Apresenta-se, neste trabalho, um estudo de utiliznçno de metais amorfos, ou também chamados vidros metálicos, na construçio do circuito magnético de um pequeno transformador. As características mais importantes dos metais amorfos e relevantes para este tipo de aplicação são apresentadas, bem como as do material cristalino de ferro-silÍcio com grão orientado. Isto de. maneira a compará-los entre si. O projeto teÓrico deste transformador também é feito para que se possa estimar as vantagens e desvantagens do uso de metal runorfo e do metal cristalino citados. são mostrados os resultados experimentais obtidos do ensaio do transformador com metal amorfo, construÍdo com os dados do projeto teÓrico feito. O estudo teÓrico e os dados experimentais oferecem algumas conclusÕes interessantes e recomendaçÕes importantes para a continuidade do estudo de aplicação dos metais amorfos em dis positivos eletromagnéticos. / In this work we study the use of amorphous metals, also known as metallic glasses, for the construction of the magnetic circuit of a small transformer. The most important characteristics of the amorphous metals that are relevant for that purpose are presented as well as those of oriented-grain crystalline silicon iron so that they could be compared. The theorical design of the transformer is done to estimate the relative advantages and disadvantages of the amorphous metal as compared to the crystalline metal. Experimental results for a transforrner built with amorphous metal according to the theoretical design are shown. The theoretical design and the experimental results show some interesting conclusions and important recommendations for the continuing study of the application of amorphous metals in electromagnetic devices.

Apresenta-se, neste trabalho, um estudo de utiliznçno de metais amorfos, ou também chamados vidros metálicos, na construçio do circuito magnético de um pequeno transformador. As características mais importantes dos metais amorfos e relevantes para este tipo de aplicação são apresentadas, bem como as do material cristalino de ferro-silÍcio com grão orientado. Isto de. maneira a compará-los entre si. O projeto teÓrico deste transformador também é feito para que se possa estimar as vantagens e desvantagens do uso de metal runorfo e do metal cristalino citados. são mostrados os resultados experimentais obtidos do ensaio do transformador com metal amorfo, construÍdo com os dados do projeto teÓrico feito. O estudo teÓrico e os dados experimentais oferecem algumas conclusÕes interessantes e recomendaçÕes importantes para a continuidade do estudo de aplicação dos metais amorfos em dis positivos eletromagnéticos. / In this work we study the use of amorphous metals, also known as metallic glasses, for the construction of the magnetic circuit of a small transformer. The most important characteristics of the amorphous metals that are relevant for that purpose are presented as well as those of oriented-grain crystalline silicon iron so that they could be compared. The theorical design of the transformer is done to estimate the relative advantages and disadvantages of the amorphous metal as compared to the crystalline metal. Experimental results for a transforrner built with amorphous metal according to the theoretical design are shown. The theoretical design and the experimental results show some interesting conclusions and important recommendations for the continuing study of the application of amorphous metals in electromagnetic devices.

Apresenta-se, neste trabalho, um estudo de utiliznçno de metais amorfos, ou também chamados vidros metálicos, na construçio do circuito magnético de um pequeno transformador. As características mais importantes dos metais amorfos e relevantes para este tipo de aplicação são apresentadas, bem como as do material cristalino de ferro-silÍcio com grão orientado. Isto de. maneira a compará-los entre si. O projeto teÓrico deste transformador também é feito para que se possa estimar as vantagens e desvantagens do uso de metal runorfo e do metal cristalino citados. são mostrados os resultados experimentais obtidos do ensaio do transformador com metal amorfo, construÍdo com os dados do projeto teÓrico feito. O estudo teÓrico e os dados experimentais oferecem algumas conclusÕes interessantes e recomendaçÕes importantes para a continuidade do estudo de aplicação dos metais amorfos em dis positivos eletromagnéticos. / In this work we study the use of amorphous metals, also known as metallic glasses, for the construction of the magnetic circuit of a small transformer. The most important characteristics of the amorphous metals that are relevant for that purpose are presented as well as those of oriented-grain crystalline silicon iron so that they could be compared. The theorical design of the transformer is done to estimate the relative advantages and disadvantages of the amorphous metal as compared to the crystalline metal. Experimental results for a transforrner built with amorphous metal according to the theoretical design are shown. The theoretical design and the experimental results show some interesting conclusions and important recommendations for the continuing study of the application of amorphous metals in electromagnetic devices.