Neste trabalho foram preparados materiais constituídos por Al2O3 e Nb2O5, na forma de grãos esferoidais para serem usados como suporte de catalisadores aplicados à propulsão. Os suportes foram preparados por quatro diferentes métodos: impregnação úmida do óxido de alumínio moldado por uma solução alcoólica de cloreto de nióbio (NbCl5); impregnação seca do óxido de alumínio por uma solução alcoólica de NbCl5; co-precipitação dos precursores de óxido de alumínio e óxido de nióbio; e mistura física dos precursores desses óxidos previamente autoclavados separadamente. Entre esses métodos, os suportes que apresentaram melhores características para aplicação em propulsão a monopropelente hidrazina (N2H4) foram aqueles preparados por mistura física, contendo 20% m/m de óxido de nióbio (Su20MF) e por impregnações secas sucessivas, contendo 10% m/m de óxido de nióbio (Su10IS). A adição do óxido de nióbio ao óxido de alumínio resultou em acentuado aumento da resistência mecânica à compressão, mas não causou variação significativa do número e força dos sítios ácidos de Lewis, em função dos tratamentos de calcinação efetuados a 873 K por 5 horas. Todos os suportes foram impregnados com solução de H2IrCl6 e após tratamentos de redução sob H2, obteve-se catalisadores de irídio suportados, com elevados teores metálicos, CAT-20Ir, contendo aproximadamente 20% m/m de Ir disperso na superfície do suporte Su10IS, e CAT-27Ir, contendo aproximadamente 27% m/m de Ir disperso na superfície do suporte Su20MF. Caracterizações por quimissorção de H2 e por MET/EDS mostraram que o irídio fixou-se quase que exclusivamente sobre o óxido de alumínio, gerando partículas metálicas com diâmetros médios tanto maiores quanto menores as áreas superficiais expostas desse óxido. Testes efetuados em bancada com as reações de decomposição de hidrazina e de amônia revelaram que a reação com hidrazina ocorre de forma completa em temperaturas acima de 393 K, gerando exclusivamente amônia e nitrogênio, enquanto que a decomposição da amônia inicia-se em temperaturas superiores e diferenciadas, dependendo do catalisador. Durante a reação da hidrazina, a reação de decomposição da amônia formada, produzindo hidrogênio foi acompanhada, sendo tanto menor quanto maior o diâmetro médio das partículas de irídio, sendo que a seletividade ao hidrogênio mostrou ser uma função linear do diâmetro médio, ao menos entre 24 Å e 40 Å. Esse comportamento se deve ao fato de que a decomposição da amônia é uma reação sensível à estrutura da fase ativa destes catalisadores. Já os testes efetuados em propulsores de 5 N de empuxo no Banco de Teste com Simulação de Altitude (BTSA), evidenciaram um aumento da temperatura, da pressão de câmara e também da força de empuxo, devido à menor decomposição da amônia e maiores tempos para o início da decomposição da hidrazina, efeito este relacionado ao número específico de sítios ativos presentes nas superfícies dos catalisadores. / In this work were prepared supports consisting of Al2O3 and Nb2O5, in the form of spheroidal grains by four different methods: wet impregnation of the aluminum oxide molded an alcoholic solution of niobium chloride (NbCl5); dry impregnation of aluminum oxide in an alcoholic solution of NbCl5; co-precipitation of the precursor of aluminum oxide and niobium oxide; and physical mixing of precursors of these oxides previously autoclaved separately. Among these methods, the supports that showed the best characteristics for application in propulsion monopropellant hydrazine were those prepared by physical mixture containing 20 wt % niobium oxide (Su20MF) and successive dry impregnations, containing 10 wt % niobium oxide (Su10IS).The addition of niobium oxide in aluminum oxide resulted in a significant increase in compressive strength of these selected supports, but caused no significant change in the number and strength of Lewis acid site, which was attributed to the calcination treatment carried out at 873 K by 5 hours. These supports were impregnated with H2IrCl6 solution and after reduction treatment under H2, were obtained supported iridium catalysts with high metal contents, named CAT-20Ir containing approximately 20 wt % of Ir dispersed on the support Su10IS and CAT-27Ir containing approximately 27 wt % of Ir Su20MF dispersed on the support. Characterization by chemisorption of H2 and by TEM/EDS showed that the iridium was anchored almost exclusively on aluminum oxide, generating metal particles with average diameters greater. Tests carried out in laboratory with decomposition of hydrazine and ammonia revealed that the reaction with hydrazine is completely in temperatures above 393 K, generating only ammonia and nitrogen, while the decomposition of ammonia, the reaction initiation above different temperatures depending on the catalyst. During decomposition hydrazine another accompanied reaction was the decomposition of ammonia generated, producing hydrogen. The selectivity to hydrogen showed to be a linear function of the mean diameter particle of iridium, least between 24 Å and 40 Å , these results were attributed to the fact that the decomposition of ammonia is a sensitive reaction to the structure of the active phase of these catalysts. Tests carried out at the Altitude Simulation Test Facility (BTSA/INPE) showed the following effects caused by Nb2O5 addition to iridium catalyst supports: increase of temperature, chamber pressure and thrust power, due to a smaller ammonia decomposition; and increase of time for hydrazine decomposition when there is an excessive reduction of the specific number of active sites.

