[EN] Titanium is a material that offers valuable properties such as low density, high strength, good chemical and high temperatures corrosion resistance, and biocompatibility. These properties have contributed to the industrial increasing use of titanium, its alloys and its metal matrix composites. The use of Powder metallurgy technique has become more popular as a technique to processes titanium and titanium alloys. Powder metallurgy is a solid state technique, this attribute reduces not only reactivity among the different materials, but also production costs by being a process "near net shape". Conventional powder metallurgy route, compact and sintering process, has been used in this thesis to produce commercially pure titanium powder with different added particles. The particles that have been added are TiC, TiN and TiSi2. The objective of this thesis was to study the reactivity between the particles added and the pure titanium matrix. The influence of these reactivity on microstructure and mechanical and tribological properties have been analyzed, and in addition the influence of different sintering temperatures have been evaluated too. On the other hand a work collection of present techniques to produce titanium matrix composites and current powder metallurgy processes have been done. Different properties as densification, shrinkage and porosity, in processed materials, have been studied. Furthermore hardness, microhardness and nanohardness of these materials and their different phases have been evaluated too. Flexural strength, toughness, deformation and flexural modulus have been calculated with flexural test. The Young's modulus and Poisson's ratio have been evaluated by ultrasound technique. On the other hand, frictional coefficient and wear rate of these materials have been analyzed with tribological test. Microstructural characterization by optical and electron microscopy, using EDS microanalysis and EBSD techniques, have been made. To end differential scanning calorimetry and termogravimetry have been employed to study phase transformations produced and oxidations process. These research have concluded that conventional powder metallurgy route is an interesting technique to produce titanium matrix composites and titanium alloys, and offers interesting industrial properties. Reactivity between titanium matrix and added particles have been studied, and his influence in mechanical and tribological properties, microstructure and phases formed have been evaluated. / [ES] El titanio es un material que ofrece valiosas propiedades, como su baja densidad, gran resistencia mecánica y a la corrosión, buen comportamiento a elevadas temperaturas y biocompatibilidad. Estas propiedades son las responsables del creciente empleo a nivel industrial del titanio, de sus aleaciones y de sus compuestos. Por otro, lado entre las diferentes vías por las que se puede procesar este material se encuentra la pulvimetarlúrgia convencional, ofreciendo las ventajas de un proceso de transformación en estado sólido, que permite reducir la posible reactividad de los materiales intervinientes, y estando considerado un proceso que reduce considerablemente los costes de producción, por estar clasificado dentro de los llamados "near net shape" o procesos cuya forma es cercana a la final. En este trabajo se ha planteado el empleo de la técnica pulvimetalúrgica convencional, de compactación y sinterización, para procesar polvo de titanio puro comercial al que se le han incorporado diferentes porcentajes de partículas, de diversos tipos de compuestos de titanio (TiC, TiN y TiSi2). El objetivo ha sido estudiar la reactividad resultante entre las partículas de adición y la matriz de titanio puro, y su influencia sobre determinadas propiedades finales de los materiales obtenidos; evaluando, simultáneamente, la respuesta al uso de diferentes temperaturas de sinterización. Adicionalmente, en este trabajo se ha realizado, de forma introductoria, un estudio del estado del arte de los actuales desarrollos en la obtención de materiales compuestos base titanio y similares, así como de los principales procesos pulvimetalúrgicos empleados en los últimos tiempos. La investigación se ha realizado empleando diversas técnicas de caracterización para estudiar los materiales procesados. Por un lado se han evaluado la densificación y contracciones experimentadas, la porosidad interna e interconectada conseguidas, la dureza de los materiales en general, y la microdureza y nanodureza presentada por cada una de las fases formadas; mediante ensayos de flexión se ha investigado la resistencia, tenacidad, deformación y módulo elástico a flexión presentados por los materiales procesados; se ha evaluado el módulo de Young y coeficiente de Poisson mediante el empleo de ultrasonidos; y mediante ensayos tribológicos se han evaluado su coeficiente de fricción y tasa de desgaste. Por otro lado se han realizado caracterizaciones microestructurales a través de microscopía óptica y electrónica empleando técnicas de microanálisis EDS y EBSD, para poder determinar metalúrgicamente la reactividad producida durante el proceso entre la matriz de titanio y los materiales adicionados, así como la formación