A, a região de contorno de grão é desprezível do ponto de vista magnético e teríamos uma vasta distribuição de tamanhos de grãos. No modelo B, teríamos uma distribuição mais estreita de grãos, mas com grande contribuição das regiões de contornos de grãos, ou seja, região que governará a interação magnética entre os grãos. Não conseguimos definir qual dos modelos é o mais apropriado, mas baseado em argumentos físicos, inferimos que seja o modelo B. De qualquer forma, os grãos, com ordem cristalina, estariam interagindo magneticamente e produzindo um T0 (do modelo de Fulcher) de 75 K. Este valor, juntamente com os dados de susceptibilidade magnética, indicam que a ferrita de ZnFe2O4 tratada termicamente em 773 ou 973 K exibe comportamento tipo cluster-glass, com valores das temperaturas de congelamento bem definidos, uma vez que @Tχ(Tf ; f) = 0.

Este trabalho tem como objetivo a síntese da liga Fe IND.78-X Al IND.X Si IND.9 B IND.13, com o X=0, 10, 20, 30 e 50, através da moagem utilizando para isto um moinho de bolas de alta energia. As técnicas de difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, SQUID, análise térmica diferencial (DTA) e espectroscopia Mössbauer são utilizadas na verificação da dependência da estrutura e propriedades magnéticas com o tempo de moagem e diferentes concentrações de Al. Com a moagem uma solução sólida com estrutura BCC é formada, com os átomos sendo distribuídos de forma aleatória na rede. O tamanho de grãos descresce rapidamente nos primeiros estágios de moagem e depois, com a continuação da moagem, permanece aproximadamente constante. Os espectros Mössbauer apresentam linhas alargadas, uma característica dos materiais submetidos a moagem, e forma ajustados considerando sítios paramagnéticos, sextetos cristalinos e distribuições Gaussianas de campos hiperfinos. As medidas magnéticas mostram que as ligas possuem propriedades de material magnético mole. A magnetização e a coercividade diminuem com o tempo de moagem, indicando um aumento no número de átomos não-magnéticos em torno do átomo de ferro e a diminuição do tamanho do grão, respectivamente. Com o aumento da concentração de Al, o tamanho do grão da solução sólida tende a diminuir e o sistema perde seu ordenamento magnético. As curvas DTA mostram uma transformação exotérmica associada à cristalização de fases amorfas e ao ordenamento da solução sólida Fe(Al, Si, B) para formar outros compostos. O tratamento térmico dos pós moídos forma os intermetálicos FeAl, FeAl IND.2. As amostras submetidas a tempos de moagem maiores dão origem a fases nanocristalinas e amorfas com alto grau de contaminação pelos componentes de moinho. / The purpose of the present work is the synthesis of Fe IND.78-xAl IND.xSi IND.9B IND.13 alloy, with x=0, 10, 20, 30 and 50, by mechanical alloying in a high energy planetary ball mil. The effect of the milling time and Al content on the structure and magnetic properties has been studied by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, SQUID, differential analysis thermal (DTA) and Mossbauer spectroscopy. After milling a Fe-Al-Si-B solid solution with a bcc structure is formed. The atoms are assumed to be randomly distributed in lattice, the grain size decrease dramatically at the early milling stages with further milling to remain relatively stable at the late stages. The Mossbauer spectra show lines broad, a characteristic of milled materials, and were fitted by considering paramagnetic phases, crystalline sextet and Gaussian distributions of hyperfine fields. The magnetic measurements show soft magnetic properties. The magnetization and coactivity decrease with milling time, indicating an increasing number of nonmagnetic atoms around the iron atoms and decrease of grain size, respectively. With increasing Al content, the grain size of the solid solutions decreased, and the system loses its magnetic order. The DTA curves show the exothermic transformation associated to crystallization of amorphous phase and ordering of the Fe(Al,Si,B) solid solutions to form other compounds. The annealing of milled powders form the ordered FeAl and FeAl IND.2 intermetallic. Long milling times resulted in Nano crystalline and amorphous phases highly contaminated by the milling tools.