Submitted by Willian Henrique dos Santos null (willian_santos@fc.unesp.br) on 2017-03-02T13:42:56Z No. of bitstreams: 1 DEFESA-24-02-2017.pdf: 11727986 bytes, checksum: 5e700d656e3faf3c665363a77b6371b2 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-03-08T12:53:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 santos_wh_dr_bauru.pdf: 11727986 bytes, checksum: 5e700d656e3faf3c665363a77b6371b2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-08T12:53:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 santos_wh_dr_bauru.pdf: 11727986 bytes, checksum: 5e700d656e3faf3c665363a77b6371b2 (MD5) Previous issue date: 2017-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A demanda por fontes de energias renováveis já é uma necessidade mundial, pois, o crescimento populacional e industrial trouxe concomitantemente um aumento no consumo de energia. Infelizmente, a matriz energética dos países que estão em pleno desenvolvimento se baseia na queima de combustíveis fósseis, o que traz sérios problemas ambientais e para a saúde da população. Tendo em vista esta necessidade, este trabalho retrata o estudo sobre o uso do pentacloreto de nióbio (NbCl5) como ácido de Lewis em reações multicomponentes para a síntese de compostos derivados de cumarinas e xantenos, compostos com potencial aplicação como corantes sensibilizadores em dispositivos fotovoltaicos. Os compostos de interesse foram obtidos através dos reagentes de partida: 4-hidróxicumarina, derivados fenólicos 3,5-dimetóxifenol e 3,4,5-trimetóxifenol, aldeídos aromáticos e 1,3-ciclo-hexanodiona. Foram estudadas as condições reacionais (% NbCl5, solvente utilizado e tempo reacional) para se estabelecer protocólos de síntese para a formação dos produtos de interesse na presença do pentacloreto de nióbio. O pentacloreto de nióbio demonstrou ser capaz de promover as reações estudadas neste trabalho. Esta nova possibilidade de obtenção destes compostos é de fundamental importância, pois, estes compostos possuem um leque muito amplo de aplicações, das quais algumas foram citadas neste trabalho. / The demand for renewable energy sources is already a worldwide need, because, the population and industrial growth concurrently brought an increase in energy consumption. Unfortunately, the energy matrix of the countries that are in full development is based on burning fossil fuels, which causes serious environmental problems and the health of the population. In view of this need, this work shows that the study about the use of niobium pentachloride (NbCl5) as Lewis acid in multicomponent reactions for the synthesis of coumarin and xanthene derivatives of compounds with potential application as sensitizing dyes in photovoltaic devices. These compounds were obtained from the starting materials: 4-hydroxycoumarin, phenolic derivatives (3,5-dimethoxyphenol and 3,4,5-trimethoxyfenol, aromatic aldehydes and 1,3-cyclohexanedione. The reaction conditions (% NbCl5, solvent and reaction time) to establish protocols synthesis for the formation of the products in the presence of niobium pentachloride were studied.Niobium pentachloride has been shown to be capable of promoting the reactions studied in this work. This new method of obtaining these compounds is of fundamental importance, considering that these compounds have a wide range of applications, some of which have been cited in this work.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2016-02-12T14:11:12Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernanda de Sousa Fernandes Pimentel - 2015.pdf: 3552044 bytes, checksum: 6506fc310b497a929ec9acf4d4db5942 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-02-16T06:47:11Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernanda de Sousa Fernandes Pimentel - 2015.pdf: 3552044 bytes, checksum: 6506fc310b497a929ec9acf4d4db5942 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-16T06:47:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernanda de Sousa Fernandes Pimentel - 2015.pdf: 3552044 bytes, checksum: 6506fc310b497a929ec9acf4d4db5942 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-06-12 / The allylation reaction of allyl organometallic compounds with aldehydes promoted by Lewis acids in the presence of chiral auxiliaries are a kind of nucleophilic addition reaction to control the stereochemistry of the product. The (R) -BINOL and (S) -4-benzylthiazolidine-2-thione compounds are used as chiral auxiliaries in asymmetric synthesis, although the literature describing the application of the first allylation reaction in the presence of various Lewis acids, it was not employed in the presence of niobium pentachloride. For the second compound, its application is limited to the aldol reactions and their study on enantioselective allylation reactions of aldehydes in the presence of Lewis acids was not described in the main databases used in this research. Therefore, this study investigated the application of these two compounds as chiral inductors in addition reactions of allyl tri-n-butilestanana to aldehydes in the presence of Lewis acid such as NbCl5. To optimize the reaction conditions used the p-nitrobenzaldehyde and was found to influence the proportion of the reactants in enantioselectivity and reaction yields. It was observed that the best yields (between 63-65% using (R)-BINOL and 41-50% using (S)-4-benzylthiazolidine-2-thione) were