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Estudo e modelagem sob condições de fluência da liga Ti6Al4V.Miguel Justino Ribeiro Barboza 00 December 2001 (has links)
Este trabalho tem como objetivo o estudo da liga Ti6Al4V sob condições de fluência, a 500C e 600C. As condições microestruturais, de maior aplicação na indústria aeronáutica, são compostas especificamente pelas fases a (HC) e b (CCC), obtidas após forjamento e recozimento a 190C, com posterior resfriamento ao ar. Para tanto, é obtido um conjunto de curvas experimentais junto ao Laboratório de Ensaios Mecânicos do AMR/IAE/CTA, cujas análises envolvem a determinação dos principais mecanismos responsáveis pela fluência e de um conjunto de parâmetros experimentais, juntamente com avaliações quanto aos efeitos da pré-deformação sobre a ductilidade, taxa de fluência estacionária e tempo de vida nas condições apresentadas nesse trabalho. Os estudos experimentais são complementados por observações da estrutura de discordâncias, juntamente com os principais micromecanismos responsáveis pelo processo de fratura. Com base nos comportamento e nas principais características mecânicas e metalúrgicas da liga em questão, nas condições de teste apresentadas nesse trabalho, são desenvolvidos modelos matemáticos através dos conceitos propostos pela Mecânica do Dano Contínuo. As propostas envolvem a previsão da curva normal de fluência por meio da obtenção e solução analítica de um conjunto de equações diferenciais, utilizando-se uma base de dados gerada por parâmetros experimentais.
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Modificação de propriedades superficiais da liga Ti-6Al-4V pelo processo implantação iônica por imersão em plasma.Maria Margareth da Silva 00 December 2001 (has links)
A finalidade deste trabalho é modificar as propriedades superficiais da liga Ti-6Al-4V, com o intuito de obter melhorias nas suas propriedades tribológicas e de biocompatibilidade, para possível aplicação em válvulas cardíacas mecânicas. O processo utilizado é o IIIP (Implantação Iônica por Imersão em Plasma), onde as amostras tridimensionais podem ser tratadas homogeneamente. As amostras da liga de titânio são implantadas por intervalos de tempo entre 15 e 120 minutos e, posteriormente, caracterizadas pelas técnicas: espectroscopia Auger, "ball-on-disc", EDX, rugosidade e nanoindentação. Constata-se que há dificuldades na caracterização de amostras tratadas por esse processo, havendo necessidade de utilização de técnicas especiais para que se possam obter dados confiáveis sobre as características físico-químicas das superfícies tratadas. A técnica de espectroscopia Auger confirma a presença de nitreto de titânio na superfície das amostras, porém mostra que a camada modificada é delgada, com espessura em torno de 40 nm, para amostras com tratamento igual ou superior a 60 minutos de implantação. Apesar de a camada ser muito fina, verifica-se que suas propriedades mecânicas são modificadas conforme a expectativa prevista em literatura. A melhora das propriedades tribológicas fica confirmada através do ensaio esfera sobre disco ("ball-on-disc"), com o coeficiente de atrito baixando da faixa de 0,7, na amostra sem tratamento, para em torno de 0,15 - 0,2 para a amostra tratada por 45 minutos. Com auxílio da técnica de nanoindentação, observa-se que as propriedades mecânicas são melhoradas com aumento da dureza em torno de 50% em relação ao original. Esses valores estão dentro da faixa de valores obtidas por outros pesquisadores, por meio de tratamento realizado com o uso do mesmo tipo de processo de implantação iônica. A presença de nitreto de titânio na superfície da liga é também confirmada por EDX, e ainda pode-se constatar a uniformidade do processo através da microestura observada com auxílio de um MEV e da observação de rugosidade constante por todo o corpo-de-prova. Com esses resultados pode-se confirmar que o processo IIIP altera com eficiência as propriedades superficiais da liga Ti-6Al-4V como esperado, possibilitando prosseguir os estudos do seu comportamento de biocompatilidade, para futuras aplicações práticas, como almejado.
