Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Mecânica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação dos Professores Doutores António Paulo Monteiro Baptista e Maria Estela M. F. Pereira

Compósitos desenvolvidos a partir da incorporação de rejeitos industriais além de serem mais uma opção disponível às mais diversas aplicações, podem promover a redução de passivos ambientais gerados durante anos. Visando atender à essas questões, foram desenvolvidos compósitos com matriz de resina epóxi carregados com rejeito de scheelita nas proporções de 1%, 5%, 10%, 20 % e 30%. Para tanto, o rejeito de scheelita foi, inicialmente, caracterizado por meio de FRX, DRX e MEV. Já a resina epóxi foi analisada por meio de FTIR antes e após a cura. Duas condições de cura foram adotadas para a confecção dos corpos de prova, uma realizada somente a temperatura ambiente e outra executada à temperatura ambiente com uma etapa de pós cura térmica realizada a 80°C por 5 horas. Os corpos de prova foram moldados por casting em molde de silicone e as proporções foram calculadas em volume. A massa específica dos compósitos foi determinada. Para caracterizar o desempenho mecânico das composições foram realizados ensaios de tração e ensaios de dureza os quais evidenciaram que as frações de carga mineral influenciam positivamente o módulo de elasticidade e a dureza e afetam negativamente a resistência à tração. Os parâmetros Ra, Rq e Rz foram medidos e considerados na caracterização do acabamento superficial. Ensaios de deslizamento com a configuração pino contra disco foram realizados para caracterizar o desempenho tribológico dos compósitos que geraram respostas de coeficiente de atrito e profundidade da trilha do desgaste. Os corpos de prova em forma de disco foram confeccionados com os diferentes compósitos e como pinos foram utilizadas esferas de aço AISI 52100. O compósito com 10% de carga apresentou o melhor desempenho tribológico com coeficiente de atrito variando entre 0,1 e 0,4 e profundidade da trilha do desgaste entre 25 e 50 µm. As imagens de MEV realizadas nas superfícies de ruptura dos corpos de prova de tração e nas superfícies desgastas dos discos utilizados nos ensaios pino contra disco revelaram desprendimento de material e partículas soltas sugerindo baixa adesão interfacial carga/matriz. De modo geral, as respostas obtidas estão de acordo com o que expressa a literatura. / Composites that incorporate industrial waste are an option for a wide range of applications and can also reduce the environmental passive generated over years. To address these issues, composites of epoxy resin loaded Scheelite Tailings in proportions of 1%, 5%, 10%, 20% and 30% were developed. For this, the Scheelite Tailings was characterized by XRF, XRD and SEM. The epoxy resin was analyzed by FTIR before and after curing. Two curing conditions were used for the preparation of the test specimens, at ambient temperature and the other at room temperature with a post-curing step at 80 ° C for 5 hours. The specimens were molded by casting in silicone mold and the proportions were calculated by volume. The specific mass was determined. The mechanical performance of the compositions was characterized by tensile and hardness tests which, the results showed that the mineral filler fractions generate positive effect on the Young\'s modulus and hardness and negative effect on the tensile strength. The parameters Ra, Rq and Rz were measured and considered as characterization of the surface finishing. Sliding tests with the pin on disk configuration were performed to characterize the tribological performance of the composites that generated friction coefficient responses and depth of the wear track. The disk specimens were made with the different compositions and the pins were AISI 52100 steel balls. The composite with 10% of scheelite tailings presented the best tribological performance with coefficient of friction varying between 0.1 and 0.4 and depth of the wear track between 25 and 50 50 µm. The SEM images performed on the tensile test specimen rupture surfaces and on the wear surfaces of the disks used in the pin to disk tests indicate release of material and loose particles suggesting low interfacial adhesion of mineral filler/matrix. In general, the answers obtained are in agreement with what is expressed in the literature.