Neste trabalho foram obtidas barras da liga (Fe0,80Al0,20)97B3 por solidificação direcional (SD), nos diâmetros de 3 e 4 mm, com o objetivo de melhorar a magnetostricção desse material através da introdução de textura. As etapas de produção das barras envolveram a fabricação de lingotes da liga por fusão a arco L1, L2 e L6, seguida de usinagem (U) ou forjamento rotativo (F) a quente. O maior comprimento de barra obtido foi de 50 mm. Através de microscopia eletrônica de varredura e análise de composição por espectroscopia de energia dispersiva, detectou-se a presença de boro nas amostras pela visualização do microconstituinte eutético formado da fase ? e da fase Fe2B. Resultados obtidos por difração de raios X indicam que a amostra da liga L1 para o diâmetro de 4 mm apresentou orientação preferencial nas direções , o que causou uma diminução expressiva da magnetostricção se comparada a da amostra do mesmo lingote para o diâmetro de 3 mm. Medidas de magnetização em função do campo magnético aplicado (Ha) indicaram que a magnetização de saturação das amostras que têm boro são em média 181 Am2/kg, sugerindo que as amostras tem ~ 2% de B. A barras obtidas por SD, tratadas termicamente (CTT) a 1100°C por 6 h, alcançaram uma maior magnetostricção (? = ?l/l), comparada as amostras sem tratamento térmico (STT), no qual o maior valor foi de 73 ? 10-6 na direção longitudinal da barra L1 forjada no diâmetro de 3 mm (L1F3-CTT). O maior fator de sensibilidade d?/dH obtido em função do comprimento da barra L1F3 foi de d?/dH = 0,9 x 10-9 m/A para a razão de aspecto ? = 12. Valor da constante anisotrópica K1 calculada a partir dos resultados experimentais se comparadas com dados da literatura, sugerem que em algumas amostras ocorre ordenamento parcial da fase cúbica da matriz, havendo assim a coexistência das fases Fe3Al (D03) e ?. / In this work, bars of the alloy (Fe0,80Al0,20)97B3 were obtained by directional solidification (DS) in diameters of 3 and 4 mm, with the goal of improving the magnetostriction of the material through the introduction of texture. Production steps of the bars involved the manufacture of the alloy ingots, L1, L2, L6, by arc melting, then machining (M) or hot swaging (F). The greatest length that was achieved in a bar was 50 mm. The presence of boron in the samples was identified by scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy, due to the presence of an eutectic microstructure that has dendrites and a microconstituent formed of phases ? and Fe2B. Results obtained by X-ray diffraction indicates that the bar L1 at the diameter of 4 mm showed preferential orientation in the directions , which caused a significant decrease of the magnetostriction compared to the same sample of the bar of diameter 3 mm. Magnetization measurements as a function of applied magnetic field (Ha) reveal that the saturation magnetization of the samples having boron is in average 181 Am2/kg, suggesting that the samples have ~ 2% of boron. The bars obtained by DS, thermally treated (CTT ) at 1100 ° C for 6 h, achieved higher magnetostrictions (? = ?l/l) compared to the samples without heat treatment.The highest value was 73 ? 10-6 was obtained in the longitudinal direction of the bar L1F in the diameter of 3 mm (L1F3-CTT). The maximum sensitivity factor d?/dH found as a function of the bars lengths was d?/dH = 0.9 x 10-9 m/A for an aspect ratio of ? = 12. Values of anisotropic constant K1, calculated using experimental results suggest that in some samples occur partial ordering of the cubic phase matrix , so there is the coexistence of phases Fe3Al ( D03 ) and ?.