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Corrosão de ligas de titânio recobertas com carbono tipo diamante (DLC) em meio contendo cloreto.Adalena Kennedy Vieira 00 December 2003 (has links)
Neste trabalho foi realizada a deposição de filmes de carbono sobre a liga de titânio Ti-6Al-4V empregada nos setores aeronáutico e biomédico. Os filmes de carbono amorfo foram depositados através da pulverização catódica, com auxílio de um campo magnético, de um alvo de carbono com 99,999% de pureza com dois plasmas diferentes: um plasma constituído por uma mistura de argônio e hidrogênio (filme denominado a-C:H) e o outro constituído por uma mistura de argônio e metano (filme denominado DLC). Esse método de deposição é conhecido como "magnetron sputtering". A espessura dos filmes depositados foi variada através da deposição de cada tipo de filme em tempos de deposição iguais a 5, 10, 15, 20, 25 e 30 min, respectivamente. A estrutura dos filmes de carbono amorfo depositados foi estudada através de espectroscopia Raman, com excitação na região do visível, e absorção de radiação na região do infravermelho. Os espectros FTIR obtidos para as superfícies recobertas com os filmes a-C:H mostram que a quantidade de átomos de hidrogênio do filme aumenta com o tempo de deposição do filme. A morfologia das superfícies recobertas com os filmes a-C:H e DLC de diferentes espessuras foi analisada por Microscopia Óptica. A morfologia das superfícies recobertas com os filmes DLC depositados em diferentes tempos de deposição também foi analisada através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Essa análise de superfícies foi realizada antes e após a realização de ensaios potenciodinâmicos. As micrografias MEV das superfícies após a realização dos ensaios eletroquímicos revelaram que as superfícies sofreram corrosão por "pitting ", este tipo de corrosão sendo maior naquelas superfícies recobertas com filmes mais espessos, os quais apresentavam, previamente, indícios de estarem sob de "stress". Neste caso, durante os ensaios potenciodinâmicos, o filme diminuiu de espessura, mas não chegou a descolar da liga e esta também não sofreu corrosão por "pitting". Ensaios eletroquímicos potenciodinâmicos de corrosão foram realizados, tanto para as superfícies recobertas com os filmes a-C:H como para as recobertas com filmes DLC expostas a uma solução aquosa 0,5 mol L-1, pH 5,5, na temperatura ambiente (" 25 C).
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Influência do teor de carbono e oxigênio sobre a vida em fadiga por flexão rotativa de fios de ligas NiTi com efeito memória de formaWilliam Marcos Muniz Menezes 18 July 2013 (has links)
Este trabalho avalia a resistência à fadiga por flexão rotativa de ligas NiTi na forma de fios, em função da presença de impurezas e qualidade superficial das mesmas. O desenvolvimento da pesquisa foi realizado em duas etapas, sendo a primeira destinada ao desenvolvimento de um equipamento para ensaio de fadiga por flexão rotativa. A segunda etapa destinou-se à preparação de fios por trefilação, execução de ensaios mecânicos e análise mecânica e metalúrgica dos materiais. Os ensaios de fadiga foram divididos em dois grupos, para ciclagem parcial sem ruptura e ciclagem total até a ruptura dos fios. Após o processo de fadiga, as amostras cicladas parcialmente foram ensaiadas por tração, com aplicação de deformação até 6%, seguido de descarregamento com recuperação elástica do material. Constata que a vida em fadiga dos materiais é determinada por fatores intrínsecos, uma vez que defeitos superficiais não influenciam o processo de falha. A vida em fadiga dos fios de NiTi com menor teor de carbono é 90% maior que a dos fios com elevados teores deste elemento. O aspecto da fratura indica que a liga de menor teor de carbono armazena mais energia no processo de crescimento de trincas por fadiga; também sofre considerável transformação martensítica induzida por fadiga, fato que modifica sensivelmente suas propriedades mecânicas ao longo do processo de ciclagem.
