As propriedades mecânicas de metais com estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC), tais como nióbio e suas ligas, são alteradas de forma bastante significativa com a adição de elementos intersticiais pesados. Estes elementos intersticiais (oxigênio, nitrogênio e carbono) presentes na matriz metálica ocupam sítios octaedrais e constituem um dipolo elástico de simetria tetragonal, podendo produzir relaxações anelásticas. As amostras utilizadas foram policristais da liga Nb-Ti, contendo 0,3% em peso de Ti. As medidas de espectroscopia anelástica foram efetuadas usando um pêndulo de torção invertido, operando com freqüência da ordem de hertz, em um intervalo de temperatura entre 300 e 700 K, com taxa de aquecimento de 1 K/min. Esta dissertação apresenta estruturas de relaxação termicamente ativadas observadas em amostras da liga Nb - 0,3%pTi, contendo diferentes concentrações de oxigênio em solução sólida. Estas estruturas de relaxação foram atribuídas à reorientação induzida por tensão de átomos intersticiais em tomo de átomos da matriz metálica. Tais estruturas foram analisadas e foram encontrados os seguintes processos de relaxação: Nb-O, Ti-O, Nb-N e Nb-C. Os resultados mostraram também uma relação direta entre as intensidades das estruturas de relaxação e a concentração dos elementos intersticiais presentes nas amostras. / The mechanical properties of metals with body centered cubic (BCC) crystalline structure such as Nb and its alloys are modified of sufficiently significant form with the addition of heavy interstitial elements. These interstitial elements (oxygen, for example) present in the metallic matrix occupy octahedral sites and constitute an elastic dipole of tetragonal symmetry, being able to produce an elastic relaxation. The used samples were polycrystals of the Nb-Ti alloy, having 0.3 % in weight of Ti. The an elastic spectroscopy measurements were taken using an inverted torsion pendulum, operating with frequency of the order of hertz, in a temperature range between 300 and 700 K, with heating rate of 1 K/min. This dissertation shows thermally activated relaxation structures observed in samples of the Nb - 0.3wt.%Ti alloy, having different concentrations of oxygen in solid solution. These relaxation structures were attributed to stress induced ordering of interstitial atoms around the metallic matrix atoms. Such structures were analyzed and were found the following relaxation processes: Nb-O, Ti-O, Nb-N and Nb-C. The results had also shown a direct relation between the intensities of the relaxation structures and the concentration of interstitial elements in the samples.

A caracterização ex situ e in situ de eletrodos constituídos de IrO2-Nb2O5 revelou que a morfologia, a atividade eletrocatalítica para a reação de desprendimento de O2 (RDO) e a performance para a reação de formação de O3 (RFO) são fortemente dependentes da composição nominal da camada ativa. Baseados em estudos preliminares, escolheu-se a composição IrO2-Nb2O5 (45:55 % mol) para uma extensiva investigação da RDO/RFO, avaliando a influência das variáveis de preparo do eletrodo, da temperatura e da composição do eletrólito. Propôs-se um mecanismo eletródico para RDO/RFO, considerando a influência da composição do eletrólito e dos sítios ativos superficiais. Demonstrou-se que a introdução de PF6- no eletrólito de suporte aumenta significativamente o rendimento da RFO através da inibição da RDO no domínio dos elevados sobrepotenciais. O segundo material eletródico investigado foi o eletrodo de diamante dopado com boro (DDB) de origem comercial. Este material apresenta área superficial e rugosidade sensivelmente maiores que os reportados na literatura, sendo que as diversas análises demonstram um filme de boa qualidade. O pré-tratamento da superfície de DDB resulta na remoção de impurezas e na oxidação da superfície, alterando o caráter hidrofóbico do eletrodo. Sua condutividade e comportamento eletroquímico são dependentes da concentração superficial de transportadores de carga, relacionado diretamente ao potencial aplicado. Desta forma, este eletrodo de DDB altamente dopado apresenta comportamento próximo ao de um metal em potenciais mais anódicos. Os estudos cinéticos em diversos eletrólitos e temperaturas demonstram que o eletrodo de DDB caracteriza-se pela quase ausência de sítios de adsorção ? causa dos elevados sobrepotenciais e energias de ativação para a RDO. De forma surpreendente, a introdução de flúor-ânions no eletrólito resulta na diminuição da energia de ativação para a RDO e da eficiência de corrente para a RFO. Este último parâmetro é função direta da ?eletronegatividade