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-11-22T20:52:06Z No. of bitstreams: 1 AnaEmiliaDinizSilvaGuedes_TESE.pdf: 9494896 bytes, checksum: 3ab916a68a0925f9bdd33da14e59c06b (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-11-23T23:34:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 AnaEmiliaDinizSilvaGuedes_TESE.pdf: 9494896 bytes, checksum: 3ab916a68a0925f9bdd33da14e59c06b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-23T23:34:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AnaEmiliaDinizSilvaGuedes_TESE.pdf: 9494896 bytes, checksum: 3ab916a68a0925f9bdd33da14e59c06b (MD5) Previous issue date: 2017-03-14 / A obten??o de nanomateriais com propriedades espec?ficas para aditiva??o de ?leo para lubrificante industrial ainda ? um desafio, mas tem gerado expectativas que podem minimizar problemas de cunho tribol?gico, onde o atrito e o desgaste s?o os principais respons?veis por falhas em equipamentos e m?quinas. O objetivo desta tese foi determinar condi??es ?timas de s?ntese de nanopart?culas via micro-ondas para gerar nanopart?culas de ?xidos de ferro com propriedades caracter?sticas para serem aplicadas a lubrificantes. Para tanto, variou-se pot?ncia e tempo de s?ntese em tr?s niveis, para avaliar suas influ?ncias nas propriedades f?sico-qu?micas das nanopart?culas. A caracteriza??o das nanopart?culas foi realizada por DRX, MEV, MET, SAXS, UV-vis, FTIR e PPMS. Ap?s a caracteriza??o, foram selecionadas as nanopart?culas que apresentassem morfologia com tend?ncia esf?rica, que n?o sofreram oxida??o ap?s a s?ntese, resultando em fases mais est?veis do ?xido de ferro. Ap?s a aditiva??o destes ?xidos em uma base lubrificante, avaliou-se o desempenho tribol?gico deste ferrofluido atrav?s de trib?metro esfera sobre disco na presen?a e aus?ncia de um campo magn?tico fixo e constante. As an?lises tribol?gicas do a?o e o desempenho do lubrificante foram realizados atrav?s do coeficiente de atrito e caracteriza??o do desgaste do disco atrav?s do MEV. O processo de s?ntese das nanopart?culas estudado se mostrou eficiente e mais r?pido que as tradicionais, com caracter?sticas superparamagn?ticas e tamanho de gr?o abaixo de 15 nm. Percebeu-se ainda a exist?ncia de uma correla??o entre o tamanho de gr?o e tempo de s?ntese, e que estes nano-?xidos permaneceram est?veis ? oxida??o ao final do processo. O recobrimento e uso de dispersante permitiu obter solu??es est?veis. As SPIONS (nanopart?culas superparamagn?ticas), como aditivos, tiveram bom comportamento antidesgaste e redutor do atrito, podendo ser comparadas a um lubrificante comercial, tendo resultados superiores quando o nanolubrificante ? exposto a um campo magn?tico fixo. / The obtaining of nanomaterials with specific properties for additivation of oil for industrial lubricant is still a challenge, but there are some expectations that may minimize tribological problems, which are primarily responsible for failures in equipment and machinery. The purpose of this thesis is to determine the optimal conditions for synthesis of these nanoparticles by microwaves, which generate nanoparticles of iron oxides with specific properties to be applied to lubricants. For this, power and time of synthesis were varied in 3 levels to evaluate their influence on the physicochemical properties of the nanoparticles. The characterization of the nanoparticles was performed by XRD, SEM, TEM, SAXS, UV-Vis, FTIR, VSM and PPMS. After characterization, the nanoparticles that presented morphology with a spherical tendency and which did not undergo oxidation after synthesis were selected, resulting in more stable phases of iron oxide. After the addition of these oxides in a lubricant base, it was evaluated the tribological performance of this ferrofluid through tribometer sphere on disk in the presence and absence of a fixed and constant magnetic field. The tribological analyzes of the steel and the performance evaluation of the lubricant were performed through wear characterization on the disc via SEM and considering the coefficient of friction during the tests, respectively. The nanoparticle synthesis process was more efficient and faster than traditional nanoparticles with superparamagnetic characteristics and grain size below 15 nm. It is further noticed the existence of a correlation between grain size and time syntheses. Also, the nano-oxides remained stable upon oxidation at the end of the process. The coating and the usage of dispersant resulted in stable solutions. SPIONS (superparamagnetic nanoparticles) as additives had anti-wear and friction-reducing behavior, although it varied with the type of sample, quantity of the additive and presence or absence of the magnetic field. Although some SPIONS presented as additives have good anti-wear and friction-reducing behavior, it can be compared to a commercial lubricant, having better superior results when the nanolubrifier is exposed to a fixed magnetic field.