Investigamos o fenômeno da segregação de fases em ligas ferro-níquel de estrutura cúbica de faces centradas, na região do invar (~35 a 50% Ni ). As amostras foram preparadas pela decomposição térmica de oxalatos mistos Fe1-x Ni xC2O4.2H20, a temperaturas selecionadas; este método de preparação assegura que o equilíbrio termodinâmico é atingido muito mais rapidamente que pelos métodos convencionais. As amostras foram examinadas por espectroscopia Mössbauer; evidências anteriores mostraram que as duas f ases resultantes da segregação diferem notavelmente em suas propriedades magnéticas, mas são idênticas do ponto de vista estrutural, o que impossibilita a sua distinção pelas técnicas usuais de raios X. Amostras foram preparadas com concentrações entre 36 e 50% Ni e a temperaturas entre 350 e 600°C. O aparecimento de uma linha central no espectro Mössbauer foi usado como critério para a ocorrência de segregação. Dessa forma, mapeamos a fronteira do \"gap\" de miscibilidade nessa região do diagrama de fases do Fe-Ni. / We have investigated the phenomenon of phase segregation in iron-nickel alloys with a face-centered cubic structure, in the invar region (~35 to 50% Ni ). The samples were prepared by thermal decomposition of mixed oxalates, Fe1-x Ni xC2O4.2H20, at selected temperatures. This method ensures that thermodynamic equilibrium is reached much more rapidly than by conventional methods. The samples were examined by means of Mössbauer spectroscopy; previous evidence has shown that the two phases resulting from segregation differ markedly in their magnetic properties but are structurally identical, which renders their distinction impossible by usual X-ray techniques. Samples were prepared at concentrations between 36 and 50% Ni and at temperatures ranging from 350 to 600°C. The appearance of a central line in the Mössbauer spectrum was taken as the criterion for segregation occurrence. We thus mapped the miscibility gap boundary in this region of the Fe-Ni phase diagram.

Investigamos os fenômenos de reorientação de spins em diversos compostos intermetálicos com a estrutura tipo ThMn IND. 12. Foram estudadas as ligas pseudoternárias (Dy IND. XGd IND. 1-x)Fe IND. 11Ti, (Dy IND. XEr IND. 1-x)Fe IND. 11Ti e (Tb IND. XGd IND. 1-X)Fe IND. 11Ti e o composto ternário DyFe IND. 10Si IND. 2. As técnicas utilizadas neste trabalho foram: suscetibilidade AC em campos baixos, dependência angular da magnetização em amostras orientadas, e espectroscopia Mössbauer. Todas as ligas sofrem uma reorientação de spins do tipo axial-cônico ao abaixar-se a temperatura. Além disto, (Dy IND. XGd IND. 1-x)Fe IND. 11Ti, (Dy IND. XEr IND. 1-x)Fe IND. 11Ti exibem uma reorientação cônico-planar a baixas temperaturas, mas somente para um intervalo limitado de concentrações de Gd ou Er, (Tb IND. XGd IND. 1-X)Fe IND. 11Ti, por outro lado, sofre uma transição axial-planar para x > 0,6, e nenhuma transição para x < 0,6. A partir de um modelo a um íon para as interações de troca e de campo cristalino, calculamos diagramas de fase magnéticos, que apresentaram boa concordância com os dados experimentais. Finalmente, estudamos a reorientação de spins em DyFe IND. 10Si IND. 2 por meio de uma análise detalhada da variação dos parâmetros hiperfinos do ANTPOT. 57 Fe com a temperatura. Dessa forma, determinamos com precisão o intervalo de temperaturas da transição axial-cônica e confinamos a ausência de uma transição cônica-planar neste composto. / We have investigated spin reorientation phenomena in various rare earth-iron intermetallic compounds with the ThMnl2 structure. Pseudoternary (DyxGdl-x)Fe11Ti, (DyEr1-x)Fe11Ti and (TbxGd1-x)Fe11Ti alloys and the ternary compound DyFe10Si2 were studied. The experimental techniques used in this work were: low-field AC susceptibility, oriented-powder magnetization angular dependence, and Mössbauer spectroscopy. All alloys studied undergo an axial-conical spin reorientation on cooling. In addition, (DyxGdl-x)Fe11Ti and(DyEr1-x)Fe11Ti exhibit a conical-planar reorientation at lower temperatures, but on1y for a small Gd or Er concentration range. (TbxGd1-x)Fe11Ti alloys, on the other hand, undergo a single axial-planar transition for x > 0.6, and no reorientation at all for x < 0.6. Theoretical magnetic phase diagrams were calculated with a single-ion model for exchange and crystal-field interactions, showing good agreement with the experimental data. Finally, the DyFe10Si2 reorientation was studied by means of a detailed analysis of the 57Fe hyperfine parameters temperature dependence; in this way the axial-conical transition temperature interval was accurately determined, and the absence of a further conical-planar transition for this compound was confirmed.

