O processo de moldagem de pós por injeção (MPI) é uma tecnologia relativamente recente e permite a fabricação de peças e componentes de diversos materiais, com a possibilidade de fabricar peças em larga escala. O processo MPI é composto por quatro etapas: mistura do pó com o material orgânico (ligante), moldagem por injeção, extração do ligante e sinterização. O ligante é um veículo temporário composto por polímeros e/ou ceras e sua função é possibilitar o escoamento da carga injetável para o molde durante a moldagem por injeção e após a moldagem este deve ser totalmente removido da peça. A maioria dos polímeros utilizados no ligante é oriunda do petróleo, que é uma fonte não renovável que gera sérios impactos ambientais. Neste estudo foi proposto a utilização de ligante à base de borracha natural, que além de ser proveniente de fonte renovável, confere elasticidade à peça moldada, que possibilita a fácil desmoldagem de peças com geometria complexa e pequenas espessuras. Também se analisou a substituição da parafina, que estudada em trabalhos anteriores em ligante para injeção de alumina com a borracha natural, pela cera de carnaúba na moldagem por injeção de pó de ferro metálico. Foram avaliados três ligantes à base de borracha natural e as ceras: (i) parafina, (ii) cera de carnaúba e (iii) parafina + cera de carnaúba e estudou-se o efeito da composição do ligante em cada etapa do processo MPI. Investigou-se as propriedades químicas e térmicas dos ligantes, o teor de pó admissível nas cargas injetáveis, as rotas de remoção do ligante por via térmica e solvente e as propriedades finais como retração linear, porosidade, microestrutura e resistência à flexão. As composições de ligante a base de borracha natural e cera de carnaúba proporcionaram melhores propriedades ao processo MPI. Nestas composições foi possível a moldagem por injeção de cargas injetáveis com maior teor de pó, apresentaram maior estabilidade reológica, em que a viscosidade apresentou baixa variação em relação à temperatura e maior estabilidade com o aumento do teor de pó. Além disso, foram as únicas amostras que não apresentaram defeitos durante a extração por solvente e apresentaram propriedades finais satisfatórias para o processo MPI de ferro. / The Powder Injection Molding process (PIM) is a relatively new technology and allows the manufacturing of parts and components of various materials, with the possibility of fabricating parts in microscale. The PIM process is composed of four steps: mix the powder with the organic material (binder), injection molding, extraction of the binder and sintering. The binder is a temporary vehicle composed of polymers and/or waxes and its function is to allow the flow of the feedstock into the mold during injection molding, and after molding this should be completely removed from the sample. Most of the polymers used in the binder are derived from petroleum, which is a non-renewable source that generates serious environmental impacts. In this study, it was proposed the use of binder based on polymer and wax from renewable sources that reduce the environmental impact. It was analyzed the substitution of paraffin, which was studied in previous studies with natural rubber, by the carnauba wax in the injection molding of the iron carbonyl. Were evaluated three binders based on polymer and wax: (i) paraffin, (ii) carnauba wax and (iii) paraffin wax carnauba wax and we studied the binder composition effect in each step of PIM process. The chemical and thermal binder properties, the critical powder volume concentration, the solvent and thermal debinding and the sintered properties were analyzed. As results, we found that the natural rubber and carnauba wax binder have better PIM process properties. In this binder was possible an injection molding with higher powder content, showing higher rheological stability, which the viscosity was more stable under temperature and powder content variation. Furthermore, the samples with this binder shown no defects after solvent debinding and suitable sintered properties for the iron PIM process.

