Orientador : Rubens Caram Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T07:38:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Batista_WiltonWalter_D.pdf: 23488384 bytes, checksum: f21cb39c0c872caf16e03e75701ac4d2 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O composto intermetálico NiAl exibe propriedades que fazem dele um candidato potencial para ser utilizado como material estrutural em temperaturas elevadas, quais sejam: alto ponto de fusão, elevada resistência mecânica e à oxidação em altas temperaturas, baixa densidade e elevada condutividade térmica. Entretanto, o NiAl possui baixa tenacidade à fratura à temperatura ambiente e baixa resistência à fluência. Uma das formas de contornar tais deficiências consiste em sua combinação com metais refratários dentro de uma transformação eutética, o que permitiria obter materiais compósitos do tipo in situo Neste trabalho foram investigadas transformações eutéticas nos sistemas NiAl-MR (MR=Mo, Nb, Ta, W). Inicialmente, amostras desses sistemas foram preparadas através de fusão a arco e caracterizadas com o objetivo de determinar composições e temperaturas eutéticas, bem como a natureza das microestruturas resultantes. Em seguida, ligas eutéticas dos sistemas NiAl- Ta e NiAl-Mo foram solidificadas direcionalmente em um forno de indução Bridgman. Os resultados obtidos mostraram que apenas o sistema NiAl-Mo produziu microestruturas eutéticas regulares e orientadas na direção de extração de calor. Com o objetivo de avaliar o efeito de outros elementos na microestrutura eutética do sistema NiAl-Mo, foram adicionadas a esse eutético quantidades variáveis dos Cr, Nb, Ta, Ti e V. Os resultados indicaram a formação de precipitados e quebra da regularidade da estrutura eutética. Amostras das ligas NiAl e NiAl-Mo foram caracterizadas mecanicamente, verificando-se que o comportamento mecânico do NiAl é aprimorado com sua combinação com o Mo. Finalmente, amostras da liga eutética NiAl-Mo foram recozidas em altas temperaturas por diferentes períodos de tempo. Os resultados obtidos indicam que a liga NiAlMo possui boa resistência à oxidação e ótima estabilidade microestrutural em temperaturas altas / Abstract: The intermetallic compound NiAl shows interesting properties that make it a candidate to be used as a high temperature structural material. These properties are high melting point, high strength, good oxidation resistance at high temperatures, low density and high thermal conductivity. However, NiAl presents low fracture toughness at room temperature and low creep resistance. A way to overcome such deficiencies is to alloy it with refractory metals for promoting eutectic reactions, in order to generate in situ composite materials. In this work, eutectic transformations in the NiAl-MR (MR=Mo, Nb, Ta, W) systems were investigated. Initially, samples of these systems were arc melted and characterized in order to determine compositions and eutectic temperatures, as well as the nature of the resultant microstructures. Afterwards, eutectic alloys of the systems NiAl-Ta and NiAl-Mo were directionally solidified using a Bridgman induction furnace. Results showed that on1y the NiAl-Mo system produced regular eutectic microstructures that were oriented in the heat extraction direction. In order to evaluate the effect of other elements in the eutectic microstructure of the NiAl-Mo system, additions of Cr, Nb, Ta, Ti e V were also made. Precipitated particles were identified as well as irregular regions in addition to the eutectic microstructure. Samples of the NiAl and NiAl-Mo alloys had their mechanical properties evaluated, allowing to conclude that the mechanical behavior of NiAl improves when it is alloyed with Mo. Finally, samples of the eutectic alloy NiAl-Mo were annealed for different periods of time. The results indicate that the NtAl-Mo alloy presents good oxidation resistance and excellent microstructural stability at high temperatures / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

A liga de alumínio AA2024-T3, amplamente utilizada na indústria aeroespacial, apresenta elevada resistência mecânica conferida pela adição de elementos de liga, principalmente o Cu, que formam precipitados finamente distribuídos e coerentes com a matriz, durante o processo de envelhecimento controlado. No entanto, durante este processo, também se formam intermetálicos (IMs) maiores com composição e atividade eletroquímica diferentes da matriz, tornando a liga altamente suscetível a processos de corrosão localizada. A literatura apresenta diversos trabalhos sobre o estudo da corrosão da AA2024-T3 associada à presença dos IMs, porém, o tema ainda é bastante controverso, e muitos aspectos precisam ser estudados com mais detalhes ou mesmo ainda desvendados. Nos últimos anos, técnicas de microscopia de alta resolução, como a microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), associadas à espectroscopia por energia dispersiva de raios X (EDS) e a microscopia de força atômica (AFM) bem como técnicas eletroquímicas convencionais e localizadas têm auxiliado nestas pesquisas. Na presente tese serão apresentados os