Submitted by Maria Eneide de Souza Araujo (mearaujo@ipen.br) on 2015-02-20T18:11:07Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-02-20T18:11:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O processo de fosfatização é amplamente utilizado na indústria de tratamento de superfície de metais, especialmente de placas de baixa espessura, melhorando a aderência entre a superfície do metal e o revestimento de tinta, e aumentando a durabilidade dos sistemas de pintura contra ataques corrosivos. Os fosfatos tricatiônicos contendo zinco, níquel e manganês são comumente aplicados em aço, e muito se discute sobre a substituição do níquel por outro elemento com o objetivo de obter um fosfato mais amigável ao meio ambiente, tanto em seus processos como para as pessoas envolvidas. O nióbio tem sido avaliado nesse sentido. Os impactos ambientais mais significativos dos fosfatos estão relacionados com a presença do níquel e do cromo hexavalente utilizado no processo, devido a exposição ao contato humano e a contaminação residual da água e do solo. Seguindo a linha de pesquisa que estudou a substituição do níquel por nióbio em camadas formadas sobre o aço carbono, o presente estudo avaliou e caracterizou camadas de fosfato contendo zinco, manganês e nióbio, formadas em aço galvanizado, comparando os resultados com o fosfato de zinco, manganês e níquel, bem como com o fosfato de zinco e manganês, sem a adição de nióbio. Embora o uso de cromo não seja recomendado mundialmente, ainda hoje é utilizado no processo de selagem da porosidade da camada de fosfato, em banhos contendo cromo hexavalente, que é reconhecido por ser carcinogênico, estando associado a várias doenças. Devido às características passivantes do nióbio, este estudo também avaliou o banho tricatiônico contendo oxalato amoniacal de nióbio, como etapa de passivação das camadas, tanto em banhos bicatiônicos, quanto nos tricatiônicos, com resultados muito interessantes como opção de substituição do cromo hexavalente. Os resultados obtidos neste trabalho são promissores, pois algumas das formulações contendo nióbio se apresentaram equivalentes ao fosfato contendo níquel, tanto em morfologia, verificadas em microscopia eletrônica de varredura, ensaios gravimétricos, de porosidade e de aderência, quanto nas características de proteção anticorrosivas, verificadas nos ensaios eletroquímicos e em câmara de névoa salina. Embora apresentando eficácia compatível com fosfato contendo níquel, ajustes na estabilidade dos banhos ainda são necessários e mais estudos utilizando técnicas voltadas para o entendimento dos fenômenos que ocorrem na base dos poros, devem orientar as próximas etapas da linha de pesquisa. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2017-11-09T11:12:40Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-09T11:12:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A dosimetria in vivo têm se tornado um papel importante para o tratamento da irradiação total da pele dentro de um rigoroso programa de garantia de qualidade que deve ser parte integrante nos departamentos radioterápicos. A dosimetria em TSI é difícil, devido à complexidade do tratamento em avaliar a uniformidade da dose e medir a dose absorvida em profundidades rasas em toda extensão da superfície cutânea, tendo como consequência uma ampla variação na distribuição da dose. Os TLDs tem provado ser muito úteis para a distribuição e verificação da dose prescrita para o paciente, pois a dose pode diferir de local para local devido a geometria do corpo do paciente, sobreposições de estruturas e assimetrias do campo de radiação. A utilização de TLDs in vivo pode identificar variações da dose prescrita por apresentarem uma grande exatidão e precisão nas medidas. Nos setores de radioterapia vêm sendo empregado vários tipos de dosímetros, os mais utilizados são o Flureto de Lítio (TLD-100), onde obtém uma longa história neste tipo de aplicação. Novos materiais dosímetricos vêm ganhado grande importância na aplicação da dosímetria de feixes clínicos de elétrons, como o Sulfato de Cálcio dopado com Disprósio (TL) e o Óxido de Alumínio dopado com Carbono (OSL), este trabalho avalia o desempenho dosímetrico dos respectivos dosímetros termoluminescentes e a luminescência opticamente estimulada na aplicação da dosímetria de feixes clínicos de elétrons utilizados na irradiação total da pele. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Atualmente, quando se tem a necessidade de nitretar peças produzidas pela metalurgia do pó, usa-se a nitretação a plasma. Apesar de ser um processo de alto custo, com diversas dificuldades operacionais e de ajuste de processo, a nitretação a plasma é o único processo viável para nitretar esses materiais por ter uma ação apenas superficial, não apresentando ação nitretante no interior dos poros. Nos processos de nitretação a gás e banho de sais, o meio nitretante penetra na porosidade (interconectada) dos materiais sinterizados, havendo assim a formação de camada branca em uma grande profundidade da peça (ou mesmo na peça toda), gerando problemas de deformação e fragilização do componente. Este trabalho teve por objetivo a aplicação do processo shot peening em peças sinterizadas com a finalidade de fechar a porosidade superficial das peças e estudar seu comportamento sob o processo de nitretação a gás. O estudo verifica que o material sinterizado submetido à nitretação gasosa permitiu a entrada do meio nitretante pelos poros abertos e interconectados promovendo a formação de camada branca no interior dos poros de praticamente todo o volume da peça. Essa camada branca no interior do material fragiliza o componente e inviabiliza sua utilização como componente em praticamente qualquer aplicação industrial. As peças sinterizadas jateadas com granalhas de aço antes da nitretação também permitiram o acesso do meio nitretante no interior do componente, porém, sem potencial suficiente para a formação de camada branca. As amostras jateadas apresentaram apenas agulhas de nitretos formados durante a nitretação. / Plasma nitriding is the process used to nitriding components produced by powder metallurgy. Although its high coast and operational difficulties, this is the best process for this kind of materials because the nitring occurs only in the surface. In gas and liquid nitriding processes the nitriding atmosphere goes through interconnected porous and the white layer forms not only on the surface but around internal porous resulting in embrittlement and deformation of the component. The aim of this work was evaluate the gas nitriding behavior of iron samples as received and previously submitted to shot peening process in order to close superficial porosities in a gas nitriding process. The results have shown that during gas nitriding the samples as received, did not present white layer at the surface but around the porous in the bulk of the sample. This fact suggested that the gaseous atmosphere goes through interconnected porous. This white layer causes the embrittlement of the component and its use in industrial application is not recommended. Otherwise, samples previously submitted to shot peening process before nitriding showed an external white layer but also permitted the access of nitriding atmosphere to the bulk of the sample, but in this case the nitriding potential was not sufficient to form white layer around internal porous.

Tratamentos de superfície são técnicas amplamente utilizadas com a finalidade de aumentar a resistência à corrosão de materiais metálicos. No caso específico do alumínio e ligas de alumínio, o tratamento com cromo hexavalente é um dos processos mais utilizados. Isso, em razão da eficiência e da facilidade de aplicação desse processo. Entretanto, em virtude de restrições ambientais e do elevado custo de tratamento de resíduos gerados neste processo, métodos alternativos para sua substituição vêm sendo avaliados. Neste contexto, o presente estudo investigou o processo de formação e proteção à corrosão fornecida por filmes de moléculas autoorganizáveis de compostos à base de fosfonatos sobre a liga de alumínio 1050. Para definir as condições do tratamento foram utilizadas medidas de condutividade e de ângulo de contato, juntamente com ensaios eletroquímicos. Técnicas eletroquímicas, especificamente: medidas de variação do potencial a circuito aberto (PCA), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e polarização potenciodinâmica foram utilizadas para avaliar a proteção à corrosão. Os diagramas experimentais de impedância foram interpretados utilizando circuitos elétricos equivalentes que simulam modelos do filme de óxido que se forma na superfície da liga. Os resultados fornecidos com a liga tratada com moléculas auto-organizáveis foram comparados com resultados obtidos em iguais condições com amostras da liga sem qualquer tratamento ou cromatizada com Cr(VI) e mostraram que o tratamento com moléculas auto-organizáveis aumenta significativamente a resistência à corrosão da liga e apresenta, em determinadas condições, desempenho próximo ao fornecido pelo processo de cromatização. / Surface treatments are widely used to increase the corrosion resistance of metallic materials. Specifically for aluminum and aluminum alloys, treatment with hexavalent chromium is one of the most used, due to its efficiency and ease of application. However, because of environmental restrictions and the high cost involved in the treatments of waste generated in this process, alternative methods for its replacement are