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3730.pdf: 2572602 bytes, checksum: 22ea795f7954d00c959f0b06c4adad81 (MD5) Previous issue date: 2011-04-15 / Universidade Federal de Minas Gerais / Ni-based amorphizable alloys in the bulk form show a good combination of properties, with high mechanical strength and hardness, good ductility and excellent corrosion resistance. These alloys have been used in recent technological applications, for example, in pressure sensors and micro-geared motors. Particularly, Ni-Nb-Zr alloys with amorphous structure show, in addition to good mechanical properties, excellent corrosion resistance in acid medium due to the formation of a Nb- and Zr-rich passive film. In this context, the purpose of this project is to develop Ni-Nb-Zr alloys with high glass-forming ability (GFA) by using the topological &#955; criterion combined with the average electronegativity difference, &#916;e , and to carry out its mechanical characterization by nanoindentation. Ni45.5Nb23Zr31.5, Ni50Nb28Zr22, Ni57Nb17.5Zr25.5 and Ni79Nb8.5Zr12.5 alloys were selected and produced in the form of melt-spun ribbons and copper mold cast wedges. The samples were analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), scanning electron microscopy/energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS), X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC) and nanoindentation. Results from the processing of wedge samples revealed the highest GFA for the Ni50Nb28Zr22 alloy, which presented 60% of amorphous fraction for a thickness of 200 &#956;m and 23% for thickness of 320-480 &#956;m. The alloy Ni45.5Nb23Zr31.5 showed the second highest GFA, making possible to obtain 14% of amorphous fraction for a thickness of 240 &#956;m. The hardness and reduced elastic modulus of the ribbon samples increased in the following order: Ni45.5Nb23Zr31.5 < Ni50Nb28Zr22 < Ni57Nb17.5Zr25.5. For the Ni50Nb28Zr22 alloy, it was attained higher hardness and elastic modulus and lower plastic energy for the wedge compared to the ribbon, which can be ascribed to the higher amount of free volume in the structure of the amorphous ribbon. The compressive yield stress (&#963;y,C) of this alloy was estimated to be 2.5 and 3.2 GPa for ribbon and wedge, respectively. viii / As ligas amorfizáveis de grande volume ou maciças à base de Ni apresentam boa combinação de propriedades, com altos valores de resistência mecânica e dureza, boa dutilidade e excelente resistência à corrosão. Essas ligas têm sido utilizadas em recentes aplicações tecnológicas, por exemplo, em sensores de pressão e em motores com microengrenagens. Especificamente, as ligas Ni-Nb-Zr com estrutura amorfa apresentam, além de boas propriedades mecânicas, excelente resistência à corrosão em meio ácido pela formação de um filme passivo rico em Nb e Zr. Nesse contexto, a proposta do presente trabalho é o desenvolvimento de ligas com alta tendência de formação de estrutura amorfa (TFA) do sistema Ni-Nb-Zr pela aplicação do critério topológico &#955; combinado com a diferença de eletronegatividade média, &#916;e , e sua caracterização mecânica por nanoindentação. Foram selecionadas as ligas Ni45,5Nb23Zr31,5, Ni50Nb28Zr22, Ni57Nb17,5Zr25,5 e Ni79Nb8,5Zr12,5, produzidas na forma de fita por melt-spinning e de cunha por fundição em molde de cobre. As amostras foram caracterizadas por espectrometria de massa por ionização acoplada por plasma (ICP-MS), microscopia eletrônica de varredura/espectroscopia de energia dispersiva (MEV/EDS), difratometria de raios X (DRX), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e nanoindentação. Os resultados do processamento de amostras em forma de cunha apontaram maior TFA para a liga Ni50Nb28Zr22, que apresentou 60% de fração amorfa para uma espessura de 200 &#956;m e 23% para espessura de 320-480 &#956;m. A liga Ni45,5Nb23Zr31,5 apresentou a segunda maior TFA, possibilitando a obtenção de 14% de fração amorfa para uma espessura de 240 &#956;m. A dureza e o módulo elástico reduzido das amostras de fita aumentaram na seguinte seqüência: Ni45,5Nb23Zr31,5 < Ni50Nb28Zr22 < Ni57Nb17,5Zr25,5. A liga Ni50Nb28Zr22 apresentou maior dureza, maior módulo elástico e menor energia plástica na forma de cunha do que na forma de fita, o que pode ser atribuído ao maior volume livre contido na estrutura da fita. A tensão de escoamento em compressão (&#963;y,C) da liga Ni50Nb28Zr22 foi estimada em 2,5 e 3,2 GPa em forma de fita e de cunha, respectivamente.