absoluta? dos flúor-ânions. Altas concentrações de NaF alteram a condutividade do eletrólito e a hidrofobicidade do eletrodo, afetando o comportamento cinético do ânodo. Em eletrólitos contendo KPF6, entretanto, a entropia de ativação eletroquímica parece exercer um pronunciado efeito sobre a energia de ativação da RDO. No mecanismo proposto para o eletrodo de DDB, destaca-se a importância da interação entre o principal intermediário da RDO/RFO, HO·, e a superfície do filme. / Ex situ and in situ characterisation of IrO2-Nb2O5 electrodes reveal morphology, electrocatalytical activity for the oxygen evolution reaction (OER) and electrochemical ozone production (EOP) performance are strongly dependent on nominal composition of the oxide film. Based on preliminary studies, the electrode IrO2-Nb2O5 (45:55 mol%) composition was chosen to conduct an extensive OER/EOP investigation, analysing the influence of: electrode preparation procedure, temperature and electrolyte composition. An electrode mechanism for OER/EOP is proposed taking into account the influence of the electrolyte composition and the active surface sites. It is demonstrated that the introduction of PF6- into the electrolyte increases significantly the EOP performance due to inhibition of the OER in the high overpotential domain. The second electrode material investigated is a commercial sample of the boron doped diamond electrode (BDD). This material presents surface area and roughness considerably higher than those reported in literature, however several analyses demonstrate the good quality of the film. The pre-treatment of the BDD surface results in the removal of impurities and surface oxidation, which alters the hydrophobic character of the film. Its conductivity and electrochemical behaviour depend on the surface charge carriers concentration that is directly related to the applied potential. Therefore, this heavily doped BDD sample presents a behaviour resembling a metal at more anodic potentials. Kinetic investigations of several electrolytes and temperatures show BDD electrode is characterised by the almost absence of adsorption sites ? the main cause of the high overpotentials and activation energies for OER. Surprisingly, the introduction of fluoro-anions into the electrolyte results in lower activation energies for OER and lower EOP current efficiency. The latter parameter is directly related to the ?absolute electronegativity? of the fluoro-anions. High NaF concentrations modify the electrolyte conductivity and electrode hydrophobicity. However, in electrolytes containing PF6-, the electrochemical activation entropy seems to exert a pronounced effect on the activation energy for OER. In the proposed OER/EOP mechanism at BDD electrode, a key parameter is the interaction between the main intermediate, HO·, and the electrode surface.

O objetivo deste trabalho foi investigar o uso de NbCl5 como ácido de Lewis em síntese orgânica (reações de abertura de epóxidos, reações de Diels-Alder e substituição eletrofílica de ciclo-enonas no anel furano e em reações de formação de beta-cloro-enonas e beta-etóxi-enonas a partir de beta-dicetonas e seus derivados acetilados. O comportamento de vários epóxidos quando tratados com NbCl5 foi estudado. Em geral verificou-se que os epóxidos estudados reagem rapidamente com NbCl5, levando geralmente à formação de mais de um produto (cloridrinas, 1,2-dióis, produtos contendo resíduos de solvente, como também produtos de rearranjo foram obtidos). Foi realizado um estudo detalhado verificando o efeito da temperatura (t.a., 0ºC ou -78ºC) e da concentração molar de NbCl5 nessas reações, com relação ao tempo e rendimento das reações, e à composição dos produtos. Reações entre diferentes ciclo-enonas (dienófilos de baixa reatividade) com ciclopentadieno e furanos (dienos) foram realizadas na presença de NbCl5. As reações mostraram que o NbCl5 é um bom ácido de Lewis para ativar reações de Diels-Alder ou substituição eletrofílica do hidrogênio pela ciclo-enona no anel furano. O produto de Diels-Alder foi obtido apenas na reação entre a ciclo-hexenona e o dieno mais reativo (ciclopentadieno). Dienos menos reativos, furano e 2-metil-furano levaram à formação de produtos de substituição eletrofílica do hidrogênio pela ciclo-enona no anel furano. beta-Dicetonas e seus derivados acetilados foram convenientemente transformados em beta-cloro-enonas e beta-etóxi-enonas pelo tratamento com NbCl5, em uma única etapa e em bons rendimentos. Observamos que quando as reações são realizadas em Et2O ou CH2Cl2 como solventes, apenas beta-cloro-enonas são formadas. Contudo, usando EtOAc como solvente, os