necessary. In this context, this study investigated the effect of the surface treatment with self-assembling molecules (SAM) based on phosphonate compounds on the corrosion of the 1050 aluminum alloy. The conditions adopted for the SAM treatment were determined by conductivity and contact angle measurements, besides electrochemical experiments. Electrochemical techniques, specifically: measurement of the open circuit potential (OCP) variation with time, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and potentiodynamic polarization curves were used to evaluate the corrosion resistance of the 1050 aluminum alloy exposed to SAM treatment The experimental impedance diagrams were interpreted using equivalent electrical circuit models that simulate film that is formed on the alloy surface. The results of the samples treated with SAM were compared with those of samples either without any treatment or treated with chromatizing conversion coating with Cr(VI) and showed that the first treatment significantly increased the corrosion resistance of the aluminum alloy and approached that of chromatizing with Cr(VI) process.

Neste trabalho investigamos os efeitos de superfícies de contorno e de confinamento na ordem orientacional de cristais líquidos, onde utilizamos cristais líquidos termotrópicos e liotrópicos. A importância deste estudo deve-se à aspectos tanto de interesse tecnológico (formas de alinhamento) como de pesquisa básica. Com relação aos cristais líquidos termotrópicos, determinamos que cargas eletrostáticas superficiais induzidas por esfregamento influenciam as propriedades orientacionais do cristal líquido, essas cargas foram medidas com a técnica de microscopia de força eletrostática (EFM). Estudamos novas formas de alinhamento ao tratar a superfície com polímeros fotosensíveis, onde foi possível introduzir uma competição entre dois potenciais superficiais de alinhamento (grades de relevo e fotoalinhamento) e geramos padrões microtexturizados com diferentes direções de alinhamento, o que pode ser aplicado na elaboração de dispositivos biestáveis. Em ambos os casos, uma forma de alinhamento local pode ser obtida com o uso de um microscópio óptico de campo próximo (SNOM). Com o uso de um surfactante (OTE) produzimos um perfil periódico de alinhamento homeotrópico e planar para tentar observar estados orientacionais esperados teoricamente, além de propor novos tratamentos superficiais. As análises topográficas foram feitas com medidas de microscopia de força atômica (AFM) e as análises de textura do cristal líquido com um microscópio óptico de luz polarizada. O efeito do confinamento de uma amostra de cristal líquido liotrópico foi investigado através do comportamento dinâmico induzido por campos magnéticos externos, dando evidências de uma transição de fase induzida apenas pelo confinamento da amostra. A ocorrência desta transição de fase foi confirmada através de medidas diretas com o uso de técnicas ópticas não-lineares, como a geração de segundo harmônico e Varredura-Z. / In this work we investigated the boundary surface and confinement effects on the orientational order of liquid crystals, where we used thermotropic and lyotropic liquid crystals. The importance of these studies refers to technological and fundamental research aspects. Regarding to the thermotropic liquid crystals, we determined that the electrostatic charges induced by rubbing of polymeric surfaces influence the liquid crystal orientational properties, these charges were measured with the electrostatic force microscopy technique (EFM). We studied new liquid crystal aligning forms with photosensitive polymers, where it was possible to impose a competition between two surface aligning potentials (surface relief gratings and photoalingment) and we created microtextured patterns of diferent alignment directions, which favors the use in bistable devices. In both cases, a local treatment can be achieved with a scaning near-field optical microscope (SNOM). With a surfactant (OTE) we produced periodic patterns of homeotropic and planar states to investigate the possibility of new orientational states induced to the liquid crystal, which are expected theoretically. The topographic analysis were done by atomic force microscopy (AFM) measurements and the liquid crystal texture was investigated with a polarized microscope. The confinement effect on a lyotropic liquid cristal was investigated according to theoretical approches of the dynamical behavior induced by external magnetic fields, giving evidences of a phase transition induced only due to the sample confinement. This phase transition was confirmed with direct measurements of the transition by using nonlinear optical techniques, as second harmonic generation and Z-scan.