obtained when ethyl ether is used as solvent one temperature of -15 °C. However, the best enantioselectivity using a chiral auxiliary (R)-BINOL was obtained when the reaction rose while stirring for 1 hour the reaction between (R)-BINOL and NbCl5, then adding the aldehyde and stirred for 30 minuitos using diethyl ether and methylene chloride at -15 °C and -75 °C temperature conditions. On the other hand, the best enantioselectivity using the chiral auxiliary (S)-4-benzylthiazolidine-2-thione was obtained when it was used NbCl5 Lewis acid followed by stirring the reaction for 10 minutes and addition of diethyl ether as solvent under the conditions -15 °C temperature. / As reações de alilação de aldeídos com compostos organometálicos alílicos promovidas por ácidos de Lewis na presença de auxiliares quirais são um tipo de reação de adição nucleofílica para o controle da estereoquímica do produto. O (R)-BINOL e a (S)-4-benziltiazolidino-2-tiona são compostos utilizados como auxiliares quirais em síntese assimétrica e embora a literatura descreva a aplicação do primeiro em reações de alilação na presença de vários ácidos de Lewis, o mesmo não foi empregado na presença do pentacloreto de nióbio. No caso do segundo composto, a sua aplicação se limita as reações aldólicas e o seu estudo em reações de alilação enantiosseletiva de aldeídos na presença de ácidos de Lewis não foi descrito nas principais bases de dados utilizados nesta pesquisa. Portanto, nesse trabalho investigou-se a aplicação desses dois compostos como indutores quirais em reações de adição de alil-tri-n-butilestanana a aldeídos na presença de NbCl5 como ácido de Lewis. Para otimizar as condições reacionais utilizou-se o p-nitrobenzaldeído e verificou-se a influência da proporção dos reagentes na enantiosseletividade e nos rendimentos da reação. Percebe-se que os melhores rendimentos (entre 63-65% utilizando o (R)-BINOL e 41-50% utilizando a (S)-4-benziltiazolidino-2-tiona) foram obtidos quando o éter etílico foi utilizado como solvente a uma temperatura de -15ºC. Porém, a melhor enantiosseletividade utilizando o auxiliar quiral (R)-BINOL foi obtida quando elevou-se o tempo reacional para 1 hora de agitação na reação entre (R)-BINOL e o NbCl5, seguida da adição do aldeído e agitação por 30 minuitos, utilizando éter etílico e cloreto de metileno nas condições de temperatura de -15ºC e -75ºC. Por outro lado, a melhor enantiosseletividade utilizando o auxiliar quiral (S)-4-benziltiazolidino-2-tiona foi obtida quando utilizou-se o ácido de Lewis NbCl5 seguido pela agitação da reação por 10 minutos e adição de éter etílico como solvente nas condições de temperatura de -15ºC.

Amostras de nióbio de alta pureza na forma de monocristais, bicristais e policristais foram retiradas de seções longitudinais de lingotes fundidos por feixe eletrônico. As amostras foram deformadas via extrusão em canal angular (ECAE - Equal Channel Angular Extrusion) em temperatura ambiente até 8 passes, utilizando a rota Bc numa matriz com ângulo de intersecção entre os canais de  = 90º. As amostras foram caracterizadas em termos da evolução microestrutural e da textura de deformação. A caracterização microestrutural foi realizada com o auxílio de microscopias ótica, eletrônica de varredura e eletrônica de transmissão, além de medidas de difração de elétrons retroespalhados (EBSD) para determinação da microtextura e da mesotextura. Medidas de microdureza Vickers foram realizadas para acompanhar o encruamento e o amolecimento das amostras. Um outro monocristal de nióbio foi deformado em 1 passe via ensaio interrompido, utilizando uma matriz com ângulo  = 120º, a fim de estudar a evolução da textura durante a passagem pelo canal de ECAE. A textura foi determinada por meio de difração de raios X e comparada com os dados da literatura para materiais deformados via ECAE com estrutura CCC e também com as texturas simuladas pelo modelo VPSC (visco-plastic self-consistent). No estudo comparativo numa escala maior (monocristal e policristal), verificou-se que houve um refinamento microestrutural significativo após 8 passes. O espaçamento médio entre os contornos de alto ângulo medido perpendicular à direção de extrusão foi próximo nos dois casos (500 nm), maior que o observado para o monocristal deformado numa escala menor (440 nm). Os resultados mostram ainda que os grãos do policristal deformado são mais equiaxiais que os do monocristal. Amostras foram recozidas isotermicamente para avaliar o comportamento frente ao engrossamento microestrutural. Os resultados mostram que o engrossamento torna-se apreciável, em geral, a partir de 500oC com a ocorrência de recristalização descontínua. Acima de 700oC, o crescimento normal de grão passa a ser o principal mecanismo de engrossamento microestrutural. Efeitos de orientação importantes foram observados no bicristal nos estados encruado e recozido. / High-purity niobium single crystals, bicrystals and polycrystals were cut out from longitudinal sections of ingots processed by electron beam melting. Samples were deformed by Equal Angular Channel Extrusion (ECAE) at room temperature up to 8 passes, using the route Bc with a die angle  = 90o. Samples were characterized in terms of their microstructural evolution and deformation textures. Microstructural characterization was performed using optical, scanning