resultados dependem da estrutura do substrato: substratos alfa-metilados formam exclusivamente beta-cloro-enonas (como nos outros solventes), enquanto os outros substratos levam à formação de beta-etóxi-enonas ou de misturas de beta-cloro-enonas e beta-etóxi-enonas. / The aim of this work was to investigate the use of NbCl5 as Lewis acid in organic synthesis (opening of epoxide rings, Diels-Alder and electrophilic substitution of cycloenones in furan ring reactions and in the formation of beta-chloroenones and beta-ethoxyenones from beta-diketones and the corresponding acetylated derivatives. The behaviour of several epoxides when treated with NbCl5 was studied. In general it was verified that the studied epoxides react rapidly with NbCl5, giving, in most cases, more than one product (chlorohydrins, 1,2-diols, products containing solvent residues as well as rearrangement products were obtained). A detailed study was performed to verify the effect of the temperature (rt, 0ºC or -78ºC) and of the NbCl5 molar concentration in the composition of the products, yield and time required for the reactions. Reactions between different cycloenones (dienophiles of low reactivity) with cyclopentadiene and furans (dienes) were performed in the presence of NbCl5. The reactions showed that NbCl5 is a good Lewis acid for Diels-Alder or electrophilic substitution of the hydrogen by the cycloenone system in furan ring. The Diels-Alder product was obtained only in reaction between the cyclohexenone and the highly reactive diene (cyclopentadiene). Less reactive dienes such as furan and 2-methylfuran gave electrophilic substitution of hydrogen by the cycloenone system in the furan ring. beta-Diketones and the corresponding acetylated derivatives were conveniently transformed in beta-chloroenones or beta-ethoxyenones by treatment with NbCl5, in one step and in good yields. When the reactions were carried out with Et2O or CH2Cl2 as solvents, only beta-chloroenones were obtained. However, with EtOAc as solvent, the results depend on the structure of the substrate: alpha-methylated substrates gave exclusively beta-chloroenones (as in other solvents), while the other substrates gave beta-ethoxyenones or mixtures of beta-ethoxyenones and beta-chloroenones.

Camadas de fosfato tricatiônico são largamente utilizadas na indústria automotiva como proteção contra corrosão e adesão de revestimentos orgânicos ao substrato de aço. A combinação do fosfato e revestimento proporciona à superfície metálica, alta durabilidade à corrosão. Porém a camada cristalina obtida com este tipo de fosfato apresenta poros entre os cristais, expondo o substrato metálico ao ambiente corrosivo, tornando importante um tratamento de passivação após fosfatização. O tratamento comercial de fosfatização tricatiônico e subsequente passivação envolvem o uso de elementos tóxicos, tais como níquel e cromo hexavalente, produzindo resíduos que são prejudiciais ao ambiente e seu uso têm sido cada vez mais proibido. O objetivo do presente estudo é investigar o efeito da troca do níquel, no processo de fosfatização, pelo composto de nióbio (oxalato de nióbio e amônio) com relação à resistência à corrosão do aço fosfatizado. Esta investigação foi realizada através de métodos eletroquímicos, utilizando-se principalmente ensaios de polarização potenciodinâmica e técnicas de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE); como também ensaios de névoa salina. Para caracterização superficial das camadas de fosfato foram adotadas, entre outras, as análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e difração de raios-X. Foram adotados dois tipos de banho de fosfato tricatiônico. Inicialmente utilizou-se uma composição de banho preparada em laboratório baseada em formulação usada por indústria de eletrodomésticos. Posteriormente foi adotado um banho com composição típica da indústria automotiva, especialmente preparado para estudos sem a presença do níquel. Os resultados dos testes eletroquímicos mostraram que a camada de fosfato obtida em solução contendo nióbio (zinco, manganês e nióbio) produziu melhor proteção contra corrosão do substrato, comparativamente àquela obtida em banho contendo níquel (zinco, manganês e níquel). O ensaio de névoa salina, por outro lado, sugeriu um desempenho similar com relação à corrosão para estes dois tipos de camadas de fosfato. O oxalato de nióbio e amônio parece apresentar um efeito de passivação mesmo quando usado em banhos de fosfatização. Mas como agente de passivação para aço carbono fosfatizado, os resultados apontaram para a necessidade de se realizar novas pesquisas. / Tricationic phosphate layers are