Orientador: Antonio Carlos Artur / Coorientador: Leonardo Luiz Lyrio da Silveira / Banca: Tamar Milca Bortolozzo Galembeck / Banca: Rogério Pinto Ribeiro / Resumo: O polimento de rochas ornamentais em escala industrial é realizado em equipamentos denominados politrizes, podendo estes serem semi-automáticos ou automáticos. O polimento é realizado pelo atrito gerado no movimento rotacional de elementos abrasivos dispostos em cabeçotes, denominados satélites, sob pressão, contra a superfície da rocha. Em ambos os tipos de politrizes, a velocidade de rotação do satélite é invariável, o que implica em uma velocidade de corte constante. Devido à grande variedade de tipos litológicos que são utilizados para fins ornamentais, a possibilidade de se alterar a velocidade com que o rebolo abrasivo passa sobre a superfície da chapa de rocha pode permitir uma otimização deste processo. Com o propósito de demonstrar a importância da velocidade de corte para o processo, em oposição à idéia de que quanto maior for essa, melhor seria o brilho final das chapas, bem como confirmar a influência das variáveis petrográficas no processo de polimento, três rochas ornamentais brasileiras, conhecidas comercialmente como Verde Labrador, Cinza Castelo e Preto Indiano, foram submetidas a diferentes situações de desgaste, visando aperfeiçoar esta etapa levando em consideração as características intrínsecas dos materiais pétreos. Para esta pesquisa foram definidas 24 situações operacionais distintas, variando pressão de carregamento (1 e 2kgf/cm2), velocidade de rotação de satélite (300, 400, 500 e 600 rpm) e a de exposição do satélite sobre a rocha (1, 2 e 3). Para isso, foi instalado um inversor de frequência em uma politriz semi-automática que possibilitou a variação da velocidade de rotação de satélite para realização dos experimentos. Para conhecer os materiais pétreos foi realizada a caracterização petrográfica e tecnológica. Assim, foram realizados os testes de polimento, sendo cada rocha submetida... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The polishing of dimension stones at industrial scale is done in equipments called polishing machines, and they may be semi-automatic or automatic. Polishing is acquired by the friction generated by the rotational motion of the griding tools fixed on polishing heads under pressure against the stone surface. In both cases the rotation speed of the polishing head is invariable, which implies in a constant cutting speed. Because of the wide variety of lithologies that are used for ornamental purposes, the possibility of changing the speed the griding tools pass over the surface of the slab of stone could allow an optimization of this process. In order to define the importance of cutting speed and opposing the idea that the greater the velocity applied onto the slab, the better brightness is produced, and also to confirm the idea that petrographic variables are also important agents in the polishing process, three Brazilian dimension stones, known commercially as Verde Labrador, Cinza Castelo and Preto Indiano, were subjected to different wear situations, aiming the optimization of this step, taking into consideration the intrinsic characteristics of stone materials. For this research 24 distinct operational situations were defined, varying pressure (1 to 2kgf/cm²), rotational speed of the polishing head (300, 400, 500 and 600 rpm) and the exposure of the polishing head onto the slab of stone (1, 2, and 3). A frequency inverter was installed in a semi-automatic polishing machine which allowed the variation of the speed of the polishing head for these experiments. The stones were petrographically and technologically characterized. The polishing tests were conducted applying, to each kind of stone, 10 sequences of abrasive tools of magnesium type, namely 24, 36, 60, 120, 220, 400, 600, 800, 1200 and lustrum, totalizing 720 samples... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Resumo: O avanço da tecnologia de laminação incrementou as solicitações sobre os cilindros laminadores, e, portanto, o desenvolvimento de materiais mais resistentes ao desgaste, visando aumento da produtividade do laminador e melhor qualidade superficial dos produtos laminado, em especial tiras a quente. Como estudo de desgaste em campo é muito complexa devido à influência de diversos mecanismos e muitas vezes combinados entre si, os ensaios laboratoriais têm se mostrado como um meio mais fácil para estudar os materiais em serviço, além de auxiliar o projeto novas ligas. Dessa forma, foi proposto um ensaio de desgaste abrasivo puro para um tribômetro Plint & Partners, modelo TE-079, com o intuito de simular condições de utilização das últimas cadeira do trem acabador de um laminador de tiras a quente. Para sua validação foram utilizados três materiais: o ferro fundido de coquilhamento indefinido, o ferro fundido branco de alto cromo e o ferro fundido branco multicomponente, os quais apresentam comportamento conhecido em serviço. Esses materiais foram submetidos a uma caracterização metalográfica, microdureza e topografia de desgaste. Os resultado obtido mostraram-se coerentes com a prática observada na aplicação real, ou seja, reproduziram o comportamento de desgaste no laminador, sendo válida a proposta do ensaio tribológico. / Abstract: The progress towards mill technology has increased the demand on the rolling mill rolls, and therefore, the development of wear resistant seekink productivity of the rolling mills and better superficial quality of the rolled products, especially in the hot strip mill has also increased. As the wear study in field is very complex due to the influence of several mechanisms wish are usually combined amongst themselves, the labs test have shown an easy way to study the materials in service, besides aiding the project of new leagues. In that way, a pure abrasive wear test was developed tribômetro Plint & Partners, model TE-079 with the intent of simulating the job conditions in the hot strip mill finishing chairs. For the validation three materials were used: an indefinite chill cast iron, a high chrome cast iron and a kind of multicomponent white cast iron, which presents knowm behavior in service. Those materials were submitted to a metallography characterization, microhardness measurement and wear topograpy observation. The obtained results were shown coherent with the practice observed in the real application, and then became possible a prediction of that behavior for the materials projects developed at laboratory, being valid the proposal of the rehearsal tribológico. / Orientador: Valdir Alves Guimarães / Coorientador: Amilton Sinátora / Banca: Gustavo Aristides Santana Martínez / Banca: Enrico José Giordani / Mestre

O desgaste é o fator que causa a maior parte das falhas e a redução na vida útil de ferramentas de conformação, além de resultar em produtos com condições superficiais intoleráveis. A crescente demanda da indústria por menores custos, maior produtividade e melhor qualidade estão entre as justificativas para que se busquem maneiras de incrementar o desempenho de matrizes. Neste contexto, o trabalho teve como objetivo avaliar superfícies projetadas para resistência ao desgaste, observando características necessárias para seu uso em ferramentas de conformação a frio. O foco na resistência ao desgaste se deve ao fato que o desgaste é o principal fator nas falhas e redução da vida útil de matrizes. Para isso, fez-se um estudo comparativo de caracterização e comportamento tribológico de diferentes combinações de aço, tratamento superficial e deposição de revestimentos. O estudo abrange os aços AISI H13 e DIN X100CrMoV8-1-1. O tratamento superficial consistiu de nitretação a plasma com microestrutura alvo de camada difusão sem camada de compostos. Foram depositados revestimentos de TiCN e AlCrN pela técnica de deposição física de vapor assistida por plasma. A avaliação foi feita em aços sem tratamento, somente nitretados, somente com deposição de um dos revestimentos ou com tratamento duplex (nitretação a plasma seguida da deposição de revestimento). A avaliação das camadas nitretadas e revestimentos envolveu perfis de microdureza, ultramicrodureza, análise de fases e tensões residuais por difração de raios X, metalografias, obtenção da composição química, perfis de concentração e espessura dos filmes por GDOES e caracterização da rugosidade. O objetivo da nitretação a plasma de conseguir um perfil de alta dureza no topo com diminuição gradual a partir da superfície foi atingido, bem como o de não formar a camada de compostos. O tratamento superficial também causou altas tensões residuais compressivas na superfície, o que é interessante para a proposta deste estudo. A