Investigamos os fenômenos de reorientação de spins em diversos compostos intermetálicos com a estrutura tipo ThMn IND. 12. Foram estudadas as ligas pseudoternárias (Dy IND. XGd IND. 1-x)Fe IND. 11Ti, (Dy IND. XEr IND. 1-x)Fe IND. 11Ti e (Tb IND. XGd IND. 1-X)Fe IND. 11Ti e o composto ternário DyFe IND. 10Si IND. 2. As técnicas utilizadas neste trabalho foram: suscetibilidade AC em campos baixos, dependência angular da magnetização em amostras orientadas, e espectroscopia Mössbauer. Todas as ligas sofrem uma reorientação de spins do tipo axial-cônico ao abaixar-se a temperatura. Além disto, (Dy IND. XGd IND. 1-x)Fe IND. 11Ti, (Dy IND. XEr IND. 1-x)Fe IND. 11Ti exibem uma reorientação cônico-planar a baixas temperaturas, mas somente para um intervalo limitado de concentrações de Gd ou Er, (Tb IND. XGd IND. 1-X)Fe IND. 11Ti, por outro lado, sofre uma transição axial-planar para x > 0,6, e nenhuma transição para x < 0,6. A partir de um modelo a um íon para as interações de troca e de campo cristalino, calculamos diagramas de fase magnéticos, que apresentaram boa concordância com os dados experimentais. Finalmente, estudamos a reorientação de spins em DyFe IND. 10Si IND. 2 por meio de uma análise detalhada da variação dos parâmetros hiperfinos do ANTPOT. 57 Fe com a temperatura. Dessa forma, determinamos com precisão o intervalo de temperaturas da transição axial-cônica e confinamos a ausência de uma transição cônica-planar neste composto. / We have investigated spin reorientation phenomena in various rare earth-iron intermetallic compounds with the ThMnl2 structure. Pseudoternary (DyxGdl-x)Fe11Ti, (DyEr1-x)Fe11Ti and (TbxGd1-x)Fe11Ti alloys and the ternary compound DyFe10Si2 were studied. The experimental techniques used in this work were: low-field AC susceptibility, oriented-powder magnetization angular dependence, and Mössbauer spectroscopy. All alloys studied undergo an axial-conical spin reorientation on cooling. In addition, (DyxGdl-x)Fe11Ti and(DyEr1-x)Fe11Ti exhibit a conical-planar reorientation at lower temperatures, but on1y for a small Gd or Er concentration range. (TbxGd1-x)Fe11Ti alloys, on the other hand, undergo a single axial-planar transition for x > 0.6, and no reorientation at all for x < 0.6. Theoretical magnetic phase diagrams were calculated with a single-ion model for exchange and crystal-field interactions, showing good agreement with the experimental data. Finally, the DyFe10Si2 reorientation was studied by means of a detailed analysis of the 57Fe hyperfine parameters temperature dependence; in this way the axial-conical transition temperature interval was accurately determined, and the absence of a further conical-planar transition for this compound was confirmed.