de fases y estructuras cristalinas formadas. Y finalmente este estudio microestructural se ha complementado con análisis mediante calorimetría diferencial de barrido que permiten conocer las posibles transformaciones de fase que han tenido lugar. Los estudios realizados han permitido concluir que la vía pulvimetalúrgica convencional permite la obtención de materiales compuestos y aleaciones base titanio que ofrecen propiedades de interés industrial. Se ha evaluado la diversa reactividad ofrecida por los diferentes materiales adicionados, y se ha podido determinar la influencia de esta reactividad sobre las microestructuras y fases metalúrgicas formadas durante el proceso, así como el impacto y relación de estas formaciones microestructurales con propiedades mecánicas y tribológicas de los materiales procesados. / [CA] El titani és un material que ofereix valuoses propietats, com una baixa densitat, gran resistència mecànica i resistència a la corrosió, bon comportament a elevades temperatures i biocompatibilitat. Aquestes propietats són les responsables del creixent ús a nivell industrial del titani, dels seus aliatges i dels seus compostos. D'altra banda, entre les diferents vies per les quals es pot processar aquest material es troba la pulvimetarlúrgia convencional, la qual ofereix els avantatges d'un procés de transformació en estat sòlid, que permet reduir la possible reactivitat dels materials intervinents. A més a més, es considera que aquest redueix considerablement els costos de producció, per estar classificat dins dels anomenats "near net shape" o processos de forma propera a la final. En aquest treball s'ha plantejat l'ús de la tècnica pulvimetal·lúrgica convencional, de compactació i sinterització, per a processar pols de titani pur comercial al qual se li han incorporat diferents percentatges de partícules de diversos tipus de compostos de titani (TiC, TiN i TiSi2 ). L'objectiu ha estat estudiar la reactivitat resultant entre les partícules d'addició i la matriu de titani pur, i la seva influència sobre determinades propietats finals dels materials obtinguts; avaluant, simultàniament, la resposta a l'ús de diferents temperatures de sinterització. Addicionalment, s'ha realitzat, de forma introductòria, un estudi de l'estat de l'art dels actuals desenvolupaments en l'obtenció de materials compostos base titani i similars, així com dels principals processos pulvimetal·lúrgics emprats en els últims temps. La investigació s'ha realitzat emprant diverses tècniques de caracterització per estudiar els materials processats. D'una banda, s'han avaluat la densificació i contraccions experimentades, la porositat interna i interconnectada aconseguides, la duresa dels materials en general, i la microduresa i nanoduresa presentada per cadascuna de les fases formades; mitjançant assajos de flexió s'ha investigat la resistència, tenacitat, deformació i mòdul elàstic a flexió presentats pels materials processats; s'ha avaluat el mòdul de Young i coeficient de Poisson mitjançant l'ús d'ultrasons; i mitjançant assajos tribològics s'han avaluat el seu coeficient de fricció i taxa de desgast. D'altra banda s'han realitzat caracteritzacions microestructurals a través de microscòpia òptica i electrònica emprant tècniques de microanàlisi EDS i EBSD, per poder determinar metal·lurgicament la reactivitat produïda durant el procés entre la matriu de titani i els materials addicionats, així com la formació de fases i estructures cristal·lines formades. I finalment, aquest estudi microestructural s'ha complementat amb anàlisis mitjançant calorimetria diferencial d'escombrat que permeten conèixer les possibles transformacions de fase que han tingut lloc. Els estudis realitzats han permès concloure que la via pulvimetal·lúrgica convencional permet l'obtenció de materials compostos i aliatges base titani que ofereixen propietats d'interès industrial. S'ha avaluat la diversa reactivitat oferta pels diferents materials addicionats, i s'ha pogut determinar la influència d'aquesta reactivitat sobre les microestructures i fases metal·lúrgiques formades durant el procés, així com l'impacte i relació d'aquestes formacions microestructurals amb propietats mecàniques i tribològiques dels materials processats. / Romero Sanchis, FB. (2015). Estudio de la reactividad del titanio con partículas de adición por vía pulvimetalúrgica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59233

[ES] La valorización de biomasa lignocelulósica y de sus derivados supone una alternativa sostenible frente a la utilización de fuentes fósiles para la producción de combustibles y productos químicos. En este contexto, el aprovechamiento de compuestos oxigenados presentes en efluentes acuosos derivados de tratamientos primarios de la biomasa (vía pirólisis rápida), tras un proceso de separación de fases, es fundamental en el esquema actual de bio-refinería. La estrategia consiste en transformar estos compuestos orgánicos en mezclas de hidrocarburos y compuestos aromáticos de utilidad como componentes y/o aditivos en combustibles líquidos. Los materiales catalíticos comúnmente estudiados para este tipo de procesos deben su actividad a sus propiedades multifuncionales. Sin embargo, su