resultados dos estudos realizados sobre a corrosão da liga AA 2024-T3 em soluções de cloreto de baixa concentração. A investigação foi realizada aliando as técnicas de caracterização anteriormente descritas com técnicas eletroquímicas tradicionais: acompanhamento do potencial de circuito aberto (OCP) com o tempo, curvas de polarização (CP) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e técnicas com elevado poder de resolução espacial: como a técnica do eletrodo vibratório de varredura (SVET). A caracterização microestrutural confirmou a heterogeneidade dos IMs, e como contribuições principais, evidenciou a existência de fases secundárias (cristalinas ou não) no interior dos próprios IMs e que a matriz da liga nas proximidades dos IMs apresenta microestrutura variável, todos estes aspectos podendo contribuir de maneira sinérgica para o complexo comportamento de corrosão exibido pelos IMs. Além do mais, mostrou-se que na corrosão os IMs estão submetidos a ataque eletroquímico e químico, este último ocasionado por aumento local do pH. Os resultados dos testes eletroquímicos convencionais mostraram que nas condições empregadas no presente estudo a corrosão da liga é dominada pelo comportamento de corrosão dos IMs, e que, dentro deste contexto, o transporte de oxigênio até os sítios catódicos formados pelos IMs, ao invés da concentração de cloretos, parece ser a etapa controladora da velocidade de corrosão. Por outro lado o tratamento da região em altas freqüências dos diagramas de EIS se mostrou um importante aliado na compreensão dos processos que ocorrem na interface quando da corrosão da liga. No que se refere às técnicas localizadas, a viabilidade do uso da técnica do eletrodo vibratório de varredura (SVET) para estudo do início da corrosão na AA2024-T3 foi avaliada e um sistema para aquisição de dados experimentais por espectroscopia de impedância localizada (LEIS) foi montado e validado. A SVET confirmou que a atividade eletroquímica da liga AA2024-T3 se inicia desde os primeiros instantes de imersão do material no eletrólito teste. / The AA2024-T3 aluminium alloy is largely used in the aerospace industry. It has high mechanical properties due to the presence of alloying elements, mainly copper, that form finely distributed precipitates coherent with the matrix, during controlled aging treatment. However, during this process, large intermetallics (IMs) are also formed with composition and electrochemical activity different from the matrix, making the alloy highly susceptible to localized corrosion. Many works have been published in literature on the corrosion behavior of the AA2024-T3 alloy associated to the presence of IMs, however, the subject is still controversial and many aspects need further detailed investigation. In the last years, high resolution microscopy techniques, such as transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM) associated to X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS) and atomic force microscopy (AFM) simultaneously with conventional and localized electrochemical techniques have largely contributed to these studies. In the present work the results of studies carried out on the corrosion behavior of the AA 2024-T3 alloy in chloride solutions of low concentration are presented. The investigation was undertaken by combining the above characterization techniques with conventional electrochemical techniques: open circuit potential (OCP) measurements as a function of immersion time, polarization curves (PC) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and also techniques of high spatial resolution such as scanning vibrating electrode technique (SVET). The microstructural characterization of the AA 2024-T3 alloy corroborated the heterogeneous nature of the IMs, and as the main contributions, evidenced the presence of secondary phases (either crystalline or amorphous) inside the IMs and the heterogenous microstructure of the matrix at the vicinity of the IMs. All these properties might sinergically contribute to the complex corrosion behavior showed by the IMs. Besides, it was also found that the IMs suffer electrochemical and chemical attack, this last type being caused by local pH increase. The results of the conventional electrochemical techniques showed that under the conditions adopted in the present study, the corrosion of the AA2024-T3 is ruled by the corrosion behavior of the IMs. In this perspective, the oxygen transport to the cathodic sites generated by the IMs rather than the chloride concentration, seems to be the controlling step of the corrosion rate. On the other hand, the analysis of the EIS high frequency data allowed to elucidate the the interfacial processes occurring during the corrosion of the aluminium alloy investigated. The viability of the use of SVET to study the corrosion initiation in the AA2024-T3 was evaluated and a system for experimental data acquisition by localized electrochemical impedance spectroscopy was installed and validated. The SVET showed that the electrochemical activity of the AA2024-T3 takes place since the first periods of immersion in the test electrolyte.