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:09:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseLCRA.pdf: 3061195 bytes, checksum: 49a9f64a46618a18f18bccd0272a07ae (MD5) Previous issue date: 2007-03-08 / Financiadora de Estudos e Projetos / The understanding of the law that explain why certain alloys form amorphous structure by cooling the molten melt under cooling rates lower than others alloys remains as one of the great challenges of the materials science and engineering. There is not only scientific but also technological importance in determining the best compositions that can form such metastable structures with larger simplicity. In an effort for elucidating part of this mystery diverse models and criteria are promising: i) of topological instability, "&#955; criterion", and ii) the thermodynamic approach, "&#947;* criterion". The application of this last one in binary systems showed excellent prediction of the amorphous former compositions. Although, experimental results through the years have proven that multi-component systems, especially ternary ones, are more suitable to form bulk samples with amorphous structure. The goal of this thesis is to search compositions with high glass forming ability, by means of the application of models and criterions focusing on systems based on chemical elements of relative low cost. An extension of the &#947;* criterion , for ternary systems, was developed and valided for Cu-Zr-Al alloys. That extension of the &#947;* criterion was, combined with the &#955;-criterion , applied to select new alloy compositions with high glass forming ability in Ni-Ti and Ni-Nb-B systems. The combined use of both criterions was quite powerful tool in the selection of alloys with the higher GFA. / O entendimento das leis que explicam por que determinadas ligas formam estrutura amorfa pelo resfriamento a partir do estado fundido sob taxas de resfriamento menores do que outras ligas permanece como um dos grandes desafios da ciência e engenharia de materiais. O entendimento desse aspecto fundamental dessa nova classe de materiais metálicos tem uma importância tecnológica bastante grande, pois possibilitará a descoberta de novas composições de ligas com alta Tendência de Formação de Estrutura Amorfa, TFA. Nesse sentido, diversos modelos/critérios têm sido propostos para correlacionar aspectos composicionais com a TFA, com destaque para os modelos: i) de instabilidade topológica, critério &#955; , e ii) aproximação termodinâmica, critério &#947;* . A aplicação deste último em sistemas binários se mostrou excelente na predição de composições formadoras de amorfos. Resultados experimentais ao longo dos anos evidenciaram que sistemas multicomponentes, no mínimo ternários, são mais adequados para formar amostras de grande volume com estrutura amorfa. O objetivo desta tese foi buscar novas composições de ligas que apresentem alta TFA, em sistemas baseados em elementos metálicos tradicionais e acessíveis, mediante a aplicação dos modelos/critérios já estabelecidos. Uma extensão ao critério &#947;* para sistemas ternários foi desenvolvida e validada para ligas do sistema Cu- Zr-Al. Essa extensão do critério &#947;* foi, combinada com o critério &#955;, aplicada para a seleção de novas ligas com alta TFA nos sistemas Ni-Ti e Ni-Nb-B. O uso combinado de ambos os modelos se mostrou ferramenta bastante poderosa na seleção de ligas com a maior TFA.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5267.pdf: 7187070 bytes, checksum: 77da98a4945af143b012e7d3e558993c (MD5) Previous issue date: 2013-06-26 / Universidade Federal de Minas Gerais / The selection of good glass forming compositions is not a simple undertaking and many groups work on models and theoretical approximations in order to predict or at least guide the laborious and expensive experimental pinpointing of compositions in a given system. The DEMa-UFSCar group , in partnership with the solidification group of the EESC/SMM-USP , have worked in semi-empirical criteria based on a combination of topological aspects (criterion &#955;min), electronegativity (criteria &#916;e) and enthalpy of mixing of the elements [criterion