Este trabalho apresenta a preparação e a caracterização de materiais compósitos híbridos, chamados de Laminados Fibra-Metal (LFM), obtidos pela combinação de pré-impregnados (prepregs) de uso aeronáutico e de lâminas de alumínio adequadamente preparadas para garantir a adesão entre os componentes. Hoje, em nível mundial, a obtenção e o emprego adequado de LFM são temas atuais de estudo na área de materiais para o setor aeronáutico. Como contribuições deste estudo têm-se: (a) a preparação de LFM pela utilização de prepregs em forma tecidos, em substituição aos reforços unidirecionais, obtendo-se o Laminado de Fibra de Vidro Metal (LFVM) e o Laminado de Fibra de Carbono Metal (LFCM); (b) o tratamento superficial da lâmina de alumínio 2024 T3 Bare, pelo uso de um processo de anodização à base de ácido sulfúrico-bórico-oxálico (SBOA), e (c) o estudo do melhor procedimento para proteger regiões de corte e furação dos LMF preparados. O tratamento superficial proposto visa eliminar o Cr(VI) do tratamento convencional de anodização à base de ácido crômico (CAA), classificado como altamente poluente para o meio ambiente, tóxico e carcinogênico. Os LFM preparados pelos dois processos (SBOA e CAA) são avaliados por ensaios mecânicos (resistências à tração, impacto, cisalhamento, compressão e fadiga), de resistência à corrosão e de resistência ao fogo. Os resultados da caracterização dos LFM obtidos com alumínio tratado por SBOA mostram-se equivalentes ou superiores aos obtidos com o tratamento CAA, validando o tratamento alternativo (SBOA) proposto. Finalmente, apresenta-se uma discussão crítica que envolve as vantagens e desvantagens dos LFM processados.

Este trabalho envolve o tratamento superficial das ligas de alumínio, Al5052, Al7475 e Al2024, empregando a técnica de implantação iônica por imersão em plasma (3IP ou IIIP) de nitrogênio. Os experimentos foram executados no Laboratório Associado de Plasma do INPE usando-se os três sistemas 3IP (baixa, média e alta energia) que atualmente encontram-se em operação. A utilização do 3IP de nitrogênio nas ligas de alumínio teve como finalidade a formação de uma camada de nitreto de alumínio, AlN, que confere às ligas melhores resistência à corrosão, propriedades mecânicas e tribológicas do que o material sem tratamento. Para avaliar as propriedades das superfícies tratadas das ligas de alumínio foram realizadas medidas de polarização potenciodinâmica anódica, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopias Auger e XPS, microindentação e nanoindentação. Os experimentos de implantação iônica por imersão em plasma de nitrogênio realizados nas ligas de alumínio, utilizando energias que variaram de 2,5 a 50 keV, foram feitos buscando as condições ótimas para este tratamento nestas ligas de alumínio. A liga mais estudada e na qual foram obtidos os melhores resultados quanto à resistência à corrosão foi a liga Al5052, que apresentou na maioria das vezes densidades de corrente de corrosão bem inferiores às da liga não tratada, cerca de dez até mil vezes menores. Depois da implantação iônica de nitrogênio, as ligas apresentaram camadas nitretadas de 100 a 1000 nm de espessura que promoveram uma maior resistência à corrosão destes materiais. Com relação à dureza, este melhor desempenho não foi verificado para todos os casos estudados, devido às temperaturas atingidas durante alguns dos tratamentos 3IP terem ultrapassado 300 C, resultando no amolecimento das ligas. Entretanto, em um dos tratamentos empregando energia moderada (17,5 keV, 450 C), a camada obtida foi bastante espessa (1000 nm), devido à difusão do nitrogênio para o interior da amostra do Al5052. A formação desta camada passiva rica em nitrogênio tornou a superfície bem mais resistente à corrosão do que antes da implantação iônica.

