Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais. / Made available in DSpace on 2013-07-16T00:34:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 229501.pdf: 3015107 bytes, checksum: 0b2e306ad09f5a52efabec0f7d645256 (MD5) / A utilizacao de metais ou ligas metalicas para o tratamento endovascular de arteriopatias requer condicoes estruturais e superficiais que propiciem funcionalidade e biocompatibilidade. A liga de NiTi pode atender a estes requisitos atraves de tratamentos termicos adequados e que resultem em propriedades mecanicas favoraveis a aplicacao e, resistencia a corrosao elevada. Atraves deste trabalho, procurou-se definir a condicao de tratamento termico ideal para se obter fios de NiTi superelasticos e com boas condicoes superficiais. Essas propriedades foram avaliadas atraves de ensaios mecanicos e eletroquimicos in vitro por meio de analise de variancia e teste t de Student. Para os ensaios in vivo foi validado um metodo de aquisicao de dados utilisando um eletrodo de pseudo-referencia de platina e um eletrodo de trabalhdo de NiTi. Elevadas temperaturas de tratamento termico dao origem a uma estrutura martensitica que favorece a propriedade de memoria de forma da liga NiTi, mas gera condicoes superficiais desfavoraveis para solicitacoes mecanicas e quimicas, reduzindo o tempo de vida sob fadiga e corrosao. Temperaturas de tratamento termico baixas favorecem a formacao de NiTi superelastico em funcao do tempo de processamento, mas geram superficies com menor incidencia de defeitos, propiciando um tempo de vida maior para o material. A condicao padrao de tratamento termico (CP) apresenta propriedades intermediarias de vida sob fadiga e, potenciais de corrosao e transpassivacao, quando comparada com as condicoes encruada (CP0), CP-T-t, CP+T+t, CP+T-t e CP-T+t, onde T representa variacao na teperatura e t variacao no tempo de tratamento termico. As reacoes eletroquimicas in vivo, para a condicao CP, podem ser bem simuladas atraves de ensaios eletroquimicos in vitro com solucao AFNOR S90-

Orientador: Prof. Dr. Dante Homero Mosca / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 11/04/2017 / Inclui referências : f. 126-127 / Área de concentração: Engenharia e ciência de materiais / Resumo: Neste trabalho descrevemos a caracterização das propriedades estruturais e magnéticas de filmes finos de ligas manganês-níquel-gálio (Mn-Ni-Ga) com estequiometria próxima ao composto Mn2NiGa preparados pela técnica de epitaxia de feixe molecular. A composição química e a estrutura cristalina das amostras foram determinadas através de análises de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X e de difração de raios X. Todas as amostras apresentam coexistência de fase estrutural no intervalo de temperatura entre 80 K e 300 K. Em baixa temperatura, predomina a fase martensítica com estrutura tetragonal pertencente ao grupo espacial I4/mmm e, em alta temperatura, predomina a fase austenítica cúbica com uma estrutura cristalina do tipo Heusler inversa. Independentemente da orientação cristalográfica dos substratos monocristalinos de GaAs(100) e GaAs(111) e das condições de crescimento utilizadas, os filmes finos produzidos são policristalinos com texturização indicativa da orientação preferencial de planos cristalográficos (110) paralelos à superfície dos substratos. A coexistência das fases austenita e martensita em filmes finos com estequiometrias Mn2-xNixGa (x = 0; 0,2; 0,4 e 0,6) é dependente da orientação dos substratos de GaAs. Medidas de magnetometria de amostra vibrante realizadas a 300 K revelam que a fase austenítica possui momento magnético entre 0,54 e 1,23 ?B por fórmula unitária. Irreversibilidades magnéticas são observadas em medidas de magnetização em função da temperatura e do campo magnético, e as temperaturas de Curie estimadas são inferiores aos valores relatados na literatura para amostras de ligas massivas de mesma composição. Essas constatações são condizentes com a formação de domínios e variantes cristalográficas nos filmes finos crescidos sobre os substratos de GaAs(100) e GaAs(111). Os parâmetros de rede a e c desses domínios cristalinos tendem à razão c/a = 1,2 e separações interatômicas R entre átomos de Mn são