condição do substrato anterior à deposição não teve influência na rugosidade, dureza, módulo de elasticidade e tensões residuais dos revestimentos. Os revestimentos de TiCN apresentaram valores de dureza e tensões residuais compressivas mais elevados que o AlCrN. O comportamento tribológico das superfícies foi avaliado com teste de indentação Rockwell, teste de indentação Vickers e ensaio de desgaste, que também fornece o coeficiente de atrito. Foi buscada a relação entre estes resultados e os obtidos anteriormente na caracterização. A nitretação a plasma foi eficiente em diminuir a taxa de desgaste, e observou-se a resistência ao desgaste muito alta dos revestimentos. O revestimento de TiCN teve o melhor desempenho geral, apresentando as menores taxas de desgaste, integridade física e menor coeficiente de atrito. A utilização de substratos nitretados a plasma é recomendada para fornecer suporte mecânico ao revestimento e por apresentar um menor gradiente de propriedades em relação aos revestimentos. Como verificação dos resultados obtidos em laboratório, foi escolhido o revestimento de melhor desempenho para um teste industrial. O teste consistiu na observação do desgaste de punções de corte sem tratamento, somente nitretados a plasma, somente revestido com TiCN ou com tratamento duplex. O resultado foi de encontro ao que fora observado anteriormente. / Wear is the main cause of die failure and reduction in tool life, and it also results in products with intolerable surface conditions. The industry’s growing demand for lower costs, higher productivity and better quality are among the reasons for researching and developing ways to increase tool’s performance. In this context, the work had the purpose of evaluating surfaces designed for wear resistance, regarding required features for their usage as cold forming tools. The focus on wear resistance was because wear is the main factor in failure and reduction of tool’s life. In order to do that, a comparative study of characterization and tribological behavior was made in several combinations of steel, surface treatment and coatings. The study covers the steels AISI H13 and DIN X100CrMoV8-1-1. The surface treatment consisted of plasma nitriding, the goal was to achieve a diffusion layer without any compound layer. The TiCN and AlCrN coatings were deposited by plasma assisted physical vapour deposition. The evaluation was performed in steels without treatment, only nitrided, only coated with one of the coatings or with duplex treatment (plasma nitriding followed by coating deposition). The nitrided layers and coatings evaluation involved microhardness profiles, ultramicrohardness, phase analysis and residual stresses by x-ray diffraction, metallographies, chemical composition, composition profiles and film thickness by GDOES and roughness characterization. The goal in plasma nitriding of obtaining a profile of high hardness in the surface which decays gradually in the core direction was achieved, as well as the goal of no compound layer formation. The surface treatment also caused high residual compressive stresses in the surface, what is interesting in the scope of this work. In the coatings, no relevant influence of the substrate conditions prior to deposition was observed. The TiCN coatings had higher values of hardness and compressive residual stresses than the AlCrN coatings. The surfaces tribological behavior was evaluated by Rockwell and Vickers indentation tests and wear test, the last one also giving the friction coefficient. The relationship between these results and the ones previously obtained in the characterization was searched. Plasma nitriding was found efficient in decreasing the wear rate, and the superior wear resistance of coatings was observed. The TiCN coating had the best general performance, having the lowest wear rates, physical integrity and the lowest friction coefficient. The use of plasma nitride substrates is recommended to give mechanical support to the coating and for having a smaller properties gradient from the coated surface to the steel core. To verify laboratory results, the best performance coating was chosen for an industrial test. The test consisted of wear observation in cutting punchs with no treatment, only plasma nitride, only TiCN coated or duplex treated. The results corroborated what was previously observed.

