Este trabalho tem como objetivo avaliar e melhorar os métodos de fabricação de superfícies complexas. Para tanto, diferentes estratégias de fresamento são analisadas e aplicadas em um contexto de ferramentaria. As metas de melhoria são: diminuição dos tempos de processo, preservação dos recursos produtivos e melhora da qualidade superficial da peça usinada. São consideradas as operações de desbaste, semi-acabamento e acabamento do aço H13 temperado. A escolha desse material, bem como das ferramentas e da máquina ferramenta apresentadas neste estudo, é baseada nos recursos existentes e utilizados por empresas estabelecidas em território nacional. A peça de estudo foi sugerida por uma ferramentaria renomada e possui características presentes em seus atuais produtos. Características essas, que apresentam-se como pontos críticos no processo de manufatura em virtude de sua complexidade geométrica. Os objetivos estabelecidos foram alcançados. Foram desenvolvidas estratégias que permitiram o aumento da produtividade, ampliação da vida útil de ferramentas e máquinas e diminuição dos índices de rugosidade das superfícies fabricadas. Todos os conceitos foram empregados em chão-de-fábrica onde houve a comprovação dos ganhos obtidos e da aplicabilidade do estudo.

Fluidos de corte são utilizados pela indústria metal-mecânica no processo industrial de usinagem, aplicados sempre sobre a interface ferramenta de corte e material da peça. Os principais tipos de fluidos de corte utilizados nos processos de usinagem são os óleos integrais, constituídos basicamente de óleos graxos e óleos minerais, e as emulsões, que são misturas de água com óleos de base vegetal, mineral ou sintética. Para manter a estabilidade de uma emulsão, são utilizados emulgadores que solubilizam na água e, por diferença de polaridade, homogeneízam as gotículas de óleo na mistura. Desse modo, garante-se o aumento da lubricidade, pela presença de óleo, e a capacidade de refrigeração e limpeza de cavacos da região de corte, pela presença de água. O desafio atual é estabelecer os critérios de avaliação de emulsões considerando estabilidades físicas, químicas e bacteriológicas. Em uma primeira análise, considerando apenas o aspecto tecnológico do processo de usinagem, uma emulsão de melhor desempenho pode ser definida como aquela que provoca uma vida útil mais longa da ferramenta de corte sem a respectiva degradação do fluido. Este trabalho teve o objetivo de avaliar o desempenho de fluidos de corte emulsionáveis no processo de fresamento de ligas de alumínio 7050-T7451 a altas velocidades de corte. Os critérios de avaliação foram subdivididos em rendimentos quanto à usinabilidade e características dos fluidos emulsionáveis. Três fluidos foram submetidos a uma bateria de testes de usinagem e laboratórios. Os resultados de usinabilidade demonstraram a significativa influência que o fluido exerce principalmente na vida de ferramenta e no acabamento de superfície usinada e os resultados laboratoriais revelaram o desafio ainda não solucionado de se obter um fluido com alta resistência à degradação e que ao mesmo tempo propiciem a isenção de névoa, espuma e corrosão.

Este trabalho traz uma avaliação da influência das características de continuidade geométrica na composição de curvas que serão guias e seções na construção de superfícies, sobre a suavidade do processo de fresamento em 5 eixos simultâneos. Nesse processo a orientação da ferramenta é determinada pelo vetor normal local da superfície-guia (que normalmente é a usinada) e, por esse motivo, descontinuidades geométricas nas superfícies fazem com que a operação de usinagem transcorra de maneira não suave, ficando sujeita a solavancos, marcas na peça, e até trazendo o risco de colisão. O objetivo deste trabalho é saber até que ponto a preocupação com continuidade geométrica na composição de curvas que, posteriormente, comporão as superfícies a serem usinadas, influenciam na suavidade do processo de fresamento em 5 eixos simultâneos. Para tal são usinadas uma superfície complexa e uma pá de turbina, obtidas através dos dados originais de um software específico para o desenvolvimento de turbinas. Superfície e pá são compostas por curvas construídas a partir de segmentos de splines concatenados com continuidades: geométrica entre G0 e G2, e paramétricas entre C1 e C2.