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Estudo dos recobrimentos metálico e cerâmico no comportamento em fluência da liga Ti-6Al-4VFlávio Perpétuo Briguente 15 April 2015 (has links)
O objetivo deste trabalho foi o estudo do efeito do recobrimento metálico e do recobrimento como forma de barreira térmica no comportamento de fluência da liga Ti-6Al-4V. O uso de recobrimentos pode ser utilizado como técnica para aumentar a vida útil ou a temperatura de trabalho das ligas de titânio, melhorando a eficiência de motores de turbinas a gás. Para isto, em alguns corpos de prova foram aplicados recobrimento metálico de NiCoCrAlY por aspersão térmica, em outros corpos de prova foram aplicados recobrimento como forma de barreira térmica (TBC), composto por uma camada de ligação de NiCoCrAlY e uma camada cerâmica de zircônia parcialmente estabilizada com ítria (ZrO2 + 8 % peso ítria) por aspersão térmica. Foram realizados ensaios de fluência na modalidade de carga constante na temperatura de 600 C nas tensões de 125, 250 e 319 MPa e na tensão de 125 MPa para as temperaturas de 500 e 700 C, para os corpos de prova com e sem recobrimentos. Foram determinados os parâmetros e os mecanismos de fluência. A caracterização do material foi realizada através de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A liga com recobrimento metálico e TBC apresentou um aumento médio na resistência à fluência em relação à liga não recoberta de 77% e 131%, respectivamente, com redução na taxa de fluência secundária e aumento no tempo de vida por fluência. Os valores dos expoentes de tensão obtidos variaram entre 3,59 e 3,88 e da energia de ativação entre 265 e 270 kJ/mol, indicando que o mecanismo de fluência era controlado por escalagem de discordâncias. As análises fractográficas indicaram que o mecanismo predominante foi caracterizado pela formação e coalescência de microcavidades com forma e tamanhos variados, formando os dimples ou vazios, prevalecendo o mecanismo de fratura dúctil em todas as condições.
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Ampliação de histerese de transformação de fase em LIGAS Ni-Ti-Nb com efeito de memória de formaJoão Pedro Valls Tosetti 10 December 2015 (has links)
Propostas nos anos 80, ligas do sistema Ni-Ti-Nb apresentam ampla histerese de memória de forma, conveniente para dispositivos de montagem cuja aplicação típica aeroespacial é no acoplamento de tubos. As temperaturas de transformação são ajustadas e a temperatura ambiente posiciona-se no meio da histerese de transformação. O mecanismo de aumento da histerese e o papel do nióbio, dissolvido na matriz ou precipitado como ?-Nb, ainda é objeto de especulação. Pretende-se, com esse trabalho, contribuir para o esclarecimento do fenômeno da ampliação da histerese e do papel do nióbio nessa ampliação. Foram elaboradas ligas com 3%at.Nb, 6%at.Nb e 9%at.Nb, com relação Ni:Ti constante e igual a 1,07. Das ligas foram fabricadas tiras que foram solubilizadas e envelhecidas (a duas temperaturas e por dois intervalos de tempo cada composição). Foi feita caracterização microestrutural desde a estrutura bruta de fusão até a tira envelhecida. Foram medidas temperaturas características e foram feitos ensaios de recuperação de forma. A complexa estrutura bruta de fusão evoluiu para estrutura conformada simples. Níquel, titânio e nióbio distribuem-se por quatro microconstituintes na estrutura bruta de fusão: matriz NiTi, partículas ?-Nb, componente eutético (NiTi + ?-Nb) e intermetálico enriquecido em titânio Ti3(Ni,Nb)2. Após conformação a quente, a estrutura reduz-se à matriz NiTi e partículas ?