Log(RC)] to predict compositions with high Glass Forming Ability (GFA). These criteria have shown good results to predict compositions with high GFA. The aim of this thesis was to contribute to the efforts being made to improve the efficiency and to expand the applications of these proposed criteria. For this study, we used the Log (RC) criterion and the combined criteria &#955;min x &#916;e. Using these criteria, nine composition of the Ti-Cu-Ni system were selected and were processed in the laboratory, so the theoretical and experimental results were compared. The experimental results were also compared with the theoretical results of other criteria reported in the literature. This study was performed with the use of rapidly solidified ribbons and analyzed by thermal analysis (DSC), Xray diffraction (XRD) and statistical tools. The results showed that the proposed criteria have low correlation with the experimental results; and to increase that correlation we proposed some improvements in the criteria. Additionally, through another study it was possible to determine the first stages of devitrification of the amorphous structure and to compare them with the predictions of the criteria Log (RC) and &#955;min x &#916;e. For this, we selected 4 alloys of the Ti-Cu-Ni system and a study of crystallization kinetics was performed using transmission electron microscopy (TEM), DSC and XRD analyzes. It was revealed that the experimental results are consistent with the theoretical results partially. / Uma das principais barreiras para a ampliação do uso de ligas com estrutura amorfa está no desenvolvimento de composições que apresentem alta Tendência de Formação de Estrutura Amorfa (TFA). O grupo de Metais Amorfos e Nano-estruturados do DEMa-UFSCar , em parceria com o grupo de Solidificação do SMM/EESC-USP , tem trabalhado em critérios semi-empíricos baseado em aspectos topológicos da estrutura e se mostram como ferramentas eficazes na predição de composições de ligas com alta TFA. O objetivo desta tese foi de contribuir com os esforços que vêm sendo realizados para avaliar a eficiência, aperfeiçoar e ampliar as aplicações desses critérios propostos. Para o presente estudo foi utilizado o critério que combina aspectos topológicos e eletronegatividade (&#955;min x &#916;e) e o critério Log(RC), que é baseado em &#955;min e na entalpia de mistura. Através desses critérios foram selecionadas nove ligas do sistema Ti-Cu-Ni que foram elaboradas e solidificadas rapidamente em forma de fitas. As amostras foram caracterizadas por difratometria de raios X (DRX) e calorimetria diferencial de varredura (DSC). Os resultados experimentais foram confrontados com os indicativos dos dois critérios, assim como com outros critérios reportados na literatura. Os resultados mostraram que os critérios propostos apresentam baixa correlação com os resultados experimentais e direções para aperfeiçoamento dos critérios foram apontadas. Dentre as 9 composições, foram selecionadas 4 para o estudo da cinética de cristalização. Esse estudo foi realizado através de aquecimento das 4 amostras amorfas e acompanhado de uma análise minuciosa por microscopia eletrônica de transmissão (MET), DSC e DRX, e teve como objetivo a determinação das primeiras fases a desestabilizar a estrutura amorfa e compará-las com as predições feitas pelos critérios Log(RC) e &#955;min x &#916;e. Esses resultados experimentais mostraram que as fases de cristalização condizem parcialmente com os resultados teóricos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6810.pdf: 5030553 bytes, checksum: 9c7b90aa2e0826e986d57009336f6e6f (MD5) Previous issue date: 2015-03-31 / Financiadora de Estudos e Projetos / Glass forming ability (GFA) is one of the big issues to obtain large bulk metallic glasses, which are composed of three or more elements. Regardless of an increasing theoretical understanding of glass formation, taking a look in the vast multidimensional compositional space, the increasing number of elements is concerning. How many? How long will we take searching good-inexpensive compositions for applying in the near-net-shape processing predestined to BMGs? Here, we present the results of Cu36Ti34Zr22Ni8 alloy processed either by melt cooling or milling, which was subsequently hot compacted. After the processing by two routes was verified that the GFA of ribbons was poor and for powders and bulk samples was improved by increasing of 96 K in the crystallization temperature (Tx) After analysis by transmission electron microscopy, corrosion and syncrotron light was observed phase separation in the 3 materials. Phase separation