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RicardoCSR_DISSERT.pdf: 2528884 bytes, checksum: 9966cb710cbaa37dcf31b5576ecca1d8 (MD5) Previous issue date: 2012-03-02 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Interstitial compounds of titanium have been mainly studied due to the large range of properties acquired when C, N, O and H atoms are added. In this work, surfaces of TiCxNy were produced by thermochemical treatments assisted by plasma with different proportions of Ar + N2 + CH4 gas mixture. The Ar gas flow was fixed in 4 sccm, varying only N2 and CH4 gas flows. During the thermochemical treatment, the plasma was monitored by Optical Emission Spectroscopy (OES) for the investigation of the influence of active species. After treatments, C and N concentration profile, crystalline and amorphous phases were analyzed by Nuclear Reaction (NRA). Besides tribomechanical properties of the Ti surface were studied through the nanohardness measurements and friction coefficient determination. The worn areas were evaluated by profilometry and Scanning Electronic Microscope (SEM) in order to verify the wear mechanism present in each material. It has been seen which the properties like nanohardness and friction coefficient have strong relation with luminous intensity of species of the plasma, suggesting a using of this characteristic as a parameter of process / Compostos intersticiais de tit?nio t?m sido extensivamente estudados devido ? larga faixa de propriedades adquiridas quando ?tomos de C, N, O e H s?o adicionados. Neste trabalho, superf?cies de TiCxNy foram produzidas por tratamento termoqu?mico auxiliado por plasma de diferentes misturas de N2 + Ar + CH4. Foi fixado o fluxo de Ar em 4 sccm variando-se os fluxos de N2 e CH4. Durante o tratamento termoqu?mico, o plasma foi monitorado por EEO para investiga??o da influ?ncia das esp?cies ativas. Ap?s o tratamento, as superf?cies das amostras foram analisadas quanto ao perfil de concentra??o de C e N, fases cristalinas e fases amorfas. Tamb?m foram analisadas suas propriedades tribomec?nicas atrav?s da medida de nanodureza e da determina??o do coeficiente de atrito. As ?reas desgastadas foram avaliadas por perfilometria e microscopia eletr?nica de varredura (MEV) com o intuito de verificar os mecanismos de desgastes presentes em cada material. Verificouse que propriedades como dureza e coeficiente de atrito variavam com a intensidade das esp?cies, sugerindo o uso da mesma como par?metro de processos a plasma

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-08-16T20:26:42Z No. of bitstreams: 1 EugenioTeixeiraDeCarvalhoFilho_DISSERT.pdf: 4411663 bytes, checksum: c31df765bfc883e390c47117c02fd66e (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-08-18T21:02:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 EugenioTeixeiraDeCarvalhoFilho_DISSERT.pdf: 4411663 bytes, checksum: c31df765bfc883e390c47117c02fd66e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-18T21:02:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EugenioTeixeiraDeCarvalhoFilho_DISSERT.pdf: 4411663 bytes, checksum: c31df765bfc883e390c47117c02fd66e (MD5) Previous issue date: 2015-01-20 / As micro deforma??es causam a varia??o da dist?ncia entre os ?tomos da rede cristalina decorrentes do carregamento c?clico ? uma das formas de irreversibilidade de um material. Com o objetivo de estudar e entender o comportamento do material este trabalho verificou a influ?ncia sofrida pelas tens?es residuais em pistas de rolamentos axiais, fabricados em a?o AISI 52100, ap?s ensaios por contato c?clico de rolamento em um trib?metro a 1 m/s, sob duas press?es de contato (500 MPa e 1400 MPa) em condi??es seca e regime de lubrifica??o lim?trofe. Foram desenvolvidos procedimentos de ensaios isolados termo acusticamente para o monitoramento dos sinais de temperatura de contato e n?vel de press?o sonora para estabelecer um comparativo entre as medidas de tens?o residual, microdureza Vickers e registros microgr?ficos buscando um indicativo da evolu??o do desgaste. O m?todo Sen?? atrav?s t?cnica de difratometria de Raios X foi usado para quantificar as tens?es residuais. Tr?s zonas da pista de rolamento foram selecionadas para a avalia??o do desgaste e da morfologia da superf?cie ap?s ciclagens pr?