Na presente tese realizou-se um estudo a respeito da tribocorrosão, isto é, atuação simultânea dos mecanismos de desgaste e corrosão, da liga Ti6Al4V, da mesma liga nitretada e dela recoberta por filmes DLC obtidos por PACVD em meio fisiológico simulado, considerando que ligas de titânio são amplamente empregadas em próteses sujeitas a esforços e os filmes a base de carbono apresentam grande potencial como biomaterial. Paralelamente foi estudada a obtenção de filmes DLC sobre titânio através de uma técnica pouco usual para aquisição destes revestimentos, a eletrodeposição. As amostras nitretadas foram caracterizadas ao MEV, por difração de raios X e microdureza. Os filmes produzidos por PACVD foram caracterizados ao MEV, espectroscopia Raman e a dureza, através de nanoidentação. Para os diferentes materiais, ensaios eletroquímicos, em solução fisiológica simulada, foram realizados a fim de verificar a resistência à corrosão e ensaios de desgaste a seco, para avaliar o comportamento tribológico.O comportamento frente à tribocorrosão, onde os mecanismos de desgaste e de corrosão atuaram simultaneamente, foram realizados para a liga, liga nitretada e filmes DLC depositados por PACVC. A liga Ti6Al4V mostrou-se bastante resistente à corrosão, apesar do pobre comportamento tribológico. Ensaios de tribocorrosão confirmaram a boa resistência à corrosão da liga, mesmo com os mecanismos de desgaste e corrosão atuando simultaneamente. A camada de nitretos, obtida do processo de nitretação, apresentou melhora no comportamento tribológico, frente à corrosão e tribocorrosão. Filmes DLC apresentaram excelente resistência ao desgaste e à corrosão quando ensaios foram realizados separadamente. Ensaios de tribocorrosão mostraram a falha prematura do filme quando da atuação simultânea dos mecanismos. O estudo paralelo a respeito da eletrodeposição confirmou a possibilidade de obtenção de filmes DLC através desta técnica, a temperatura ambiente. Os filmes foram avaliados por espectroscopia Raman e testados quanto à resistência à corrosão e ao desgaste. A dureza dos filmes foi avaliada por nanoidentação e a morfologia, verificada ao MEV e AFM. Filmes obtidos a partir de acetonitrila apresentaram uma melhora na resistência à corrosão comparado ao titânio puro, enquanto que os filmes obtidos de DMF comportaram-se similarmente ao titânio, possivelmente pela presença de trincas nanométricas. Relativo à resistência ao desgaste, os filmes obtidos de DMF, mostraram-se mais eficazes. / In the present work it was performed a study about tribocorrosion performance of Ti6Al4V bare alloy and the same alloy Ti6Al4V nitrided or even recovered by DLC films in simulated physiologic environment considering the extensive application of this alloy in loaded implants and the possibility to use DLC films as a biomaterial. At the same time, it was studied the electrodepositon of DLC films onto titanium. Nitride samples were characterized by SEM (scanning electron microscopy), X ray diffraction and microhardness. The DLC films obtained by PACVC technique were characterized by SEM, Raman spectroscopy and nanoidentation. Corrosion experiments were conducted in simulated physiologic environment. The tribologic behavior was evaluated by dry wear tests. Tribocorrosion behavior, with corrosion and wear mechanisms acting simultaneously, was evaluated for the bare alloy, nitrided alloy and DLC films obtained by PACVD technique. The alloy is quite resistant to corrosion despite its poor tribological behavior. Tribocorrosion tests confirmed the good resistance to corrosion even when the degradation mechanisms of wear and corrosion act simultaneously. The nitride compound layer improved the tribological, corrosion and tribocorrosion behavior. DLC films presented high performance to either corrosion or wear mechanisms, however a catastrophic failure of the coating was observed in tribocorrosion tests. A parallel study confirmed the possibility of obtaining DLC films by a electrodeposition technique at room temperature. Raman measurements, corrosion and wear tests were performed. The hardness of the films was evaluated by nanoidentation. Films obtained from acetonitrile present a better corrosion resistance with respect to pure titanium. Films obtained from DMF presented a similar corrosion behavior as presented by titanium probably due the presence of some detected nanocracks. The films obtained from DMF presented a better tribological behavior.