No presente trabalho foi avaliado o efeito do tratamento térmico na fluência na liga Ti-6Al-4V e na estrutura com maior resistência à fluência, foi aplicado o recobrimento como forma de barreira térmica - TBC (Thermal Barrier Coating). A liga Ti-6Al-4V, foi submetida a três diferentes condições de tratamentos térmicos, visando à obtenção das estruturas de Widmanstätten, Martensita e Bimodal. Em seguida foram realizados ensaios de fluência a 600C nas tensões de 125, 250 e 319 MPa para verificação da microestrutura com maior resistência à fluência. A estrutura de Widmanstätten apresentou maior resistência à fluência e foi realizado aplicação do recobrimento metal/cerâmico CoNiCrAlY+ZrO2 parcialmente estabilizada com ítria pela técnica de aspersão térmica nesta estrutura. As amostras com estrutura de Widmanstätten recobertas e não recobertas foram submetidas a ensaios de fluência ao ar na temperatura de 600C nas tensões de 125, 250 e 319 MPa e na tensão de 319 MPa para as temperaturas de 500 e 700C. Foram determinados os parâmetros e os mecanismos de fluência. A caracterização do material foi realizada através de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. A estrutura de Widmanstättten com recobrimento apresentou melhor comportamento em fluência em relação a liga não recoberta com redução na taxa de fluência secundária e aumento no tempo de vida por fluência. Os valores dos expoentes de tensão obtidos variaram entre 3,58 e 5,63 e da energia de ativação por fluência entre 271,3 e 312,6 kJ/mol. Com bases nesses valores pode-se sugerir que o mecanismo de fluência é controlado por discordâncias. As análises fractográficas indicam que o mecanismo predominante é caracterizado pela formação e coalescência de microcavidades com forma e tamanhos variados, com o mecanismo de fratura dúctil prevalecendo em todas as condições.

No presente trabalho é reportado o crescimento de filmes finos de carbeto de silício (SiC), carbonitreto de silício (SiCN) e nitreto de alumínio (AlN) pela técnica de pulverização catódica com dois magnetrons (dual magnetron sputtering) visando a aplicação destes materiais na confecção de microsensores. Alvos de silício e carbono foram utilizados para a deposição dos filmes de SiC e SiCN, enquanto que para o crescimento do filme de AlN foi utilizado alvo de alumínio. Os gases utilizados foram argônio (fluxo constante em 10 sccm) e nitrogênio (de 0 a 20 sccm). Todos os filmes foram crescidos sobre substratos de silício (100) variando-se parâmetros como, para o caso do SiC, potência aplicada em cada alvo, potência total, pressão de deposição, polarização do substrato e fluxo de nitrogênio. Já para o caso do AlN foram estudados parâmetros como distância alvo-substrato e fluxo de nitrogênio. As amostras foram caracterizadas pelas técnicas de perfilometria, espectroscopia Raman, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de retroespalhamento de Rutherford (RBS), difração por raios X (XRD), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), nanoidentação e quatro pontas. Além disso, uma caracterização elétrica (corrente-tensão) do sistema foi feita com o intuito de aperfeiçoar e prever as melhores condições de deposição. Os filmes de SiC obtidos neste trabalho apresentaram propriedades que são desejadas para confecção de sensores de pressão, acelerômetros e outros, tais como alta dureza, alto módulo de elasticidade e controle da resistividade elétrica. Já os filmes de AlN são, em sua maioria, mono cristalinos e numa orientação propícia ((100))para aplicação em dispositivos que necessitam de alta velocidade de propagação acústica tal como sensores de pressão baseados na tecnologia de SAW (surface acoustic wave).

Neste trabalho foram realizados estudos experimentais da aplicação de plasmas excitados por micro-ondas para o tratamento da superfície de fibras de carbono (FCs) em dois modos de exposição. No primeiro, as amostras de FC são tratadas imersas ao meio ionizante do plasma (aqui denominado de "descarga direta"), e o segundo, as FCs são posicionadas em regiões adjacentes, denominada de pós-descarga. O objetivo do trabalho foi avaliar a ação desses plasmas nas características físicas e químicas da superfície das fibras. Uma metodologia inédita da técnica de goniometria foi aplicada na caracterização da superfície das FCs, possibilitando verificar a ação efetiva dos plasmas na modificação das mesmas. Todos os tratamentos conferiram elevada molhabilidade às FCs, inclusive para as amostras tratadas na pós-descarga à distância de 60 cm da fonte de plasma. Amostras tratadas por aproximadamente 5 s na descarga direta mantiveram molhabilidade total mesmo decorrido um mês após o tratamento. Pelas imagens de microscopia não foram observadas alterações significativas na morfologia das FCs tratadas. As amostras tratadas por 10 s na descarga direta apresentaram redução expressiva na razão I(D)/I(G) dos espectros Raman, o que indica aumento do grau de ordenação das estruturas, devido à ação do plasma na remoção de camadas amorfas fracamente ligadas. Dentre as técnicas de Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR) utilizadas, a Refletância Total Atenuada com cristal de Ge (FT-IR/ATR/Ge) possibilitou constatar que os plasmas agem nas FCs em um grau de profundidade da ordem de frações de micrometros, mesmo para os tratamentos rápidos. Porém, essas mesmas amostras apresentaram redução da intensidade espectral de praticamente todas as bandas. Estes resultados indicam que as mudanças ocasionadas pelos plasmas são predominantemente químicas e a molhabilidade está relacionada com as alterações ocorridas nas camadas mais próximas da superfície das FCs. O sistema a plasma de micro-ondas em pós-descarga é o que apresenta maior potencial de aplicação industrial, por este operar em uma faixa maior de pressão, inclusive em pressão atmosférica, o que possibilita o tratamento das FCs em modo contínuo.