actividad en mezclas acuosas complejas y su estabilidad bajo condiciones de reacción más próximas a la realidad industrial continúan siendo un desafío en vistas a su futura aplicación. La presente Tesis Doctoral se centra en el diseño de nuevos catalizadores heterogéneos que sean activos y resistentes en reacciones de condensación consecutivas en fase acuosa de mezclas de compuestos oxigenados ligeros (C1-C4) bajo condiciones de reacción moderadas. En este sentido, este trabajo difiere de los estudios habituales que emplean compuestos modelo de manera individual y en ausencia de agua. En primer lugar, óxidos mixtos (incluyendo CexZr1-xO e hidrotalcitas), que han sido ampliamente utilizados en reacciones de condensación y cetonización, muestran buenos resultados catalíticos en la condensación en fase acuosa, pero graves problemas de estabilidad debido principalmente al leaching de la fase activa de estos materiales. Esto demuestra la necesidad de desarrollar nuevos catalizadores ácidos capaces de operar en sistemas complejos en presencia de agua y ácidos orgánicos, bajo condiciones de reacción moderadas. En este sentido, la adición de HF durante la síntesis de catalizadores basados en TiO2, permite obtener materiales donde se expone mayoritariamente el plano {001}, que es catalíticamente más activo. Además, los sitios ácidos de Lewis presentes en estos materiales de TiO2 facetados, presentan una gran estabilidad en reacciones de condensación, especialmente en presencia de ácidos y grandes cantidades de agua. Esta estrategia permite desarrollar materiales con mejor actividad catalítica y estabilidad que otros catalizadores comerciales basados en TiO2. Por otra parte, la síntesis hidrotermal de óxidos metálicos basados en Nb y W-Nb permite obtener materiales cuya estructura cristalina, propiedades texturales y propiedades ácidas pueden ser modificadas controlando la composición y las condiciones de calcinación aplicadas. Esto permite obtener catalizadores optimizados respecto a los empleados en literatura, que muestran gran actividad y elevada estabilidad en reacciones de condensación de compuestos oxigenados en fase acuosa. Por último, se han desarrollado nuevos materiales basados en óxidos mixtos de estaño, titanio y/o niobio (SnxTiyNbzO) preparados por co-precipitación que presentan mayoritariamente la estructura tipo rutilo del SnO2, la cual posee características hidrófobas. El control de la composición y las condiciones de calcinación permite obtener óxidos con estructuras cristalinas uniformes, altas áreas superficiales y mayor densidad de sitios ácidos de Lewis respecto a los respectivos óxidos comerciales. Estos materiales son catalizadores activos y muy resistentes en la valorización de compuestos oxigenados presentes en efluentes acuosos derivados de distintos tratamientos de la biomasa. / [EN] The valorisation of lignocellulosic biomass and its derivatives has become a sustainable alternative to the use of fossil sources for the production of fuels and chemicals. In this context, the conversion of light oxygenated compounds present in aqueous effluents derived from primary treatments of biomass (i.e. fast pyrolysis), after a phase separation process via water addition is a key step in the actual bio-refinery scheme processes. The strategy is based on the transformation of these low-value water-soluble oxygenated compounds into a mixture of hydrocarbons and aromatics useful for blending with automotive fuels. In general, the activity of the catalysts employed in these processes is based on their bifunctional character. Nonetheless, their activity in complex aqueous mixtures and their stability under faithful operating conditions close to industrial scenarios are critical challenges to be further applied. This thesis comprises a detailed work in the design of new solid catalysts with high activity and stability in consecutive aqueous-phase condensation reactions of light oxygenated compounds (C1-C4) mixtures under moderated process conditions. In this sense, this work differs from usual probe molecules studies performed even in the absence of water. Firstly, mixed oxides (including CexZr1-xO and hydrotalcite-derived materials) were employed as they have been widely studied in condensation and ketonization reactions. These materials show good catalytic results in the liquid-phase condensation of light oxygenates, but strong catalysts deactivation was observed due to the active phase partial leaching. Therefore, new heterogeneous acid catalysts must be developed in order to meet these new process requirements: complex aqueous environments with high contents of organic acids and moderated reaction conditions. In this sense, the addition of aqueous HF during TiO2 catalysts synthesis is essential to selectively control the preferential growth of catalytic more reactive {001} TiO2 facets. Moreover, Lewis acid sites on faceted TiO2 materials have great stability in condensation reactions, especially in the presence of organic acids and high water contents. Thus, this strategy allows obtaining materials that show better catalytic results and stability than other commercial titanium oxides. Moreover, hydrothermal synthesized Nb- and