can decrease, that can explain the ribbons behavior. However, after synchrotron data processing, including Reverse Monte Carlo (RMC) simulation was observed a GFA improvement (~10 times greater than in the ribbons) due to an increased interaction between small-large atoms. Evidently this behavior was attributed to differences in the processing. This finding indeed proffers a brand-new viewpoint of the metal's amorphous state, and has implications in the understanding of the structure as being as well a consequence of the processing. This will open a new highway toward the reuse of already developed interesting alloys, which will have the same composition but with a significant improvement in the GFA. / A tendência a formação de estrutura amorfa (TFA) é um dos grandes desafios para se obter metais amorfos de grande volume, os quais são compostos por três ou mais elementos. Independente de uma crescente compreensão teórica da formação do vidro, observando o vasto espaço multicomposicional, o aumento do número de elementos é preocupante. Quantos? Quanto tempo levaremos buscando composições boas e baratas aplicáveis ao processamento via near net shape, predestinado aos metais amorfos de grande volume (MAGV)? Nesta tese de doutorado são apresentados os resultados da liga Cu36Ti34Zr22Ni8 processada por solidificação rápida, moagem e consolidação a quente. Após os dois processamentos se verificou que a TFA das fitas foi pequena e nos pós e amostras consolidadas foi aumentada, através do aumento de 96K na temperatura de cristalização. Após análises via microscopia eletrônica de transmissão, corrosão e luz síncrotron observou-se que houve separação de fases nos 3 tipos de materiais. Separação de fase pode diminuir a TFA, o que explica o comportamento das fitas. Entretanto, após o processamento dos dados do sincrotron, inclusive aplicando simulação de Monte Carlo Reverso (MCR), constatou-se que a melhoria na TFA (que foi de aproximadamente 10 vezes maior que na fita) foi devido a um aumento na interação entre átomos pequenos e grandes. Evidentemente este comportamento foi atribuído a diferenças entre os processamentos. Esta descoberta, de fato, profere um novo ponto de vista ao estado amorfo do metal, e tem implicações na compreensão da estrutura como sendo também uma consequência do processamento. Isto abrirá um novo caminho em direção ao reaproveitamento de ligas já desenvolvidas e interessantes, que terão a mesma composição, mas com uma melhoria significativa na TFA.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-13T17:59:03Z No. of bitstreams: 1 DissJEB.pdf: 6234596 bytes, checksum: 4e9fb604c8df7bc8466a8083cae90522 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-15T13:37:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissJEB.pdf: 6234596 bytes, checksum: 4e9fb604c8df7bc8466a8083cae90522 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-15T13:37:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissJEB.pdf: 6234596 bytes, checksum: 4e9fb604c8df7bc8466a8083cae90522 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-15T13:37:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissJEB.pdf: 6234596 bytes, checksum: 4e9fb604c8df7bc8466a8083cae90522 (MD5) Previous issue date: 2014-09-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Amorphous Iron-based alloys can be processed in such a way that, if well designed, it can ensure an attractive combination of mechanical and electrochemical properties, particularly in petrochemical industries where high level of wear and corrosion resistance is required. The success in obtaining such properties is dependent on the design quality, which is dependent on the level of technical-scientific knowledge of the area. Thus, in the present work, we attempted to conciliate a scientific study and a practical application. The work was divided into three parts, the first one is: the evaluation of corrosion resistance of amorphous alloys in the form of ribbons prepared by melt spinning from pure elements; the second one is: the characterization and evaluation of electrochemical properties of amorphous ribbons made of superduplex commercial alloy modified with boron (SDM) in front of the crystallization level. And, in the last part, a more practical application was developed, where in partnership with Hydro-Québec in Canada, the HVOF thermal spray process in substrate pipes used in drilling wells by Petrobrás Company was performed. Powders from spray forming and high energy ball milling as ZOZ mill type were produced, the coatings showed different levels of crystallization. In this way it was possible to conciliate the