Orientadores: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia, Sonia Maria Malmonge / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-26T15:43:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bavaresco_VanessaPetrilli_M.pdf: 8315786 bytes, checksum: 88c9f23e8e42c4fab0e0fd9c77f0a4db (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Problemas relacionados com a restauração de juntas sinoviais danificadas são muito freqüentes e traumatizantes para um grande número de pessoas. Quando a junta está muito comprometida, o procedimento utilizado é sua substituição por uma articulação artificial que consiste em um conjunto no qual, normalmente, a parte óssea é substituída por um elemento metálico e a cartilagem articular por um elemento polimérico. O Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (pEUAPM) é o material polimérico que apresenta as melhores propriedades mecânicas para ser utilizado como componente em uma junta artificial, porém ainda é suscetível ao desgaste ocasionando a falência das próteses. Em outros casos, onde a lesão na cartilagem articular ainda se encontra em estágios iniciais e sua substituição por uma prótese total é inviável, busca-se apenas uma reparação local do defeito. Para tanto, pode-se utilizar um dispositivo composto por uma matriz porosa cerâmica ou metálica recoberta por um hidrogel para a reconstrução do defeito. Para minimizar o desgaste sofudo pelos componentes das juntas artificiais e desenvolver um dispositivo capaz de ser utilizado no reparo de defeitos osteocondrais, ou seja, defeitos que atingem a cartilagem articular e o osso subcondral, foi realizado o estudo do recobrimento de substratos sólidos porosos de PEUAPM e de uma mistura de Hidroxiapatita (HA) e _-Fosfato Tricálcico (_-TCP) com hidrogel polimérico a base de poli (metacrilato de 2-hidroxietila) (pREMA), material muito estudado para ser utilizado como reparador da cartilagem articular natural. O estudo envolve também a melhoria das propriedades mecânicas do hidrogel através da obtenção de blendas do tipo rede polimérica semi-interpenetrante (sIPN) de pREMA e acetatobutirato de celulose (CAB), pREMA e hidroxietil celulose (HEC) e pREMA e poli (metacrilato de etila) (pEM). Os materiais foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura SEM), Análise Dinâmico Mecânico (DMA), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e Microscopia Óptica (OM). Além disso, foram realizados ensaios quanto ao desgaste dos materiais usados no recobrimento em um equipamento do tipo TRI-PIN-ON-DISK. O recobrimento de pREMA foi totalmente destruído ainda no início do ensaio de desgaste, enquanto que os recobrimentos formados pelas blendas de pHEMA-CAB e pHEMA-PEM resistiram a todo o tempo de ensaio, apresentando indícios de desgaste adesivo e abrasivo. Os resultados analisados mostraram a viabilidade em se melhorar as propriedades mecânicas do hidrogel através da obtenção de blendas do tipo sIPN utilizando como polímeros lineares de reforço o CAB e o PEM / Abstract: Problems concerning the repair of damaged synovial joints are very ftequent and traumatic to a great number of people. In those cases where the damage extent is very high, the articular surface is usually an ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), even though it under goes severe wear when used as the cartilage counterpart in artificial joints, which sometimes leads to prostheses failure. On the other hand, when the damage of the articular cartilage does not require its complete replacement, only the repair of local defects is sought by using either a metallic or a porous ceramic substrate coated with a hydrogel. Aming at reducing the wear to which the artificial joints are submitted, and in order to develop a device capable ofbeing used in osteochondral defects, defects which affect both the articular cartilage and the subchondral bone, this work studied the coating of solid porous substrates of UHMWPE and ceramic composite between hydroxyapatite (HA) and (3-tricalcium phosphate «(3- TCP) with a poly(2-hydroxyethyl methacrylate), polymer hydrogel (pREMA), a material widely investigated as a substitute for natural articular cartilage. This work also aimed at improving the mechanical properties of the hydrogel through the syntheses of sIPN-type blends between pREMA and cellulose acetate butyrate (CAB), pREMA and hydroxyethyl cellulose (HEC), and pHEMA and polyethyl methacrylate (pEM). The substrates were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Dynamical Mechanical Analysis (DMA), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Optical Microscopy (OM). Also, the coating materiaIs had their wear behavior evaluates in a TRI-PIN-ON-DISK equipment. The pHEMA coating was completely destroyed at the first wear cycles, white those coatings prepared with pHEMA - CAB and pREMA - PEM showed only slight signs of both abrasive and adhesive wear, after the complete experiment. The results thus obtained strongly suggest the possibility of improving the mechanical