electron, and transmission electron microscopies, as well as electron-backscatter diffraction measurements (EBSD) to determine both microtexture and mesotexture. Vickers microhardness testing was performed to follow hardening and softening behaviors in the samples. Another single crystal was deformed by 1 pass in an interrupted ECAE experiment using a die angle  = 120o to follow the changes in texture through the extrusion channel. Texture was determined by X ray diffraction and compared with those reported in the literature for deformed bcc materials and also with those predicted using the viscoplastic self-consistent model (VPSC). A comparative study in a larger scale (single and polycrystals) was also performed. It was observed that there is a significant refinement of the microstructure after 8 passes. The average spacing between high angle boundaries perpendicular to extrusion direction was close in the two cases (500 nm), larger than observed in the single crystal deformed in a smaller scale (440 nm). Results also show that ultrafine grains of the deformed polycrystal are more equiaxial compared to those found in the deformed single crystal. Samples were annealed to evaluate their behavior regarding microstructural coarsening. Results show that coarsening becomes noticeable at temperatures higher than 500oC by means of discontinuous recrystallization. Above 700oC, normal grain growth becomes the main microstructure coarsening mechanism. Important orientation effects were observed in the bicrystal in both deformed and annealed states.

Diante de aspectos econômicos e ambientais que relacionam o aquecimento global e o uso contínuo de matrizes energéticas contaminantes, torna-se necessário o desenvolvimento de tecnologias que contribuam para a redução de emissão de poluentes e geração de energia sustentável. Neste contexto, o processo CLC (Combustão com Recirculação Química) é sugerido como uma alternativa para captura de CO2 que permiti a geração de energia sustentável. As questões-chave sobre o uso desta técnica estão na eficiência e custo do carregador de oxigênio, que é um sólido constituído geralmente por óxido metálico, e dependendo da composição e microestrutura, o uso de óxidos bimetálicos em uma estrutura porosa podem ser atraentes para o processo CLC/CLR. O presente trabalho visou entender sobre o efeito da composição química, da moagem de alta energia e da temperatura de tratamento térmico na microestrutura e propriedades físicas de misturas de pós de α-Al2O3, Nb2O5 e Ta2O5 (relação molar de 50:45:5, 50:5:45, 50:50:0 e 95:5:0). Utilizou-se dois tipos de moinho: um moinho planetário Fritsch P-7 (vaso e esferas de ZrO2) e um moinho SPEX 8000M (vaso de WC-Co, usando esferas de aço endurecido e de alumina). Em seguida, os corpos a verde com 10 mm de diâmetro foram preparados por prensagem uniaxial a partir dos pós moídos, as quais foram aquecidas a 600, 800 e 1000°C ao ar. Visando obter características desejadas para transportadores de oxigênio, foram adicionados polietileno de alta densidade (PEAD) ou grafite em quantidades variadas nos corpos a verde. Os materiais produzidos foram caracterizados com auxílio de técnicas de difratometria de raios X (DRX), análises térmicas (DSC/TG), microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria por energia dispersiva (EDS), volumetria (BET), picnometria a He e análise elementar por fluorescência de raios X (FRX). Os resultados mostraram que o aumento do tempo de moagem proporcionou uma redução da intensidade dos picos de DRX das fases α-Al2O3, Nb2O5 e Ta2O5, não havendo formação da fase AlNbO4 ou AlNb(Ta)O4 nos pós moídos de Al2O3+Nb2O5 e Al2O3+Nb2O5+Ta2O5, respectivamente. No entanto, tais fases foram formadas em pós aquecidos à 800 e 1000°C. Análises mostraram que o acréscimo de PEAD resultou na formação de poros superficiais e internos nas pastilhas, o que não foi notado em amostras contendo adição de grafite. Pastilhas de 95Al2O3-5Nb2O5 apresentam maior área superficial, devido apresentarem maior quantidade de α-Al2O3 na mistura de pós de partida. Em pós moídos com esferas de aço, a etapa de lixiviação ácida contribuiu para remoção de 98,4% do ferro da amostra com maior teor de Al2O3. / Given the economic and environmental measures that relate global warming and the continuous use of contaminating energy matrices, it is necessary to develop technologies that contribute to a reduction of pollutant emissions and sustainable energy generation. In this context, the CLC process (Chemical-Looping Combustion) is suggested as one alternative to CO2 capture that allows the generation of sustainable energy. The key issues on the viability of this technique are in the efficiency and cost of oxygen charger, which is a solid generally composed by metal oxide, and depending on the composition and microstructure, the use of bimetal oxides in a porous structure can be potentially attractive for CLC and CLR processes. The present work aimed to understand the effect of chemical composition, high-energy ball milling and heat-treatment temperature on the microstructure and physical properties of the α-Al2O3, Nb2O5 e Ta2O5 powder mixtures. Two kind of ball mills were utilized adopting: a planetary Fritsch P-7 mill (vial and balls of ZrO2) and a SPEX 8000M mill (vial of WC-Co, using hardened steel and alumina balls). Following, green