Os filmes de carbono tipo diamante (DLC) são materiais que possuem excelentes propriedades tais como: alta dureza, alta resistência ao desgaste, baixo coeficiente de atrito, biocompatibilidade, inércia química, baixa rugosidade, transparência óptica, alta resistividade elétrica entre outras, o que fazem com que o DLC tenha uma variedade de aplicações. Entretanto, sabe-se que o DLC possui fraca adesão sobre substratos metálicos resultando em delaminações. Com o objetivo investigar esse problema, foi realizado neste trabalho o estudo da sua deposição em lâminas de silício, aço inoxidável, liga de alumínio e liga de titânio, segundo duas técnicas baseadas em implantação iônica por imersão em plasma (IIIP ou 3IP). A primeira consistiu em 3IP e deposição com magnetron sputtering (3IP&D). Para este caso, duas condições foram estudadas, sendo a primeira: implantação em 30 minutos e deposição em 60 minutos e a segunda condição foi alternando 20 minutos de implantação e 20 de deposição, totalizando 80 minutos. As outras condições estudadas foram implantando com metano por 60 minutos, acetileno também com 60 minutos e metano com 30 minutos mais 60 minutos com acetileno. Após a deposição, os filmes foram caracterizados pelas técnicas de perfilometria, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de força atômica (AFM), corrosão, estudo da aderência, medidas de coeficiente de atrito e nanodureza. Com os resultados obtidos podemos dizer que o filme que apresentou melhores resultados foram os obtidos com implantação de metano por 30 minutos mais implantação com acetileno por mais 60 minutos.

As ligas Ti-Ni com efeito de memória de forma possuem aplicações em diversas áreas por apresentarem alta ductilidade e boa resistência à fadiga e a corrosão. É um material promissor na área biomédica devido às propriedades de efeito de memória de forma e superelasticidade. Uma possibilidade para melhorar as propriedades tribológicas e a biocompatibilidade desse material é modificação superficial através do processo de implantação iônica por imersão em plasma de nitrogênio (IIIP-N). Os materiais utilizados neste trabalho são as ligas Ti-49,93 at.% Ni, denominado VIM 47, e Ti-49,42 at.% Ni, denominado VIM 40. O processo IIIP-N foi realizado em baixa e alta temperatura. Para o material VIM 47, foram realizadas implantação em duas condições: no material fundido e em amostras solubilizadas a 900C durante 30 minutos. A implantação foi realizada em temperaturas menores que 250C e 320C. Para o material VIM 40, trabalhou-se apenas com amostras forjadas, sendo realizada IIIP-N em temperaturas menor que 250C, 290C e 560C. A técnica de espectroscopia Auger confirma a presença de nitreto de titânio nas superfícies das amostras, apresentando como melhor resultado na liga VIM 47 a amostra implantada a 320C com espessura próxima a 400 nm, duas vezes superior à camada da amostra fundida implantada na mesma condição experimental. A liga VIM 40, apresenta como melhor resultado a camada com espessura de 150 nm medida por GDOS ("Glow Discharge Optical Spectroscopy") na amostra implantada a 560C, três vezes superior à amostra implantada na temperatura menor que 250C. Nas análises de desgaste pino-sobre-disco, o coeficiente de atrito diminui significativamente através do processo IIIP-N. O melhor resultado obtido foi para amostra do material VIM 40, implantada a 560C, com coeficiente de atrito em torno de 0,1, resultado oito vezes menor comparado com a amostra de referência.