WNb-mixed oxides have shown the advantage of having crystalline structure, area and acid properties modified by tailoring their composition and post-synthesis heat-treatments conditions. Optimized NbOx and WNbO materials show higher activity and stability in the aqueous-phase condensation of oxygenated compounds than other commercial samples, commonly employed in literature Finally, new acid catalysts prepared via co-precipitation based on tin, titanium and niobium (SnxTiyNbzO) mixed oxides have been developed. These materials mainly present SnO2 rutile-phase crystalline structure, which has been claimed to have interesting hydrophobic characteristics. Tailoring of composition and calcination conditions allows obtaining mixed oxides with uniform crystalline structures, enhanced surface areas and a higher concentration of Lewis acid sites compared to analogous commercial catalysts. These materials show high activity and stability in the valorisation of oxygenated compounds present in aqueous effluents derived from different biomass processes. / [CA] La valorització de biomassa lignocel·lulòsica i dels seus derivats suposa una alternativa sostenible enfront de la utilització de fonts fòssils per a la producció de combustibles i productes químics. En aquest context, l'aprofitament de compostos oxigenats presents en efluents aquosos derivats de tractaments primaris de la biomassa (via piròlisi ràpida), després d'un procés de separació de fases, és fonamental en l'esquema actual de bio-refineria. L'estratègia consisteix a transformar aquests compostos orgànics en mescles d'hidrocarburs i compostos aromàtics d'utilitat com a components o additius en combustibles líquids. Els materials catalítics comunament estudiats per a aquest tipus de processos deuen l'activitat a les seues propietats multifuncionals; no obstant això, la seua activitat en mescles aquoses complexes i la seua estabilitat sota condicions de reacció més pròximes a la realitat industrial continuen sent un desafiament amb vista a la seua futura aplicació. La present tesi doctoral se centra en el disseny de nous catalitzadors heterogenis que siguen actius i resistents en reaccions de condensació consecutives en fase aquosa de mescles de compostos oxigenats lleugers (C1-C4) sota condicions de reacció moderades. En aquest sentit, aquest treball difereix dels estudis habituals, que empren compostos model de forma individual i en absència d'aigua. En primer lloc, òxids mixts (inclosos CexZr1-xO i hidrotalcites), que han sigut àmpliament utilitzats en reaccions de condensació i cetonització, mostren bons resultats catalítics en la condensació en fase aquosa, però greus problemes d'estabilitat a causa principalment de la lixiviació de la fase activa d'aquests materials. Això demostra la necessitat de desenvolupar nous catalitzadors àcids capaços d'operar en sistemes complexos en presència d'aigua i àcids orgànics, sota condicions de reacció moderades. En aquest sentit, l'addició d'HF durant la síntesi de catalitzadors basats en TiO2, permet obtenir materials on s'exposa majoritàriament el plànol {001}, que és catalíticament més actiu. A més, els llocs àcids de Lewis presents en aquests materials de TiO2 facetats, presenten una gran estabilitat en reaccions de condensació, especialment en presència d'àcids i grans quantitats d'aigua. Aquesta estratègia permet desenvolupar materials amb millor activitat catalítica i estabilitat que altres catalitzadors comercials basats en TiO2. D'altra banda, la síntesi hidrotermal d'òxids metàl·lics basats en Nb i W-Nb permet obtenir materials l'estructura cristal·lina, les propietats texturals i les propietats àcides dels quals poden ser modificats controlant la composició i les condicions de calcinació aplicades. Això permet obtenir catalitzadors optimats respecte als emprats en la literatura, que mostren gran activitat i elevada estabilitat en reaccions de condensació de compostos oxigenats en fase aquosa. Finalment, s'han desenvolupat nous materials basats en òxids mixts d'estany, titani o niobi (SnxTiyNbzO) preparats per coprecipitació, que presenten majoritàriament l'estructura tipus rútil del SnO2, la qual té característiques hidròfobes. El control de la composició i les condicions de calcinació permeten obtenir òxids amb estructures cristal·lines uniformes, altes àrees superficials i major densitat de llocs àcids de Lewis respecte als respectius òxids comercials. Aquests materials són catalitzadors actius i molt resistents en la valorització de compostos oxigenats presents en efluents aquosos derivats de diferents tractaments de la biomassa. / Fernández-Arroyo Naranjo, A. (2018). Catalytic Transformations of Oxygenated Compounds Derived from Biomass Aqueous Effluents into High-Value Products [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/110080