bodies with 10 mm diameter were prepared by axial pressing from the milled powders, which were heated in air at 600, 800 and 1000°C. Aiming to obtain desired characteristics for oxygen carriers, were added high-density polyethylene (HDPE) or graphite in different amounts on the bodies green. The produced materials were characterized by means of X-ray diffraction (XRD), thermal analyses (DSC/TG), optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometry (EDS), volumetric (BET), He pycnometry and wavelength dispersive X-ray fluorescence (XRF). The results showed that the increase in the milling time provided reduction on intensity in the XRD peaks of the α-Al2O3, Nb2O5 and Ta2O5 phases, there is no formation of AlNbO4 or AlNb(Ta)O4 during milling of Al2O3+Nb2O5 e Al2O3+Nb2O5+Ta2O5 powders, respectively. However, these phases were formed in powders heated at 800 and 1000°C. Analysis showed that the HDPE addition has resulted in the formation of surface and internal pores into the cylinders, which no notice in samples containing graphite addition was achieved. The 95Al2O3-5Nb2O5 cylinders presented higher surface area due to higher alpha alumina amount in starting powders. For ceramic powders processed with steel balls, the acid lixiviation step has contributed for an iron removal of 98.4% from the sample with highest Al2O3 content. / Programa Institucional de Bolsas de Pós-Graduação - PIB-PÓS

O Titânio e suas ligas possuem uma grande aplicação na área biomédica devido à combinação de suas propriedades mecânicas, físicas e químicas, como baixa densidade, alta resistência mecânica, baixo módulo de elasticidade, alta resistência à corrosão e boa biocompatibilidade. O presente trabalho estudou o processo de metalurgia do pó, descrevendo suas ferramentas, máquinas e processos. Pesquisa bibliográfica e análises experimentais foram feitos para obtenção de materiais biocompatíveis, através da mistura de pós metálicos, compactação e sinterização. Foram realizadas mistura dos pós de titânio (Ti) e nióbio (Nb) em proporções distintas para viabilizar a aplicação deste produto na área da medicina. Foram feitos testes para obter as características mecânicas do material, já compactado e sinterizado, com o objetivo principal de aplicar este material em implantes humanos. Além dos implantes a liga de Ti-Nb também pode ser usada na fabricação de prótese de reabilitação e testes de implantes em animais. A compactação da mistura dos pós metálicos foi realizada em uma prensa hidráulica ferramentada com dois punções e uma matriz fechada, dando origem a um material denominado compactado verde. Com os materiais já compactados, a próxima etapa foi levá-los ao forno para sinterização, de acordo com as respectivas temperaturas para cada grupo de corpo de prova. Os resultados mostraram que as amostras, sinterizadas pelo processo da metalurgia do pó, levaram à obtenção de peças de alta porosidade (de acordo com a densidade teórica). A microestrutura predominante encontrada em amostras sinterizadas a 1450 ºC consiste em partículas de titânio e nióbio bastante irregulares e com tamanhos desproporcionais, devido à diferença do tamanho das partículas dos pós, como mostrou o ensaio metalográfico. O ensaio de compressão mostrou um baixo módulo de elasticidade em função da porosidade alta, e os resultados foram considerados baixos se comparados à resistência óssea. A dureza também não foi considerada ideal, em função da alta porosidade. / Titanium and its alloys have a wide application in biomedical field due to the combination of its mechanical, physical and chemical properties such as low density, high mechanical strength, low elasticity modulus, high corrosion resistance and good biocompatibility. This work studied the process of powder metallurgy, describing their tools, machines and processes. Bibliographical research and experimental analyses were made to obtain biocompatible materials, by mixing metal powders, compacting and sintering. Titanium (Ti) powder mixtures with Niobium (Nb) powder were performed in distinct proportions to enable the application of this product in medical field. Tests were made to obtain the mechanical characteristics of the material, already compacted and sintered, with the main objective of applying this material in human implants. Besides the implants Ti-Nb alloy can also be used in the manufacture of prosthetic rehabilitation and testing of implant in animals. The compaction of the metal powders mixture was performed in a hydraulic press with two punctures and a closed die giving rise to a material called compacted green. With the materials already compressed, the next step was to take them to the oven for sintering, in accordance with their respective temperatures for each group of specimen. The results showed that the samples, sintered by powder metallurgy process, led to obtain parts of high porosity (according to the theoretical density). The predominant microstructure found in samples sintered at 1450 ºC consist in particles of Titanium and Niobium very irregulars and disproportionate in size, due to powders particles size difference, as shown by metallographic test. The compression test showed a low elasticity modulus due to high porosity and the results were considered low when compared to bone resistance. The hardness was not considered ideal, due to the high porosity.