largely used in the automotive industry for corrosion protection and coatings adhesion to the steel substrate. The combination of phosphate and coating provides to the metallic surface long life protection against corrosion. The crystalline phosphate layer however presents porosities that exposes the metallic substrate to the corrosive environment and, consequently, a passivating treatment subsequent to phosphating is advisable. The commercial treatments of tricationic phosphating and subsequent passivation involve the use of toxic elements, such as nickel and hexavalent chromium, producing residues that are harmful to the environment and their use is being increasingly prohibited. The aim of the present study is to investigate the effect of replacement of nickel in the phosphating process by a niobium compound (ammonium niobium oxalate) on the corrosion resistance of the phosphated steel. The corrosion resistance evaluation of the phosphated steel was investigated by electrochemical methods, mainly polarization tests and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and salt spray tests. Characterization of the phosphate layer was also carried out by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction. Two types of tricationic phosphate baths were adopted. Initially, a laboratory prepared type based on the composition used in the electro domestic industry was utilized. Subsequently, another bath with a composition typical of the automotive industry, but specially prepared for this study with no nickel, was used. The results from electrochemical tests showed that the phosphate layer obtained in the niobium containing solution (zinc, manganese and niobium) produced better corrosion protection of the substrate comparatively to that produced in the nickel containing one (zinc, manganese and nickel). The salt spray tests, on the other hand, suggested similar corrosion performance for the samples with the two types of phosphate layers. The oxalate of niobium and ammonium seems to present a passivating effect when it is used in the phosphating bath. But to passivating effect the results pointed out to the need to carry out further research on the effect of niobium compound as a passivating agent for phosphated carbon steel.

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.

Não disponível / Not available

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.

O objetivo do presente trabalho é avaliar a microestrutura e as propriedades da superliga MAR-M247 modificada com nióbio (composição nominal: 10,2% em peso Co; 10,2W; 8,5Cr; 5,6Al; 1,6Nb; 1,4Hf; 1,1Ti; 0,7Mo; 0,15C; 0,06Zr; 0,015B; Ni balanço) submetida a diferentes rotas de processamento (tratamento térmico, laser cladding e oxidação isotérmica). O material foi produzido por fusão por indução a vácuo na empresa Açotécnica S.A. (Jandira/SP). As amostras no estado bruto de fusão e tratadas termicamente (solubilização e envelhecimento em uma e duas etapas por diferentes temperaturas e tempos) foram analisadas por MEV e MEV-FEG com EDS. Também foram realizadas medidas de análise térmica diferencial (DTA), dureza, difração de raios X e simulações em Thermo-Calc, JMatPro e PandaT. Em outra parte desta tese, realizada no Instituto Superior Técnico em Lisboa/Portugal, as amostras da superliga MAR-M247(Nb) foram fundidas pela técnica de laser melting e caracterizadas por MEV-FEG, EDS, dureza e EBSD, além de diversos cálculos envolvendo os parâmetros de processo utilizados. Além disso, os experimentos de deposição de pós de NiCr, NiCrAl e NiCrAlY no substrato da superliga MAR-M247(Nb) utilizando a técnica de laser cladding permitiram calcular alguns parâmetros geométricos e analisar a microestrutura dos depósitos (MEV-FEG, EDS e medidas de dureza) após o processamento e os tratamentos térmicos. Na última parte desta tese, foram realizados ensaios de oxidação isotérmica a 1000°C por até 216 horas (ar estático) na superliga MAR-M247(Nb). As amostras oxidadas (superfície e seção transversal) foram analisadas por MEV, medidas por EDS (pontual, line scan e mapeamento) e difração de raios X, além de cálculos das constantes kp e n. Os resultados desta tese permitem comparar as temperturas solvus de ?\' (1210oC), solidus (1310oC) e liquidus (1360oC) obtidas por Thermo-Calc com as temperaturas solvus de ?\' (1238oC), de fusão incipiente (1281oC) e liquidus (1370oC) obtidas por experimentos de análise térmica diferencial para a superliga MAR-M247(Nb). A microestrutura da superliga MARM247(Nb) no estado bruto de fusão é dendrítica com carbetos de W, Ti, Nb e Hf nas regiões interdendríticas. O tratamento de solubilização a 1260°C por 8 horas foi escolhido como condição ideal, enquanto que o tratamento de envelhecimento a 980°C por 80 horas apresentou o maior tamanho de partícula de ?