[pt] Os nitretos, especialmente os de metais de transição, têm recebido nos últimos anos, grande atenção, devido às suas propriedades físicas e químicas serem únicas. Dentre estes nitretos, temos o nitreto de titânio (TiN) que apresenta muitas propriedades interessantes, que fazem com que tenha grandes potencialidades para aplicações à nível industrial. A importância do nitreto de titânio (TiN) se deve às suas propriedades de alta condutividade térmica, dureza, resistência ao desgaste, alta condutividade elétrica e não é tóxico. Assim, a sua principal área de uso, está relacionada como um material que apresenta aplicações nos campos químicos e mecânicos. Na indústria aeroespacial, é utilizado em equipamentos, como turbinas e motores a jato, e, no ramo da medicina, sob a forma de revestimento em próteses ortopédicas, válvulas cardíacas e próteses dentárias. O objetivo desta dissertação é estudar a produção e a caracterização de nano partículas de nitreto de titânio (TiN), a partir de uma reação na fase gasosa entre o tetracloreto de titânio (TiCl4) e a amônia (NH3) em um reator tubular, e a influência dos parâmetros reacionais (temperatura e tempo espacial), sobre o tamanho médio das partículas. Os resultados experimentais mostraram que as variações destes parâmetros produziram pós de TiN com diferentes tamanhos de partículas. Além da produção de pó de nitreto de titânio (TiN), constatou-se a presença de cloreto de amônio (NH4Cl). Durante o manuseio do pó de TiN produzido, houve a formação de TiO2 (anatásio) através da reação do primeiro com o ar atmosférico. / [en] Nitrides, especially those of transition metals, have received increasing attention in recent years because of their unique chemical and physical properties. Among them, TiN presents many interesting properties, which make it interesting for some potential industrial applications. The importance of nitride titanium (TiN) is due to its properties of high thermal conductivity, chemical inertial, hardness, wear resistance, high electrical conductivity and nontoxicity. The objective of this master thesis is the production of TiN powder from gas phase reaction between titanium tetrachloride (TiCl4) and ammonia (NH3) in a tubular reactor and the study of the effects of the reaction parameters, temperature and space time, on particle size. The experimental results showed that the variation of these parameters produced nanoparticles of TiN with different sizes, heterogeneous. Besides the production of titanium nitride powder, there was also the presence of ammonium chloride (NH4Cl), co-product of the nitridation reaction. During the handling of the TiN powder occurred the formation of TiO2 due to its reaction with atmospheric air.

Orientadores: Rubens Caram Junior, Conrado Ramos Moreira Afonso / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T17:14:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aleixo_GiorgiaTaiacol_M.pdf: 13698827 bytes, checksum: 10117398b384c5a1eda6c62fbfc74507 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Ligas de titânio formam a classe mais versátil de materiais metálicos utilizados para aplicações biomédicas. As ligas de Ti tipo ß usadas em dispositivos ortopédicos envolve, além de excelentes propriedades como baixa densidade, elevada resistência mecânica e excepcional resistência à corrosão, a biocompatibilidade com elementos de liga, tais como Nb, Ta, Zr e Mo. O objetivo deste trabalho foi analisar a estabilidade e metaestabilidade de fases em ligas tipo ß no sistema Ti-Nb através da verificação da influência do teor de nióbio sob diversas condições de tratamento térmico. Para tanto variou-se a adição de Nb de 5% a 30% em peso na liga, obtendo amostras que foram submetidas a condições distintas de resfriamento a partir do campo ß. Amostras obtidas foram caracterizadas no tocante à microestrutura via microscopia ótica, eletrônica de varredura e de transmissão, difração de raios-X, enquanto o comportamento mecânico foi preliminarmente avaliado através de ensaios de dureza Vickers e de medidas de módulo de elasticidade através de técnicas acústicas. Os resultados obtidos indicam que baixas taxas de resfriamento conduzem à microestrutura de equilíbrio (a+ß) enquanto que altas taxas de resfriamento levaram à formação de estruturas metaestáveis. À medida que o teor de Nb foi incrementado e sob altas taxas de resfriamento, obteve-se, respectivamente, martensita a¿ (hexagonal compacta), martensita a¿ (ortorrômbica), fase ? (trigonal) e finalmente, fase ß metaestável. Em relação ao módulo de elasticidade, observou-se que esse parâmetro decresce entre 0 e 15% de Nb e após este último valor, tal constante elástica se eleva como resultado da precipitação de fase ? bem como da possível alteração de dimensões da estrutura cristalina. As ligas Ti-Nb apresentaram uma variabilidade de microestruturas e propriedades que dependem fortemente da composição e condição de resfriamento / Abstract: Titanium alloys form one of the most versatile classes of metallic materials used for biomedical applications. ß Ti alloys for orthopaedic devices involves, besides excellent properties like low density, high mechanical strength and good corrosion resistance, great biocompatibility with alloying elements, such as Nb, Ta, Zr and Mo. The objective of this work was to analyze the stability and metastability of phases in ß Ti-Nb alloys through the evaluation of the influence of percentage of Nb obtained in different heat treatment conditions. In this way, Nb addition was varied from 5 to 30wt% in Ti-Nb system. Samples were obtained and microstructural characterization