Neste trabalho foram obtidas barras da liga (Fe0,80Al0,20)97B3 por solidificação direcional (SD), nos diâmetros de 3 e 4 mm, com o objetivo de melhorar a magnetostricção desse material através da introdução de textura. As etapas de produção das barras envolveram a fabricação de lingotes da liga por fusão a arco L1, L2 e L6, seguida de usinagem (U) ou forjamento rotativo (F) a quente. O maior comprimento de barra obtido foi de 50 mm. Através de microscopia eletrônica de varredura e análise de composição por espectroscopia de energia dispersiva, detectou-se a presença de boro nas amostras pela visualização do microconstituinte eutético formado da fase ? e da fase Fe2B. Resultados obtidos por difração de raios X indicam que a amostra da liga L1 para o diâmetro de 4 mm apresentou orientação preferencial nas direções , o que causou uma diminução expressiva da magnetostricção se comparada a da amostra do mesmo lingote para o diâmetro de 3 mm. Medidas de magnetização em função do campo magnético aplicado (Ha) indicaram que a magnetização de saturação das amostras que têm boro são em média 181 Am2/kg, sugerindo que as amostras tem ~ 2% de B. A barras obtidas por SD, tratadas termicamente (CTT) a 1100°C por 6 h, alcançaram uma maior magnetostricção (? = ?l/l), comparada as amostras sem tratamento térmico (STT), no qual o maior valor foi de 73 ? 10-6 na direção longitudinal da barra L1 forjada no diâmetro de 3 mm (L1F3-CTT). O maior fator de sensibilidade d?/dH obtido em função do comprimento da barra L1F3 foi de d?/dH = 0,9 x 10-9 m/A para a razão de aspecto ? = 12. Valor da constante anisotrópica K1 calculada a partir dos resultados experimentais se comparadas com dados da literatura, sugerem que em algumas amostras ocorre ordenamento parcial da fase cúbica da matriz, havendo assim a coexistência das fases Fe3Al (D03) e ?. / In this work, bars of the alloy (Fe0,80Al0,20)97B3 were obtained by directional solidification (DS) in diameters of 3 and 4 mm, with the goal of improving the magnetostriction of the material through the introduction of texture. Production steps of the bars involved the manufacture of the alloy ingots, L1, L2, L6, by arc melting, then machining (M) or hot swaging (F). The greatest length that was achieved in a bar was 50 mm. The presence of boron in the samples was identified by scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy, due to the presence of an eutectic microstructure that has dendrites and a microconstituent formed of phases ? and Fe2B. Results obtained by X-ray diffraction indicates that the bar L1 at the diameter of 4 mm showed preferential orientation in the directions , which caused a significant decrease of the magnetostriction compared to the same sample of the bar of diameter 3 mm. Magnetization measurements as a function of applied magnetic field (Ha) reveal that the saturation magnetization of the samples having boron is in average 181 Am2/kg, suggesting that the samples have ~ 2% of boron. The bars obtained by DS, thermally treated (CTT ) at 1100 ° C for 6 h, achieved higher magnetostrictions (? = ?l/l) compared to the samples without heat treatment.The highest value was 73 ? 10-6 was obtained in the longitudinal direction of the bar L1F in the diameter of 3 mm (L1F3-CTT). The maximum sensitivity factor d?/dH found as a function of the bars lengths was d?/dH = 0.9 x 10-9 m/A for an aspect ratio of ? = 12. Values of anisotropic constant K1, calculated using experimental results suggest that in some samples occur partial ordering of the cubic phase matrix , so there is the coexistence of phases Fe3Al ( D03 ) and ?.