-determinadas, comparando-as com a sua condi??o nova ("como recebido"). Medidas de microdureza e tens?o residual apresentaram varia??es significativas ap?s os ensaios e foi poss?vel observar a rela??o entre o incremento da press?o sonora e a tens?o residual para os ensaios com contato conforme seco e lubrificado. / The micro-deformations caused by cyclic loading origins the variation of the distances between atoms of the crystal lattice producing the irreversible component. In order to study and understand the microstructural behavior of the material this paper investigated the influence suffered by residual stresses in thrust rolling bearing races fabricated in AISI 52100 steel, after tests by cyclic rolling contact in a tribometer at 1m/s under two contact pressures (500 MPa and 1400 MPa) in dry and boundary lubrication conditions. Procedures of tests thermo-acustically isolated were developed for monitoring the contact temperature and sound pressure level signals to establish a comparison between the residual stress measurements, micro-hardness Vickers and micrographic registers searching an indication of wear evolution. The sin?? method by X-ray diffraction technique was used to quantify the residual stresses. Three raceway zones were selected for the evaluation of wear and surface morphology after predetermined cycling, comparing with their new condition ("as received"). Micro-hardness and residual stress measurements showed significant changes after the tests and it was possible to observe the relationship between the increase of sound pressure level and the residual stress for dry and lubricated conditions.

Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Coorientador: Sandro Donnini Mancini / Banca: Gilberto de Magalhães Bento Gonçalves / Banca: Carlos Alberto Fortulan / Resumo: Embora os materiais poliméricos têm sido empregados na indústria como alternativa na substituição de outros materiais, por apresentarem vantagens como redução de custo e peso do produto, ainda há questões que limitam a sua utilização. Uma das principais questões enfrentadas é o comportamento tribológico destes materiais. Este trabalho visa o estudo do comportamento tribológico de desgaste dops compósitos terroplásticos de engenharia: Poli (amida-imida) com fibra de carbono e PTFE, Poli (amida-imida) com grafite e PTFE, Poli (éter éter cetona) com fibra de carbono e PTFE, Poli (aril éter cetona) com fibra de carbono e de um polímero termofixo a base de resina fenólica, com fibra de vidro e carga mineral contra o aço à seco. Para a avaliação da resistência ao desgaste foi utilizado o método de esfera sobre a placa. A influência da carga aplicada e da distância de deslizamento foi avaliada. Esferas de aço SAE52100 (100Cr6) foram utilizadas como contra corpos. Antes dos ensaios a dureza, a densidade e as características térmicas dos compósitos poliméricos foram analisadas. Para avaliação do contra corpo metálico, foi realizado um ensaio metalográfico e medições de dureza. Após a elaboração dos corpos de prova, os valores de rugosidade foram obtidos para avaliar a padronização das superfícies. As dimensões das crateras após os ensaios de desgaste foram identificadas através de microcospia óptica. Os mecanismos de desgaste foram observados por meio de microscopia eletrônica de varredura e a composição química foi verificada após o ensaio tribológico por espectrometria de energia dispersiva. No geral, os resultados revelaram que os compósitos termoplásticos apresentaram melhor desempenho tribológico frente ao termofixo, com redução do volume desgastado de 60% a 99%, aproximadamente / Abstract: While polymeric materials have been used in industry as an alternative for the substitution of other materials, because they have advantages such as cost and weight reduction of the product, there are issue that limit their use. One of the major issues facing is the tribological behavior of these materials. This dissertation aims to study the tribological behavior of engineering thermoplastics composites: Poly (amide-imide) with carbon fiber and PTFE, Poly (amide-imide) with graphite and PTFE, Polly (ether ether ketone) with carbon fiber and PTFE, Poly (aryl ether ketone) with carbon fiber and a thermosetting composite based on phenolic resin with glass fiber and mineral filler against steel in dry condition. To evaluate the wear resistance, the method used was the ball cratering. Tests were performed without the presence of lubricants. The influence of the applied load and the sliding distance was measured. In all essays steel balls of SAE52100 (100Cr6) were used as counter bodies. Before testing, the hardness, density and thermal characteristics of the polymeric composites were analyzed. For evaluate the metallic counter face, metallographic essay was carried out and hardness measurements were done. After the preparation of tests speciments the surface roughness were measured, to ensure standardization of the surfaces. The size of the craters made up with the wear tests were identified by optical microscopy. The wear mechanisms were observed by scanning electron microscopy and chemical composition was observed after the tribological test by energy dispersive spectrometry. Overall, the results revealed that thermoplastic composities showed 60% to 99%, approximately on the volume removed / Mestre