was made through optical microscopy, scanning and transmission electron microscopy and X-ray diffraction, while mechanical behavior was primarily evaluated by Vickers hardness and elasticity modulus through acoustic techniques. The results obtained indicate that lower cooling rates resulted in the equilibrium microstructures (a+ß), otherwise higher cooling rates led to formation of metastable structures. As the Nb content was increased and under greater cooling rates, it was obtained, respectively, martensite a¿ (hexagonal closed packed), martensite a¿ (orthorhombic), ? phase (trigonal) and finally, metastable ß phase. Regarding modulus of elasticity it was observed that it decreases as the %Nb increases up to 15% and beyond this percentage the modulus increases due the precipitation of ? phase as well as possible variation of crystalline structure dimensions. Ti-Nb alloys presented a great variety of combinations between microstructures and properties that strongly depends on composition and cooling conditions / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Rubens Caram Junior, Conrado Ramos Moreira Afonso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-15T14:37:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aleixo_GiorgiaTaiacol_D.pdf: 25669452 bytes, checksum: 43f10d141f1b3e5a6d696930ee2f86ec (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho trata da preparação, processamento e caracterização microestrutral e mecânica de ligas Ti-Nb-Sn tipo ß visando a fabricação de dispositivos ortopédicos para implante. Amostras contendo Ti com teores de 25, 30 e 35% em peso de Nb e 2, 4 e 8% em peso de Sn foram preparadas por fusão a arco, homogeneizadas a 1000ºC/8 h e deformadas plasticamente por forjamento rotativo. Tais amostras foram submetidas a ensaios de resfriamento contínuo objetivando avaliar condições de obtenção de fases metaestáveis. Em seguida, amostras aquecidas a 1000ºC foram resfriadas rapidamente e submetidas a ensaios de calorimetria diferencial de varredura e de raios-X com aquecimento até médias temperaturas, o que permitiu avaliar a decomposição martensítica. Em seguida, amostras aquecidas no campo ß foram resfriadas ao ar, o que resultou em microestruturas com a fase a precipitada na matriz ß. Tais amostras foram caracterizadas no tocante à microestrutura via microscopia ótica, eletrônica de varredura e de transmissão e difração de raios X, enquanto que o comportamento mecânico foi avaliado por meio de testes de dureza Vickers, de medidas de módulo de elasticidade usando técnicas acústicas, ensaios de tração e ensaios de fadiga. Os resultados obtidos indicam que a decomposição da martensita resulta nas fases ß, ? e finalmente, a e também, que a fase ? atua como substrato na nucleação da fase a. O comportamento mecânico das amostras depende diretamente das fases presentes na microestrutura, bem como de suas frações volumétricas. Constatou-se também que o módulo de elasticidade, a dureza e o limite de resistência à tração de amostras resfriadas ao ar exibem valores superiores aos valores obtidos com as amostras resfriadas rapidamente, enquanto que a ductilidade se reduz. Finalmente, observou-se que o limite de fadiga de amostras resfriadas ao ar é máximo para baixos teores de Nb e se reduz com a adição de Sn / Abstract: This work deals with preparation, processing and microstructural and mechanical characterization of ß type Ti-Nb-Sn alloys aiming the manufacturing of orthopedic devices for implants. Ti samples containing Nb at levels of 25, 30 and 35 wt % and Sn at levels of 2, 4 and 8 wt % were prepared by arc melting, homogenized at 1000ºC/8 h and plastically deformed by swaging. These samples were submitted to continuous cooling experiments to evaluate conditions for obtaining metastable phase. Then, samples heated to 1000ºC were rapidly cooled and analyzed by using differential scanning calorimetry and X-ray diffraction at medium temperatures, which allowed the evaluation of martensite decomposition. Next, samples in the ß field were air-cooled, which resulted in microstructures with a phase precipitated into ß matrix. These samples were characterized concerning the microstructure by applying optical, scanning electron and transmission electron microscopies and X-ray diffraction, while the mechanical behavior was evaluated by Vickers hardness test, elastic modulus measurement using acoustic techniques, tensile and fatigue tests. The results obtained indicate that martensite decomposition results in ß, ? and finally a phases. It was also found that ? phase acts as substrate for a phase nucleation. The sample mechanical behavior directly depends on the phases present in the microstructure, as well as their volumetric fraction. It was also observed that elastic modulus, hardness and tensile strength of air cooled samples show higher values than those of rapidly quenched samples, while ductility decreases. Finally, it was observed that fatigue resistance of air cooled samples is higher for low Nb content alloys, however, it decreases with Sn addition / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