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the present work, we study the magnetic properties in the site diluted two-state Ising model on a body-centered cubic lattice. As an application of this study, we has been obtained the phase diagram for Fe-Al alloys and comparisons between theoretical model and experimental data are made by using the exchange interaction between Fe atoms in the alloy up to the third power dependence on concentration q of Al atoms. We have used the differential operator technique to expand the analytical expressions that arise from the diluted Ising model and describe such behavior by means of magnetic clusters with one and two spins. A good agreement between the theoretical model and experimental data is also obtained for both the magnetization and to the lattice parameter, r as a function of q. In this approach, it is shown as a good alternative to other analytical and computational techniques used for the study of diluted magnetic systems. The analytical results obtained for bcc lattice were compared with the Monte Carlo technique to determine the degree of applicability of the model and confirm the validity of the results obtained analytically. / Neste trabalho, aplicamos o modelo de Ising com diluição por sítios ao estudo das propriedades magnéticas de uma rede cúbica de corpo centrado (do inglês, body centered cubic, bcc), cujos sítios podem ser ocupados por spins. Como aplicação desse estudo, traçamos alguns diagramas de fase da liga Fe-Al, com comparações entre o modelo teórico utilizado e dados experimentais e propomos uma interação de troca entre os atomos de Fe, na liga, com dependência at´e terceira potência da concentração (q) de atomos de Al, possibilitando um melhor ajuste entre teoria e experimento para o diagrama T-q desta liga. Tomamos como base a t´ecnica do operador diferencial para expandir as express oes anal´ıticas que surgem do modelo de Ising dilu´ıdo e descrevemos tal comportamento magn´etico por meio de aglomerados com 1 e 2 spins. Um bom acordo entre o modelo te´orico proposto e dados experimentais tamb´em ´e obtido tanto para a magnetização como função de q quanto para o par ametro de rede, r, como função de q, sendo que esta abordagem mostra-se como uma boa alternativa a outras t´ecnicas anal´ıticas e computacionais utilizadas para o estudo de sistemas magn´eticos dilu´ıdos. Os resultados anal´ıticos obtidos para a rede bcc foram comparados com a t´ecnica de Monte Carlo para verificar o grau de aplicabilidade do modelo bem como confirmar a validade dos resultados encontrados analiticamente.

The correlation of vacancy concentration with microhardness of Fe-Al alloys was studied on samples quenched from 1000 řC and subsequently annealed at lower temperatures. Using X-ray diffraction the lattice parameter and crystal structure were determined for samples of Fe-Al alloys. By measurements of positron lifetime was revealed the high concentration of vacancies in quenched samples and subsequent annealing caused significant decrease in vacancy concentration while in samples with Al content above 39% also the decrease of microhardness was measured. Measurements of coincidence Doppler broadening of annihilation peak helped to distinguish the annihilations coming from positron trapped or delocalized annihilated by electrons of both atoms, Fe and Al. Comparison of measured results with theoretical quantum-mechanics calculations performed in this diploma thesis determined the most probable defect type as a vacancy on A-sublatice of B2 structure.

Title: Investigation of vacancies in Fe-Al alloys Author: RNDr. František Lukáč Department: Department of Low Temperature Physics Supervisor: doc. Mgr. Jakub Čížek, Ph.D., Department of Low Temperature Physics, Faculty of Mathematics and Physics Abstract: Fe-Al alloys exhibit relatively high vacancy concentrations, which significantly influence the mechanical properties of these alloys. Positron annihi- lation spectroscopy was employed for investigations of vacancies in this work and the vacancy concentrations in Fe-Al alloys were determined by positron lifetime spectroscopy and measurements of positron diffusion length of implanted mono- genergetic positrons. The correlation of hardness with the vacancy concentration was characterized by determination of the vacancy hardening coefficient in Fe- Al alloys. The thermal evolutions of hardness and the vacancy concentration were compared during the annealing of the Fe-Al alloys with various composi- tions. Coincidence Doppler broadening of annihilation peak was employed for determination of the chemical composition of quenched-in vacancies in Fe-Al al- loys. Increased concentration of Al atoms in surrounding vacancies in Fe-Al alloys was related to the attractive interaction between the Al atoms and the vacancy. Quantum mechanical ab initio calculations were...