A liga de alumínio AA2024-T3, amplamente utilizada na indústria aeroespacial, apresenta elevada resistência mecânica conferida pela adição de elementos de liga, principalmente o Cu, que formam precipitados finamente distribuídos e coerentes com a matriz, durante o processo de envelhecimento controlado. No entanto, durante este processo, também se formam intermetálicos (IMs) maiores com composição e atividade eletroquímica diferentes da matriz, tornando a liga altamente suscetível a processos de corrosão localizada. A literatura apresenta diversos trabalhos sobre o estudo da corrosão da AA2024-T3 associada à presença dos IMs, porém, o tema ainda é bastante controverso, e muitos aspectos precisam ser estudados com mais detalhes ou mesmo ainda desvendados. Nos últimos anos, técnicas de microscopia de alta resolução, como a microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), associadas à espectroscopia por energia dispersiva de raios X (EDS) e a microscopia de força atômica (AFM) bem como técnicas eletroquímicas convencionais e localizadas têm auxiliado nestas pesquisas. Na presente tese serão apresentados os resultados dos estudos realizados sobre a corrosão da liga AA 2024-T3 em soluções de cloreto de baixa concentração. A investigação foi realizada aliando as técnicas de caracterização anteriormente descritas com técnicas eletroquímicas tradicionais: acompanhamento do potencial de circuito aberto (OCP) com o tempo, curvas de polarização (CP) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e técnicas com elevado poder de resolução espacial: como a técnica do eletrodo vibratório de varredura (SVET). A caracterização microestrutural confirmou a heterogeneidade dos IMs, e como contribuições principais, evidenciou a existência de fases secundárias (cristalinas ou não) no interior dos próprios IMs e que a matriz da liga nas proximidades dos IMs apresenta microestrutura variável, todos estes aspectos podendo contribuir de maneira sinérgica para o complexo comportamento de corrosão exibido pelos IMs. Além do mais, mostrou-se que na corrosão os IMs estão submetidos a ataque eletroquímico e químico, este último ocasionado por aumento local do pH. Os resultados dos testes eletroquímicos convencionais mostraram que nas condições empregadas no presente estudo a corrosão da liga é dominada pelo comportamento de corrosão dos IMs, e que, dentro deste contexto, o transporte de oxigênio até os sítios catódicos formados pelos IMs, ao invés da concentração de cloretos, parece ser a etapa controladora da velocidade de corrosão. Por outro lado o tratamento da região em altas freqüências dos diagramas de EIS se mostrou um importante aliado na compreensão dos processos que ocorrem na interface quando da corrosão da liga. No que se refere às técnicas localizadas, a viabilidade do uso da técnica do eletrodo vibratório de varredura (SVET) para estudo do início da corrosão na AA2024-T3 foi avaliada e um sistema para aquisição de dados experimentais por espectroscopia de impedância localizada (LEIS) foi montado e validado. A SVET confirmou que a atividade eletroquímica da liga AA2024-T3 se inicia desde os primeiros instantes de imersão do material no eletrólito teste. / The AA2024-T3 aluminium alloy is largely used in the aerospace industry. It has high mechanical properties due to the presence of alloying elements, mainly copper, that form finely distributed precipitates coherent with the matrix, during controlled aging treatment. However, during this process, large intermetallics (IMs) are also formed with composition and electrochemical activity different from the matrix, making the alloy highly susceptible to localized corrosion. Many works have been published in literature on the corrosion behavior of the AA2024-T3 alloy associated to the presence of IMs, however, the subject is still controversial and many aspects need further detailed investigation. In the last years, high resolution microscopy techniques, such as transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM) associated to X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS) and atomic force microscopy (AFM) simultaneously with conventional and localized electrochemical techniques have largely contributed to these studies. In the present work the results of studies carried out on the corrosion behavior of the AA 2024-T3 alloy in chloride solutions of low concentration are presented. The investigation was undertaken by combining the above characterization techniques with conventional electrochemical techniques: open circuit potential (OCP) measurements as a function of immersion time, polarization curves (PC) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and also techniques of high spatial resolution such as scanning vibrating electrode technique (SVET). The microstructural characterization of the AA 2024-T3 alloy corroborated the heterogeneous nature of the IMs, and as the main contributions, evidenced the presence of secondary phases (either crystalline or amorphous) inside the IMs and the heterogenous microstructure of the matrix at the vicinity of the IMs. All these properties might sinergically contribute to the complex corrosion behavior showed by the IMs. Besides, it was also found that the IMs suffer electrochemical and chemical attack, this last type being caused by local pH increase. The results of the conventional electrochemical techniques showed that under the conditions adopted in the present study, the corrosion of the AA2024-T3 is ruled by the corrosion behavior of the IMs. In this perspective, the oxygen transport to the cathodic sites generated by the IMs rather than the chloride concentration, seems to be the controlling step of the corrosion rate. On the other hand, the analysis of the EIS high frequency data allowed to elucidate the the interfacial processes occurring during the corrosion of the aluminium alloy investigated. The viability of the use of SVET to study the corrosion initiation in the AA2024-T3 was evaluated and a system for experimental data acquisition by localized electrochemical impedance spectroscopy was installed and validated. The SVET showed that the electrochemical activity of the AA2024-T3 takes place since the first periods of immersion in the test electrolyte.