Investigamos o fenômeno da segregação de fases em ligas ferro-níquel de estrutura cúbica de faces centradas, na região do invar (~35 a 50% Ni ). As amostras foram preparadas pela decomposição térmica de oxalatos mistos Fe1-x Ni xC2O4.2H20, a temperaturas selecionadas; este método de preparação assegura que o equilíbrio termodinâmico é atingido muito mais rapidamente que pelos métodos convencionais. As amostras foram examinadas por espectroscopia Mössbauer; evidências anteriores mostraram que as duas f ases resultantes da segregação diferem notavelmente em suas propriedades magnéticas, mas são idênticas do ponto de vista estrutural, o que impossibilita a sua distinção pelas técnicas usuais de raios X. Amostras foram preparadas com concentrações entre 36 e 50% Ni e a temperaturas entre 350 e 600°C. O aparecimento de uma linha central no espectro Mössbauer foi usado como critério para a ocorrência de segregação. Dessa forma, mapeamos a fronteira do \"gap\" de miscibilidade nessa região do diagrama de fases do Fe-Ni. / We have investigated the phenomenon of phase segregation in iron-nickel alloys with a face-centered cubic structure, in the invar region (~35 to 50% Ni ). The samples were prepared by thermal decomposition of mixed oxalates, Fe1-x Ni xC2O4.2H20, at selected temperatures. This method ensures that thermodynamic equilibrium is reached much more rapidly than by conventional methods. The samples were examined by means of Mössbauer spectroscopy; previous evidence has shown that the two phases resulting from segregation differ markedly in their magnetic properties but are structurally identical, which renders their distinction impossible by usual X-ray techniques. Samples were prepared at concentrations between 36 and 50% Ni and at temperatures ranging from 350 to 600°C. The appearance of a central line in the Mössbauer spectrum was taken as the criterion for segregation occurrence. We thus mapped the miscibility gap boundary in this region of the Fe-Ni phase diagram.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissMSVK.pdf: 2016332 bytes, checksum: c7d2567be46c9a21abce63c045485207 (MD5) Previous issue date: 2005-03-18 / Financiadora de Estudos e Projetos / We presented in this work a study of the influence of the thickness of Al thin film deposited in substratum of low carbon steel. Alloys of steel low carbon and aluminum are used broadly in automobile and aerospace industries. We studied the nitrides formation, starting from a process of pre-heat-treatment of the samples in the nitriding camera followed by plasma nitriding, in the temperatures of 300°C and 400°C. The following techniques: Conversion Electrons Mössbauer Spectroscopy (CEMS), X-ray diffraction (XRD), Scan Eletron Microscopy (SEM) and Vickers microhardness test were used for the characterization of those samples. The Aluminium purity for the films was 99,99%. The steel low carbon substrate was supplied by IPT-SP (Institute of Researches Technological-SP) and after the samples be cut and polished, they received the film of aluminum. Soon after they were pre-heat-treated (section 4.1) and nitreded in the temperatures of 300oC and 400oC for 4 hours in composed atmosphere for 80% of H2 and 20%N2. After the nitriding the samples were characterized by the techniques referred above. For the temperature of 300oC, the X-ray Diffraction results showed the formation of the phases &#945;-Fe, Al and AlN. The Mössbauer spectroscopy showed &#945;- Fe and formation of solid solution of Fe in aluminum. For the temperature of 400oC, we still observed the formation of the phase Fe4Al13, for the two techniques. The Mössbauer Spectroscopy also showed that the increase of the percentage of the phase Fe4Al13 has a possible dependence with the nitriding temperature and with the thickness of the film of aluminum. The images of MEV and the Vickers microhardness tests, just revealed the presence of nitrides of iron in the borders of the samples. / Apresentamos neste trabalho um estudo da influência da espessura do filme de Al depositado em substrato de aço baixo carbono. Ligas de aço baixo carbono e alumínio são largamente empregadas em indústrias automobilísticas e aeroespaciais. Estudamos a formação de nitretos, a partir de um processo de prétratamento das amostras por aquecimento na câmara de nitretação seguido de nitretação a plasma, nas temperaturas de 300°C e 400°C. Para a caracterização dessas amostras foram utilizadas as técnicas de espectroscopia Mössbauer de elétrons de conversão (CEMS), difratometria de raios-x, microscopia eletrônica de varredura, além de ensaios de microdureza Vickers. A pureza do alumínio utilizado na produção dos filmes é de 99,99%. A matriz de aço baixo