Estágio realizado na RECIAL - Reciclagem de Alumínios, S.A. e orientado pelo Eng.º Hélder Costa / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Dissertação apresentada para obtenção do grau de mestre em Materiais e Processos de Fabrico, sob orientação do Prof. António Barbedo de Magalhães

Estágio realizado no INEGI e orientado pelo Eng.º Rui Neto / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Estágio realizado na EMPA - Materials Science and Technology - e orientado pela Dr. Liliana Duarte / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Dissertation submitted for obtain the degree of Doctor of PhD, at the Cranfield Institut of Technology

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-12-14Bitstream added on 2014-06-13T20:16:10Z : No. of bitstreams: 1 moreira_lts_me_guara.pdf: 1654378 bytes, checksum: e39f61f627658d069df357fd420ca482 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Atualmente, dentre os tipos de metais utilizados na indústria metal-mecânica, as ligas de alumínio têm sido largamente utilizadas, principalmente na indústria aeroespacial, devido suas propriedades físicas e mecânicas. As ligas de alumínio mais utilizadas são as da série 7000, as quais apresentam ótimas propriedades após o tratamento térmico, sendo o Zn o seu principal elemento de liga seguido de Mg, Cu e Cr. Nas operações de usinagem existentes, o torneamento permanece como a operação mais importante no trabalho destas ligas, onde o aumento da produtividade e a redução dos custos de fabricação são a chave para o sucesso dos negócios. Testes de laboratório realizados anteriormente mostraram que a redução da temperatura de corte se apresenta como um fator importante para o aumento da vida da ferramenta. Em contrapartida, na última década, algumas pesquisas tiveram como meta restringir ao máximo o uso de fluidos refrigerante e/ou lubrificante na indústria metal-mecânica. Dentre os fatores que justificaram esse procedimento estão os custos operacionais da produção, as questões ecológicas acompanhadas das exigências legais de conservação do meio ambiente e a preservação da saúde do ser humano. Desta maneira, a técnica da mínima quantidade de fluido (MQF) ganhou espaço, baseada também na necessidade do uso de lubrificantes ecologicamente corretos e com altíssima taxa de redução de calor. O trabalho proposto visa estudar a influência da aplicação das técnicas de lubrirefrigeração abundante e de mínima quantidade de fluido (MQF) no processo de torneamento da liga de alumínio AA 7075, estabelecendo uma relação entre o comportamento da rugosidade, forma do cavaco e o desgaste da ferramenta de corte. Através dos resultados deste trabalho foi possível... / Currently, among the types of metals used in metalworking industry, aluminum alloys have been widely used, especially in the aerospace industry because of their physical and mechanical properties. Aluminum alloys are the most commonly used 7000 series, which have excellent properties after heat treatment, the Zn being the main alloying element followed by Mg, Cu and Cr. In existing machining operations, turning remains the most important operation in the work of these alloys, where increasing productivity and reducing manufacturing costs are the way to business success. Laboratory tests have shown previously that reducing the cutting temperature is presented as an important factor for increasing the tool life. In contrast, in the last decade, some research had the goal much to restrict the use of refrigerant fluids and / or lubricant in metalworking industry. Among the factors that justified this procedure are operational costs of production, ecological issues accompanied by the legal requirements of environmental conservation and preservation of the health of human beings. Thus, the technique of the minimum quantity of fluid (MQF) gained space, also based on the need to use environmentally friendly lubricants and with high reduction ratio of heat. The proposed work aims to study the effect of applying the techniques of lubrication and cooling wet and minimal quantity of fluid (MQF) in the process of turning aluminum alloy AA 7075, establishing a relationship between the behavior of the roughness, chip and wear of the cutting tool. Through the results of this study has shown the potential use of the technique of minimal quantity of fluid (MQF) in machining of aluminum alloy AA 7075, considering his behavior was not below in relation to tool wear, the roughness of surfaces and the chip formed when compared... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2003Bitstream added on 2014-06-13T20:37:40Z : No. of bitstreams: 1 silva_jwj_me_guara.pdf: 1820882 bytes, checksum: 7e96fbad2b277d2b628c44604b9cf46d (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Foram caracterizados os comportamentos eletroquímicos e avaliadas as resistências à corrosão das ligas aeronáuticas 2024-T351 e 7050-T7451 em soluções aquosas de cloreto contendo cromato, molibdato e tungstato. Foram realizados ensaios de corrosão não-eletroquímicos de imersão prolongada acompanhados de análise metalográfica de superfície por microscopia óptica e identificação dos produtos de corrosão por difratometria de raios-X. A análise quantitativa de superfícies das ligas após a imersão, indica que os pites formados têm áreas médias similares. Os pites são mais largos do que profundos e de geometria, predominantemente, cônica ou quase-cônica e irregular. Em todos os produtos de corrosão de cada liga foi encontrado hidróxido de alumínio, em suas diferentes formas cristalinas. Medidas de perda de dureza, como uma conseqüência da deterioração superficial, também foram determinadas. Além disso, ensaios eletroquímicos como medidas de potencial em circuito aberto, curvas de polarização e voltametria cíclica complementaram este estudo. Em meio aerado os resultados obtidos mediante medidas eletroquímicas são consistentes com aqueles obtidos nos ensaios de imersão, em particular o efeito do CrO42- e do MoO42-. O WO42- mostrou-se agressivo em períodos prolongados de imersão. Apesar dos ensaios revelarem uma redução parcial de MoO42- em ambas as ligas, o efeito desse oxi-ânion parece ser diferente sobre cada liga. Em meio desaerado as ligas apresentam passivação em todos os eletrólitos. A adição dos oxi-ânions não modificou significativamente o potencial de pite para a liga 7050, enquanto que para a liga 2024 ele foi deslocado levemente para valores mais positivos. / It has been characterized the electrochemical behavior and evaluated the 2024-T351 and 7050-T7451 aircraft alloys corrosion resistance in chloride aqueous solutions containing chromate, molybdate and tungstate. It has been carried out non-electrochemical long immersion corrosion testings accompanied by surface metalography analysis achieved by light microscopy and corrosion products identification by X-ray difratometry. Surfaces quantitative analysis upon the alloys after immersion, indicates that formed pits have similar average area. Pits are widther than deeper and own predominantly a conical or quasi-conical and irregular geometry. In all corrosion products of each alloy it has been found aluminum hydroxide in its different crystalline ways. Hardness loss measurements have also been determined. In addition, electrochemical testings such as open circuit potential measures, polarization curves and cyclical voltammetry have completed this study. In aerated means the obtained results before electrochemical mesurements are similar to those obtained in the immersion tests, in particular CrO42- and MoO42- effects. WO42- has been found to be aggressive in very long immersion period. Though tests display a MoO42- partial reduction in both alloys, this oxi-anion effect seems to be different upon each alloy. In de-aerated means alloys present passivation in all eletrolytes. Oxi-anion addition has not changed significantly pit potential for 7050 alloy, while for 2024 alloy it has been dislocated, slightly, for more positive values.