Este trabalho tem como objetivo melhorar as propriedades superficiais da liga Ti-6Al-4V, de alto potencial de uso nas áreas aeroespacial e médica, visto que possui excelente combinação de propriedades, como alta resistência mecânica, boa tenacidade e baixa massa específica, além de notáveis características de biocompatibilidade, aliadas a uma excelente resistência à corrosão, porém, com pobres propriedades tribológicas. Visando sanar essa desvantagem, são utilizados tratamentos assistidos a plasma no desenvolvimento deste estudo. São feitos tratamentos híbridos: IIIP (Implantação Iônica por Imersão em Plasma) combinado com NP (Nitretação por Plasma), e processos simples IIIP em baixas e altas temperaturas. Para os tratamentos em altas temperaturas, o potencial de plasma é variado entre 90V e 420V. Os melhores resultados obtidos são para os tratamentos realizados a 800C e baixo potencial de plasma (PP). Uma camada modificada de 1.500 nm é medida por GDOS ("Glow Discharge Optical Spectroscopy") para amostra tratada durante 240 minutos, cerca de 15 vezes mais espessa do que amostra tratada em processo IIIP simples (sem aquecimento adicional) por 100 minutos (melhor resultado obtido nessas condições). É observado um grande aumento na sua resistência ao desgaste, com coeficiente de atrito diminuindo de um valor médio de 0,4 (amostra de referência) para cerca de 0,1 - 0,05 para amostras tratadas, o que atribui alta resistência ao desgaste. É obtido também aumento da dureza superficial, da ordem de 250% em relação à amostra sem tratamento em valores aproximados de 22 GPa (dureza do nitreto de titânio). Após os tratamentos, as amostras preservam também sua boa resistência à corrosão. Essas modificações nas propriedades da estrutura devem-se a formação de nitreto de titânio, que pode ser detectado pela técnica de difração de raios X (XRD). Além de melhoria das propriedades de desgaste do material, é comprovada a eficiência do dispositivo de aquecimento interno ao porta-amostra, para a realização de tratamentos por plasma em altas temperaturas.

Biomateriais nanoestruturados são promissores pelo fato de apresentarem similaridades com componentes nanoestruturados de matriz extracelular. Nanotubos de carbono de múltiplas paredes (MWCNT) possuem um grande potencial para aplicações biomédicas devido às suas propriedades únicas, tais como, condutividade elétrica, alta estabilidade química, alta resistência mecânica e facilitação para incorporação de grupos funcionais para produção de arcabouços para sustentação celular. Os objetivos deste trabalho são: 1) crescimento de MWCNT alinhados sobre diferentes substratos bidimensionais (silício, vidro e titânio) e tridimensional (fibras de carbono) usando deposição química via fase vapor (CVD) assistido por microondas; 2) modificação superficial de MWCNT verticalmente alinhados usando tratamento a plasma CVD por corrente DC pulsada; e 3) testes de biocompatibilidade in vitro. São avaliadas influência do tipo do catalisador, a densidade dos MWCNT e as modificações superficiais foram avaliadas. Foram mostradas as interações dos MWCNT alinhados e quatro linhagens de células (L-929, C57/BL6, C57/BL6-GFP e SaOS-2). A não toxicidade, viabilidade celular, proliferação e adesão celular são avaliadas por: (1) teste de brometo de 3-[4,5-dimetiltiazol-2-il) 2,5 difeniltetrazolio; (2) teste de liberação de lactato desidrogenase; (3) teste de incorporação do vermelho neutro; (4) técnica de microscopia eletrônica de varredura; e (5) testes de microscopia de fluorescência. As estruturas de MWCNT alinhados revelaram que um íntimo contato entre as estruturas das células e a nanotopografia é decisiva para garantir a bioatividade e eficiência no crescimento e espalhamento celular sem produzir efeitos citotóxicos. A superhidrofilicidade é fundamental para acelerar as ligações celulares estimulando a proliferação, e consequentemente, formando rapidamente monocamadas celulares, se comparados às superficies hidrofóbicas. Estes resultados de eficiência no espalhamento, crescimento e proliferação celulares apresentados pelos MWCNT alinhados são muito importantes para o desenvolvimento de nanobiomateriais em regeneração de tecidos.