Materiais magnetostrictivos, como o TERFENOL-D (Tb0,27-0,30Dy0,73-0,70Fe2) e o GALFENOL (Fe72-82Ga18-28), são aplicados em diversos tipos de atuadores, sensores e coletores de energia. Contudo, existe a necessidade de novos materiais que sejam mais baratos, ambientalmente amigáveis e com melhores propriedades mecânicas. Por essa razão, as ligas de Fe-Al são uma alternativa, já que o alumínio é mais abundante na natureza e é sete vezes mais barato que o gálio. O objetivo desse trabalho foi estudar a influência de dois tratamentos termomecânicos nas propriedades magnéticas das ligas (Fe1-xAlx)98,4B1,6, onde x = 0,18; 0,13 e 0,21. No primeiro processamento, as ligas foram submetidas a um tratamento térmico sob compressão para introduzir uma anisotropia magnetocristalina extrínseca. Para compressões de até 180 MPa, as ligas tratadas sob tensão obtiveram valores de magnetostricção e dos coeficientes piezomagnéticos maiores que o das ligas sem tratamento. Ou seja, este processamento aumentou a sensibilidade das ligas como atuador (d33) e sensor (d33 *). No segundo processamento termomecânico, amostras com formato de chapa foram laminadas e tratadas termicamente para induzir um crescimento anormal de grãos e consequentemente uma textura. Embora não tenha ocorrido crescimento de grão anormal durante o tratamento térmico, os valores de magnetostricção foram maiores que o das amostras como fundidas. Ambos processamentos termomecânicos foram efetivos para melhorar as propriedades magnéticas e a liga (Fe0,87Al0,13)98,4B1,6 foi a que obteve os maiores valores de magnetostricção e dos coeficientes piezomagnéticos. Em outras palavras, dentre as ligas estudadas, esta composição foi mais promissora para ser aplicada em atuadores e sensores. / Magnetostrictive materials, like TERFENOL-D (Tb0.27-0.30Dy0.73-0.70Fe2) and GALFENOL (Fe72-82Ga18-28), are applied in several types of sensors, actuators and energy harvesting. Nevertheless, there is the necessity of new materials that are cheaper, environmentally friendly and with good mechanical properties. For that reason, the Fe-Al alloys are an alternative, since the aluminum is more abundant in nature and is seven times cheaper than gallium. The goal of this work is to study the influence of two thermomechanical proceeding at magnetic properties of the (Fe1- xAlx)98.4B1.6 alloys, which x = 0.18; 0.13 e 0.21. At the first proceeding, the alloys were submitted to a stress annealing to introduce an extrinsic magnetocrystalline anisotropy. Up to 180 MPa of compression stress, stress annealed alloys have magnetostriction and piezomagnetic coefficient values higher than the alloys without annealing. In other words, this proceeding increased the alloys sensibility to be applied like actuators (d33) and sensors (d33 *). At the second thermomechanical proceeding, samples with sheet format were rolled and annealed to induce an abnormal grain growth and, consequently, a texture. Although the annealing not produced an abnormal grain growth, the magnetostriction values are higher than for the as-cast samples. Both proceedings were efficient to improve the magnetic properties and the (Fe0.87Al0.13)98.4B1.6 alloy achieved the higher values of magnetostriction and piezomagnetic coefficient. In another words, between the studied alloys, this composition was the most promising to be applied like actuators and sensors.

In dieser Arbeit wird die nanoskalige Struktur von Grenzschichten in binären metallischen Multischichten untersucht. Ausgangspunkt sind laserdeponierte Multischichten des mischbaren Systems Fe/Al und des nichtmischbaren Systems Co/Cu. Die Struktur der durch die hochenergetischen Teilchen bei der Deposition entstandenen Grenzschichten wird mit Hilfe von zahlreichen Analyseverfahren (RBS, CEMS, EXAFS, Röntgenverfahren, TEM, AES und magnetische Messungen), sowie Simulationsrechnungen auf Basis des ballistischen Mischens (TRIDYN) untersucht. Anschließend wird mit Hilfe von Ionenstrahlmischen und thermischem Anlassen die Grenzschichtstruktur weiter modifiziert.