[pt] Apesar do titânio e suas ligas serem amplamente empregadas na implantodontia e os resultados das experiências clínicas comprovarem que estes materiais apresentaram excelente biocompatibilidade, existem dúvidas quanto às propriedades físico-químicas ideais das superfícies dos implantes de titânio para se obter uma osseointegração adequada. Todavia, os padrões para definir as propriedades superficiais dos implantes odontológicos ainda não estão definidos na literatura. Estas características são importantes, uma vez que a osseointegração é fortemente dependente da ligação das células com a superfície do implante. Este trabalho tem como objetivo analisar três processos subtrativos utilizados no tratamento da superfície de implantes osseointegráveis de titânio comercialmente puro a saber: abrasão - jateamento, erosão - ataque químico e combinação das duas. Estes métodos permitem avaliar as propriedades físicas e químicas superficiais de cilindros de titânio tratados através destes processos tais como: morfologia superficial, topografia e molhabilidade (ângulo de contato). Foi possível, também, identificar os parâmetros e métodos vinculados que otimizam as condições superficiais para este fim. / [en] Titanium alloys are widely used in dental implants in virtue of clinical evidences of the excellent biocompatibility performance shown by this alloys. However, there are still a number of unanswered questions regarding the ideal physicochemical properties of titanium surfaces used in dental implants aiming at an appropriate integration with the bone. Furthermore, in the literature there are not still available standards defining superficial properties of dental implants. These characteristics are a fundamental importance since biocompatibility is strongly depended upon the connections between host cells and the titanium surface implant. The present work has as objective the analysis of three processes use for surface treatments of dental implants based on titanium of commercial purity, namely mechanically- induced erosion, chemical etching and the combination of both. Such methods applied to titanium cylinders, have permitted one to estimate more closely their physical and chemical surfaces properties, such as surface morphology, surface topology and contact angle (wet ability). It is also identified the factors and methods allowing to obtain the optimal surface conditions for this purpose.

[pt] O presente trabalho teve como objetivo central o estudo das modificações nas propriedades estruturais, mecânicas e tribológicas causadas pela incorporação de nitrogênio em filmes de diborato de titânio (TiB2) crescidos pela técnica de erosão catódica assistida por um campo magnético. Os revestimentos de Ti-B-N com diferentes conteúdos de nitrogênio foram depositados em substratos de silício cristalino (100) a partir da erosão de um alvo de diborato de titânio mediante o uso da técnica de erosão catódica em uma atmosfera de argônio e nitrogênio e com tensões de polarização variando entre +100V e - 100V. Os efeitos do conteúdo de nitrogênio e a influência da tensão de polarização na estrutura e no comportamento tribológico foram investigados com o uso da técnica nuclear de retroespalhamento Rutherford (RBS), espectroscopia de fotoelétrons induzida por raios-x (XPS), difração por raios-x (XRD), perfilometria (medidas de tensão interna), microscopia de força atômica (AFM) e de ângulo de contato. Os resultados do presente trabalho mostraram que a incorporação de nitrogênio produz filmes com tensões internas cada vez mais compressivas. No entanto a mudança da tensão de autopolarização a valores positivos provocou uma relaxação na tensão interna. Nesses casos, foi observada uma melhor adesão dos filmes aos substratos de silício. Os resultados de XPS mostraram que as fases, TiB2, BN e TiN, estão presentes nos filmes de Ti-B-N e a caracterização por XRD determinou a estrutura nanocristalina desses revestimentos. Medidas de AFM indicaram valores de rugosidade superficial entre 1 e 2nm. / [en] The main purpose of the present work was the study of the effects on the structural, mechanical and tribological properties of the incorporation of nitrogen in titanium diboride films (TiB2) grown by reactive dc magnetron sputtering. Ti-BN coatings with different N contents were deposited on Si (100) substrates from a TiB2 target. The sputtering was carried out in an Ar-N2 gas mixture with a substrate bias voltage in the range between +100V e -100V. The effects of the nitrogen content and the influence of substrate bias voltage on the coatings properties were studied by Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), XRay photoelectron spectroscopy (XPS), X-Ray diffraction (XRD), profilometry (internal stress measurements), atomic force microscopy (AFM) and contact angle measurements. The results of the present work show that nitrogen incorporation produces films with higher compressive internal stress. However, a positive substrate bias reduces the compressive stress, thus resulting in a better adhesion to the substrate. The XPS results showed that the TiB2, TiN and BN phases are present in the Ti-B-N films. Characterization by XRD determined the nanocrystalline structure of Ti-B-N coatings. Measurements by AFM revealed low surface roughness values.