O objetivo deste estudo foi investigar o efeito de filmes finos depositados por plasma nas propriedades de superfície, ópticas, microbiológicas e mecânicas de materiais restauradores indiretos. Utilizou-se discos de porcelana (PC) (VM9, VITA, Zahnfabrik) e compósitos indiretos (Enamic (EN) e Lava Ultimate (LU) ) (12 x 1,1 mm). Diferentes metodologias de deposição dos filmes foram estabelecidas: polimerização a plasma (PECVD) com 70%HMDSO/30%argônio (PAr); PECVD com 70%HMDSO/30%oxigênio (PO2); implantação iônica e deposição por imersão em plasma usando 70%HMDSO/30%argônio (PIDP). Um grupo sem filme foi usado como grupo controle (CTL) O reator de plasma foi bombeado até 2,0 Pa e HMDSO, oxigênio ou argônio foram admitidos no reator estabelecendo a pressão de 20 e 24 Pa. O plasma foi estabelecido pela aplicação de radiofrequência (13,56 MHz, 50-150 W, 30 ou 10 min) à um porta amostra em um sistema capacitivamente acoplado. A rugosidade e a espessura do filme foram determinadas por perfilometria; a molhabilidade foi medida pelo ângulo de contato. A morfologia foi avaliada utilizando microscopia eletrônica de varredura e de força atômica e a composição química foi investigada por espectroscopia de energia dispersiva (EDS), de fotoelétrons excitados por raios-x (XPS) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier. A razão de contraste e diferenças de cor foram estudadas pela espectrofotometria no visível. As propriedades mecânicas e tribológicas dos filmes foram determinadas por nanoindentação e nanoriscos. O crescimento do biofilme foi avaliado por microscopia confocal de varredura a laser. As propriedades mecânicas foram determinadas pela resistência à flexão biaxial e fadiga. Todos os dados foram analisados estatisticamente (?=0,05). A rugosidade não foi alterada para a maioria dos grupos com filme, exceto para PC-PAr (p=0,023) e EN-PIDP (p=0,001), que tiveram uma diminuição e aumento, respectivamente. As espessuras dos filmes foram de 620 nm (PAr), 540 nm (PO2) e 70 nm (PIDP). A molhabilidade para todos os grupos com filmes diminuiu, exceto o grupo LU-PIDP (p<0,001). A análise morfológica demonstrou que os filmes revestiram os substratos uniformemente sem descontinuidades. Os filmes PO2 apresentaram estruturas granulares que se apresentaram em menor tamanho e quantidade para PAr e PIDP. A composição química dos filmes revelou três elementos principais: silício, oxigênio e carbono. PAr apresentou uma composição mais orgânica, enquanto PO2 e PIDP mostraram uma natureza mais inorgânica. A razão de contraste diminuiu apenas em LU-PIDP (p<0.001) e os valores de ?E ficaram abaixo de 3,3 para todos os grupos com filme. As propriedades mecânicas e tribológicas foram alteradas com a presença dos filmes, de acordo com cada substrato. Os filmes PAr demonstraram a menor dureza e o maior coeficiente de atrito. Os filmes PO2 e PIDP apresentaram maior dureza e menor coeficiente de atrito. Os filmes alteraram o biofilme formado e a viabilidade das colônias em parâmetros específicos. Não houve mudança na resistência e probabilidade de falha dos materiais com filmes. Conclui-se que os filmes finos depositados alteraram as propriedades de superfície e a formação do biofilme, mantendo a cor e rugosidade abaixo de valores críticos e não influenciaram na resistência