Neste trabalho são apresentados os resultados de investigações realizadas na coluna positiva de uma descarga de alta densidade de corrente (3,0 . 103 - 8,0 . 103 A/m2), operando em baixa pressão de vapor de mercúrio (2,0 . 10-2 - 1,4 . 10-1 Pa) e livre de campo magnético. Nestas condições a velocidade de deriva dos elétrons na direção axial, é o principal parâmetro responsável pelo transporte de corrente da descarga e pode alcançar uma apreciável fração da velocidade térmica dos elétrons. Esta velocidade de deriva influenciará na distribuição de velocidades dos elétrons, modificando-a para uma chamada maxwelliana com deriva. Os efeitos desta modificação são introduzidos na teoria radial da coluna positiva de Tonks e Langmuir para avaliar o comportamento do potencial de plasma e da densidade de elétrons com a distância radial e da temperatura de elétrons com a pressão. Estes parâmetros foram inferidos de características de sondas eletrostáticas (Sondas de Langmuir) cujas posições radiais e longitudinais podem ser alteradas, o que permitiu, também, verificar a uniformidade axial do plasma quando a velocidade de deriva dos elétrons é conduzida a valores críticos de auto-excitação de instabilidades eletrostáticas e formação de camada dupla. Teoricamente este efeito é estudado analisando-se as características de instabilidade de uma perturbação eletrostática axial do regime permanente. Assim, procedeu-se uma análise da estabilidade do plasma constituído de três fluidos: elétrons, íons e partículas neutras, considerando-se efeitos de colisões elásticas e inelásticas. Como resultado, algumas instabilidades eletrostáticas são previstas, identificadas pela relação entre a velocidade de deriva e a velocidade térmica dos elétrons. Na prática, ocorre uma faixa de valores desta relação que distingue os regimes de operação da descarga, desde o regime permanente (estável) para o qual esta faixa de valores é constante (0,4) até o regime de fortes oscilações de corrente da descarga quando assume valores em torno da unidade. Neste regime é conduzido um estudo sobre formação e manutenção de camadas eletrostáticas que se formam na coluna positiva do arco. A camada dupla (CD) é induzida a se formar num local desejado, pela constrição da seção de área transversal da descarga (constrição magnética da coluna de plasma) por um campo magnético axial produzido por uma bobina simples ou por uma bobina de Helmholtz. Este campo atua apenas localmente sobre os elétrons tal que seus efeitos nas regiões adjacentes das camadas eletrostáticas não são significativos. O deslocamento da camada dupla ao longo do eixo da coluna de plasma é controlado pelo movimento da bobina nesta direção o que permitiu não somente a caracterização do plasma nas regiões adjacentes à camada dupla como também obter vários perfis de potenciais das camadas eletrostáticas utilizando-se uma sonda auto-emissiva fixa no eixo da coluna. Neste aspecto, foi dado ênfase ao estudo experimental sobre a variação do perfil de potencial de camadas eletrostáticas da forma de perfeitos buracos de elétrons com relação aos parâmetros operacionais: a corrente da descarga, a pressão de vapor de mercúrio e a indução magnética local. Finalmente, foram efetuadas medidas em ambos os lados da CD das energias dos íons dirigidas radialmente, do potencial flutuante da parede e da dispersão de energia dos íons usando-se um analisador eletrostático de energia posicionado rente a parede do tubo de descarga. Os resultados mostram que os íons são fortemente aquecidos, especialmente no lado anódico da camada dupla.

Esse trabalho objetivou o estudo da vaporização dos metais refratários (molibdênio, nióbio e tungstênio) quando iluminados por feixe de um laser de Cu-HBr. O foco de observação foi a intensidade do feixe de laser necessária para o início da vaporização desses metais, para a formação de aglomerados e de plasma. Tais limiares foram estudados usando três diferentes técnicas experimentais: (i) utilizando espectrômetro de massa (para verificar a presença de partículas monoatômicas e diatômicas dos metais no sistema, ou seja, os limiares de vaporização e de formação de aglomerados), (ii) placas paralelas polarizadas (para verificar a presença de íons ou cargas livres, ou os limiares de formação de plasma) e (iii) deposição de filmes finos ( que possibilita a determinação da taxa de vaporização e a formação de aglomerados durante o processo). Os limiares de vaporização foram determinados , embora com evidências indiretas dos valores desses limiares e a formação de aglomerados foi observada sem a determinação de seus limiares.