\'. O material fundido pela técnica de laser melting apresentou trincas devido à formação de regiões eutéticas ?/?\' de baixo ponto de fusão. A microestrutura dos depósitos de NiCr, NiCrAl e NiCrAlY as clad é dendrítica com a fase solução sólida ?-Ni(Cr), além de poros e óxidos/carbetos. O depósito de NiCrAlY possui fases ricas em ítrio. A amostra de NiCr tratada 1150oC por 50 horas não apresentou evidências de segregação enquanto que as amostras de NiCrAl e NiCrAlY apresentaram a fase ?\' precipitada fina e uniformemente após tratamento térmico a 1100 e 1150°C por 10 e 50 horas. A estrutura da camada óxida da superliga MAR-M247(Nb) submetida a ensaios de oxidação isotérmica a 1000°C por até 216 horas consiste de NiO na camada externa, Cr2O3, TiO2, CoO, espinélios de (Ni,Co)Cr2O4 e partículas de W20O58 e HfO2 na camada intermediária e Al2O3 na camada interna. Finalmente, conclui-se que a microestrutura e as propriedades da superliga MAR-M247(Nb) são alteradas quando as rotas de processamento (tratamento térmico, laser cladding e oxidação isotérmica) mudam. / The aim of this work is to evaluate the microstructure and the properties of the niobiummodified MAR-M247 superalloy (nominal composition: 10.2 weight percent of Co; 10.2W; 8.5Cr; 5.6Al; 1.6Nb; 1.4Hf; 1.1Ti; 0.7Mo; 0.15C; 0.06Zr; 0.015B; Ni balance) submitted to different processing routes (heat-treatment, laser cladding and isothermal oxidation). The material was produced by vacuum induction melting at Açotécnica Company (Jandira/SP). The as-cast and heat-treated samples (solution and aging in one and two steps at different temperatures and times) were analyzed in SEM and FEG-SEM with EDX. Differential thermal analysis (DTA), hardness, X-ray diffraction and simulations with Thermo-Calc, JMatPro and PandaT were performed as well. In another part of this thesis, performed at Instituto Superior Técnico in Lisbon/Portugal, the samples of the MAR-M247(Nb) superalloy were produced by laser melting technique and characterized by FEG-SEM, EDX, hardness, and EBSD, besides some calculations involving the process parameters utilized. Furthermore, the experiments of NiCr, NiCrAl and NiCrAlY powder deposition on the substrate of MAR-M247(Nb) superalloy utilizing the laser cladding technique allowed the calculation of some geometric parameters, as well as the analysis of the microstructure of the deposits (FEG-SEM, EDX and hardness) after the processing and the heat-treatments. In the last part of this work, experiments of isothermal oxidation at 1000°C for up to 216 hours (static air) were performed in the MAR-M247(Nb) superalloy. The oxidized samples (surface and cross-section) were analyzed by SEM, EDX (punctual, line scan and mapping) and X-ray diffraction, besides some calculations of kp and n constants. The results of this thesis allow comparing the ?\' solvus (1210oC), solidus (1310oC) and liquidus (1360oC) temperatures obtained by Thermo-Calc with the ?\' solvus (1238oC), incipient melting (1281oC) and liquidus (1370oC) temperatures obtained by differential thermal analysis experiments of the MARM247(Nb) superalloy. The microstructure of the as-cast MAR-M247(Nb) superalloy is dendritic with W, Ti, Nb and Hf carbides in the interdendritic regions. The solution heattreatment at 1260°C for 8 hours was chosen as the ideal condition, whilst the aging heattreatment at 980°C for 80 hours presented the highest ?\' particle size. The material processed by laser melting technique showed cracks due to formation of low melting point ?/?\' eutectic regions. The microstructure of the NiCr, NiCrAl and NiCrAlY as clad deposits is dendritic with the ?-Ni(Cr) solid solution phase, besides pores and oxides/carbides. The NiCrAlY deposit has yttrium-rich phases. The NiCr sample heattreated at 1150oC for 50 hours didn\'t present evidences of segregation whilst the NiCrAl and NiCrAlY samples presented fine and uniform ?\' phase precipitated after the heattreatment at 1100 and 1150°C for 10 and 50 hours. The structure of the oxide layer of the MAR-M247(Nb) superalloy submitted to isothermal oxidation experiments at 1000°C for up to 216 hours has NiO in the outer layer, Cr2O3, TiO2, CoO, (Ni,Co)Cr2O4 spinels and W20O58 and HfO2 particles in the intermediate layer, and Al2O3 in the inner layer. Finally, it is possible to conclude that the microstructure and the properties of the MAR-M247(Nb) superalloy are modified when the processing routes (heat-treatment, laser cladding and isothermal oxidation) are changed.