properties of the hydrogel by the syntheses of sIPN-type blends using linear reinforcing polymers CAB and PEM / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Almir Azevedo (barbio1313@gmail.com) on 2016-09-14T17:58:21Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-09-14T17:58:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2016-07 / As técnicas nucleares, com ênfase a técnica conhecida como TLA - Thin Layer Activation, tem sido utilizada com sucesso e contribuído significativamente para o estudo de sistemas tribológicos, na análise e medição de desgaste para profundidades na ordem de grandeza de 10 µm apesar potencialmente poder aplicadas a espessuras de dezenas de milímetros. Esta limitação é intrínseca da técnica utilizada na ativação da camada superficial da peça ou elemento a ser investigado, que consiste na aplicação direta de um feixe de partículas carregadas a uma determinada energia, equivalente a máxima seção de choque do material a fim de obter uma taxa ativação constante ao longo de uma determinada espessura ou utilizando uma energia menor que este valor para se obter uma taxa ativação linear também para uma determinada profundidade de ativação. O objetivo desse trabalho é apresentar uma nova técnica que consiste na utilização de um feixe de energia superior a energia correspondente à máxima seção de choque e aplicar um elemento degradador (Roda Degradadora) como objetivo de homogeneizar a ativação superficial ao longo da espessura da amostra, possibilitando uma melhoria na precisão da análise e possibilitando ainda um maior alcance dessa camada e aumentando a gama de aplicações possíveis dessa técnica, onde por exemplo, maiores taxas de desgaste possam ser analisadas. Após o experimento e análise dos dados constatou-se que a técnica proposta melhora a linearidade da curva que representa a taxa de ativação e aumentando significativamente a profundidade analisável podendo chegar a ordem 6 x 10 µm. Em adição este trabalho reinaugura a pesquisa em aplicações nucleares no IEN - Instituto de Engenharia Nuclear com utilização de aceleradores de partículas tipo ciclotron.

Orientador: Edison Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-02T17:32:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zangiacomi_MarcosHenrique_M.pdf: 3937713 bytes, checksum: 15ae11970d576908233bec3f8320d708 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Neste trabalho foram desenvolvidas várias formulações com o intuito de analisar as propriedades mecânicas e fisicas dos compósitos para utilização em materiais de fricção, como pastilhas de freio e dar às indústrias novas alternativas na produção de materiais de aplicação específica. Foram testadas várias proporções de fibras de P ANox e aramida e também a substituição da alumina pela mica, para o estudo dos efeitos destes aditivos nas propriedades específicas do compósito e também como variável em termos de custos do processo, já que cargas com fins não reforçantes diminuem os custos de fabricação. A confecção das pastilhas de freio seguiram procedimentos e parâme1rOS utilizados hoje pela indústria, levando se em conta o modelo geométrico BPN 222 da BRASFREIOS utilizados em carros como o GOL 1.6 da VolksWagen. Foram analisadas as principais características que podem afetar a qualidade final de um compósito, como dureza (Gogan), densidade, umidade das fibras e ponto de cura. Com o objetivo de processar materiais de custo acessível e dar às indústrias alternativas para a substituição do asbesto nas formulações, foram analisados os principais parâme1ros fisicos dos compósitos como resistência ao cisalhamento e o coeficiente de fricção, através da bancada de ensaio Krauss, comparando os resultados obtidos com os resultados da pastilha de freio comercial / Abstract: In this work, had been developed some formulations with intention to analyze the mechanical and physical properties of the composites for use in friction materiaIs, as brake pads, being given the industries, new aItematives in the production of materiais for specific applications. They had been tested you also vary ratio of fibres (aramid and P ANox) and, the substitution of alumina for the mica, with the objective of if studying the effect of these additives in the specific properties of the composites. The confection of the tablets had followed procedures and parameters used for the industry, leading if in account geometric model BPN 222 of the BRASFREIOS used in automobiles. With the objective of the processing of materiais of accessible cost and to give the aItemative for the substitution of the asbestos in the manufactred processes, the main physical parameters of the composites had been analyzed as, hardness (Gogan), density, shear strenght, point of cure, and the coefficient of friction, comparing the results gotten with results of commercial brake pads / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Franco Giuseppe Dedini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T20:38:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Forti_AntonioWagner_D.pdf: 2288454 bytes, checksum: edbd3279e8fdb2ec693dc723ba141b2b (MD5) Previous issue date: 2003 / Doutorado