A utilização de borracha na indústria aeroespacial é referida principalmente como proteção térmica para mísseis e motores foguete, porém, o desafio tecnológico que ainda persiste, é obter níveis de adesão satisfatórios aos materiais poliméricos usados como adesivos ou combustíveis sólidos. Atualmente a borracha mais usada para este fim, no programa espacial brasileiro, é a borracha nitrílica (NBR). Neste trabalho, optou-se por se trabalhar com a borracha de etileno-propileno-dieno-monomero (EPDM), por apresentar inúmeras vantagens sobre a NBR. O EPDM sendo mais leve, não produzindo NOx durante a queima do combustível sólido e possuindo custo menor, em relação ao NBR, torna-se atrativo nestas aplicações, porém, sua capacidade adesiva ao propelente sólido é inferior ao obtido pela borracha NBR. Entre as maneiras existentes para se resolver este problema, destaca-se a tecnologia de plasmas por possibilitar a modificação da superfície dos polímeros sem alterar suas propriedades de volume. Neste trabalho foram utilizados plasmas de micro-ondas (2,45GHz) para o tratamento superficial da borracha EPDM, modificando os parâmetros do sistema - pressão interna, fluxo e proporção dos gases H2, N2 e Ar e tempo de tratamento. Os processos a plasma de N2 foram realizados com fluxo de 5 sccm e pressão de 150 mTorr (20 Pa), variando-se o tempo de tratamento de 10 a 300 segundos, com o intuito de verificar o tempo ótimo no qual as propriedades de superfície eram maximizadas. Para os processos a plasma das misturas N2/Ar, variaram-se os fluxos totais de gases, de 25 a 100 sccm, e as proporções dos gases nas misturas, em 2:1, 1:1 e 1:2, a uma pressão de 250 mTorr e tempo de 120 segundos. Por fim, os processos a plasma de misturas de H2/N2/Ar, dotou-se das condições otimizadas nos processos com N2 e N2/Ar variando-se a concentração de hidrogênio de 33 a 90 % na mistura com o N2/Ar (1:1) a 50 sccm de fluxo total. Os parâmetros da descarga foram otimizados quanto às características de molhabilidade da superfície da borracha EPDM com o auxílio da técnica de goniometria. A microscopia de força atômica (AFM) e a espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) foram utilizadas para dar embasamento aos resultados nos tratamentos a plasma.

Este trabalho visa avaliar a possibilidade da utilização de um laser de CO2 de 50 W para realizar o tratamento térmico superficial do aço AISI M2. Para minimizar a reflexão do aço ao feixe de luz incidente, aplicou-se na superfície do aço, uma fina camada de grafita que atua como um absorvedor da radiação incidente, e em seguida, transfere parte do calor absorvido a superfície do aço. As alterações micro-estruturais, ocorridas no aço, em conseqüência da troca térmica com a grafita, foram avaliadas através de microscopia ótica (MO) e análise de microdureza (Hv). Por MO, observou-se na secção transversal da região tratada por laser, à presença de uma camada mais clara que o núcleo da amostra, com espessura da ordem de 40 micrometros e por Hv constatou-se que esta camada apresenta uma dureza cerca de 30% maior que as regiões sem tratamento com o laser. Utilizando-se um difratômetro de raios X (DRX) avaliou-se as transformações de fase decorrentes do aquecimento e resfriamento rápido do aço. Por meio de ensaios tribológicos sobre o revestimento de grafita, após a irradiação com o laser, observou-se que o coeficiente de atrito foi reduzido em cerca de 70%.

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.