O objetivo deste trabalho foi determinar a influência do ferro e do manganês em uma liga de alumínio com 9% de silício (% em peso). Para isto, foram elaboradas duas famílias de liga Al-9%Si: uma com os teores de 0,1%, 0,4%, 0,8% e 1,2% de Fe e uma segunda liga de Al-9%Si-0,8%Fe com teores de 0,1%, 0,4% e 0,7% de Mn. Para a realização deste estudo, foram produzidos corpos de prova de tração fundidos em coquilha, segundo a norma ASTM B108. Os corpos de prova obtidos foram tracionados para avaliação das propriedades mecânicas, em seguida, foram submetidos a uma análise microestrutural por microscopia óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV). As superfícies de fratura dos corpos de prova tracionados foram também observadas por MEV com a finalidade de comparar o efeito das adições de Fe e Mn. O efeito da adição crescente de Fe na liga Al-9%Si foi observado no ensaio de tração que mostrou queda tanto nos limites de resistência e de escoamento como no alongamento, decorrentes da formação da fase β-Al5FeSi que apresentou morfologia em plaquetas, interrompendo a continuidade da matriz de alumínio. Para teores abaixo de 0,4% de Fe, ocorreu um ligeiro aumento da resistência mecânica que pode ser atribuído à formação da fase α-Al8Fe2Si, que apresentou morfologia tipo escrita chinesa, que não interrompe a continuidade da matriz. Com adição de teores crescentes de Mn na liga Al-9%Si-0,8%Fe ocorreu uma elevação do limite de resistência e do alongamento, mas uma queda do limite de escoamento, quando comparados com a mesma liga sem adição de Mn. Conclui-se que esse comportamento pode ser atribuído a mudança de morfologia do intermetálico de plaquetas para escrita chinesa que intercala a matriz dúctil com a fase frágil, devido a adição do Mn. / This study aims to determine the influence of iron and manganese in an aluminum alloy with 9% silicon (% by weight). Were prepared two families of alloy Al-9%Si: one with the content of 0.1%, 0.4%, 0.8% and 1.2% Fe and a second alloy of Al-9% Si-0,8%Fe content of 0.1%, 0.4% and 0.7% Mn. For this study, tensile specimens were produced in permanent mold casting according to ASTM B108. The specimens obtained were pulled for quantitative evaluation of the mechanical properties and were subjected to a qualitative metallographic evaluation. Qualitative analysis of the bodies of tensile fracture test was conducted in order to compare the effect of additions of Fe and Mn. The effect of incremental addition of Fe in the alloy Al-9% Si was observed in the tensile test that showed a decrease in both the tensile and elongation flow as resulting from the formation of β-Al5FeSi phase platelet morphology showed that interrupting the continuity of aluminum matrix. To levels below 0.4% Fe, there was a slight increase in strength can be attributed to the formation of α-Al8Fe2Si phase morphology presented in chinese script that does not interrupt the continuity of the matrix. With addition of increasing concentrations of Mn in the alloy Al-9% Si-0, 8% Fe was an increase in the tensile strength and elongation but fall of yield stress when compared to the same alloy without Mn addition. We conclude that this behavior can be attributed to a change in morphology of the intermetallic platelets to chinese writing interspersing the ductile matrix with brittle phase due to the addition of Mn.