Orientador: Nilson Cristiano da Cruz / Banca: Roberto Martins de Souza / Banca: Maria Eliziane Pires de Souza / O programa de Pós graduação em Ciencia e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem carater institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da UNESP / Resumo: Apesar da excelente relação resitência/peso das ligas de alumínio, a aplicação tecnológica destas ligas é limitada pela baixa resistência ao desgaste. Neste trabalho, amostras de uma liga de alumínio (AA 5052) foram tratadas pelo processo de oxidação por plasma eletrolítico, com tempo de exposição variando de 150 a 900 s. A composição e a estrutura química dos revestimentos assim produzidos foram analisadas por espectroscopia de absorção no infravermelho. Um método baseado na medida de correntes parasitas e a perfilometria foram usados, respectivamente, na determinação da espessura e da rugosidade das camadas depositadas. O revestimento formado porssui espessura de até 9,2um. Análises da morfologia dos revestimentos foram feitas com microscopia eletrônica de varredura enquanto a resistência a desgastte das superfícies foi avaliada com um sistema pino-sobre-disco. Os resultados revelaram a deposição de um revestimento cerâmico, que conferiu expressivo aumento à resistência a desgaste da liga, o qual mostrou que as amostras tratadas suportaram uma carga aplicada de 13,44 vezes em comparação com amostras sem tratamento / Abstract: Despiste the excellent strengh/weight ratio, technological applications of aluminum aloys are limited by their low wear resistance. In this work, samples of AA 5052 aluminum alloy have been modified by plasma electrolytic oxidation, with exposure time ranging from 150 s to 900 soconds. Compositional characterization has been performed by fourier transform infrared spectroscopy. Eddy current and profilometry have been used, respectively, to evaluate thickness and roughness of the deposited layers. The coating formed has a thickness of up to 9,2 micrometers. Morphological investigations have been performed with scanning electron microscopy while wear resitance has been assessed using a pin-on-disk devide. The results have revealed the deposition of ceramic layers with significant enhancement of wear resistance, which showed that the treated samples resistance, which showed that the treated samples resist an applied load 13.44 times more compared with untreated samples / Mestre

Células a combustível são dispositivos de transformação de energia que convertem energia química em energia elétrica. Entre todos os tipos de células a combustível, as do tipo óxido sólido de alta temperatura (HTSOFC), que operam dentro de uma faixa de temperatura de 600 ºC a 1000 ºC são as que apresentam uma tecnologia mais promissora, devido a sua alta eficiência energética. Com a redução de temperatura de operação das células para faixa de 600 ºC a 800 ºC (célula a combustível do tipo óxido sólido de temperatura intermediária - ITSOFC) possibilitou a substituição de materiais cerâmicos por materiais metálicos na fabricação dos interconectores. Entre as ligas metálicas, o aço inoxidável ferrítico tem sido proposto por apresentar coeficiente de expansão térmica compatível com os demais componentes da célula, boa condutividade elétrica e baixo custo. Entretanto, em temperaturas elevadas, os interconectores metálicos de aço inoxidável ferrítico começam a oxidar, formando uma camada de óxido de cromo (Cr2O3), a qual atua como isolante elétrico. Para resolver este problema, revestimentos cerâmicos protetores têm sido propostos. Entre os revestimentos propostos, oxidos do tipo perovskitas e do tipo espinélios, têm sido utilizados, no entanto, os espinélios apresentam maior estabilidade do que as perovskitas em altas temperaturas. Nesse contexto, o presente trabalho tem por objetivo obter revestimento cerâmico do tipo espinélio sobre o aço inoxidável ferrítico AISI 430. Para obtenção dos revestimentos foi utilizada a técnica de eletroposição, observando-se o efeito da variação do pH do eletrólito e do pré-tratamento superficial do substrato sobre a adesão e regularidade do revestimento. Após a obtenção do revestimento, realizou-se tratamento térmico em diferentes temperaturas a fim de verificar a influência da temperatura na obtenção do óxido do tipo espinélio, NiFe2O4. Os revestimentos obtidos foram avaliados quanto às propriedades morfológicas, estruturais e químicas por meio de: microscopia eletrônica de varredura (MEV), perfilometria, difração de raios-X (DRX) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Além disso, os filmes foram avaliados quanto à resistência à oxidação por 43 horas a 800 ºC. Os resultados obtidos mostraram que foi possível obter o revestimento à base de Fe-Ni, e após o tratamento térmico houve a formação do óxido do tipo espinélio desejado (NiFe2O4). O revestimento obtido foi uniforme e contínuo sobre o substrato metálico, agindo como barreira para difusão