Neste trabalho a polianilina (PAni) foi sintetizada quimicamente em ácido clorídrico (PAni-HCl) e ácido fórmico (PAni-HCOOH). A PAni-HCl foi submetida a uma desdopagem em hidróxido de amônio (NH4OH), obtendo a correspondente base esmeraldina (PAni-NH4OH). Análises termogravimétricas (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC) foram utilizadas para estudar a estabilidade térmica das polianilinas dopadas e desdopadas sintetizadas. Em atmosfera inerte e temperaturas elevadas (temperaturas > 350 C), a estabilidade térmica das polianilinas dopadas (PAni-HCl e PAni-HCOOH) é menor do que a da PAni-NH4OH, enquanto que em atmosfera oxidativa o polímero desdopado perde massa muito mais rapidamente do que os polímeros dopados. As análises de DSC em atmosfera inerte permitem afirmar que o número de processos que ocorrem durante o aquecimento dos polímeros assim como a complexidade dos mesmos é bem maior nas PAnis dopadas do que na PAni desdopada. Espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e espalhamento Raman foram utilizadas para investigar as composições e estruturas das polianilinas dopadas e desdopadas e do filme em multicamadas depositado sobre superfícies da liga AA2024. Os resultados dos espectros de FTIR mostram que o grau de oxidação na PAni-HCOOH é um pouco menor do que aquele da PAni-HCl. Os resultados de Raman permitem afirmar que todas as polianilinas obtidas neste trabalho apresentam segmentos de estrutura bipolarônica na cadeia polimérica, entretanto a quantidade desses segmentos é maior na PAni-HCOOH e maior ainda no filme em multicamadas PVSS / PAni. A polianilina desdopada (PAni-NH4OH), foi dissolvida/re-dopada em solução aquosa de ácido fórmico e a PAni (PAni-HCOOH), um policátion e Poli (Vinil-Sulfonato de Sódio) (PVSS) um poliânion, foram utilizados para a formação de filmes com um número n= 0, 1, 5, 8-10 e 15 bicamadas PVSS / PAni na superfície da liga AA2024, utilizando a técnica camada por camada. A corrosão das superfícies da liga AA2024 revestidas com diferentes números de bicamadas foi investigada em soluções aquosas de NaCl 0,1 mol L-1 usando as técnicas de polarização, cronoamperometria e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Superfície revestida com 08 bicamadas automontadas apresentou maior resistência à corrosão no meio contendo cloreto. A capacitância dos filmes contendo 10 bicamadas automontadas é maior do que a dos filmes contendo 08 bicamadas e a resistência de transferência de carga (RCT) das superfícies revestidas com filmes de 10 bicamadas automontados é menor do que a com filmes de 08 bicamadas automontadas. Os modelos propostos de circuitos elétricos equivalentes são adequados para explicar o comportamento das superfícies da liga AA2024 com e sem revestimentos. Adicionalmente, os filmes automontados com 08 bicamadas recobrindo a superfícies da liga AA2024 apresentam muitos buracos, enquanto que os filmes compostos por 10 bicamadas automontadas são mais homogêneos, mas apresentam rachaduras profundas. A morfologia dos filmes em multicamadas formados sobre as superfícies da liga de alumínio foi investigada utilizando microscopia eletrônica de varredura (MEV). Perfilometria óptica também foi utilizada para investigar a morfologia e medir a espessura dos filmes em multicamadas formados sobre a liga de alumínio. As superfícies da liga AA2024 recobertas com 08 bicamadas de PVSS / PAni são bastante uniformes e rugosas e a espessura do filme com este numero de bicamadas de PVSS / PAni é cerca de 200 nm.

Um processo de extrusão de baixo custo e sem passivo ambiental do polímero de PoliAcriloNitrila (PAN) só recentemente foi viabilizado pela utilização do plastificante 1,2,3-propanotriol. A caracterização de fibras e filmes, obtidos por esse processo inovador, foram objeto de estudo no presente trabalho. A obtenção de fibras de PAN pelo processo de extrusão mostra potencial na redução de custo como precursor de fibras de carbono, em relação ao processo via fiação a úmido utilizado atualmente. As fibras de PAN foram submetidas a tratamento térmico na faixa de 200C até 300C, correspondente ao processo de estabilização/oxidação desse polímero, que é etapa limitante no processo de obtenção de fibras de carbono. Foram utilizadas na caracterização as técnicas de espectroscopia, análise térmica e microscopia. Os resultados mostraram que o processo de estabilização/oxidação das fibras de PAN extrudada foram coerentes com outros trabalhos que estudaram esse material, conformado por outros processos de fiação. De forma similar, filmes de PAN obtidos por extrusão em condições equivalentes, foram submetidos a tratamentos em plasma de micro-ondas gerados a baixa pressão, para modificação de propriedades adesivas. A viabilização de filmes de PAN de baixo custo possibilita a utilização do polímero como componente de filmes multicamadas. Foram caracterizados os ângulos de contato dos filmes sem tratamento e com tratamento a plasma em atmosfera de nitrogênio e de argônio. O cálculo do trabalho de adesão foi efetuado por meio da equação de Young-Dupré. A energia superficial foi calculada pela média harmônica e média geométrica, utilizando a técnica de dois líquidos propostos por Fowkes e Wu. Os resultados mostraram que tanto para os processos a plasma de nitrogênio quanto para o processo a plasma de argônio, ocorreram mudanças na atividade superficial, com aumento da molhabilidade da superfície do filme polimérico.