Investigam-se no presente trabalho as relações entre a composição superficial e as propriedades mecânicas e tribolõgicas de aços carbono implantados com nitrogenio. Os resultados dos testes de propriedades mecanicas e tribolõgicas foram extraídos da literatura. A análise da composição su perficial fdi realizada através da espectroscopia Wissbauer de elétrons de conversão (CEMS) e de raios-X de conversão (CXMS). Recozimentos em alto vácuo foram realizados para simular o aumento de temperatura nos processos tribolõgicos reais. Os resultados obtidos mostram que hã uma tendência para pre cipitação de carbonitretos de ferro, finamente distribuídos, em aços carbono implantados com nitrogénio. A quantidade de carbono pré-existente desempenha um papel relevante nessa tendência. Mostra-se que a melhoria das propriedades mecânicas e tribo lOgicas de aços carbono implantados com nitrogenio e fundamentalmente devida ao mecanismo de endurecimento por precipitação. Mostra- se também que a persistencia do efeito protetor em profundida des muito maiores do que a camada implantada, está associada com a difusão do nitrogenio liberado pela decomposição térmica dos com postos superficiais. / The relationships between the surface composition and the mechanical and tribological properties of carbon steels implanted with nitrogen were investigated. The results from the mechanical and tribological tests were extracted from the literature. The surface composition analysis was. performed with the conversion electron and X-ray Mdssbauer spectroscopy (CENS and CXMS). Thermal annealing was performed in high vacuum, in order to simulate the temperature increase in real tribological processes. The obtained results shown the tendency to iron carbonitrides precipitation, finely dispersed, induced by nitrogen implantation into carbon steels. The amount of carbon pre-existent plays a relevant rõle in this trend. It is shown that the improved mechanical and tribological performance of nitrogen-implanted carbon steels are mainly due to the precipitation hardening mechanism. It is shown also that the persistence of the protective action at greater depths is associated with the in-diffusion of nitrogen released by thermal decomposition of the compounds formed at the surface.

Sistemas de freio automotivos são frequentemente suscetíveis a gerarem ruídos de alta frequência como resultado de uma vibração autoexcitada. Este fenômeno é genericamente nominado squeal noise e constitui o tema de diversos estudos publicados com o intuito de identificar e descrever seu mecanismo de excitação e de propor alternativas para evitar sua ocorrência. Um ponto fundamental que ainda não foi completamente explorado sobre a geração de tal fenômeno constitui-se da relação entre as propriedades do material de fricção e a propensão à ocorrência de squeal noise. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um número adimensional obtido através de análise dimensional (teorema de Buckingham) capaz de relacionar a ocorrência de squeal noise as quatro principais propriedades dos compósitos de fricção: dureza, tamanho de partícula e concentração do abrasivo utilizado na formulação, além de sua compressibilidade. Resultados experimentais foram obtidos a partir de ensaios desenvolvidos com seis diferentes materiais de fricção nos quais a concentração ou dureza ou tamanho de partícula foi alterada de modo a oportunizar a identificação do impacto destas variáveis sobre a ocorrência de squeal noise. A ocorrência de ruídos foi verificada através da aplicação de um método de ensaio em dinamômetro inercial especialmente desenvolvido a um conjunto de amostras dos materiais de fricção moldados a pastilhas de freio e aplicados a um sistema de freio a disco convencional. Os resultados obtidos validaram o número adimensional proposto (índice de excitação 2) na medida em que foi possível estabelecer sua relação com a ocorrência de ruídos verificada experimentalmente através de uma equação logarítmica (R²=0,9). Foi estabelecida também uma relação entre o aumento do coeficiente de atrito, em função da redução da velocidade de escorregamento, e o aumento da ocorrência de squeals. Uma breve investigação a respeito da relevância da rigidez de contato sobre o comportamento vibroacústico do sistema de freio também é conduzida, tendo sido demonstrado que o aumento da magnitude desta propriedade reduz a ocorrência de ruídos do tipo squeal. / Automotive brake systems are very often susceptible to generate high frequency noise as a result of a self excited vibration. This phenomenon is generically nominated brake squeal noise and is the subject of many studies which intend to identify and describe its exciting mechanism and to propose counter measures to avoid its occurrence. One key subject yet to be explored