mecânica ou probabilidade de falha dos materiais restauradores. / The aim of this study was to investigate the effect of plasma deposited thin films on surface, optical, microbiological and mechanical properties of indirect restorative materials. A porcelain (VM9, VITA, Zahnfabrik) and indirect composite disks (Enamic, VITA; Lava Ultimate, 3M ESPE), were used (12 x 1.1 mm). Different methodologies of film deposition were established: plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) with 70%HMDSO/30%argon (PAr); PECVD with 70%HMDSO/30%oxygen (PO2); plasma immersion ion implantation and deposition using 70%HMDSO/30%argon (PIDP). Samples with no films were used as control group (CTL). The plasma reactor was pumped down to 2.0 Pa and HMDSO, oxygen or argon were admitted to the reactor establishing the pressure of 20 and 24 Pa. The plasma was ignited by the application of radiofrequency power (13.56 MHz, 50-150 W, 30 or 10 min) to the lowermost sample holder of a capacitivelly-coupled system. Surface roughness and film thickness were determined by perfilometry. Wettability was measured with a goniometer. Morphological analysis was evaluated using scanning electron microscopy and atomic force microscopy. Surface chemical composition was investigated by energy-dispersive and x-ray photoelectron spectroscopy and Fourier-transform infrared spectroscopy. Optical properties were studied by contrast ratio and color differences. Mechanical and tribological properties of the coatings were determined by nanoindentation and scratching test. Biofilm growth was evaluated by confocal laser scanning microscopy. Mechanical properties were determined by biaxial flexural strength and fatigue test. Data were analyzed by statistically (alpha=0.05). Surface roughness was not changed for most of groups after film deposition, PC-PAr and EN-PIDP groups, showed a decrease (p=0.023) and an increase (p=0.001), respectively. The films\' thicknesses were 620 nm (PAr), 540 nm (PO2) and 70 nm (PIDP). A decrease in wettability for all film groups was detected, except LU-PIDP (p<0.001). Morphological analysis demonstrated that films coated the substrates uniformly without any discontinuities. For all materials in PO2, granular structures covered the surface. For PAr and PIDP, these structures decreased. The films\' chemical composition revealed three main elements: silicon, oxygen and carbon. PAr presented a more organic behavior. PO2 and PIDP showed an inorganic nature. For contrast ratio there was only a decrease for LU-PIDP (p<0.001) and color differences continued below 3.3. Mechanical and tribological properties were changed with the presence of the coatings, according to each substrate. PAr films demonstrated the lowest hardness and highest friction coefficient. PO2 and PIDP films had higher hardness and lower friction coefficient values. The films, in different parameters, altered biofilm structure and colony viability. There was no change in strength and failure probability for all coated groups. It can be concluded that plasma-deposited thin films altered specific surface characteristics and biofilm growth, maintaining color properties and surface roughness below established thresholds and strength and failure probability didn\'t differ with the presence of the thin films.