-Nb, com partículas enriquecidas em titânio remanescentes. Não foi possível identificar microconstituintes de pequena fração volumétrica por técnicas de raios-X. Em nenhuma liga foi atingido estado monofásico após solubilização. Há remanescentes enriquecidos em nióbio e outros enriquecidos em titânio e observa-se aumento de nióbio e diminuição de titânio na matriz. A histerese aumenta linearmente com o teor de nióbio nas amostras solubilizadas. Após envelhecimento, observa-se diminuição de titânio, pelo aumento de precipitados enriquecidos neste elemento. A histerese nas amostras envelhecidas quase sempre aumenta, possivelmente pelo aumento da distorção do reticulado (provocado pela precipitação de segunda fase), que reduz a energia elástica disponível para a reação reversa. A resistência mecânica foi afetada pelo envelhecimento mais expressivamente na liga 9% Nb, possivelmente pela precipitação de fases precursoras de Ni3Ti. O envelhecimento diminuiu a deformação permanente e aumentou a recuperação elástica. Aumentou também o grau de recuperação de forma em relação às amostras solubilizadas e diminuiu a histerese, possivelmente pela diminuição da estabilidade da martensita pelo alívio de tensões elásticas introduzidas na pré-deformação. É razoável a expectativa de aumento de histerese para teores crescentes de nióbio dado o mecanismo estar associado à deformação das partículas ?-Nb distribuídas na matriz. A variação da histerese da liga 9% Nb ficou abaixo do esperado, possivelmente, devido aos problemas ocorridos na fabricação das tiras. Há indicações de que houve alteração microestrutural e de composição química da matriz após deformação sub-zero, as quais parecem ter sido mais relevantes para maiores teores de nióbio. Sugere-se que a passagem das interfaces austenita/martensita ou entre variantes de martensita, associada à tensão aplicada, promoveria reorganização dos átomos do reticulado que, ao final do processo, resultou nas alterações. Estudos específicos devem ser conduzidos para esclarecimento do fenômeno observado.
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Estudo comparativo da degradação de forças geradas por elásticos ortodônticos sintéticos e molas de níquel-titânio /Araujo, Fabiana Ballete de Cara. January 2006 (has links)
Orientador: Weber José da Silva Ursi / Banca: Robert Chaib Stegun / Banca: Carlos Alberto Adde / Banca: João Batista Macedo Becker / Banca: Lúcia Teramoto / Resumo: Analisaram-se separada e comparativamente três marcas comerciais de elásticos ortodônticos sintéticos e de molas de NiTi (MORELLI, ORMCO e GAC), quanto à degradação da força sofrida por estes materiais em função do tempo, quando submetidos a simulação das condições bucais. Os elásticos e molas foram inicialmente termociclados (temperaturas de 15°C e 45°C), em seguida estirados em 20mm, imersos em saliva artificial a 37°C e desativados em 0,5mm semanais. As leituras da quantidade de força gerada pelas amostras foram realizadas nos momentos: inicial, 1, 24, 48 horas, 7, 14, 21 e 28 dias. Observou-se significativa redução na quantidade de força gerada pelos elásticos na primeira hora de ativação, que variou de 49,5% a 53%, enquanto que para as molas a degradação foi signicativamente menor, com valores entre 4,2% e 18,1%. Ao término de 28 dias de testes, as amostras de elásticos sofreram redução média na quantidade de força gerada entre 82,7% e 91,2% (GAC-82,7%, ORMCO-86,0% e MORELLI- 91,2%) já as amostras de molas apresentaram degradação média de força entre 17,5% e 32,2% (MORELLI-17,5%, ORMCO-27,3% e GAC-32,2%). Concluiu-se que, em geral, os elásticos promoveram maior índice inicial de força que as molas, mas após as primeiras 24 horas de ativação a quantidade de força gerada pelos elásticos era menor que a promovida pelas molas, que