Com a crescente ideia de sustentabilidade, surge a necessidade de utilização de recursos renováveis e reaproveitamento de resíduos gerados em processos industriais. Neste trabalho foi avaliada a utilização da cinza pesada oriunda da queima do carvão em usinas termoelétricas no desenvolvimento de um Cermet. O compósito Cinza-Ferro (Cz-10Fe) foi obtido por metalurgia do pó e é composto de cinza pesada moída com adição de 10% em massa de pó de ferro puro. A adição do ferro é justificada para melhoria das propriedades mecânicas do material cerâmico. O compósito foi aplicado como meio suporte para biofilme em filtro biológico percolador, no pós-tratamento de efluentes domésticos. Foram realizados estudos com os principais componentes da cinza, tais como a sílica (SiO2), em forma de pó de quartzo, e a alumina (Al2O3) na versão comercial para avaliação da interação dos mesmos com o ferro e avaliação de suas propriedades mecânicas sob influência da variação da temperatura de sinterização A cinza pesada, obtida na Usina Tractebel de Charqueadas, foi moída durante 2, 4 e 8 horas para determinação do tamanho de partícula ideal para o compósito. Após caracterização, foi selecionada cinza moída por 2 horas para a produção dos compósitos para aplicação. A aplicação se deu utilizando um protótipo no pós-tratamento de efluentes da Estação de Tratamento de Esgotos (ETE) da COMUSA visando a remoção de Demanda Química de Oxigênio (DQO). Obteve-se incremento na eficiência do processo, reduzindo a DQO do efluente final em média 9%, indicando a viabilidade de uso do protótipo no pós- tratamento de esgotos domésticos, com porosidade aproximada de 20%, obtidos na cinza moída por 2 horas e sinterizado com ferro, como meio suporte para biofilme em filtro biológico percolador. / With the crescent idea of sustainability, there is a necessity for the use of renewable resources and the reuse of waste generated in industrial processes. In this work the use of the coal bottom ash from thermoelectric plants was evaluated in the development of a Cermet. The composite Ash-Iron (Cz-10Fe) was obtained by powder metallurgy and is composed of ground heavy ash with addition of 10% by mass of pure iron powder. The addition of iron is justified to improve the mechanical properties of the ceramic material. The composite was applied as biofilm packing media in trickling filter in the post-treatment of domestic effluents. Studies with the main components of the ash, such as silica (SiO2), in the form of quartz powder, and alumina (Al2O3) in the commercial version were carried out to evaluate their interaction with iron and evaluation of their mechanical properties under influence of the sintering temperature variation The bottom ash obtained at Tractebel from Charqueadas was milling for 2, 4 and 8 hours to determine the ideal particle size for the composite. After characterization, milled ash for 2 hours was selected for the production of the composites for application. The application was done using a prototype in the post-treatment of effluents from the Wastewater Treatment Station (ETE) of COMUSA aiming at the removal of Chemical Oxygen Demand (COD). The efficiency of the process was obtained by reducing the COD of the final effluent by a mean of 9%, indicating the viability of the utilization the prototype in the post-treatment of domestic sewage, with approximate porosity of 20%, obtained in ground ash for 2 hours and sintered with iron powder, in biofilm packing media in trickling filter.

O processo de moldagem de pós por injeção (MPI) é uma tecnologia relativamente recente e permite a fabricação de peças e componentes de diversos materiais, com a possibilidade de fabricar peças em larga escala. O processo MPI é composto por quatro etapas: mistura do pó com o material orgânico (ligante), moldagem por injeção, extração do ligante e sinterização. O ligante é um veículo temporário composto por polímeros e/ou ceras e sua função é possibilitar o escoamento da carga injetável para o molde durante a moldagem por injeção e após a moldagem este deve ser totalmente removido da peça. A maioria dos polímeros utilizados no ligante é oriunda do petróleo, que é uma fonte não renovável que gera sérios impactos ambientais. Neste estudo foi proposto a utilização de ligante à base de borracha natural, que além de ser proveniente de fonte renovável, confere elasticidade à peça moldada, que possibilita a fácil desmoldagem de peças com geometria complexa e pequenas espessuras. Também se analisou a substituição da parafina, que estudada em trabalhos anteriores em ligante para injeção de alumina com a borracha natural, pela cera de carnaúba na moldagem por injeção de pó de ferro metálico. Foram avaliados três ligantes à base de borracha natural e as ceras: (i) parafina, (ii) cera de carnaúba e (iii) parafina + cera de carnaúba e estudou-se o efeito da composição do ligante em cada etapa do processo MPI. Investigou-se as propriedades químicas e térmicas dos ligantes, o teor de pó admissível nas cargas injetáveis, as rotas de remoção do ligante por via térmica e solvente e as propriedades finais como retração linear, porosidade, microestrutura e resistência à flexão. As composições de ligante a base de borracha natural e cera de carnaúba proporcionaram melhores propriedades ao processo MPI. Nestas composições foi possível a moldagem por injeção de cargas injetáveis com maior teor de pó, apresentaram maior estabilidade reológica, em que a viscosidade apresentou baixa variação em relação à temperatura e maior estabilidade com o aumento do teor de pó. Além disso, foram as únicas amostras que não apresentaram defeitos durante a extração por solvente e apresentaram propriedades finais satisfatórias para o processo MPI de ferro. / The Powder Injection Molding process (PIM) is a relatively new technology and allows the manufacturing of parts and components of various materials, with the possibility of fabricating parts in microscale. The PIM process is composed of four steps: mix the powder with the organic material (binder), injection molding, extraction of the binder and sintering. The binder is a temporary vehicle composed of polymers and/or waxes and its function is to allow the flow of the feedstock into the mold during injection molding, and after molding this should be completely removed from the sample. Most of the polymers used in the binder are derived from petroleum, which is a non-renewable source that generates serious environmental impacts. In this study, it was proposed the use of binder based on polymer and wax from renewable sources that reduce the environmental impact. It was analyzed the substitution of paraffin, which was studied in previous studies with natural rubber, by the carnauba wax in the injection molding of the iron carbonyl. Were evaluated three binders based on polymer and wax: (i) paraffin, (ii) carnauba wax and (iii) paraffin wax carnauba wax and we studied the binder composition effect in each step of PIM process. The chemical and thermal binder properties, the critical powder volume concentration, the solvent and thermal debinding and the sintered properties were analyzed. As results, we found that the natural rubber and carnauba wax binder have better PIM process properties. In this binder was possible an injection molding with higher powder content, showing higher rheological stability, which the viscosity was more stable under temperature and powder content variation. Furthermore, the samples with this binder shown no defects after solvent debinding and suitable sintered properties for the iron PIM process.