Advances in biomaterials have enabled medical practitioners to replace diseased body parts or to assist in the healing process. In situations where a permanent biomaterial implant is used for a temporary application, additional surgeries are required to remove these implants once the healing process is complete, which increases medical costs and patient morbidity. Bio-absorbable materials dissolve and are metabolized by the body after the healing process is complete thereby negating additional surgeries for removal of implants. Magnesium alloys as novel bio-absorbable biomaterials, have attracted great attention recently because of their good mechanical properties, biocompatibility and corrosion rate in physiological environments. However, usage of Mg as biodegradable implant has been limited by its poor corrosion resistance in the physiological solutions. An optimal biodegradable implant must initially have slow degradation to ensure total mechanical integrity then degrade over time as the tissue heals. The current research focuses on surface modification of Mg alloy (MZC) by surface treatment and polymer coating in an effort to enhance the corrosion rate and biocompatibility. It is envisaged that the results obtained from this investigation would provide the academic community with insights for the utilization of bio-absorbable implants particularly for patients suffering from atherosclerosis. The alloying elements used in this study are zinc and calcium both of which are essential minerals in the human metabolic and healing processes. A hydrophobic biodegradable co-polymer, polyglycolic-co-caprolactone (PGCL), was used to coat the surface treated MZC to retard the initial degradation rate. Two surface treatments were selected: (a) acid etching and (b) anodization to produce different surface morphologies, roughness, surface energy, chemistry and hydrophobicity that are pivotal for PGCL adhesion onto the MZC. Additionally, analyses of biodegradation, biocompatibility, and mechanical integrity were performed in order to investigate the optimum surface modification process, suitable for biomaterial implants. The study concluded that anodization created better adhesion between the MZC and PGCL coating. Furthermore, PGCL coated anodized MZC exhibited lower corrosion rate, good mechanical integrity, and better biocompatibility as compared with acid etched.

Objective: The goal of the present study was to investigate the effect of chairside surface treatments on biaxial flexural strength and subsurface damage of monolithic zirconia ceramics. Methods: Specimens (15x15x1.2 mm3) were prepared by sectioning from commercially available zirconia blanks (BruxZirTM) and sintering according to manufacturer's recommendations. Fully dense specimens were randomly divided into five groups (n=30) and treated as follows; 1) as-sintered (AS) 2) air abraded with 50 μm alumina fine particles (AAF), 3) air abraded with 250 μm coarse alumina particles (AAC), 4) ground (G), and 5) ground and polished (GP) to mimic chairside and dental laboratory treatments. Microstructural changes were thoroughly characterized by optical and scanning electron microscopy, surface profilometry and atomic force microscopy. Crystalline phases and their depth profile were investigated by x-ray diffraction (XRD) and grazing incidence x-ray diffraction (GIXRD). Results were analyzed by Kruskal-Wallis test and Tukey's adjustment for multiple comparisons. A 0.05 level of significance was used. Reliability was evaluated by Weibull analysis. Results: All treatment groups exhibited a significant difference in mean surface roughness (Rq) compared to the as-sintered group (p<0.05). The AAC group showed the highest surface roughness at 1.08 ± 0.17 μm, followed by the G, AAF and AS groups. The GP group exhibited the lowest surface roughness. The group air abraded with fine particles showed the highest mean biaxial flexural strength (1662.62 ± 202.58 MPa), but was not different from the ground and polished group (1567.19 ± 209.76 MPa). The groups air abraded with coarse particles or ground with diamond bur exhibited comparable mean biaxial flexural strength at 1371.37 ±147.62 MPa and 1356.98 ±196.77 MPa, respectively. The as-sintered group had the lowest mean biaxial flexural strength at 1202.29 ±141.92 MPa. The depth of compressive stress layer, measured by GIXRD was approximately 50 μm in the AAF group, followed by the AAC group with ~35 μm, ~10 μm for the ground group and ~5 μm for the ground and polished group. Deep subsurface cracks were observed in the AAC group (~80 μm in depth) and G group (~25 μm in depth), whereas shallower flaws were present in the AAF and GP groups at 10 and 3 μm, respectively. Weibull analysis represented a greater reliability in zirconia specimens treated with air abrasion groups. Conclusions: Surface treatments induced the t-m transformation in 3Y-TZP and associated development of compressive stresses to a depth that varied with the severity of the treatment performed. GIXRD revealed that AAF led to the thickest compressive stress layer, followed by AAC, G and GP. SEM revealed that subsurface damage was most severe with AAC, followed by G, AAF and GP. We propose that the flexural strength results can be explained by the difference between the depth of the compressive stress layer induced by the transformation and the depth of the subsurface flaws.

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