Nióbio e suas ligas são utilizados atualmente em muitas aplicações industriais por oferecerem excelente resistência à degradação em diversos meios corrosivos. Estes meios incluem atmosferas gasosas em temperaturas elevadas, como as encontradas em plantas de gaseificação de carvão existentes em usinas termelétricas para geração de energia. As atmosferas encontradas nestes meios são misturas gasosas complexasque contêm, entre outros compostos, oxigênio e enxofre. Os sulfetos são compostos menos estáveis, possuem pontos de fusão mais baixos e apresentam, freqüentemente, maiores desvios de estequiometria em relação ao óxido correspondente. Apesar de existirem estudos relacionados à aplicação de metais refratários em atmosferas sulfetantes a temperaturas elevadas, o uso de compostos de nióbio ainda não foi devidamente avaliado como revestimento protetor, havendo poucos dados disponíveis na literatura. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito proporcionado por um filme de nióbio, obtido por pulverização catódica,sobre o comportamento de sulfetação isotérmica das ligas Fe-20Cr e Fe-20Cr-1Y.Os testes de sulfetação foram realizados a 500, 600 e 700°C pelo período de 2h em atmosfera H2/2%H2S. A avaliação da resistência à sulfetação foi feita por meio do ganho de massa por unidade de área exposta. Observou-se que o comportamento de sulfetação a 500ºC das ligas FeCr e FeCrY sem e com revestimento é similar. Nesta condição, nenhuma das ligas sofreu escamação. A 700ºC a liga FeCr sofreu leve escamação na forma de um pó fino, enquanto que o produto de reação formado sobre a liga FeCrY escamou na forma de placas. O efeito do nióbio se torna pronunciado a 700ºC. A camada de produto de reação formada sobre as ligas revestidas é mais fina e plástica que na liga sem revestimento. O ganho de massa por unidade de área diminuiu sensivelmente para as ligas recobertas, que não sofreram escamação. / Niobium and niobium based alloys are currently used in many industrial applications because they offer excellent resistance to degradation in various corrosive environments. These media include gaseous atmospheres at high temperatures such as those found in existing coal gasifying plants in power plants for energy generation. These atmospheres are complex gas mixtures that contain sulfur and oxygen, among other compounds. Sulphides are thermodynamically less stable, have lower melting points and often have larger deviations from stoichiometry compared to the corresponding oxides. Although there are studies regarding the use of refractory metals in high temperature sulphidizing atmospheres, the use of niobium compounds has not been adequately evaluated and there is very little studies available in the literature about its use as a protective coating. The aim of this study was to evaluate the effect of a niobium film, deposited by magnetron sputtering on the isothermal sulphidation behavior of Fe-20Cr and Fe-20Cr-1Y alloys. The sulphidation tests were carried out at 500, 600 and 700° C for 2h in H2/2% H2S atmosphere. The sulphidation resistance was determined by mass gain per unit area. The sulphidation behavior of the coated and uncoated alloys was similar at 500ºC, and none of the alloys spalled. At 700ºC FeCr alloy scalled in the form of a fine powder, while the reaction product formed on the alloy FeCrY scalled in the form of plates. The effect of niobium became pronounced at 700°C. The reaction product layer formed on the coated alloy was thinner andmore plastic than that formed on the uncoated alloy. The mass gain per unit area of the coated alloys decreased significantly and they did not scaled.