results with those obtained from previous steps. The characterizations were performed by several techniques such as XRD, DSC, SEM, TEM, EDS, MO, analysis of hardness and porosity. The corrosion resistance properties were evaluated from the polarization curves for high salt media (35 g/L NaCl) and the coatings were evaluated by abrasive wear tests on dry sand/rubber wheel. The results indicated a large capacity of alloy SDM to achieve a combination of properties such as corrosion and wear resistance. / Ligas amorfas à base de Ferro podem ser processadas de tal maneira que, se bem projetadas e controladas suas variáveis, podem garantir uma combinação muita atrativa de propriedades mecânicas e eletroquímicas, principalmente em setores petroquímicos, onde é exigido elevado nível de resistência ao desgaste e à corrosão. A garantia de obtenção de tais propriedades é dependente da qualidade do projeto que por sua vez é dependente do nível de conhecimento tecno-científico da área. Deste modo no presente trabalho, tentou-se conciliar um estudo mais científico e outro mais prático. O trabalho foi dividido em três partes, sendo na primeira realizado a avaliação de resistência à corrosão das ligas amorfas na forma de fitas elaboradas por melt spinning a partir de elementos puros; na segunda parte, realizou-se a caracterização e avaliação das propriedades eletroquímicas da liga comercial superduplex modificada com Boro (SDM) em relação ao nível de cristalizações parciais e totais de fitas inicialmente amorfas e na terceira parte desenvolveu-se uma aplicação mais prática, onde em parceria com a empresa Hydro-Québec no Canadá, realizouse o processo de aspersão térmica HVOF em substrato de tubulações utilizadas em poços de perfurações pela empresa Petrobrás. Foram produzidos pós pelos processos de conformação por Spray e por moagem de alta energia em moinho tipo ZOZ, os recobrimentos obtidos apresentaram diferentes níveis de cristalização, desta forma foi possível conciliar os resultados com os obtidos das etapas anteriores. As caracterizações foram realizadas por diversas técnicas como: DRX, DSC, MEV, MET, EDS, MO, análise de dureza e porosidade. As propriedades de resistência à corrosão foram avaliadas a partir das curvas de polarização em meios de alta concentração salina (35g/L de NaCl) e os recobrimentos foram avaliados por ensaios de desgaste abrasivo em roda de borracha e areia seca. Os resultados indicaram a grande capacidade da liga SDM em alcançar uma combinação de propriedades, tanto de resistência à corrosão como de resistência ao desgaste abrasivo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5591.pdf: 65197476 bytes, checksum: 0562626136c2cda8c961be66e989832e (MD5) Previous issue date: 2013-11-08 / Universidade Federal de Sao Carlos / In recent years the study of bulk metallic glasses (BMG) is being of great scientific and technological interest due to their unique properties (the lack of long range atomic order in the structure and compositional homogeneity similar to the liquid state). These alloys show better mechanical properties, superior corrosion resistance, high yield stress and fracture toughness, if compared to their crystalline counterparts. However, a physical understanding of disordered structure and how it affects the properties of metallic glasses is still considered one of the great challenges in Condensed Matter Physics and Materials Science. Since the Mechanical Spectroscopy technique is sensitive to phase transitions and dynamical processes, it provides the anelastic spectra (internal friction and oscillation frequency) as function of temperature, through which relevant informations to the understanding of structural and vibrational changes of metallic glasses are obtained. In this study, the mechanical spectroscopy technique was used to investigate dynamic processes related to elastic and electronic contributions of atomic motions and clusters, as well as other changes in the atomic bonds on the glassy and partially crystallized alloys of the ternary system Cu-Zr-Al. The samples were obtained combining criteria of the minimum topological instability and the average electronegativity (&#955;min&#8729;&#916;&#275;), and were investigated at temperatures above and below room temperature (300 K) with applied frequencies in Hz, kHz and MHz magnitude order. Above room temperature, the application of alternated stresses in the order of Hz and KHz allowed us to observe structural changes involving atomic rearrangements due to anelastic, viscoelastic and thermoelastic aspects present in the relaxation process. In this temperature range, the viscoelastic