assim apresentaram níveis médios de força mais constantes que os elásticos ao longo dos testes. / Abstract: Three commercial marks of synthetic elastics and NiTi coil springs (MORELLI, ORMCO, GAC) were separately and comparably analyzed, according to the force degradation generated by these materials, because of the time, when maintained stretched in artificial salivary, 37°C. The synthetic elastics and NiTi coil springs were thermal- cycled (15°C-45°C) and stretched in 20mm, and this stretch was reduced in 0,5mm weekly. The readings of the amount generated for elastics and coil springs were done in the intervals 0, 1, 24, 48h, 7, 14, 21 and 28 days. Where observed significative reduction on the amount of force generated for the elastics in the first hour of the activation (49,5%- 53%), and 82,7% - 91,2% in 28 days of the tests ( MORELLI - 91,2%, ORMCO - 86,0%, GAC - 82,7%);, while the generated force for NiTi coil springs suffered a reduction of 4,2%- 18,1%, in the first hour of the experimentation and 17,5% - 32,2% in 28 days of the stretch (MORELLI - 17,5%, ORMCO - 27,3%, GAC - 32,2%). We conclude that for most elastics delivered larger initial force that NiTi coil springs, but after 24 hours of activation the NiTi coil springs delivered larger force that the elastics and generated level of the force more constant that elastics. / Doutor
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Síntese, caracterização e estudo da bioatividade de ligas formadas por Ti-Nb-Sn / Synthesis, characterization and study of bioactivity of alloys formed by Ti-Nb-SnRezende, Ana Carolina da Silva Araújo 23 March 2018 (has links)
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Previous issue date: 2018-03-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Titanium is a metal of first choice for use as biomaterial. Titanium alloys of type β are the
most suitable for orthopedic implants. This study aims to obtain, characterize structurally
and evaluate the bioactivity properties of three types of Ti-Nb-Sn alloys: a) 61% Ti-18%
Nb-11% Sn of crude fusion; B) 61% Ti-35% Nb-4% Sn with thermo mechanical treatment;
C) 61% Ti-35% Nb-4% Sn with thermomechanical treatment and chemically modified
surface. Materials and Methods: samples were obtained by melting in an arc furnace. After
melting the Ti-35Nb-4Sn samples were subjected to reduction, treatment and ther
malaging. A portion of these Ti-35Nb-4Sn samples had the surface chemically and
thermally modified through NaOH, CaCl, heat and water. After this process the three
samples were submitted to bioactivity assay through the Kokubo procotol. The samples
were immersed in PBS during different periods (1, 3, 7 and 14 days), during this period
they were kept in anoven at 36.5 ± 0.03 ° C. It was verified the formation of apatite through
XRD and MEV / EDS. The experimental techniques used in the characterization were:
MO, DRX, FRX, MEV, and Hardness Test. Results: Structurally the Ti-18Nb-11Sn alloys
howed a structure composed of the orthorhombic martensitic phase α ", with Vickers
hardness of 189,5HV, MEV images present the formation of Hydroxyapatite in 14 days
after immersion in PBS, XRD analysis demonstrates peaks In 2θ = 31,8 ° referring to
Hydroxyapatite. The Ti-35Nb-4Sn alloy is formed by β phase, exhibits Vickers hard ness
of 270HV, SEM images demonstrating the formation of hydroxyl apatite after 7 days
confirmed by XRD. Conclusion: The Ti-18Nb-11Sn alloy, shows composed of
orthorhombic martensitic phase, thus presents structural and mechanical characteristics
that are not considered appropriate for implants. The bioactivity assay has shown that Ti-