Os revestimentos eletrozincados empregados como proteção galvânica ativa sobre os aços são utilizados industrialmente há longo tempo. Entretanto, como o zinco é um elemento muito reativo, o tratamento da sua superfície é necessário para aumentar sua vida útil. O tratamento mais utilizado consiste em imersão em solução de conversão contendo cromo hexavalente, o qual vem sendo banido por gerar substâncias tóxicas e carcinogênicas, tendo sua utilização proibida pelas normas europeias. Neste trabalho, foram estudados tratamentos alternativos ao cromato para o aço eletrozincado que não geram resíduos tóxicos. O tratamento escolhido foi desenvolvido em etapas. A primeira etapa envolveu o uso de um composto orgânico, o 2 butino-1,4 diol propoxilato, em solução com sais oxidantes e com nitrato de cério como aditivo. A etapa seguinte consistiu em imersão da superfície tratada pela etapa anterior, em um agente oxidante, o peróxido de hidrogênio. A terceira etapa consistiu na imersão em solução com 2 butino-1,4 diol propoxilato e oxalato de nióbio amoniacal (ANO). As superfícies tratadas, após cada uma das etapas, foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX), espectroscopia por infravermelho (FTIR) e espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS). A caracterização quanto à corrosão das superfícies tratadas foi feita por ensaios de névoa salina e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Os resultados mostraram que cada uma das etapas teve uma contribuição no aumento da resistência à corrosão e esta foi dependente do tempo de tratamento em cada uma das três etapas. A composição química das camadas obtidas foi caracterizada por FTIR e XPS. Esta última técnica permitiu analisar a distribuição dos elementos nas camadas formadas ao longo da espessura da mesma, usando a técnica de desbaste (sputtering), obtendo perfis de profundidade. A presença de ácido carboxílico ligado ao substrato metálico (zinco) foi observada. Os resultados mostraram que ocorreu formação de camada orgânica e a incorporação de cério e de nióbio a esta camada. Estes se apresentam distribuídos em toda a extensão da camada, na forma de óxidos em dois estados de oxidação, III e IV, no caso do cério, e IV e V, no caso do nióbio. As camadas formadas após as várias etapas adotadas contêm uma estrutura polimérica formada por filme orgânico e uma mistura de óxidos, particularmente óxido e hidróxido de zinco, os quais ficam retidos na estrutura da camada e conferem proteção à corrosão do substrato metálico por períodos prolongados de imersão. Os resultados quanto a proteção à corrosão mostraram que o tratamento com o melhor desempenho (T10_10_10) proporcionou proteção ao substrato por longos períodos de tempo e esta foi superior em comparação à promovida por camada de cromato, tanto pelo ensaio de névoa salina como o de EIE. Este tratamento mostrou-se, portanto, uma alternativa promissora para substituição de camada de cromato na proteção de aço eletrozincado, tanto do ponto de vista ambiental, por não gerar resíduos tóxicos, como de resistência à corrosão. / Electrogalvanized coatings are employed as active galvanic protection to steel and its applications have been used industrially for a long time. However, as zinc is a very reactive element, the treatment of the surface is necessary to increase its lifespan. The most common treatment consisted of a conversion treatment in solution containing hexavalent chromium, which has been banned by generating toxic and carcinogenic substances, and its use prohibited by European standards. In this work, surface treatments alternative to chromating for electrogalvanized steel that do not generate toxic waste were studied. The chosen treatment was developed in stages. The first stage involved the use of an organic compound, 2 butyne 1,4 diol propoxylate in solution with oxidizing salts and cerium nitrate as an additive. The next step involved immersing the treated surface by the previous step in an oxidizing agent, hydrogen peroxide. The third step consisted of immersion in solution with 2-butyne 1,4 diol propoxylate and ammonium niobium oxalate (ANO). Treated surfaces after each step were characterized by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (FTIR) and photoelectron spectroscopy X- ray (XPS). The characterization for corrosion of the treated surfaces was made by salt spray tests and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results showed that each step has a contribution in increasing the corrosion resistance and this was dependent on the treatment time adopted in each of the three stages. The chemical composition of the layers obtained was characterized by FTIR and XPS. This last technique allowed to analyze the distribution of the elements in the layer formed along its thickness, by sputtering the surface to obtain depth profiling. The presence of carboxylic acid bonded to the metal substrate (zinc) was observed. The results showed that there was formation of organic layer and the incorporation of cerium and niobium this layer. These elements were distributed throughout the length of the layer in the form of oxides in two oxidation states; in the case of cerium, as III and IV, and IV and V, in the case of niobium. The layers formed after the various steps contain a polymeric structure and a mixture of oxides/hydroxide, particularly of zinc, which are retained in the structure of the layer and provide corrosion protection to the metal substrate for prolonged periods. The corrosion results showed that the best treatment (T10_10_10) provided protection to the substrate for long periods of time and that was higher compared to that promoted by the chromate layer, either by the salt spray test as the EIS test. Therefore, this treatment proved a promising replacement to chromate layer in the corrosion protection of electrogalvanised steel, either from its corrosion properties or from an environmental point of view.