carbono foi fornecida pelo IPT-SP (Instituto de Pesquisas Tecnológicas-SP) e após as amostras serem cortadas e polidas, receberam o filme de alumínio. Em seguida foram pré-tratadas por aquecimento (seção 4.1) e nitretadas nas temperaturas de 300oC e 400oC durante 4 horas em atmosfera composta por 80% de H2 e 20%N2. Após a nitretação as amostras foram caracterizadas pelas técnicas referidas acima. Para a temperatura de 300 oC, os resultados obtidos com a técnica de difração de raios-x mostraram a formação das fases &#945;-Fe, Al e AlN. A espectroscopia Mössbauer; por outro lado, mostrou &#945;-Fe e formação de solução sólida de Fe em alumínio. Já para a temperatura de 400 oC, observamos ainda a formação da fase Fe4Al13, pelas duas técnicas. A Espectroscopia Mössbauer também mostrou que o aumento da porcentagem da fase Fe4Al13 tem uma possível dependência com a temperatura de nitretação e com a espessura do filme de alumínio. As imagens de MEV e as medidas de microdureza Vickers, revelaram a presença de nitretos de ferro apenas nas bordas das amostras.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5191.pdf: 20369925 bytes, checksum: 0749af81c511635ef963712b018be602 (MD5) Previous issue date: 2013-04-03 / Financiadora de Estudos e Projetos / The plasma nitriding treatment improves mechanical, tribological and corrosion resistance, due to the formation of a nitrided layer consisting of an iron and chromium nitrides and a phase, with an undefined structure, known as expanded austenite (&#947;N). The layer properties are influenced by the nitriding parameters, and the aim of this thesis is to study the influence of gas nitriding pressure in AISI 316L stainless steel. For this purpose, samples of this material were nitrided during 4 hour at 400 ºC in 80% H2 and 20% N2 atmosphere under variable pressures (3 and 7 Torr). Optical and Scanning Electron Microscopy, Vickers microhardness, cytotoxicity, roughness and wear tests, Mössbauer spectroscopy (MS) and X-ray diffraction (XRD) were used to analyze the mechanical, tribological, structural and potential application as a biomaterial in the nitrided samples. The results showed that the halo´s width, formed due to edge effect in the edge sample region, decreases with pressure increase, while their mechanical and tribological properties are not influenced. In the others samples regions, the layer thickness, surface roughness and mass loss reduction in wear test increased with pressure increase until 6 Torr sample and the surface hardness increased with pressure. MS techniques and the grazing angle XRD showed the same phases formed: &#947;N, &#949;, &#945;-FeNi and &#949;-Fe2+XN in all samples and also &#945;"-Fe16N2, &#948;-Fe2N phase in 5-7 Torr samples. These phases indicated that the iron nitrides are responsible for the increase in surface hardness and coefficient of friction increased, where the reduction of &#949; phase concentration increases the coefficient value. The XRD fits shows that the most appropriate &#947;N structure is FCC with stacking faults with nitrogen concentration depth distribution. This distribution and structure, explain the anomalous large expansion and position in the (200) plane, respectively. The cytotoxicity test showed that the nitrided did not present any toxic effect. The sample nitrided at 6 Torr showed the best combined nitriding properties. / O processo de nitretação a plasma melhora a resistência mecânica, tribológica e de corrosão dos materiais, devido à formação de uma camada nitretada composta por nitretos de ferro e crômio, além de uma fase com estrutura ainda indefinida, conhecida como austenita expandida (&#947;N). As propriedades dessa camada são influenciadas pelos parâmetros da nitretação, sendo que o propósito desta tese é estudar a influência do parâmetro referente à pressão do gás nitretante em amostras de aço inoxidável AISI 316L. Para tal, amostras desse material foram nitretadas em atmosfera de 80% de H2 e 20% de N2, sob pressões variáveis (3 a 7 Torr), durante 4 horas a 400 ºC. Microscopia Óptica e Eletrônica de Varredura, Microdureza Vickers, Ensaios de Rugosidade e Desgaste, Espectroscopia Mössbauer (EM), Difração de Raios X (DRX) e Citotoxicidade foram utilizadas para analisar as propriedades mecânicas, tribológicas, estrutural e da potencial aplicação como biomaterial das amostras nitretadas. Os resultados mostraram que a largura do halo formado nas bordas, devido ao efeito de borda no processo, diminui com a pressão, enquanto suas propriedades mecânicas e tribológicas não são influenciadas. Nas demais regiões das amostras, o aumento da pressão resulta no aumento da dureza, e até a pressão de 6 Torr houve o aumento da espessura da camada