and thermoelastic character overlaps the anelastic relaxation mechanisms that could be observed in metallic glasses. Analysis of samples with nominal composition Cu54Zr40Al6 - nanocrystalline and vitreous - show that the anelastic relaxation processes begin below room temperature, and are dependent of the applied frequency. When the applied frequencies are in the Hz magnitude order, some clusters have their shell affected by the alternate elastic stresses. When the samples are excited with kHz order of magnitude frequencies, two well-defined relaxation centers will appear. This phenomenon is caused by the movement of clusters which are created and annihilated at the same time the stress is applied. When the applied stresses are of MHz magnitude order, the clusters are rearranged in a more efficient way, in which the less stable clusters involving Zr are annihilated and clusters with Al or Cu at their centers are reordered in order to promote the stability of the icosahedral structure embedded in the amorphous matrix. Under applied mechanical energy corresponding to the MHz frequencies, more stable structures are created and the clusters approach, interact and interpenetrate each other, giving rise to the free bond planes where the superclusters rearrange leading to the formation of medium range chains. Under persistent mechanical stimulation in MHz, the structures begin to form long-range order that lead to formation of the first crystalline precipitates. Those purely anelastic relaxation mechanisms are initiated at low temperatures, and in most cases, it´s not possible to observe them at higher temperatures due to the viscoelastic and thermoelastic character, which generally occur simultaneously in metallic glasses. / Nos últimos anos, o estudo e o processamento dos vidros metálicos de grande volume (BMG Bulk Metallic Glasses), em sistemas multicomponentes, tem sido de grande interesse científico e tecnológico devido as suas propriedades únicas: como a falta de regularidade atômica de longo alcance e a sua homogeneidade composicional semelhante ao estado líquido. Estas ligas apresentam melhores propriedades mecânicas, resistência à corrosão e alta resistência à fratura quando comparado a sua contraparte cristalina. No entanto, um compreensivo entendimento físico da estrutura desordenada e de como a mesma afeta as propriedades dos vidros metálicos, ainda é considerado um dos grandes desafios na Física da Matéria Condensada e na Ciência dos Materiais. A Espectroscopia Mecânica que fornece o espectro anelástico (atrito interno e frequência de oscilação) em função da temperatura é considerada uma técnica sensível a transições de fase e a processos dinâmicos, através da qual são obtidas informações relevantes para a compreensão das alterações estruturais e vibracionais dos vidros metálicos. Neste estudo, foi utilizada a técnica de Espectroscopia Mecânica para investigar os processos dinâmicos relacionados a contribuições elásticas e eletrônicas devido aos movimentos atômicos e de cluster, bem como, as demais mudanças nas ligações atômicas nas ligas vítreas e parcialmente cristalizadas do sistema ternário Cu-Zr-Al. As amostras obtidas com base no diagrama topológico combinado &#955;min&#8729;&#916;&#275; foram investigadas em temperaturas acima e abaixo da temperatura ambiente (300 K) com frequências da ordem de Hz, kHz e MHz. Acima da temperatura ambiente, aplicando tensões alternadas em Hz e kHz, foi possível observar as mudanças estruturais que envolvem rearranjos atômicos devidos aos aspectos anelástico, viscoelástico e termoelástico presentes no processo de relaxação. Nesta faixa de temperatura, o caráter viscoelástico e termoelástico sobrepõe os mecanismos de relaxação anelástica que poderiam ser observados nos vidros metálicos. Em temperaturas abaixo da ambiente, as amostras de composição nominal Cu54Zr40Al6 - vítreas e nanocristalinas - mostram que os processos de relaxação anelástica se iniciam abaixo da temperatura ambiente e são dependentes da frequência aplicada. Nas frequências aplicadas em escala Hz, alguns clusters tem sua blindagem afetada pelas tensões elásticas alternadas. Quando as amostras são excitadas com uma frequência da escala de kHz surgem dois centros de relaxação bem definidos que envolvem a movimentação de clusters que tendem a ser criados e aniquilados ao mesmo tempo em que a tensão é aplicada. Em tensões aplicadas na ordem de MHz, os clusters passam a se reordenar de forma mais eficiente, de modo que, os clusters menos estáveis que envolvem o Zr são aniquilados e os clusters que possuem Al ou Cu em seu centro são reordenados de forma a