Made available in DSpace on 2016-12-08T15:56:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_ ELIANA FRANCO.pdf: 10762116 bytes, checksum: 0473839f89cd4764137c8cf282af6c0d (MD5) Previous issue date: 2014-06-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Materials or coatings for tools are of primary importance for industrial development. This work proposes the development of tools materials through two routes, one of them using cermets based Fe-NbC as a raw material and the other through thermochemical treatments in steel tool substrates. The specific objectives were planning the processing, manufacture and analyze of Fe-NbC cermets; and to develop a coating composed by B, Nb and C by diffusion thermoreactive in solid-state in M2 high speed steel substrates. There are some studies, even applications of cermets using iron as a matrix, such as cermets with TiC or Ti (C, N) carbides. The Brazilian Society of Mining and Metallurgy (Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração - CBMM) produced the Fe-NbC cermets with different contents of Al and other elements added during the obtaining of cermets. In this work thermal analyzes and calculations of phases equilibrium were performed through ThermoCalc® software to study the thermal behavior of these materials. Also, C and Fe were added to these materials and consolidations by conventional powder metallurgy and by Field Assisted Hot Pressing (FAHP). The results showed that these cermets had a temperature of formation of liquid phase around 1200o C. The Fe and C addition resulted in the disappearance of undesirable phases. The cermet FeNbC5Al exhibited higher hardness with or without additions, 820 HV10 without additions elements and after consolidation by FAHP and annealing. For the development of surface coatings, multicomponent boriding with Nb treatments were performed on substrates of M2; treatments in stages, with diffusion of Nb and B separately; and simultaneous treatments, with diffusion of Nb and B at the same time. Treatments were carried out by the thermoreactive diffusion method on solid-state; calculations were made by ThermoCalc® to estimate the pack composition and treatment temperature. The results showed that by the treatment performed in stages, a coating formed by NbB and NbC phase with hardness 2300 HV was obtained. The wear volume of the material showed high dispersion of results, which can be improved by producing a more homogeneous niobized layer; a suggestion to obtain that layer is using a substrate with a small addition of alloying elements or niobizing in liquid bath. / O interesse por materiais ou recobrimentos para ferramentas é de suma importância para o desenvolvimento industrial. Este trabalho propõe o desenvolvimento de ferramentas através de duas rotas, uma utilizando como matéria prima cermets a base de Fe-NbC e outra por meio de tratamentos termoquímicos em substratos de aço ferramenta. Os objetivos específicos foram planejar o processamento, fabricar e analisar cermets Fe-NbC; e desenvolver um recobrimento a base de B, Nb e C por difusão termorreativa em meio sólido, em substratos de aço rápido M2. Há alguns estudos, e até mesmo aplicações de cermets que utilizam ferro como matriz, como os cermets com carbonetos de TiC ou Ti(C,N). A Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM) produziu os cermets Fe-NbC com diferentes teores de Al, bem como outros elementos, adicionados durante a obtenção dos cermets. Neste trabalho realizaram-se análises térmicas e cálculos de equilíbrio de fases através do software ThermoCalc® para estudar o comportamento térmico destes materiais. Também se fizeram adições de C e Fe a esses materiais e consolidações por metalurgia do pó convencional e por compactação a quente assistida por campo (FAHP). Os resultados mostraram que esses cermets apresentaram uma temperatura de formação de fase líquida em torno de 1200o C. A adição de C e Fe resultou no desaparecimento de fases indesejáveis. O cermet FeNbC5Al exibiu maior dureza com ou sem adições, 820 HV10 sem adição de elementos e após consolidação assistida por campo e recozimento. Para desenvolvimento dos recobrimentos de superfície, realizaram-se tratamentos de boretação multicomponente com Nb sobre substratos de M2; tratamentos em etapas, com difusão de B e Nb separadamente; e tratamentos simultâneos, com difusão de B e Nb ao mesmo tempo. Realizaram-se os tratamentos pelo método de difusão termorreativa em meio sólido, se fizeram cálculos por ThermoCalc® para a estimativa da composição da mistura e temperatura de tratamento. Os resultados mostraram que através do tratamento em etapas, se obteve um recobrimento formado por fases de NbB e NbC com dureza de 2300 HV. O volume de material removido desse material apresentou alta dispersão de resultados, o que pode ser melhorado através da produção de uma camada niobizada mais homogênea; uma sugestão para obtenção de uma camada mais homogênea é através da utilização de um substrato com pouca adição de elementos de liga ou da realização de niobização em banho líquido.