35Nb-4Sn alloys have a more bioactive surface treatment than the others. / O Titânio é um metal de primeira escolha para utilização como biomaterial. As ligas de
Titânio do tipo β são as mais indicadas para implantes ortopédicos. Este estudo teve por
objetivo obter, caracterizar estruturalmente e avaliar a bioatividade de três tipos de ligas
de Ti-Nb-Sn: a) 61%Ti-18%Nb-11%Sn de fusão bruta; b) 61%Ti-35%Nb-4%Sn com
tratamento termomecânico; c) 61%Ti-35%Nb-4%Sn com tratamento termomecânico e
superfície modificada quimicamente. Materiais e Métodos: as amostras foram produzidas
através da fusão em forno arco voltaíco. Após a fusão, às amostras de Ti-35Nb-4Sn foram
submetidas à redução, tratamento e envelhecimento térmico. Uma parte destas amostras
de Ti-35Nb-4Sn tiveram a superfície modificada quimicamente e termicamente, através
de soluções de NaOH, CaCl, Calor e água. Após este processo as três amostras foram
submetidas a ensaios de bioatividade, seguindo o procotolo de Kokubo. As amostras
foram imersas em um Fluído Corpóreo Simulado (FCS), durante diferentes períodos, (um,
três, sete e quatorze dias). Durante este período, foram mantidas dentro da estufa à 36,5
±0,03°C. Averigou-se a formação de apatita através de DRX e MEV/EDS. As técnicas
experimentais utilizadas na caracterização foram: MO, DRX, FRX, MEV, e Ensaio de
Dureza. Resultados: estruturalmente a liga Ti-18Nb-11Sn relevou uma estrutura
composta pela fase martensítica ortorrômbica α”, com dureza Vickers de 189,5HV, as
imagens de MEV apresentam a formação de Hidroxiapatita no 14° dia após a imersão
em FCS. A análise de DRX mostra a presença de picos de difração para o ângulo
2θ=31,8°, o qual é referente à formação de Hidroxiapatita. A liga Ti-35Nb-4Sn é apresenta
a formação da fase β, a qual apresenta microdureza Vickers de 270HV. As imagens de
MEV confirmam a formação de hidroxiapatita após 7 dias de imersão de FCS. Os
resultados de DRX também confirmam a presença de hidroxiapatita sobre a superfície da
liga. E para as amostras modificadas termoquimicamente, a formação de HA é
evidenciada pela MEV, no terceiro dia após imersão em FCS. Conclusão: A liga Ti-18Nb-
11Sn demonstrou ser composta por fase martensítica ortorrômbica, assim, apresenta
características estruturais e mecânicas que não são consideradas apropriadas para
implantes. O ensaio de bioatividade demonstrou que a liga Ti-35Nb-4Sn com tratamento
de termoquímico da superfície, apresenta maior bioatividade que as demais ligas.
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Avaliação do efeito do cobalto ou zinco na estabilidade do composto Ti6Si2B em ligas produzidas por moagem de alta energia e subsequente sinterização a plasma / Evaluation of the effect of cobalto or zinc adittion on the stability of the Ti6Si2B compound in alloys produced by high-energy ball milling and subsequente spark plasma sinteringFERREIRA, Nelson Damásio 15 August 2017 (has links)
Ligas de Ti-Si-B contendo a fase Ti6Si2B apresentam potencial para aplicações estruturais em altas temperaturas devidas suas propriedades físicas e químicas tais como baixos coeficientes de expansão térmica e resistência à oxidação. O presente trabalho de pesquisa tem objetivo de investigar o efeito da adição de cobalto ou zinco (variando-se a quantidade de cada elemento em 2%-at. e 6%-at.) na estabilidade do composto Ti6Si2B em ligas de (66,7-x)Ti-xCo-22,2Si-11,1B e (66,7-x)Ti-xZn-22,2Si-11,1B (%-at) produzidas por moagem de alta energia e subsequente sinterização a plasma. Os pós das ligas foram produzidos em um moinho de bolas planetário Fritsch P-5 usando vaso (225 mL) e esferas (10 mm de diâmetro) de WC-6Co, com velocidade de 300 rpm e relação de massas esferas-pós de 10:1. As amostras foram coletadas após diferentes tempos de