Sistemas mecânicos propulsivos, como as turbinas a gás estacionárias, operam em elevadas pressões (da ordem de 30 atm) e temperaturas (800C). Estes dois parâmetros são fundamentais no rendimento de motores térmicos que hoje exige uma demanda em aumentar e melhorar as condições destes motores para operarem em regimes de temperatura e pressão ainda mais elevados. Neste tipo de motores (turbinas a gás) coexistem sofisticados sistemas de refrigeração e revestimentos do tipo barreiras térmicas, as assim chamadas TBCs, os quais permitem que as superligas que compõem os componentes do motor possam responder adequadamente às solicitações mecânicas e térmicas durante a operação da turbina. A utilização dos revestimentos de barreiras térmicas, em conjunto com sistemas de refrigeração, permite que estes engenhos operem em temperaturas acima da temperatura de fusão de alguns dos metais das superligas que compõem os elementos do motor, que são da ordem ou superiores a 250C. Como exemplo pode-se citar os primeiros estágios de palhetas de turbinas de alta pressão. Além disso, o emprego destas barreiras térmicas, reduzem a temperatura de trabalho do metal, e como resultado há um aumento da vida útil dos componentes do motor . Durante a operação, as palhetas das turbinas a gás são expostas a tensões térmicas e processos de oxidação e corrosão a altas temperaturas pelos gases provenientes da câmara de combustão do motor. Para proporcionar proteção contra a oxidação e corrosão das super ligas que compõem estas palhetas, entre outros componentes do motor, são aplicadas barreiras térmicas sob a forma de depósitos de filmes finos ou, de outra forma, interdifusão metálica. Por exemplo, a difusão de alumínio metálico na superliga é atualmente um dos processos mais empregados na formação desta barreira tendo sido estimado que o produto da reação do alumínio com o níquel da superliga, denominado Aluminide, é utilizado em cerca de 80% dos perfis aerodinâmicos destes motores revestidos. Os componentes mecânicos destas turbinas são ligas de titânio, denominadas superligas. Estas ligas contém níquel em sua estrutura que reagem com o alumínio formando NiAl. Aumentando, desta forma, a atividade do alumínio, que é o elemento fonte para a camada protetora de alumina (Al2O3) na superfície do componente da turbina. Convencionalmente, a difusão do revestimento do aluminide é formada pelo processo de cementação em caixa, onde um pacote contendo alumínio metálico, finamente dividido (pó), reage à alta temperatura com o próprio componente da superliga (Ni). Normalmente, forma-se um revestimento exterior a região inter-metálica ?-NiAl e uma inter-difusão na região de interface do revestimento/substrato. O objetivo deste trabalho de pesquisa consiste em investigar os benefícios da aplicação de duas camadas de revestimento do tipo difusão de alumínio pela superliga nas palhetas de alta pressão de turbinas aeronáuticas com o propósito de reforçar a resistência das ligas formadas, a base de níquel, aos processos de oxidação e a corrosão à altas temperaturas e pressão, e desta forma, estimar a vida útil destes motores aeronáuticos. Como resultado, observou-se que a duplicação da espessura da barreira térmica em amostras de aerofólios a base de uma liga denominada IN-738, submetidas a teste de vôo em um mesmo motor, retiradas para análise após 25.000 horas de operação, praticamente não houve corrosão da peça. O aerofólio assim revestido não apresentou formas de desgaste na sua superfície, apesar de ter apresentado uma diminuição da espessura.