O objetivo do presente trabalho é avaliar a eficiência de diferentes revestimentos como proteção contra processos de erosão de substratos de resina epóxi reforçados com fibras de vidro e kevlar, utilizados em estruturas aeronáuticas. Dez diferentes revestimentos baseados em chapa de liga de alumínio 2024-O, tintas poliuretano e epóxi cerâmica e um filme incolor de poliuretano, utilizados em diferentes combinações, foram avaliados como proteção contra o processo de erosão, quando submetidos ao jateamento com microesferas de vidro. Neste trabalho foi projetado e construído um dispositivo para os ensaios de erosão. Parâmetros como a forma das partículas das microesferas de vidro, distância, velocidade e ângulo de impacto foram considerados durante os ensaios de erosão. A avaliação dos diferentes revestimentos em estudo foi realizada por medidas de variação de massa e de rugosidade superficial dos corpos-de-prova. Análises por meio de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura também foram realizadas para caracterizar o processo de erosão. Os resultados mostraram que as tintas poliuretano e epóxi cerâmica apresentaram comportamentos similares. Entretanto, a eficiência de ambas as tintas foi aumentada em cerca de cinco vezes após os corpos-de-prova terem sido recobertos com o filme incolor de poliuretano. Os melhores resultados foram obtidos nos revestimentos obtidos na configuração chapa de alumínio 2024-O/tintas de poliuretano ou epóxi cerâmica/ filme incolor de poliuretano, com um aumento na resistência à erosão em torno de 12 vezes.

O presente trabalho tem como finalidade estudar a melhoria das características superficiais da liga Ti6Al4V, induzida pelo processo de nitretação iônica. Objetiva-se aumentar a dureza e melhorar as características de hemocompatibilidade, tendo em vista a sua aplicação futura na confecção de válvula cardíaca mecânica. O processo foi desenvolvido em um reator de jato de plasma de nitrogênio e estudou-se a influência de parâmetros do processo como fluxo de nitrogênio, tempo de processamento e porcentagem de N2 na mistura N2 : H2 usada na descarga, nas características físico-químicas de ligas tratadas de Ti6Al4V. Outros parâmetros, como tensão de descarga, pressão da câmara e temperatura, foram ajustadas de maneira a poder sustentar a descarga com 100 mA de corrente elétrica. A formação das fases de nitreto de titânio nas amostras tratadas com diferentes condições pode ser verificada pela análise estrutural feita com a difração de raios-X. As durezas das camadas nitretadas foram qualitativamente analisadas pela técnica de nanoindentação, que identificou de maneira semiquantitativa a espessura da camada de maior dureza formada em cada amostra. A microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva de raios-X foram utilizadas para avaliar a variação na textura da superfície da amostra em função das condições de nitretação iônica. O melhoramento da propriedade superficial, quanto à tensão de contato que dita a característica da molhabilidade, foi verificado pela técnica da determinação de ângulo de contato. O estudo permitiu verificar que a diminuição do fluxo de nitrogênio, numa faixa entre 1,0 e 0,3 sccm, assim como o aumento no intervalo de tempo de processamento e concentração de N2 na mistura N2 : H2, aumentam monotonicamente os valores das características mecânicas, como dureza e módulo de elasticidade do filme nitretado. A análise energética dos íons produzidos na descarga elétrica foi feita com o analisador de energia construído e colocado na câmara de processamento deste reator. Os resultados obtidos permitiram inferir que uma das principais causas da melhora na característica da camada nitretada é o aumento da energia dos íons de nitrogênio incidentes sobre a amostra processada. Um dos principais e relevantes resultados do presente trabalho foi, sem dúvida, a obtenção de uma liga de titânio nitretada no anodo de um reator do tipo jato de plasma de baixa intensidade, com dureza amplificada por fator da ordem de 7 vezes a da amostra original, classificando o processo desenvolvido entre os trabalhos que apresentaram melhores resultados em nível internacional. Esse jato de plasma de N2 permite concluir sobre a viabilidade técnica da utilização do reator no melhoramento das características físico-químicas da superfície de Ti6Al4V, multiplicando-se o potencial a aplicação da liga como biomaterial, mesmo na área de produção de implantes cardiovasculares.