Orientador: José Angelo Camilli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T16:59:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_LucasPereiraLopesde_M.pdf: 1756933 bytes, checksum: 1c3778ee02f4dd8104d6a216a95db04b (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Alguns estudos mostram que a introdução do óxido de nióbio (Nb2O5) na composição do Bioglass® poderia ser uma solução para melhorar sua resistência mecânica, mantendo sua biocompatibilidade e bioatividade, porém, apesar da melhora na resistência mecânica causada pela adição deste óxido ser bem documentada na literatura, suas propriedades bioativas ainda são pouco conhecidas. Neste contexto, o objetivo do presente estudo foi avaliar experimentalmente as propriedades bioativas do óxido de nióbio em ratos albinos (Rattus norvegius) da linhagem Wistar. Para isso, bastões vítreos compostos por diferentes concentrações do Nb2O5 foram implantados na tíbia de ratos. Além disso, cada vidro teste, na forma de pó, foi implantado no músculo de ratos para análise de suas propriedades pró-angiogênicas, usando o Bioglass 45S5 (Bioglass®) como controle. As eutanásias foram realizadas 14 e 28 dias pós-cirurgias. Lâminas histológicas de cortes transversais das tíbias foram coradas a H&E para mensuração da área de osso subperiostal existente na cortical adjacente ao implante e a quantidade de osso esponjoso formado ao redor do bastão vítreo nos grupos de 14 dias, bem como da espessura da lâmina óssea formada ao redor do bastão nos grupos de 28 dias. Foi ainda realizada marcação imuno-histoquímica e a razão entre a área total do implante em mm2 e o número total de vasos sanguíneos contados manualmente num aumento de 400x para verificação a capacidade do material de estimular a angiogênese. A avaliação histológica revelou a ausência total de inflamação tanto após 14 quanto após 28 dias de implante. Os resultados das comparações entre as áreas de osso subperiostal dos grupos após 14 e 28 dias (feitas através de um teste ANOVA com post hoc tukey) e da quantidade de osso esponjoso formado ao redor do implante nos grupos 14 dias (feitas através do teste Kruskal-Wallis com Mann-Whitney como post hoc) mostraram que o BGPN1.3 apresentou maior capacidade de induzir a formação óssea do que o grupo controle, já com relação ao número de vasos sanguíneos e espessura da lâmina óssea formada ao redor do implante todos os grupos apresentaram resultado semelhantes. Assim, se concluiu que o BGPN1.3 trata-se de um material inovador por ser biocompatível, apresentar propriedade osteoindutiva superior e capacidade pró-angiogênica semelhante ao Bioglass® / Abstract: Some studies show that the introduction of niobium oxide (Nb2O5) into Bioglass® composition could be a solution to improve its mechanical strength while maintaining its biocompatibility and bioactivity, but in spite of improvement in resistance caused by addition of the oxide is well documented in the literature, their bioactive properties are still poorly known. In this context, the aim of this study was to experimentally evaluate the bioactive properties of niobium oxide in albino rats (Rattus norvegius). For this, glassy rods composed of different concentrations of Nb2O5 were implanted in the rats¿ tibia. In addition, each test glass in powder form was implanted into the muscle of mouse for analysis of their pro-angiogenic properties using 45S5 Bioglass (Bioglass®) as control. Euthanasia were performed 14 and 28 days post-surgery. Histological slides of cross sections of tibiae were H & E stained for measuring the area of existing subperiosteal bone in adjacent to the implant and the amount of cancellous bone formed around the vitreous rod after 14 days pos-surgery as well as the thickness of the formed bone sheet around the rod in groups of 28 days. It was also performed immunohistochemical staining to calculate the ratio between the total area in mm2 of the implant and the total number of blood vessels, counted manually using a magnification of 400x, to check the capacity of the material to stimulate angiogenesis. Histological evaluation revealed the complete absence of inflammation after both 14 and after 28 days of implantation. The results of the comparisons between the areas of subperiosteal bone of groups after 14 and 28 days (made by an ANOVA with Tukey post hoc test) and the amount of cancellous bone formation around the implant in the groups 14 days (done by Kruskal -Wallis with Mann-Whitney post hoc) revealed that BGPN1.3 showed greater ability to induce bone formation than the control group, when compared the number of blood vessels and thickness of the blade bone formed around the implant all groups showed similar results. Thus, we concluded that BGPN1.3 is an innovative material to be biocompatible and display better osteoinductive property than Bioglass® showing similar pro-angiogenic capacity / Mestrado / Anatomia / Mestre em Biologia Celular e Estrutural