moagem: 20, 60, 180, 300 min. Dessa forma, pastilhas cilíndricas com 10 mm de diâmetro foram consolidadas por sinterização a plasma (1100oC, 12 min, 20 MPa), sob atmosfera controlada. Amostras dos pós-moídos e das amostras sinterizadas de Ti-Co-Si-B e Ti-Zn-Si-B foram caracterizadas com o auxílio de técnicas de difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectrometria por energia dispersiva (EDS). O aumento do tempo de moagem contribuiu para a homogeneização química e microestrutural das misturas de pós de Ti-xCo-22Si-11B e Ti-xZn-22Si-11B (x = 2 e 6 %-at.), o que foi acompanhado da formação de soluções sólidas de titânio supersaturadas. A quantidade de Ti6Si2B foi reduzida nas microestruturas das ligas Ti-Co-Si-B e Ti-Zn-Si-B sinterizadas a plasma com o aumento da quantidade do cobalto e do zinco na composição nominal dessas ligas, o que limita a utilização desses elementos para o desenvolvimento de ligas Ti-Si-B multicomponentes para aplicações estruturais. Além das fases TiB e Ti5Si3, outras fases desconhecidas e ricas em cobalto e zinco foram também encontradas nas microestruturas das ligas Ti-Co-Si-B e Ti-Zn-Si-B sinterizadas, respectivamente. Apesar dos parâmetros adotados para a sinterização a plasma, 1100oC/12 min/20MPa, foram produzidas ligas densas de Ti-xCo-22Si-11B e Ti-xZn-22Si-11B (x = 2 e 6 %-at.). Nessa etapa, os tempos prolongados de moagem contribuíram para facilitar a ocorrência dos mecanismos de difusão atômica necessários para a obtenção de microestruturas de equilíbrio. / Ti-Si-B alloys containing Ti6Si2B present potential for high-temperature structural applications due to their physical and chemical properties such as low thermal expansion coefficients and good oxidation resistance. The present work aims to investigate on effect of cobalt or zinc addition (varying its amount in 2 at.-% and 6 at.-%) on the stability of the Ti6Si2B compound in (66,7-x)Ti-xCo-22,2Si-11,1B and (66,7-x)Ti-xZn-22,2Si-11,1B alloys (at.-%) produced by high-energy ball milling and subsequent spark plasma sintering (1100oC, 12 min, 20 MPa). Alloy powders were produced in a planetary Fritsch P-5 ball mill using WC-6Co vial (225 mL) and balls (10 mm de diameter), rotary speed of 300 rpm and a ball-to-powder weight ratio of 10:1. Samples were collected after different milling times: 20, 60, 180, 300 min. Cylinder bodies with 10 mm diameter were consolidated by spark plasma sintering under controlled atmosphere. As-milled powders and sintered samples of Ti-Co-Si-B and Ti-Zn-Si-B were characterized by means of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and dispersive energy spectrometry (EDS) techniques. The increased milling time has contributed to enhance the chemical and microstructural homogeneities of the Ti-xCo-22Si-11B and Ti-xZn-22Si-11B (x = 2 and 6 at.-%) powder mixtures, which it was accomplished by formation of supersaturated Ti solid solutions. A amount of Ti6Si2B was reduced in microstructures of the sintered Ti-Co-Si-B and Ti-Zn-Si-B alloys increasing the cobalt or zinc amounts in nominal composition of these alloys, limiting these elements in multicomponent alloys based on Ti+Ti6Si2B system for development structural materials. Belong the TiB and Ti5Si3 phases other cobalt-rich or zinc-rich unknown phases were also found in microstructures of the spark plasma sintered Ti-Co-Si-B and Ti-Zn-Si-B alloys, respectively. Despite the adopted parameters, 1100oC/12 min/20MPa, the spark plasma sintering produced the dense Ti-xCo-22Si-11B and Ti-xZn-22Si-11B (x = 2 and 6 at.-%) alloys. In this step, the longer milling times have contributed for occurrence of atomic diffusion mechanisms needed to obtain the equilibrium microstructure.