Neste trabalho foi feito um estudo sistemático, sob um ponto de vista atômico, do magnetismo local em compostos intermetálicos magnéticos do tipo RZn (R = Ce, Gd, Tb, Dy) e RCu, por meio de medida das interações hiperfinas utilizando a técnica de Correlação Angular Gama-Gama Perturbada com os núcleos de prova 111In111Cd e 140La140Ce. O magnetismo nesses compostos tem origem no momento angular dos elétrons 4f das terras raras. Assim, o estudo sistemático da série RZn é interessante para verificar o comportamento do campo hiperfino magnético com a variação do número de elétrons da camada 4f. A utilização do núcleo de prova 140La140Ce é interessante, pois o Ce+3 íon possui um elétron 4f que pode contribuir para o campo hiperfino total, e os resultados encontrados mostraram um comportamento anômalo. A análise feita com o núcleo de prova 111Cd mostrou que, para os compostos ferromagnéticos, o campo hiperfino magnético segue o comportamento da função de Brilluoin com a temperatura e, em função da projeção do spin, este campo diminui linearmente com o aumento do número atômico da terra rara, mostrando que a principal fonte para o campo hiperfino vem da polarização dos elétrons de condução. O gradiente de campo elétrico para 111Cd RZn mostrou uma forte diminuição com o aumento do número atômico da terra rara. Supõe-se assim que a maior parte da contribuição ao gradiente de campo elétrico tenha origem nos elétrons da camada 4f da terra rara. Já para as medidas de 111Cd GdCu, quando este composto é submetido a um ciclo térmico, sua rede cristalina passa a coexistir em dois sistemas, tanto na estrutura cúbica do tipo CsCl, como na estrutura ortorrômbica do tipo FeB. As medidas com esses dois núcleos foram de fundamental importância, pois ainda não foram vistos trabalhos desses compostos com estas pontas de prova. / This work presents, from a microscopic point of view, a systematic study of the local magnetism in RZn (R = Ce, Gd, Tb, Dy) and GdCu intermetalic compounds through measurements of hyperfine interactions using the Perturbed Angular Correlation Gamma- Gamma Spectroscopy technique with 111In 111Cd and 140La 140Ce as probe nuclei. As the magnetism in these compounds originates from the 4f electrons of the rare-earth elements it is interesting to observe in a systematic study of RZn compounds the behavior of the magnetic hyperfine field with the variation of the number of 4f electrons in the R element. The use of probe nuclei 140La 140Ce is interesting because Ce+3 ion posses one 4f electron which may contribute to the total hyperfine field, and the results showed anomalous behavior. The results for 111Cd probe showed that the temperature dependence of the magnetic hyperfine field follows the Brillouin function, and the magnetic hyperfine field decreases linearly with increase of the atomic number of rare earth when plotted as a function of the rare-earth J spin projection, showing that the main contribution to the magnetic hyperfine field in RZn compounds comes from the polarization of the conduction electrons. The results for the electric field gradient measured with 111Cd for all compounds showed a strong decrease with the atomic number of the rare-earth element. We have therefore assumed that the major contribution to the electric field gradient originates from the 4f electrons of the rare-earths. The measurements of the electric field gradient for GdCu with 111Cd, after temperature decreases and increases again showed that two different structures, CsCl-type cubic and FeB-type orthorhombic structures co-exist. Finally, it is the first time that measurements of hyperfine parameters have been carried out with theses two probe nuclei in the studied RZn.

Neste trabalho foi feito um estudo sistemático, sob um ponto de vista atômico, do magnetismo local em compostos intermetálicos magnéticos do tipo RZn (R = Ce, Gd, Tb, Dy) e RCu, por meio de medida das interações hiperfinas utilizando a técnica de Correlação Angular Gama-Gama Perturbada com os núcleos de prova 111In111Cd e 140La140Ce. O magnetismo nesses compostos tem origem no momento angular dos elétrons 4f das terras raras. Assim, o estudo sistemático da série RZn é interessante para verificar o comportamento do campo hiperfino magnético com a variação do número de elétrons da camada 4f. A utilização do núcleo de prova 140La140Ce é interessante, pois o Ce+3 íon possui um elétron 4f que pode contribuir para o campo hiperfino total, e os resultados encontrados mostraram um comportamento anômalo. A análise feita com o núcleo de prova 111Cd mostrou que, para os compostos ferromagnéticos, o campo hiperfino magnético segue o comportamento da função de Brilluoin com a temperatura e, em função da projeção do spin, este campo diminui linearmente com o aumento do número atômico da terra rara, mostrando que a principal fonte para o campo hiperfino vem da polarização dos elétrons de condução. O gradiente de campo elétrico para 111Cd RZn mostrou uma forte diminuição com o aumento do número atômico da terra rara. Supõe-se assim que a maior parte da contribuição ao gradiente de campo elétrico tenha origem nos elétrons da camada 4f da terra rara. Já para as medidas de 111Cd GdCu, quando este composto é submetido a um ciclo térmico, sua rede cristalina passa a coexistir em dois sistemas, tanto na estrutura cúbica do tipo CsCl, como na estrutura ortorrômbica do tipo FeB. As medidas com esses dois núcleos foram de fundamental importância, pois ainda não foram vistos trabalhos desses compostos com estas pontas de prova. / This work presents, from a microscopic point of view, a systematic study of the local magnetism in RZn (R = Ce, Gd, Tb, Dy) and GdCu intermetalic compounds through measurements of hyperfine interactions using the Perturbed Angular Correlation Gamma- Gamma Spectroscopy technique with 111In 111Cd and 140La 140Ce as probe nuclei. As the magnetism in these compounds originates from the 4f electrons of the rare-earth elements it is interesting to observe in a systematic study of RZn compounds the behavior of the magnetic hyperfine field with the variation of the number of 4f electrons in the R element. The use of probe nuclei 140La 140Ce is interesting because Ce+3 ion posses one 4f electron which may contribute to the total hyperfine field, and the results showed anomalous behavior. The results for 111Cd probe showed that the temperature dependence of the magnetic hyperfine field follows the Brillouin function, and the magnetic hyperfine field decreases linearly with increase of the atomic number of rare earth when plotted as a function of the rare-earth J spin projection, showing that the main contribution to the magnetic hyperfine field in RZn compounds comes from the polarization of the conduction electrons. The results for the electric field gradient measured with 111Cd for all compounds showed a strong decrease with the atomic number of the rare-earth element. We have therefore assumed that the major contribution to the electric field gradient originates from the 4f electrons of the rare-earths. The measurements of the electric field gradient for GdCu with 111Cd, after temperature decreases and increases again showed that two different structures, CsCl-type cubic and FeB-type orthorhombic structures co-exist. Finally, it is the first time that measurements of hyperfine parameters have been carried out with theses two probe nuclei in the studied RZn.