O presente trabalho aborda a modelagem unidimensional do regime misto de lubrificação para problemas caracterizados por condições genéricas de carga, velocidade e geometria. Tal modelagem foi desenvolvida a partir de modelos clássicos, tais como a equação de Reynolds relacionada com os fenômenos hidrodinâmicos, e as formulações de Greenwood & Williamson e Greenwood & Tripp utilizadas na descrição do contato de asperezas entre superfícies rugosas. A cavitação do fluido lubrificante foi considerada através dos modelos tradicionais de half-Sommerfeld e Swift-Steiber (Reynolds). Com relação à reologia do lubrificante, as possíveis variações de viscosidade devidas ao próprio campo de pressões hidrodinâmicas e às altas taxas de cisalhamento do fluido (\"shear-thinning\") foram também contempladas na modelagem proposta. Adicionalmente, quatro filtros não convencionais de rugosidade foram propostos e implementados com o objetivo de eliminar as distorções verificadas na definição do plano (ou linha) médio(a) de referência em topografias caracterizadas pela presença de vales profundos, tais como as obtidas após a aplicação da técnica de texturização a laser (LST). A definição adequada desse plano (ou linha) médio(a) de referência é imprescindível para a correta determinação dos parâmetros necessários para a utilização dos modelos de contato de Greenwood a partir das metodologias consideradas neste trabalho. Toda a modelagem unidimensional foi implementada em um programa computacional denominado VTL (\"Virtual Tribology Laboratory\"), cujo código fonte está disponível para qualquer usuário interessado em realizar simulações envolvendo sistemas lubrificados caracterizados por perfis com geometrias genéricas. A validação da modelagem unidimensional proposta foi verificada utilizando os resultados experimentais de um teste de atrito com movimento alternado (\"reciprocating test\") publicado na literatura. Como resultado, a correlação experimental dos resultados calculados com o programa VTL foi excelente. O programa VTL foi também utilizado para verificar a possibilidade da redução de atrito em sistemas lubrificados envolvendo superfícies planas texturizadas, como as obtidas utilizando a técnica de texturização a laser (LST). Devido à limitação unidimensional da modelagem proposta, as fileiras ortogonais de 7 micro-cavidades foram aproximadas como sendo ranhuras (\"grooves\") de dimensões fixas. Para tais situações, apesar da limitação comentada acima, a modelagem unidimensional proposta pode ser utilizada para analisar qualitativamente o mecanismo de micro-mancais responsável pela geração de pressão hidrodinâmica entre superfícies paralelas caracterizadas por esse tipo de micro-texturas. / This dissertation focuses on one dimensional modelling of the mixed lubrication regime for problems with general conditions of load, velocity and geometry. Such modelling was based on classical models, such as the Reynolds equation related to the hydrodynamic phenomena, and the Greenwood & Williamson and Greenwood & Tripp formulations for the description of the asperity contact between rough surfaces. Cavitation of the lubricant was considered adopting the well-known half-Sommerfeld and Swift-Steiber (Reynolds) models. As for the lubricant rheology, the viscosity-pressure dependence and viscosity-shear-thinning effects were considered. Furthermore, four non-conventional roughness filters were conceived and implemented in order to eliminate the distortions observed on the definition of the reference mean plane (or line) of topographies (or profiles) with deep valleys, such as those obtained with the laser surface texturing (LST) technique. The proper definition of the reference plane (or line) is indispensable for the calculation of the Greenwood\'s contact parameters according to the methodologies used in this work. The complete one dimensional modelling proposed was implemented as a computational program named Virtual Tribology Laboratory (VTL), an open source code available for any user interested in performing simulations of lubricated systems with generic profiles. In order to validate the one dimensional model, experimental results of a frictional reciprocating test published in the literature were considered for comparison. The correlations between the experimental and simulated results calculated with VTL were excellent. Simulations using the VTL program were also performed in order to evaluate the friction reduction potentialities of textured surfaces (LST). Due to the one dimensional model limitations, grooves were considered instead of micro-cavities (dimples). In such scenery, regardless the above mentioned limitations, the one dimensional modelling proposed yielded good qualitative descriptions of the micro-bearing mechanism that generates hydrodynamic load carrying capacity between parallel textured surfaces.