about squeal noise generation is the relation between friction material properties and its occurrence propensity. This work presents the development of an adimentional number obtained by dimensional analysis (Buckingham theorem) capable to relate the squeal noise occurrence with four main properties from the friction composite: abrasive hardness, particle size and concentration and also its compressibility. Experimental results were obtained by testing six different friction material formulations, in which the concentration of abrasive or its hardness or its particle size was altered in order to explore the impact of these variables on the squeal noise occurrence. The noise generation was accessed by testing the friction materials molded to brake pads using a standard disc brake system in an inertial dynamometer under a specially developed test procedure. The obtained results validated the proposed adimentional number (excitation index 2) since was possible to establish a logarithmic equation (R²=0,9) relating it to the squeal noise occurrence verified on the conduced tests. It was also established a relation between the friction coefficient increase, as a function of the sliding speed reduction, with the increase on squeal noise occurrence. A brief investigation about the relevance of the contact stiffness to the vibroacustic behavior of the brake systems was developed, showing that higher values of this property can reduce the squeal noise generation.

acarretar em uma série de fenômenos que irão desgastar ambas. O emprego de conceitos tribológicos de forma a reduzir a taxa de desgaste nas superfícies de ferramentas e melhorar o acabamento superfícial de peças produzidas fez com que tratamentos superficiais e revestimentos. Entre os tratamentos superficiais, um dos mais aplicados é a nitretação a plasma, que consiste em criar uma camada de nitretos, aumentando a dureza e resistência ao desgaste do material, podendo ele ser feito com corrente direta (método convencional) e gaiola catódica, um método deenvolvido para reduzir as heterogeneidades. Dureza e resistência ao desgaste são conceitos normalmente confundidos, mas há uma série de outros parâmetros que devem ser considerados, como o aspecto topográfico da superfície. Alguns pesquisadores concluíram que a superfície nitretada com gaiola catódica possuía um aspecto lisoe não atacada por bombardeamento iônico como a nitretada via processo convencional. Este trabalho comparou diferentes parâmetros de nitretação a plasma, caracterizando não só a superfície através de medições de microdureza Vickers e rugosidade superficial média, como também o desgaste através da formação de diferentes pares tribológicos com materiais metálicos (alumínio, aço inoxidável e aço baixo carbono), através de técnicas de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. Foi possível concluir que camadas nitretadas com menor rugosidade superficial pós-tratamento associadas a um incremento de dureza superficial reduziram o coeficiente de atrito do sistema tribológico, além disso, foi evidente a redução de material aderido na superficie nitretada com gaiola catódica para as esferas de aço inoxidável e alumínio. / The mechanical contact between two surfaces and its relative movement promotes a range of phenomena that will causes wear in both materials. The use of tribological concepts to reduce wear rate on tool surfaces and improve the surface finish of pieces produced brought the development of surface treatments and coatings. Between the surface treatments, plasma nitriding is one of the most applied, which consists in the creation of a nitrided layer that improves surface hardness and wear resistance, it may be carried out by direct current (conventional) or cathodic cage, a method developed to reduce heterogeneities. Hardness and wear resistance are concepts often related, but there are other parameters to be considered, as the surface topography. Some researchers showed that the cathodic cage plasma nitrided surface is smooth and non-attacked by sputtering as the direct current plasma nitrided surface. This work compared different plasma nitriding parameters of the AISI M2 tool steel, characterizing the surface by Vickers microhardness and average roughness and the wear by the creation of different tribopairs with metallic materials (aluminum, stainless steel and low carbon steel) using optical microscopy and scanning electron microscopy techniques. The plasma nitrided surfaces with smaller surface roughness obtained lower friction coefficient for its tribological systems, besides that, it was evident the smaller material adhesion on the cathodic cage plasma nitrided surface for the tribopairs created with the aluminum and stainless steel.