Ministerio de Educación y Cultura, DGES (proyectos PB94-1514 y PB97-0133)

En la presente investigación se evalúa el efecto de la incorporación de nanopartículas de carbonitruro de titanio (TiCN) en la aleación AA5083 mediante la técnica de fricción batido (FSP) sobre las propiedades de resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión de los materiales compuestos resultantes. Se elaboraron probetas de 150 mm de largo x 13 mm de ancho x 2.8 mm de altura cada una, la cual se procesaron a diferentes porcentajes de nanopartículas de TiCN (0 %, 5 %, 10 % ,15 %). Se utilizó como parámetros óptimos de procesamiento de fricción batido: velocidad de rotación 1000 RPM y velocidad de avance 80 mm/min. La forma del pin para la presente investigación fue cilíndrica roscada de 2.5 mm de altura y 4 mm de diámetro. Luego se realizó una inspección visual y caracterización microestructural de los materiales compuestos AA5083-nanoTiCN resultantes, mediante microscopia óptica y microscopia electrónica de barrido. Se determinó 2 tipos de fases intermetálicas características: Al (Mn, Mg/Si) y Al (Mn, Mg) o también llamado β (Al3Mg2). Así mismo se evaluó la distribución de la nanopartícula de TiCN en el material base AA5083 después de ser procesada mediante fricción batido y se observó aglomeración de la nanopartícula TiCN. Se determinó una disminución en el tamaño de grano producto del procesamiento por fricción batido pasando de 16.0983 ± 6.9724 μm en la zona del material base a 2.4871 ± 0.7664 μm en la zona del núcleo central. Por último se evaluaron las propiedades mecánicas de dureza, la resistencia al desgaste mediante la pérdida de peso y resistencia a la corrosión se evaluó en un medio de agua de mar artificial. Se reportó una mejora en los valores de dureza alcanzando un 30% de aumento en relación al material base (110 HV frente a 84 HV) este aumento de la dureza se le atribuye al refinamiento de grano. La resistencia al desgaste se mejoró en las probetas procesadas mediante fricción batido conforme se aumentó el porcentaje de nanopartícula de TiCN (2.0898 gramos de pérdida de peso en el material base frente a 1.1114 gramos de pérdida de peso en la probeta AA5083-nanoTiCN 15%) y la resistencia a la corrosión aumento en 26 % en relación al material base producto del del afinamiento de grano y la mayor distribución del compuesto intermetálico β (Al3Mg2) el cual promovería la repasivacion. / Tesis

Orientador: Ana Paula Rosifini Alves Claro / Coorientador: Maria Cristina Rosifini Alves Rezende / Banca: Monica Beatriz Mathor / Banca: Estevão Tomomitsu Kimpara / Resumo: Neste estudo, foi avaliada a superfície da liga experimental Ti-30Ta após tratamento. A técnica empregada foi o tratamento de superfície biomimético com incorporação de alendronato de sódio. Os lingotes da liga Ti-30Ta foram obtidos em forno a arco voltaico, seguido de tratamento térmico e forjados a frio. O tratamento de superfície foi dividido em duas etapas: primeiramente foi realizado o tratamento de superfície biomimético com imersão em SBF 5x (Simulated Body Fluid) durante 24 horas. Em seguida as amostras foram imersas em solução formada por SBF 5x e alendronato de sódio por uma semana. Difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica e ângulo de contato foram utilizados para análise de superfície. Para análise da osseointegração, os implantes foram colocados no fêmur de ratos e a análise histológica realizada após 30 dias. Os resultados mostraram uma melhora na osseointegração devido à incorporação de alendronato de sódio ao revestimento de apatita / Abstract: In this study, the surface of Ti-30Ta experimental alloy was evaluated after treatment. Biomimetic surface treatment with sodium alendronate incorporation was technique employed. Ingots of Ti-30Ta alloy were obtained in arc melting furnace, followed heat treatment and cold work by swaging. Surface treatment was divided into two steps: first was realized Biomimetic surface treatment with immersion in SBF 5x (simulated body fluid) for 24 hours. Followed samples were immersed in solution formed by SBF 5x plus sodium alendronate for one week. X- rays, SEM, AFM and contact angle were used for surface analysis. For analysis of osseointegration, the implants were implanted in the rat's femur and histological analysis was realized after 30 days. The results showed improved of osseointegration due to the incorporation of sodium alendronate in the apatite coating / Mestre