Orientador: Prof. Dr. Marcos de Abreu Ávila / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2015. / Crescemos usando o método de fluxo, com fluxo de estanho, os primeiros monocristais dos novos compostos intermetálicos RNiSi3 (R = terra rara) e realizamos suas primeiras caracterizações estruturais e magnéticas a baixas temperaturas. Os monocristais desta fase cresceram só para as terras raras pesadas, com R=Y, Gd-Tm. Os difratogramas obtidos da difração de raios X confirmam que estes compostos cristalizam no grupo espacial Cmmm e adotam uma estrutura ortorrômbica do tipo SmNiGe3. As medidas magnéticas dependentes da temperatura entre 2 K e 300 K revelam estados fundamentais antiferromagnéticos fortemente anisotrópicos, com a temperatura de Néel variando de 2.6 K até 32 K, para todos os compostos magnéticos da série. As isotermas magnéticas obtidas a baixas temperaturas para campos magnéticos de até H = 70 kOe exibem transições metamagnéticas dependentes da temperatura, do campo magnético e da orientação do cristal. Para os compostos TbNiSi3 e DyNiSi3 estas transições exibem grandes histereses, cuja complexidade se reflete nos diagramas de fase magnéticos. Com a redução do raio iônico dos lantanídeos de Gd a Tm, percebe-se uma tendência de redução da ortorrombicidade (diferença entre os parâmetros de rede a e c), acompanhada de uma mudança da orientação do eixo fácil de magnetização no plano ac, do GdNiSi3 ao HoNiSi3, para uma orientação paralelo ao eixo cristalografico b, com ErNiSi3 e TmNiSi3. / We have grown, using the flux method with tin as the flux, the first single crystals of the new intermetallic series RNiSi3 (R= rare earth), and performed the first structural and magnetic caraterization at low temperatures. Single crystals of this phase grew only for the heavy rare earths, with R=Y, Gd-Tm. X-ray diffraction confirms that these compounds crystallize in the Cmmm space group and assume a layered orthorhombic SmNiGe3-type structure. Magnetic measurements dependent on temperature between 2 K to 300 K reveal antiferromagnetic ground states with strong anisotropy and the Néel temperature ranges from 2.6 K to 32 K, for all magnetic compound of the series. Magnetic isotherms were obtained at low temperatures for applied fields up to H = 70 kOe and exhibit metamagnetic transitions dependent on temperature, magnetic field and crystal orientation. For the compounds TbNiSi3 and DyNiSi3 this transition exhibits a large hysteresis, whose complexity reflects in the magnetic phase diagrams. With the reduction of the lanthanide ionic radius from Gd to Tm, we can see a tendency of reduced orthorhombicity (difference between the lattice parameters a and c) accompanied by a change from orientation to easy magnetization axis in the ac plane for GdNiSi3 to HoNiSi3, to the orientation parallel to the b crystallographic axis, with ErNiSi3 and TmNiSi3.