inferiores às observadas em amostras de ligas massivas ordenadas de mesma composição. Admitida a existência de desordem química, as distâncias interatômicas entre átomos de Mn na posição Mn e átomos Mn na posição Ni (antisítios) correspondem a razões R/a entre 0,8 e 0,5, respectivamente. Cálculos ab initio da estrutura eletrônica de ligas ordenadas e desordenadas relatados na literatura indicam que valores R/a < 0,8 alteram fracamente as interações ferromagnéticas, mas intensificam fortemente acoplamentos de troca antiferromagnéticos entre momentos magnéticos. Efetivamente, isso reduz o momento magnético total por célula unitária e também a temperatura Curie, que é proporcional à magnitude da constante de acoplamento de troca efetiva no material decorrente da superposição dos orbitais atômicos dos sítios magnéticos vizinhos mais próximos. Nessa tese demonstra-se a viabilidade do crescimento de filmes finos de ligas Mn-Ni-Ga ricas em Mn com propriedades estruturais e magnéticas bastante distintas de amostras massivas com igual composição. Os presentes resultados e análises demonstram a importância e relevância da pesquisa básica para uma compreensão mais profunda do processo de integração dos filmes finos de ligas Mn-Ni-Ga ricas em Mn sobre substratos comerciais, visto seu amplo potencial para aplicações multifuncionais como micro- e nanoatuadores, e sensores. / Abstract: In this work are described the structural and magnetic properties of manganese-nickel-gallium (Mn-Ni-Ga) alloy thin films with stoichiometry close to Mn2NiGa prepared by molecular beam epitaxy technique. The chemical composition and crystalline structure of the samples were determined by X ray photoelectron spectroscopy and X-ray analyses. The samples exhibit structural phase coexistence in the temperature interval between 80 K and 300 K. At low temperatures, martensitic phase with tetragonal structure having spatial group I4/mmm is predominant, whereas at high temperatures is observed the cubic austenitic phase which crystalline structure is an inverse Heuler structure. Whatever is the crystallographic orientation of the monocrystalline GaAs(100) e GaAs(111) substrates and the growth conditions investigated, the thin films are polycrystalline with a crystalline texture corresponding to the preferential orientation of the (110) crystalline planes parallel to the substrate surface. The coexistence of austenite and martensite phases in the alloy films with stoichiometry Mn2-xNixGa (x = 0, 0.2, 0.4 e 0.6) depends on the GaAs substrate orientations. Measurements of vibrating sample magnetometry performed at 300 K reveal austenite phases having magnetic moments between 0.54 e 1.23 ?B per formula unit. Magnetic irreversibilities are observed in the curves of magnetization versus temperature and magnetic fields, with the Curie temperature estimates lower than values reported on literature for bulk alloys with similar compositions. These findings are consistent with the formation of crystalline domains and crystallographic variants in the films grown on the GaAs(100) and GaAs(111) substrates. The lattice parameters a e c in the crystalline domains tend to the ratio c/a = 1.2 and interatomic separations R between Mn atoms are lower than those observed in ordered bulk alloys with the same composition. By assuming the presence of chemical disorder in the films, the interatomic distances between Mn atoms occupying the Mn position and Mn atoms occupying Ni positions (antisites) leave to R/a ratios between 0.8 e 0.5, respectively. According to ab initio electronic structure calculations of the ordered and disorder alloys reported in the literature values of R/a < 0.8 weakly affect the ferromagnetic interactions, but strongly increases the strength of both the antiferromagnetic exchange coupling between magnetic moments. As a consequence, it occurs a loss of the total magnetic moment per unit cell as well as a reduction of Curie temperature, which is proportional to the magnitude of the effective exchange coupling constant in the material owing to the atomic orbital overlapping between nearest neighbor magnetic sites. This work demonstrates the feasibility to prepare thin films of Mn-rich Mn-Ni-Ga alloys with structural and magnetic properties rather distinct than bulk alloys with similar composition. The present results and analyses demonstrate the importance and relevance of the basic research to a deeper understanding of the integration process of the Mn-rich Mn-Ni-Ga alloy thin films on commercial substrates in view of their wide potential for multifunctional applications as micro- and nano-actuators and sensors.