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Obtenção de ligas à base de titânio-nióbio-zircônio processados com hidrogênio e metalurgia do pó para utilização como biomateriais / Obtention of titanium-niobium-zirconium alloys processed with hydrogen and powder metallurgy for use as biomaterialsDuvaizem, José Helio 08 November 2013 (has links)
Biomateriais para uso em implantes devem exibir propriedades como biocompatibilidade, biofuncionalidade e resistência à corrosão. O uso do titânio e suas ligas em aplicações biomédicas vem continuamente aumentando devido à sua maior taxa resistência-peso, superior biocompatibilidade e resistência à corrosão, boas propriedades mecânicas e baixo módulo de elasticidade quando comparado a outros materiais biomateriais metálicos como aço inox e ligas Co-Cr. Um importante aspecto para o sucesso de um implante é a utilização de materiais com módulo de elasticidade baixo, próximo ao do osso, pois estudos indicam que a transferência insuficiente de carga entre implante e osso pode resultar em reabsorção óssea e afrouxamento do implante, que é chamado efeito de blindagem de tensão (stress shielding effect). A liga ternária Ti13Nb13Zr apresenta em sua composição somente elementos considerados biocompatíveis, possui menor módulo de elasticidade que ligas Co-Cr, aço inox e Ti6Al4V, e superior resistência à corrosão. Neste trabalho foi estudado o efeito do teor de nióbio e zircônio nas propriedades mecânicas da liga ternária TiNbZr numa faixa de composições com quantidade de titânio constante em 74 %peso e teor de Nb e Zr variando entre 6 e 20 %peso, produzida por metalurgia do pó a partir de pós hidrogenados e método de mistura elementar, após diferentes condições de processamento e tratamentos térmicos. Os resultados de caracterização microestrutural obtidos por MEV e difração de raios X mostraram que o aumento do teor de Nb não produziu alterações significativas na fração volumétrica das fases e e, o aumento do teor de Zr proporcionou o aumento da fração de fase , favorecendo a formação da estrutura de Widmanstätten. O aumento dos teores de Nb e Zr produziram alterações nas microestruturas dos materiais que levaram ao aumento dos valores de módulo de elasticidade e dureza, e com aumento do teor de Zr houve aumento da susceptibilidade à corrosão. Nas condições de processamento utilizadas, a liga Ti13Nb13Zr apresentou as propriedades mecânicas e microestruturais mais indicadas para utilização como biomateriais. / Biomaterials for use in implants must be biocompatible, biofunctional and resistant to corrosion. Utilization of titanium and its alloys is continuously increasing due to their larger strength-weight ratio, superior biocompatibility e corrosion resistance, good mechanical properties and low elastic modulus when compared to other metallic biomaterials such as stainless steel and Co-Cr alloys. Using materials with low elastic modulus, close to bone values, is important to reduce stress shielding effect, which can cause implant loosening. Ti13Nb13Zr ternary alloy shows only elements considered biocompatible and has a lower elastic modulus than Co-Cr alloy, stainless steel and Ti6Al4V, and superior corrosion resistance. In this work TiNbZr alloy was prepared in different compositions, maintaining Ti content at 74%wt with Nb and Zr contents ranging amongst 6 and 20%wt, produced by powder metallurgy using different processing conditions and heat treatments. Characterization via SEM and X-Ray diffraction showed that the Nb increase didnt produce significant alterations on volume fraction of and phases in the material, and the increase in Zr content led to an increase in phase amounts and formation of Widmanstätten patterns. Nb and Zr content increasing produced microstructural modifications, leading to an increase in elastic modulus and hardness values, as well as corrosion susceptibility variations, where higher Zr contents leaded to a surface with less corrosion resistance. Amongst compositions and for the designed processing method, Ti13Nb13Zr presented the most indicated mechanical and microstructural properties for utilization as biomaterials.
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