Com a crescente ideia de sustentabilidade, surge a necessidade de utilização de recursos renováveis e reaproveitamento de resíduos gerados em processos industriais. Neste trabalho foi avaliada a utilização da cinza pesada oriunda da queima do carvão em usinas termoelétricas no desenvolvimento de um Cermet. O compósito Cinza-Ferro (Cz-10Fe) foi obtido por metalurgia do pó e é composto de cinza pesada moída com adição de 10% em massa de pó de ferro puro. A adição do ferro é justificada para melhoria das propriedades mecânicas do material cerâmico. O compósito foi aplicado como meio suporte para biofilme em filtro biológico percolador, no pós-tratamento de efluentes domésticos. Foram realizados estudos com os principais componentes da cinza, tais como a sílica (SiO2), em forma de pó de quartzo, e a alumina (Al2O3) na versão comercial para avaliação da interação dos mesmos com o ferro e avaliação de suas propriedades mecânicas sob influência da variação da temperatura de sinterização A cinza pesada, obtida na Usina Tractebel de Charqueadas, foi moída durante 2, 4 e 8 horas para determinação do tamanho de partícula ideal para o compósito. Após caracterização, foi selecionada cinza moída por 2 horas para a produção dos compósitos para aplicação. A aplicação se deu utilizando um protótipo no pós-tratamento de efluentes da Estação de Tratamento de Esgotos (ETE) da COMUSA visando a remoção de Demanda Química de Oxigênio (DQO). Obteve-se incremento na eficiência do processo, reduzindo a DQO do efluente final em média 9%, indicando a viabilidade de uso do protótipo no pós- tratamento de esgotos domésticos, com porosidade aproximada de 20%, obtidos na cinza moída por 2 horas e sinterizado com ferro, como meio suporte para biofilme em filtro biológico percolador. / With the crescent idea of sustainability, there is a necessity for the use of renewable resources and the reuse of waste generated in industrial processes. In this work the use of the coal bottom ash from thermoelectric plants was evaluated in the development of a Cermet. The composite Ash-Iron (Cz-10Fe) was obtained by powder metallurgy and is composed of ground heavy ash with addition of 10% by mass of pure iron powder. The addition of iron is justified to improve the mechanical properties of the ceramic material. The composite was applied as biofilm packing media in trickling filter in the post-treatment of domestic effluents. Studies with the main components of the ash, such as silica (SiO2), in the form of quartz powder, and alumina (Al2O3) in the commercial version were carried out to evaluate their interaction with iron and evaluation of their mechanical properties under influence of the sintering temperature variation The bottom ash obtained at Tractebel from Charqueadas was milling for 2, 4 and 8 hours to determine the ideal particle size for the composite. After characterization, milled ash for 2 hours was selected for the production of the composites for application. The application was done using a prototype in the post-treatment of effluents from the Wastewater Treatment Station (ETE) of COMUSA aiming at the removal of Chemical Oxygen Demand (COD). The efficiency of the process was obtained by reducing the COD of the final effluent by a mean of 9%, indicating the viability of the utilization the prototype in the post-treatment of domestic sewage, with approximate porosity of 20%, obtained in ground ash for 2 hours and sintered with iron powder, in biofilm packing media in trickling filter.