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-23T19:53:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 255038.pdf: 5966078 bytes, checksum: 68dd5a5d03d5fbaaef78c1586d253db0 (MD5) / Diferentes métodos de processamento de ligas à base de FeCo através da técnica de moldagem de pós por injeção foram estudados com o intuito de otimizar propriedades finais e reduzir o custo de produção. Os fatores analisados foram o uso de pós metálicos na condição elementar e pré-ligada; a introdução do elemento vanádio na liga de FeCo; a análise de duas rotas distintas de extração e sinterização, e por último foram caracterizadas as propriedades magnéticas, mecânicas e elétricas. Os resultados mostraram que o uso do pó na forma elementar permite atingir valores mais altos de densidade, mais adequados para as propriedades magnéticas moles e representa uma redução de custo de material e de processamento para a liga de FeCo. A liga com o elemento vanádio possui propriedades magnéticas inferiores à liga de FeCo quando aplicada freqüência de 0,05 Hz, porém, com o aumento da freqüência, esse resultado é invertido. Esse comportamento é atribuído à resistividade elétrica das ligas de FeCo2V, que apresentaram valores em torno de uma ordem de grandeza maior que a liga de FeCo. Apesar da liga de FeCo não apresentar problemas no processamento devido a sua fragilidade, a adição do elemento vanádio resulta em um aumento de 100% na resistência mecânica. Em relação a custos, a rota de processamento que apresenta as melhores propriedades indica que com o uso de pós elementares, possivelmente uma etapa do processamento poderá ser eliminada. O custo dos pós elementares de Fe e Co é aproximadamente 50% menor que o dos pós pré-ligados FeCo e FeCo2V, e o uso de pós elementares ainda permite o processamento através da rota de menor custo. Foi possível concluir que todos os fatores analisados possuem influência nas propriedades finais das ligas e que o custo de processamento pode ser adequado a cada caso, de acordo com as propriedades requeridas em uma dada aplicação. Different processing methods for FeCo-based alloys were tested for use in the injection molding manufacturing technique, aiming at optimization of the properties of the final product as well as cost reduction. The following parameters were analyzed: the use of either elemental or pre-alloyed metallic powders as precursors; the insertion of vanadium in the FeCo alloy; and two distinct routes for extraction and sintering of molded test parts. The magnetic, mechanical and electrical properties for each set of parameters were characterized. It is shown that the use of elemental powders yield molded objects with higher densities, more suited for soft magnetic applications. Furthermore, it represented a reduction of material and processing costs for the FeCo alloy. Alloys containing vanadium showed inferior magnetic properties at 0.5 Hz, when compared to the pure FeCo alloy. However, for higher frequencies, this relation is inverted, what can be related to the resistivity of FeCo2V, which is about an order of magnitude higher than in the FeCo alloy. FeCo alloys did not show any problem during processing, although addition of vanadium increased by 100% the mechanical strength of the molded parts. Considering the costs, there is an indication that, by using elemental powders, one step of the fabrication process could be eliminated. In conclusion, the use of elemental powders, besides being 50 % cheaper than the pre-alloyed FeCo or FeCo2V powders, also enable the use of a less costly processing route. It was also shown that all analyzed parameters do have an influence on the final properties of the alloys, and therefore, it is important to adequate the processing route to the properties required in each particular application.