A finalidade deste trabalho é modificar as propriedades superficiais da liga Ti-6Al-4V, com o intuito de obter melhorias nas suas propriedades tribológicas e de biocompatibilidade, para possível aplicação em válvulas cardíacas mecânicas. O processo utilizado é o IIIP (Implantação Iônica por Imersão em Plasma), onde as amostras tridimensionais podem ser tratadas homogeneamente. As amostras da liga de titânio são implantadas por intervalos de tempo entre 15 e 120 minutos e, posteriormente, caracterizadas pelas técnicas: espectroscopia Auger, "ball-on-disc", EDX, rugosidade e nanoindentação. Constata-se que há dificuldades na caracterização de amostras tratadas por esse processo, havendo necessidade de utilização de técnicas especiais para que se possam obter dados confiáveis sobre as características físico-químicas das superfícies tratadas. A técnica de espectroscopia Auger confirma a presença de nitreto de titânio na superfície das amostras, porém mostra que a camada modificada é delgada, com espessura em torno de 40 nm, para amostras com tratamento igual ou superior a 60 minutos de implantação. Apesar de a camada ser muito fina, verifica-se que suas propriedades mecânicas são modificadas conforme a expectativa prevista em literatura. A melhora das propriedades tribológicas fica confirmada através do ensaio esfera sobre disco ("ball-on-disc"), com o coeficiente de atrito baixando da faixa de 0,7, na amostra sem tratamento, para em torno de 0,15 - 0,2 para a amostra tratada por 45 minutos. Com auxílio da técnica de nanoindentação, observa-se que as propriedades mecânicas são melhoradas com aumento da dureza em torno de 50% em relação ao original. Esses valores estão dentro da faixa de valores obtidas por outros pesquisadores, por meio de tratamento realizado com o uso do mesmo tipo de processo de implantação iônica. A presença de nitreto de titânio na superfície da liga é também confirmada por EDX, e ainda pode-se constatar a uniformidade do processo através da microestura observada com auxílio de um MEV e da observação de rugosidade constante por todo o corpo-de-prova. Com esses resultados pode-se confirmar que o processo IIIP altera com eficiência as propriedades superficiais da liga Ti-6Al-4V como esperado, possibilitando prosseguir os estudos do seu comportamento de biocompatilidade, para futuras aplicações práticas, como almejado.

A modificação do tamanho dos poros de um material carbonoso adsorvente por infiltração química assistida à plasma de metano foi objeto deste trabalho. O processo consiste na deposição de carbono pirolítico dentro dos poros de uma amostra de carvão ativado comercial. O reator de plasma é constituído por tubo de quartzo cilíndrico com forno coaxial de 40 cm de comprimento e opera com descarga de corrente alternada. Os experimentos foram realizados com os seguintes parâmetros: pressão 133,3 Pa, fluxo de gás de 20 e 60 sccm, temperatura da parede de 720C e tempo de processamento de 3, 6, 12, 18, 24 e 30 horas. A área de superfície específica foi determinada para meso e microporos usando método de BET pela adsorção de N2 à 77K e adsorção de CO2 à 298K respectivamente. A análise dos resultados mostra um aumento da área de microporos e uma consecutiva diminuição da área de mesoporos. Este efeito pode ser observado também pela microscopia eletrônica de varredura que mostra uma diminuição nos poros detectáveis. Uma região de saturação era esperada na curva da variação na área de microporos, porém o que observou efetivamente foi um aumento neste parâmetro de maneira cada vez mais acentuada para maiores tempos de deposição. Este fato foi explicado como sendo devido à formação de carbono desordenado contendo microporos estruturais na superfície do substrato, como confirmado pela difração de Raio-X.