Resumo: O crescente interesse pelo estudo dos intermetálicos vem de diversos motivos decorrentes do seu comportamento estável à altas temperaturas, que se soma à sua estabilidade química, atrativos que os tornam materiais muito competitivos para aplicações em temperaturas elevadas. Entre as ligas intermetálicas mais estudadas estão as ligas a base de Fe-Al, que oferecem excelente resistência à corrosão e à sulfatação, sem contar que elas mantém suas características em temperaturas mais elevadas (seu ordenamento é mantido muitas vezes até a temperatura de fusão) que as superligas utilizadas comercialmente. Avanços tecnológicos permitiram ultrapassar dificuldades de processamento dos intermetálicos a base de alumínio, mas ainda assim seu manuseio à temperatura ambiente é limitado, devido à baixa tenacidade característica que apresenta nessas condições. Este trabalho propõe o desenvolvimento de aluminetos de ferro como revestimentos processados pela técnica PTA, Plasma Transfered Arc (Plasma por Arco transferido) utilizando misturas de pós elementares de Fe e de Al . Pretende-se assim contornar dificuldades de manuseio de componentes fundidos com as ligas intermetálicas de Fe-Al. Estudou-se também o efeito da composição química do substrato e da presença de cromo, nióbio e carbeto de tungstênio nas misturas depositadas. Os revestimentos foram avaliados quanto à sua estabilidade à exposição em temperaturas de 400ºC e 600ºC. Resultados mostraram que há desenvolvimento de fases intermetálicas, FeAl e Fe3Al , nos revestimentos e que a escolha do substrato deve ser criteriosa, pois sua composição química altera as propriedades dos revestimentos, apesar de não ter sido observado o comprometimento do desenvolvimento dos intermetálicos. A adição de elementos de liga ou carbetos às misturas de pós depositadas altera as características dos revestimentos. A exposição à temperatura por até 12h mostrou que os revestimentos com melhor estabilidade foram aqueles processados com misturas de pós de Fe e de Al sem elementos de liga ou carbetos.

Orientadores: Roland Grossinger, Sergio Gama / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-21T12:13:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sinnecker_ElisHelenaCamposPinto_D.pdf: 6067511 bytes, checksum: ae7ed0ef72492a00cda0fd816639e649 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Neste trabalho estudamos as propriedades intrínsecas e extrínsecas de compostos de metal de transição e terras raras. Realizamos um estudo sistemático das propriedades magnéticas intrínsecas dos compostos intermetálicos R(Fe,M)12 com ênfase na determinação de transições de fase e do campo de anisotropia magnetocristalina. Medidas da dependência com a temperatura da susceptibilidade a.c. foram realizadas para estudar transições de reorientação de spin ocorrendo entre 4.2 e 300 K. A técnica de SPD, associada a campos pulsados foi utilizada para a determinação do campo de anisotropia e campo crítico de FOMP no intervalo de temperaturas entre 4.2 e 1000 K, utilizando campos magnéticos de até 28 T. O estudo dos compostos YFel2-xMox indicam que o metal de transição tem contribuição uniaxial para a anisotropia. Em compostos SmFel2-xMox encontramos uma alta anisotropia uniaxial em todo o intervalo de temperatura entre 4.2 e a temperatura de Curie. Transições de reorientação de spin foram encontradas nos sistemas Rfe12-xMox com R=Nd, Dy e Er. Transições tipo FOMP foram encontradas no sistema ErFe12-xMox. Tratamentos térmicos em atmosfera de nitrogênio foram realizados para as amostras RFel2-xMox com R = Nd e Y. Os resultados mostram que o nitrogênio influencia não só a anisotropia da terra rara, mas causa também alterações na anisotropia do Fe. Estudamos ainda os mecanismos de coercividade em ímãs anisotrópicos de Sm2Fe17Nx aglutinados com Zn e em ímãs isotrópicos de Sm2Fe17Nx produzidos por HDDR e aglutinados com Zn. O campo coercitivo Hc foi medido no intervalo de temperatura entre 4.2 K até a temperatura de Curie Tc .Nos ímãs produzidos por HDDR, os efeitos de diferentes temperaturas de recombinação e diferentes quantidades de Zn foram estudados. A dependência de Hc com a temperatura foi analisada segundo o modelo micromagnético de Kronmuller, que leva em consideração os efeitos da microestrutura. Um mecanismo de nucleação foi proposto como sendo o mecanismo que lidera a reversão da magnetização nestes ímãs / Abstract: In this work we studied intrinsic and extrinsic magnetic properties of rare earth-transition metals compounds. The intrinsic magnetic properties of R(Fe,M)12 intermetallic compounds was systematically investigated. Emphasis was given to the determination of magnetic phase transitions and magnetocrystalline anisotropy field. Measurements of the temperature dependence of the a.c. susceptibility was used to study magnetic phase transitions induced by temperature, like spin reorientation transitions, occurring between 4.2 K and 300 K. The singular point detection technic (SPD) associated to pulsed fields was used to measure the anisotropy field and the critical field