Este projeto de pesquisa de doutoramento envolveu o tratamento superficial das ligas AA7075 e Ti6Al4V, empregando a técnica de implantação iônica por imersão em plasma (3IP ou IIIP). Foram testados 4 regimes de processos 3IP: 1) Baixas energias e temperaturas; 2) Energias e temperaturas moderadas; 3) Baixa energia e alta temperatura; 4) Energia moderada e alta temperatura. As implantações foram realizadas usando-se plasma de nitrogênio e oxigênio puros e também misturas de nitrogênio e hidrogênio e de oxigênio e argônio. O principal objetivo foi o melhoramento das propriedades superficiais destas ligas amplamente empregadas no setor aeroespacial, através da formação de camadas de AlN e TiN. Depois do experimento empregando-se 3IP da mistura de N2:H2 com energias e temperaturas moderadas, verificamos um aumento da resistência à corrosão da liga de alumínio 7075, relacionada à redução da densidade da corrente de corrosão em duas ordens de grandeza, em relação à amostra não implantada. A liga de titânio apresentou reduções da densidade da corrente passiva, em uma ordem de grandeza após os tratamentos 3IP. O melhor resultado desta liga quanto à resistência à corrosão foi obtido após os tratamentos feitos empregando energias moderadas e alta temperatura, onde observamos valores da densidade da corrente de corrosão dez vezes menores do que antes dos tratamentos. A dureza da liga Ti6Al4V aumentou consideravelmente depois dos tratamentos, apresentando o dobro do valor da dureza da liga sem tratamento, depois de grande parte dos tratamentos. O resultado mais relevante foi obtido no tratamento 3IP de nitrogênio durante 1:40 h, realizado com 12 kV a 800C onde verificou-se um aumento de mais de três vezes no valor da dureza da liga implantada. Com o aumento da dureza, as superfícies do Ti6Al4V tratadas por 3IP em alta temperatura apresentaram reduções significativas da taxa de desgaste, em torno de até 90%, e em um dos casos nem sequer foi possível medir a largura da trilha do desgaste. Ainda em relação às propriedades tribológicas, podemos verificar também a redução do coeficiente de atrito depois de todos os tratamentos realizados com energias moderadas a 800 C, com isto a liga de titânio tornou-se mais resistente ao galling. Tais resultados aumentam as possibilidades de aplicações destes materiais nos mais diversos seguimentos industriais, principalmente nos setores aeronáutico e espacial que são de nosso maior interesse.

Esta tese envolve o uso de técnicas baseadas na teoria de wavelets, mais especificamente bancos de filtros de quadratura espelhada, para tratar problemas de colinearidade na calibração multivariada de análises instrumentais.As principais contribuições do trabalho consistem na formulação de bancos de filtros na forma matricial usualmente empregada em quimiometria e no desenvolvimento de técnicas para otimizar os filtros de acordo com uma dada matriz de sinais de calibração. Para isso, dois métodos são propostos.O primeiro método objetiva maximizar a concentração de variância nas variáveis resultantes da transformação realizada pelo banco de filtros, de modo que um número menor de variáveis seja necessário para explicar uma dada quantidade de variância. Esse método emprega uma parametrização ortogonal dos filtros para contornar as dificuldades causadas pelas restrições não-lineares impostas pela condição de reconstrução perfeita. O segundo método objetiva maximizar o ganho de codificação do banco de filtros. Para isso, é proposta uma extensão da abordagem de programação semi-infinita para projeto de bancos de filtros de quadratura espelhada. Nos dois métodos, a otimização é seguida de um algoritmo de seleção para escolher um subconjunto de variáveis com pequena colinearidade.Regressão por mínimos-quadrados é então utilizada para relacionar essas variáveis com as concentrações dos analitos nas amostras de calibração. Adicionalmente, é proposto um algoritmo sub-ótimo para o ajuste simultâneo dos filtros e da estrutura de árvore de decomposição.Para fins de ilustração, as técnicas propostas são aplicadas à determinação simultânea de Mn, Mo, Cr, Ni e Fe em amostras de ação usando dados obtidos com um sistema de detecção de baixa resolução baseado em um espectrômetro de plasma acoplado a um arranjo de fotodiodos.Os resultados são expressos em termos dos erros de predição em um conjunto de amostras de teste não incluídas no processo de modelamento. Os resultados obtidos com os bancos de filtros otimizados mostram-se melhores que os obtidos com filtros não-otimizados e também com Regressão em Componentes Principais e Mínimos-Quadrados Parciais, que são técnicas comumente usadas em quimiometria.