do cromo, porém não impediu a difusão do oxigênio, permitindo a formação de Cr2O3 na interface entre o revestimento e o substrato. / Fuel cells are energy-generating devices that transform chemical energy into electrical energy. Considering all types of fuel cells, the high temperature solid oxide fuel cells (HTSOFC) that operate between the temperatures of 600 ºC and 1000 ºC are the ones that appear to offer the most promising technology, due to its high efficiency. However, the reduction on the operational temperature of this kind of cell to the 600 ºC to 800 ºC temperature range (intermediate temperature solid oxide fuel cell – ITSOFC) enabled the usual ceramic materials to be replaced by metallic materials on the manufacture of interconnectors. Among the metallic alloys, the ferritic stainless steel has been suggested as a valuable option, since it presents not only a thermal expansion coefficient compatible with the other components of the cell, but also good electrical conductivity and low cost. Nevertheless, at high temperatures the ferritic stainless steel interconnectors start to suffer oxidation, forming a chromium oxide layer (Cr2O3), which acts as an electrical insulator. In order to solve this problem, ceramic protective coatings have been considered. Among the proposed coatings, ceramic perovskite type and the spinel type oxide have been used. In high temperatures, however, the spinel has a higher stability than the perovskite. In this context, the present work aims to obtain a ceramic coating spinel on the AISI 430 ferritic stainless steel. An electrodeposition technique was employed for the synthesis of the coatings, starting from a Fe-Ni solution, observing parameters such as the electrolyte pH variation and pre-surface treatment on the adhesion of the substrate and the regularity of coating. After the coating production, a heat treatment was applied at different temperatures to verify the influence to obtain the NiFe2O4 spinel type oxide. The coatings which were obtained were assessed in regards to the morphological, structural and chemical properties by scanning electron microscopy (SEM), profilometry and energy dispersive spectroscopy (EDS). Moreover, the coatings were evaluated in regards to their oxidation resistance for 43 hours at 800 ºC. The results showed that it was possible to obtain the coating based on Fe-Ni, and after the heat treatment, the NiFe2O4 spinel type oxide was formed. The coating was homogeneous and continuous over the entire surface, behaving as a barrier to chromium diffusion. However, they did not prevent the oxygen diffusional processes, allowing the formation of Cr2O3 in the interface between the coating and the substrate.

A substituição total de uma articulação de joelho é uma técnica amplamente usada para corrigir os danos irreversíveis na juntas originais, causadas por patologias como osteoartrite e artrite reumatóide. Com o aumento número de pacientes jovens e mais ativos, a evolução na técnica da substituição da articulação total de joelho visando desempenho de longo prazo passa a ser uma demanda crítica. Portanto, na tentativa de evitar as falhas prematuras e prolongar a vida em serviço como um todo, as modificações na bandeja tibial podem produzir erros fundamentais. O design da bandeja tibial é um importante fator, porque a sua fratura pode ocorrer em função de elementos geométricos da mesma, como raios de concordância e cantos vivos. A escolha do material e do processo de fabricação também são importantes. No tocante a rota de fabricação, pode ser visto que as ligas forjadas tem o maior limite de fadiga, se comparado com as obtidas pelo processo de fundição. Entretanto, a combinação das técnicas de desenho assistido por computador (CAD), engenharia assistida por computador (CAE) e manufatura assistida por computador (CAM) podem ser uma solução rápida e barata para alcançar melhores características das bandejas tibiais. Contudo, testes pré-clínicos devem ser executados para garantir que as bandejas tibiais não falharão prematuramente devido à fadiga. As técnicas de metalografia, microdureza e espectrometria foram empregadas neste trabalho com o objetivo de caracterizar metalurgicamente a liga de aço inoxidável atualmente empregada. A rugosidade superficial foi avaliada, assim como o número de ciclos para a iniciação das trincas. Com a utilização do método de elementos finitos, verificou-se o ponto de maior tensão e, aliado ao estudo de fractografia, foi determinado o modo de falha Os resultados indicaram que o material atualmente empregado não está em conformidade com todos os requisitos das normas vigentes, de forma que um material alternativo é sugerido. Com o objetivo de melhorar a resistência à fadiga sem apresentar problemas de ordem clínica, cinco geometrias foram propostas e os resultados da análise de tensões pelo método de elementos finitos indicaram um grande potencial de aumento da vida em fadiga.