promover a estabilidade da estrutura icosaédrica dentro da matriz amorfa. Conforme as energias mecânicas em MHz são aplicadas, mais estruturas estáveis são criadas de forma que os clusters tendem a aproximar, interagir e se interpenetrar dando origem aos planos de ligações livres por onde os superclusters passam a se reordenar originando cadeias de médio alcance. Com indefinidos estímulos mecânicos em MHz, as estruturas tendem a formar os primeiros precipitados cristalinos. Estes mecanismos de relaxação puramente anelástica se iniciam em baixas temperaturas, e na maioria das vezes, não são possíveis de serem observados em altas temperaturas devido ao caráter viscoelástico e termoelástico que, em geral, ocorrem simultaneamente nos vidros metálicos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6459.pdf: 4283564 bytes, checksum: 527069b2b33732466b82a6f78943d62f (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / Financiadora de Estudos e Projetos / This thesis presents the development of a new criterion which can indicate new compositions for amorphous metallic alloys. This new criterion was based on dense packing of spheres combined with the lambda criterion through the coordination number. The mathematical development is presented and a software was developed with the purpose of indicating alloys with best glass forming ability (GFA). This software includes and concatenates several other criteria. For this purpose, we performed a mathematical analysis of the criteria, which included: (i) (&#955;min) criterion which uses the minimum topological instability parameter and it is used as an indication of phase competition during the solidification. (ii) the &#947; parameter, which reflects the relative GFA between bulky metallic glasses (BMG) and it is based on characteristic temperatures, such as: the glass transition temperature - Tg, the crystallization onset temperature - Tx and the liquidus temperature - Tl. (iii) the parameter Zc that is the critical thickness for bulky glass formation, which corresponds to the maximum dimension in which the molten can be formed without any crystals precipitation and (iv) the parameter Rc that is the critical cooling rate for glass formation, which decreases inversely to the Zc values. Through a mathematical formalism combining all the parameters, the software can decide the most suitable composition range to produce a new alloy. The results are presented and compared with the ones available on the literature. Also, for comparison, new alloys were developed by using the new criterion. These results indicate good agreement with the literature and with the experimental data since it is not a general theory, but intends to meet some specific cases with a reasonable convergence and which still need to be better studied. / Esta tese apresenta o desenvolvimento de um novo critério para indicar novas composições de ligas metálicas amorfas. Este novo critério foi baseado no empacotamento denso de esferas combinado com o critério lambda através do número de coordenação. O desenvolvimento matemático é apresentado e um software que engloba e concatena diversos outros critérios foi desenvolvido com o propósito de indicar as melhores ligas metálicas com alta tendência à formação de vidros (GFA). Para tal, houve uma análise matemática dos critérios, entre eles: (i) o critério &#955;min, que usa o parâmetro de mínima instabilidade topológica, usado como indicativo da competição de fases durante a solidificação; (ii) o parâmetro &#947;, que reflete a GFA relativa entre vidros metálicos volumosos (BMG) com base nas temperaturas características como a temperatura de transição vítrea - Tg; temperatura de início de cristalização - Tx e a temperatura liquidus - Tl; (iii) o parâmetro Zc, que é a espessura crítica para a formação do vidro volumoso e que corresponde à máxima dimensão com que o fundido pode ser formado sem que haja precipitação de cristais e (iv) o parâmetro Rc, que é a taxa de resfriamento crítico para a formação de vidro a qual decresce inversamente aos valores de Zc. Através de formalismo matemático para combinar todos os parâmetros, o software pode decidir qual a faixa de composição mais adequada para a produção de uma nova liga. Os resultados são apresentados e comparados com a bibliografia existente, além de terem sido desenvolvidas ligas experimentais para comparação. Estes resultados indicam uma boa concordância com a literatura e com os dados experimentais, uma vez que não se trata de uma teoria geral, mas que pretende atender a alguns casos específicos com razoável convergência e que ainda precisam ser melhor estudados.