e rugosidade, e diminuição da massa perdida no desgaste. As técnicas de EM e DRX a ângulo rasante apresentaram as mesmas fases formadas: &#947;N, &#945;-FeNi e &#949;-Fe2+XN em todas as amostras; &#945;"- Fe16N2 e &#948;-Fe2N a partir de 5 Torr. Essas fases indicaram que os nitretos de ferro são os responsáveis pelo aumento da dureza superficial e do coeficiente de atrito, onde a redução da concentração da fase &#949;, aumenta o valor desse coeficiente. Os ajustes dos difratogramas da fase &#947;N indicaram que a estrutura mais apropriada foi a CFC com falha de empilhamento, juntamente com uma distribuição da concentração de nitrogênio ao longo da camada. Essa distribuição e estrutura, explicam a largura e o deslocamento do plano (200) em relação aos outros, respectivamente. Os ensaios de citotoxicidade mostraram que as amostras nitretadas não apresentam caráter tóxico. A amostra nitretada a 6 Torr foi a que apresentou as melhores propriedades combinadas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2497.pdf: 3976239 bytes, checksum: e9a858e529140ece102db7839d0f46af (MD5) Previous issue date: 2009-03-10 / Financiadora de Estudos e Projetos / The plasma nitriding is a technique that improves mechanical and tribological properties of metallic materials as hardness and wear. It improves also the corrosion resistance, because the nitrated layer is formed by phases as the metastable phase (&#947;N), iron nitrides (&#949;-Fe2-3N and &#947; -Fe4N) and chrome nitrides. In recent paper studying nitrided AISI 316L stainless steel, we proposed an empiric model to explain the observed results: The higher the &#949;/&#947; ratio, better the corrosion resistance is. In order to test this model systematically, we produced samples with &#949;/&#947; ratio different values. So, AISI 316L stainless steel samples were nitrided under dc glow discharge, 80 vol. % H2 and 20 vol. % N2 gas mixture, at different conditions of temperature (350º, 400º and 450º C) and time intervals (3, 4 and 5 h). The produced samples were analyzed by X-Ray Diffraction and Mössbauer Spectroscopy, in order to identify the phases presents in the surface layers. The layer thickness was measured by SEM (Scanning Electric Microscope). Besides Hardness Vickers measurements, corrosion performance of the samples was investigated in 3% NaCl aerated electrolytic solution. The present results could not be explained by the first empiric model. Then we proposed a new model: The sample that presents the minimum value for (fórmula) will resist better to corrosion. Besides to explain the presents results, this new model is successful with the previous results. The best condition of treatment was temperature of 400º C, during 4 h, because it produces a sample that presented the best corrosion resistance and a good hardness value. / A nitretação a plasma é uma técnica utilizada no tratamento de superfícies, que proporciona aos materiais metálicos melhores propriedades mecânicas e tribológicas (tais como dureza e desgaste), bem como melhores resultados de resistência à corrosão, através da formação de uma camada nitretada constituída por fases como: &#947;N (supersaturada de nitrogênio), nitretos de ferro (&#949;-Fe2-3N e &#947; -Fe4N) e nitretos de cromo. Em um trabalho anterior do Grupo, foi proposto um modelo empírico, de que para maiores valores da razão &#949;/&#947; , obtemos as melhores resistências à corrosão em aços inoxidáveis AISI 316L nitretados. Partindo desta proposta, confeccionamos amostras nitretadas deste aço em diferentes condições de temperatura (350º, 400º e 450º C) e tempo (3, 4 e 5 h), a uma atmosfera de 80% de H2 e 20% de N2, sob pressão de 6 mbar, para obter valores distintos desta razão, visando um teste sistemático deste modelo. As amostras produzidas foram submetidas a análises de: Difração de Raios-X e Espectroscopia Mössbauer, para determinação da composição das fases formadas; à Microscopia Eletrônica de Varredura para determinação da espessura da camada nitretada; além de ensaios de Microdureza Vickers e de corrosão em solução eletrolítica, naturalmente aerada, contendo 3% NaCl, para análise de sua resistência à corrosão. O modelo empírico mencionado não explicou este conjunto de nova amostras, tendo sido proposto um novo modelo, que obteve sucesso tanto nestas amostras, como nas utilizadas para propor o antigo modelo. Este modelo propõe que a amostra que representa menor valor da equação (fórmula) , apresentará melhor resposta da resistência à corrosão. Dentre as amostras produzidas, a nitretada a 400º C por 4h, além de apresentar a melhor resistência à corrosão, apresentou também valor de dureza satisfatório, sendo considerada a melhor condição de tratamento.