A marcação por feixe laser em superfícies é utilizada para assegurar a identificação e a rastreabilidade em biomateriais. A texturização via feixe laser confere maior aderência às superfícies dos dispositivos médicos implantáveis. Este trabalho teve o objetivo de avaliar o comportamento da superfície do aço inoxidável austenítico ABNT NBR ISO 5832-1 submetido à marcação e texturização com feixe laser de fibra óptica, alterando-se a frequência dos pulsos; frente ao seu comportamento biomecânico, por meio de: ensaios de resistência à tração, fadiga e desgaste; verificar a susceptibilidade à corrosão localizada, por ensaios eletroquímicos em solução que simula os fluidos corpóreos; e caracterizar a sua microestrutura. Os tratamentos alteraram a rugosidade e a dureza dos biomateriais em função do aumento da frequência dos pulsos. A microestrutura e composição química das superfícies sofreram mudanças que afetaram diretamente a camada passiva dos aços inoxidáveis. Este efeito foi comprovado com o uso de SVET, XPS e caracterização de propriedades eletrônicas do filme passivo. Os dois tipos de tratamentos implicaram em aumento de susceptibilidade magnética das superfícies. Os parâmetros utilizados para as marcações e texturizações não causaram diminuição na viabilidade celular, de modo que não apresentou citotoxicidade mesmo após incubação prolongada. Este biomaterial mostrou-se adequado perante os ensaios biomecânicos, uma vez que os tratamentos a laser, nas condições utilizadas, não induziram a formação de tensões superficiais de magnitude capaz de levar à fratura por fadiga, indicando vida em fadiga infinita; tampouco se pôde relacionar a região de fratura por tração com as marcações a laser. O volume de desgaste diminuiu em função do aumento da dureza produzido pela elevação da frequência do pulso nas texturizações. O caráter visual das marcações e texturizações por feixe laser foi assegurado após a maioria dos ensaios realizados. / Laser beam marking is used to ensure biomaterials identification and traceability. The texturing imparts greater adhesion to the surfaces of implantable medical devices. The aim of this work was to evaluate the surface behaviour of the austenitic stainless steel ABNT NBR ISO 5832-1 marked and textured by optical fiber laser beam using selected parameters, changing the pulse frequency; in face of its biomechanical behaviour, through tests of tensile strength, fatigue and wear; verify the localized corrosion susceptibility by electrochemical tests in a solution that simulates the body fluids; and analyze microstructural changes. The treatments performed altered the biomaterials roughness and their micro hardness as a function of the increase of the pulse frequency. The microstructure and chemical composition of the surfaces underwent changes that directly affected the passive layer of the stainless steels, triggering the corrosion process. This effect was evidenced by SVET, XPS and characterization of electronic properties of the passive film by the Mott-Schottky technique. These two types of laser treatments increased the surfaces magnetic susceptibility. The parameters used for the marking and texturing did not induce a decrease in the cellular viability of the samples, as no cytotoxicity was showed even after prolonged incubation. This biomaterial was adequate on the biomechanical tests, since the laser treatments, under the conditions used, did not induce the formation of surface tensions of magnitude capable of leading the fatigue fracture, indicating infinite fatigue life; the region of fracture by tension could not be related to the laser marking. The wear volume decreased as a function of the increase in micro hardness produced by the increase of the pulse frequency in the texturings. The visual character of the markings and texturings was assured after the majority of the tests performed.