of field induced magnetic phase transitions (FOMP) in the temperature range of 4.2 K to 300 K, using magnetic fields up to 28 T. The results obtained for YFe12-xMox compounds indicate that the transition metal has an uniaxial contribution to the anisotropy. A high uniaxial anisotropy was found only in SmFe12-xMox compounds. Spin reorientation transitions were found in the RFe12-xMox systems with R=Nd, Dy and Er. FOMP like transitions were found in the ErFe12-xMox samples. Nitrogenation experiments were performed with the RFe12-xMox samples (R = Y and Nd). The results show that the nitrogen has a strong influence not only in the rare earth anisotropy, but also change the F e anisotropy from uniaxial to planar after nitrogenation. We also investigated the magnetization reversal processes in Sm2Fe17Nx magnets produced by Zn-bond and HDDR. The temperature dependence of the coercive field was measure in the range from 4.2 K to the Curie temperature. The effects of different recombination temperatures and different Zn contend were studied. The results were analyzed based in the Kronmuller' s micromagnetic model that takes into account microestructural parameters. A nucleation mechanism was proposed as a leading mechanism of magnetization reversal in this magnets / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Sergio Gama / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-27T00:17:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_RobertoCamarade_D.pdf: 1736148 bytes, checksum: ec430cda50a17ee7b8d6ebb83daafdf9 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Neste trabalho são apresentados resultados acerca da nitrogenação a plasma d. c. da fase Sm2Fe17, bem como resultados da obtenção de ímãs permanentes do nitreto Sm2Fe17N3 aglutinados com Sn depositado quimicamente (bonded-magnet). Apresenta-se também a construção da câmara de plasma d. c. usada no trabalho. Para nitrogenação a plasma da fase Sm2Fe17 foi usada uma mistura de H2e N2, os nitretos foram obtidos a uma temperatura de 400 °C, pressão de 5 Torr e tempo de 5 horas, e a composição da mistura foi variada de 10 a 90 % de H2 . Esses nitretos foram caracterizados com Análise Termomagnética (ATM), Difratometria de Raios X (DRX), Metalografia Ótica, Microssonda Eletrônica e Espectroscopia Mössbauer. Os resultados mostram que, para atmosfera composta de até 40% de H2, obtem-se os seguintes nitretos: Sm2Fe17N8, Sm4Fe12N11 e Sm2Fe17N3. Quando a composição da atmosfera é superior a 50% de H2 há apenas a formação do nitreto Sm2Fel7N3 e o aparecimento de Ferro livre. Para fabricação dos ímãs permanentes foi usado o nitreto Sm2Fe17N3 obtido a partir de pó de Sm2Fe17 nitrogenado em forno resistivo em atmosfera de N2 a 400° C (Sistema Sieverts). Uma camada de Sn foi depositada sobre os grãos do nitreto usando um processo químico em meio aquoso. Os ímãs aglutinados com Sn foram orientados, prensados e sinterizados a plasma a 250° C usando atmosfera de H2 e Ar e caracterizados com DRX, Microscopia Eletrônica de Varredura e Medidas de Magnetização. Os resultados indicam que a quantidade de Sn depositado é muito pequena, evitando a formação de fases indesejáveis. Não se observa a formação de óxido nas amostras, o que indica que a sinterização por plasma é eficiente para remover o O2. Os ímãs obtidos apresentaram boas propriedades magnéticas / Abstract: In this work we present the results about dc plasma nitrogenation of the Sm2Fe17 phase, as well as the preparation of permanent magnets using Sm2Fe17N3 bonded with chemically deposited Sn (bonded-magnet). We also present the construction of the dc plasma chamber employed in this work. The plasma nitrogenation was performed using a mixture of H2 and N2 at a temperature of 4000 C, pressure of 5 Torr and process time of 5 hours. The plasma composition was changed from 10% to 90% of H2. Those nitrides were characterized by Thermomagnetic Analisys (TMA), X-Ray diffractometry (XRD), Optical metallography, Scanning Electron Microprobe and Mössbauer spectroscopy. The results show the formation of the nitrides Sm2Fe17N8, Sm2Fe17N11, and Sm2Fe17N3, for a H2 concentration below 40%. If the hydrogen concentration is equal or higher than 50%, it is observed only the formation of the nitride Sm2Fe17N3 and of pure Fe. To produce the permanent magnets we used the nitride Sm2Fe17N3 obtained from Sm2Fe17 powder nitrogenated in a resistive oven with nitrogen atmosphere and at temperature of 400 0C (Sieverts system). A layer of Sn was deposited on the nitride grains using a chemical process in an aqueous solution. The magnets were oriented, pressed and plasma sintered in an atmosphere of H2 and Ar at 250 0C, and then characterized by XRD, scanning electron microprobe and magnetic measurements. The results indicate that the amount of deposited Sn is very small, so avoiding the formation of undesirable phases. We did not observe oxidation in our samples, indicating that the sintering process was efficient in removing O2. The obtained magnets presented excellent magnetic properties / Doutorado / Física / Doutor em Ciências