Estudos recentes mostram que o cobre oriundo do desgaste de materiais de fricção de freio automotivo é a principal fonte do depósito deste metal em rios e lagos, afetando negativamente o meio ambiente. Consequentemente, novas legislações de agências governamentais internacionais têm imposto uma redução drástica da utilização do cobre em materiais de fricção nos próximos anos, sendo esta uma tendência a ser seguida por governos de todo o mundo. Embora o cobre seja largamente utilizado em materiais de fricção, a compreensão dos mecanismos de ação deste metal para esta aplicação ainda é bastante limitada. Este trabalho tem como intuito contribuir para uma melhor compreensão do papel do cobre em pastilhas de freio automotivo no que diz respeito ao coeficiente de atrito e ao desgaste. Ensaios de frenagens foram realizados no tribômetro do Laboratório de Tribologia da UFRGS, onde três tipos de pastilhas de freio (contendo 0%, 10% e 30% de cobre cada) foram testadas em diferentes temperaturas (100 ºC, 200 ºC e 300 ºC). Foram aplicados métodos para avaliar o coeficiente de atrito, desgaste de pastilha, desgaste de disco, parâmetros morfológicos de platôs de contato e depósito de filme no disco O material sem cobre em sua composição apresentou valores de coeficiente de atrito maiores do que os materiais com cobre para os três patamares de temperatura. O material com 10% de cobre apresentou maior sensibilidade do atrito em função da velocidade de deslizamento do que os outros dois materiais. Correlação inversa forte foi observada entre desgaste de pastilha e desgaste de disco. A quantidade de platôs de contato foi o parâmetro morfológico que mais se correlacionou com o coeficiente de atrito em diferentes temperaturas. Em alguns ensaios foi observada uma variação abrupta do coeficiente de atrito em determinadas frenagens dos materiais sem cobre e com 10% de cobre. Juntamente com esta variação, foi constatada uma perturbação do filme depositado sobre o disco, onde este é removido quando ocorre o aumento repentino do atrito. Entretanto, este fenômeno ocorreu apenas para a temperatura de 100 ºC, indicando que esta variação de atrito e perturbação do filme ocorre apenas em baixas temperaturas, e independente do percentual de cobre. / Previous studies have shown that the copper originated from the wear of automotive brake friction materials is the main source of the deposit of this metal in rivers and lakes, leading to environmental impacts. As a result, recent legislations from international governmental agencies have forced a drastic reduction of the copper used in friction materials in next years, which is likely to be followed by other governments in the world. Although the copper is widely used in friction materials, the understanding of the action mechanisms of this metal in friction materials is quite limited. This work aims to contribute to a better understanding of the role of copper in automotive brake pads in terms of friction and wear. Tests were carried out in the tribometer of the Laboratory of Tribology of UFRGS, where three kinds of brake pads (with 0%, 10% and 30% of copper each) were subjected to different temperatures (100 ºC, 200 ºC e 300 ºC). Methodologies to evaluate friction, wear of brake pads, wear of discs, morphological parameters of contact plateaus and deposit of film on disc surface were used. The sample without copper presented higher friction than the samples with copper for the three temperature levels. The material with 10% of copper presented higher friction sensibility due the sliding speed than other samples. Strong inverse correlation between wear of brake pads and wear of discs was observed. Quantity of contact plateaus was the parameter that presented the higher correlation with the friction in different temperatures. An abrupted variation of friction was observed in some experiments for samples without copper and with 10% of copper. At the same time, it was observed a disturbance of the film deposited on the disc surface, where the film was removed when the sudden increase of the friction occurs. However, this phenomenon occurred only at 100 °C, indicating that the variation of friction and the disturbance of film occurs only at low temperatures, and seems to be regardless of percentage of copper.