Neste trabalho foi feito o estudo sobre o efeito de elementos microligantes na composição química, microestrutura e propriedades mecânicas de metais como soldado produzidos por arco submerso com adição de pó de ferro em aço de alta resistência e baixa liga (ARBL). Foram feitos dois cordões de solda utilizando os aços BS - 4360 - 50 e USI - SAC - 50, o arame EM - 12K, o pó de ferro ESAB 400 e o fluxo experimental 10.71P. Utilizando-se a corrente de 600 A, tensão de 34 V, velocidade de soldagem de 30 cm/min e vazão de pó de ferro de 6,7 Kg/h foram produzidos os metais como soldado com um único passe e chanfro em \"V\", que mostraram características de boa temperabilidade e estrutura refinada. O microconstituinte em maior porcentagem nos dois cordões de solda foi a ferrita acicular. Os ensaios mecânicos realizados foram a dureza, tração e impacto. O cordão de solda com nióbio e vanádio obteve maiores valores de dureza e resistência à tração em relação ao cordão com cobre, cromo e níquel. Entretanto os altos teores de manganês presentes fizeram com que o endurecimento por solução sólida reduzisse significativamente a resistência ao impacto dos dois cordões de solda. A natureza das inclusões não metálicas foi investigada por microscopia eletrônica e análise por EDAX. / The study of the effect of microalloying elements in the chemical composition, microstructure and mechanical properties of the as-welded metaIs obtained by submerged are welding with iron powder addition in High Strength Low Alloy (HSLA) steel were done. Two weld metaIs were made using, BS - 4360 - 50 and USI - SAC - 50 steels, EM - 12K wire, ESAB 400 iron powder and 10.71P experimental flux. Using welding current of 600 A, arc voltage of 34 V, travel speed of 30 cm/min and iron powder flow of 6,7 Kg/h were obtained as-welded metals by single pass into V - groove, that showed good hardenability and refined microstructure. The higher percentage microstructure in the two weld metals was the acicular ferrite. The mechanical tests done were hardness, tensile strength and impact. The weld metal with niobium and vanadium achieve better values of hardness and yield strength than with copper, chromium and nickel weld metal. However, the hardening by solid solution, induced by the high levels of manganese, decreased the impact strength of the two weld metaIs. The non - metallic inclusions nature was investigated by electronic microscopy and EDAX analysis.

Neste trabalho foi feito o estudo sobre o efeito de elementos microligantes na composição química, microestrutura e propriedades mecânicas de metais como soldado produzidos por arco submerso com adição de pó de ferro em aço de alta resistência e baixa liga (ARBL). Foram feitos dois cordões de solda utilizando os aços BS - 4360 - 50 e USI - SAC - 50, o arame EM - 12K, o pó de ferro ESAB 400 e o fluxo experimental 10.71P. Utilizando-se a corrente de 600 A, tensão de 34 V, velocidade de soldagem de 30 cm/min e vazão de pó de ferro de 6,7 Kg/h foram produzidos os metais como soldado com um único passe e chanfro em \"V\", que mostraram características de boa temperabilidade e estrutura refinada. O microconstituinte em maior porcentagem nos dois cordões de solda foi a ferrita acicular. Os ensaios mecânicos realizados foram a dureza, tração e impacto. O cordão de solda com nióbio e vanádio obteve maiores valores de dureza e resistência à tração em relação ao cordão com cobre, cromo e níquel. Entretanto os altos teores de manganês presentes fizeram com que o endurecimento por solução sólida reduzisse significativamente a resistência ao impacto dos dois cordões de solda. A natureza das inclusões não metálicas foi investigada por microscopia eletrônica e análise por EDAX. / The study of the effect of microalloying elements in the chemical composition, microstructure and mechanical properties of the as-welded metaIs obtained by submerged are welding with iron powder addition in High Strength Low Alloy (HSLA) steel were done. Two weld metaIs were made using, BS - 4360 - 50 and USI - SAC - 50 steels, EM - 12K wire, ESAB 400 iron powder and 10.71P experimental flux. Using welding current of 600 A, arc voltage of 34 V, travel speed of 30 cm/min and iron powder flow of 6,7 Kg/h were obtained as-welded metals by single pass into V - groove, that showed good hardenability and refined microstructure. The higher percentage microstructure in the two weld metals was the acicular ferrite. The mechanical tests done were hardness, tensile strength and impact. The weld metal with niobium and vanadium achieve better values of hardness and yield strength than with copper, chromium and nickel weld metal. However, the hardening by solid solution, induced by the high levels of manganese, decreased the impact strength of the two weld metaIs. The non - metallic inclusions nature was investigated by electronic microscopy and EDAX analysis.