Materiais magnetostrictivos, como o TERFENOL-D (Tb0,27-0,30Dy0,73-0,70Fe2) e o GALFENOL (Fe72-82Ga18-28), são aplicados em diversos tipos de atuadores, sensores e coletores de energia. Contudo, existe a necessidade de novos materiais que sejam mais baratos, ambientalmente amigáveis e com melhores propriedades mecânicas. Por essa razão, as ligas de Fe-Al são uma alternativa, já que o alumínio é mais abundante na natureza e é sete vezes mais barato que o gálio. O objetivo desse trabalho foi estudar a influência de dois tratamentos termomecânicos nas propriedades magnéticas das ligas (Fe1-xAlx)98,4B1,6, onde x = 0,18; 0,13 e 0,21. No primeiro processamento, as ligas foram submetidas a um tratamento térmico sob compressão para introduzir uma anisotropia magnetocristalina extrínseca. Para compressões de até 180 MPa, as ligas tratadas sob tensão obtiveram valores de magnetostricção e dos coeficientes piezomagnéticos maiores que o das ligas sem tratamento. Ou seja, este processamento aumentou a sensibilidade das ligas como atuador (d33) e sensor (d33 *). No segundo processamento termomecânico, amostras com formato de chapa foram laminadas e tratadas termicamente para induzir um crescimento anormal de grãos e consequentemente uma textura. Embora não tenha ocorrido crescimento de grão anormal durante o tratamento térmico, os valores de magnetostricção foram maiores que o das amostras como fundidas. Ambos processamentos termomecânicos foram efetivos para melhorar as propriedades magnéticas e a liga (Fe0,87Al0,13)98,4B1,6 foi a que obteve os maiores valores de magnetostricção e dos coeficientes piezomagnéticos. Em outras palavras, dentre as ligas estudadas, esta composição foi mais promissora para ser aplicada em atuadores e sensores. / Magnetostrictive materials, like TERFENOL-D (Tb0.27-0.30Dy0.73-0.70Fe2) and GALFENOL (Fe72-82Ga18-28), are applied in several types of sensors, actuators and energy harvesting. Nevertheless, there is the necessity of new materials that are cheaper, environmentally friendly and with good mechanical properties. For that reason, the Fe-Al alloys are an alternative, since the aluminum is more abundant in nature and is seven times cheaper than gallium. The goal of this work is to study the influence of two thermomechanical proceeding at magnetic properties of the (Fe1- xAlx)98.4B1.6 alloys, which x = 0.18; 0.13 e 0.21. At the first proceeding, the alloys were submitted to a stress annealing to introduce an extrinsic magnetocrystalline anisotropy. Up to 180 MPa of compression stress, stress annealed alloys have magnetostriction and piezomagnetic coefficient values higher than the alloys without annealing. In other words, this proceeding increased the alloys sensibility to be applied like actuators (d33) and sensors (d33 *). At the second thermomechanical proceeding, samples with sheet format were rolled and annealed to induce an abnormal grain growth and, consequently, a texture. Although the annealing not produced an abnormal grain growth, the magnetostriction values are higher than for the as-cast samples. Both proceedings were efficient to improve the magnetic properties and the (Fe0.87Al0.13)98.4B1.6 alloy achieved the higher values of magnetostriction and piezomagnetic coefficient. In another words, between the studied alloys, this composition was the most promising to be applied like actuators and sensors.

In dieser Arbeit wird die nanoskalige Struktur von Grenzschichten in binären metallischen Multischichten untersucht. Ausgangspunkt sind laserdeponierte Multischichten des mischbaren Systems Fe/Al und des nichtmischbaren Systems Co/Cu. Die Struktur der durch die hochenergetischen Teilchen bei der Deposition entstandenen Grenzschichten wird mit Hilfe von zahlreichen Analyseverfahren (RBS, CEMS, EXAFS, Röntgenverfahren, TEM, AES und magnetische Messungen), sowie Simulationsrechnungen auf Basis des ballistischen Mischens (TRIDYN) untersucht. Anschließend wird mit Hilfe von Ionenstrahlmischen und thermischem Anlassen die Grenzschichtstruktur weiter modifiziert.