Esta dissertação teve como objetivo principal o estudo da produção de peças pelo processo da metalurgia do pó que formaram liga metálica na fase de moagem dos pós metálicos. Para o desenvolvimento do estudo, optou-se pela utilização de pós metálicos de titânio e nióbio, pois a sua interação, reduz a temperatura de transformação da fase Ti- para Ti-, que por sua vez pode ser utilizada em implantes e sistemas de fixação óssea. As concentrações de massa das amostras produzidas por metalurgia do pó foram de 75%Ti/25%Nb e 50%Ti/50%Nb. Inicialmente as amostras foram processadas em um moinho atritor, a rotação de 200 rpm por 80 horas com atmosfera inerte, favorecendo a formação de soldas frias e por sua vez difusão entre as partículas. As misturas foram então compactadas em duas etapas, com a primeira em uma matriz rígida de ação simples e na segunda, com uma ferramenta por ação isostática, para se obter uma melhor densificação e boa resistência mecânica a verde da peça. A sinterização foi realizada em atmosfera inerte de argônio, através de um fluxo continuo do gás. O incremento da concentração do Nb na matriz do Ti afeta a difusão, estabilizando a fase- no processo de moagem, afetando também, as propriedades mecânicas, aumentando a resistência e reduzindo o módulo de elasticidade. As partículas de Nb reduziram os esforços gerados durante o desgaste e dificultaram a formação de camadas espessas de óxido atuando como barreira. / This thesis aims to study the production of parts by powdered metallurgy process that passed through alloy formation in the grinding phase of powdered metals. To develop this study, titanium and niobium powdered metals were chosen, once their interaction reduces the temperature that turns the Ti- phase to Ti-, which in turn can be used in implants and bone fixation systems. The mass concentrations of the samples produced by powdered metallurgy were 75%Ti/25%Nb and 50%Ti/50%Nb. Initially, the samples were processed in an attritor mill, with a rotation of 200 rpm for 80 hours in an inert atmosphere, favoring the formation of cold welds and diffusion between the particles. The mixtures were then compressed in two stages, with the first in a rigid matrix of simple action, and the second with a tool with isostatic action, in order to obtain a better densification and good mechanical strength of the green part. The sintering was performed in an inert atmosphere of argon, through a continuous flow of gas. The concentration increase Nb on the Ti matrix affects diffusion, stabilizing the phase on the milling process, also affecting the mechanical properties by increasing the strength and reducing the elastic modulus. The Nb particles reduced the stresses generated during the wear and hindered the formation of thick oxide layers acting as a barrier.

O Titânio e suas ligas possuem uma grande aplicação na área biomédica devido à combinação de suas propriedades mecânicas, físicas e químicas, como baixa densidade, alta resistência mecânica, baixo módulo de elasticidade, alta resistência à corrosão e boa biocompatibilidade. O presente trabalho estudou o processo de metalurgia do pó, descrevendo suas ferramentas, máquinas e processos. Pesquisa bibliográfica e análises experimentais foram feitos para obtenção de materiais biocompatíveis, através da mistura de pós metálicos, compactação e sinterização. Foram realizadas mistura dos pós de titânio (Ti) e nióbio (Nb) em proporções distintas para viabilizar a aplicação deste produto na área da medicina. Foram feitos testes para obter as características mecânicas do material, já compactado e sinterizado, com o objetivo principal de aplicar este material em implantes humanos. Além dos implantes a liga de Ti-Nb também pode ser usada na fabricação de prótese de reabilitação e testes de implantes em animais. A compactação da mistura dos pós metálicos foi realizada em uma prensa hidráulica ferramentada com dois punções e uma matriz fechada, dando origem a um material denominado compactado verde. Com os materiais já compactados, a próxima etapa foi levá-los ao forno para sinterização, de acordo com as respectivas temperaturas para cada grupo de corpo de prova. Os resultados mostraram que as amostras, sinterizadas pelo processo da metalurgia do pó, levaram à obtenção de peças de alta porosidade (de acordo com a densidade teórica). A microestrutura predominante encontrada em amostras sinterizadas a 1450 ºC consiste em partículas de titânio e nióbio bastante irregulares e com tamanhos desproporcionais, devido à diferença do tamanho das partículas dos pós, como mostrou o ensaio metalográfico. O ensaio de compressão mostrou um baixo módulo de elasticidade em função da porosidade alta, e os resultados foram considerados baixos se comparados à resistência óssea. A dureza também não foi considerada ideal, em função da alta porosidade. / Titanium and its alloys have a wide application in biomedical field due to the combination of its mechanical, physical and chemical properties such as low density, high mechanical strength, low elasticity modulus, high corrosion resistance and good biocompatibility. This work studied the process of powder metallurgy, describing their tools, machines and processes. Bibliographical research and experimental analyses were made to obtain biocompatible materials, by mixing metal powders, compacting and sintering. Titanium (Ti) powder mixtures with Niobium (Nb) powder were performed in distinct proportions to enable the application of this product in medical field. Tests were made to obtain the mechanical characteristics of the material, already compacted and sintered, with the main objective of applying this material in human implants. Besides the implants Ti-Nb alloy can also be used in the manufacture of prosthetic rehabilitation and testing of implant in animals. The compaction of the metal powders mixture was performed in a hydraulic press with two punctures and a closed die giving rise to a material called compacted green. With the materials already compressed, the next step was to take them to the oven for sintering, in accordance with their respective temperatures for each group of specimen. The results showed that the samples, sintered by powder metallurgy process, led to obtain parts of high porosity (according to the theoretical density). The predominant microstructure found in samples sintered at 1450 ºC consist in particles of Titanium and Niobium very irregulars and disproportionate in size, due to powders particles size difference, as shown by metallographic test. The compression test showed a low elasticity modulus due to high porosity and the results were considered low when compared to bone resistance. The hardness was not considered ideal, due to the high porosity.