Thesis (M.S.)--Wisconsin. / Includes bibliographical references (leaves 69-71).

Thesis (M.S.)--University of Missouri-Columbia, 2006. / The entire dissertation/thesis text is included in the research.pdf file; the official abstract appears in the short.pdf file (which also appears in the research.pdf); a non-technical general description, or public abstract, appears in the public.pdf file. Title from title screen of research.pdf file viewed on (February 26, 2007) Includes bibliographical references.

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Capes; CNPq / Este trabalho tem como objetivo principal o estudo da resistência ao desgaste de dois diferentes revestimentos de carboneto de tungstênio com matriz de cobalto (WC-Co), depositados por diferentes processos de deposição HVOF. O desgaste está presente em diversas aplicações industriais, sendo que este pode acontecer de diversas maneiras e em diversos ambientes, como a abrasão (contato de partículas), erosão (impacto de partículas) e cavitação (implosão de bolhas). Um dos métodos mais utilizados no reparo é a aspersão térmica, com a deposição de revestimentos que promovem melhorias nas propriedades superficiais de equipamentos. Dentre estes processos, a deposição HVOF (high velocity oxy-fuel) é muito utilizada pela praticidade e qualidade dos resultados, com uma boa adesão entre as lamelas, resultando em revestimentos resistentes ao desgaste. Este processo é muito utilizado para a deposição de revestimentos de WC-Co pois estes apresentam um comportamento interessante quando se trata de desgaste, por combinarem propriedades como elevada dureza e alta tenacidade à fratura. Para avaliar o comportamento destes revestimentos em diferentes situações de desgaste, foram realizados ensaios de cavitação, abrasão e erosão, segundo a norma ASTM, em revestimentos de WC-12Co e WC-17Co, a fim de verificar a influência do teor do cobalto nas características microestruturais, propriedades mecânicas e resistência ao desgaste. Estes revestimentos foram depositados por dois processos de deposição HVOF diferentes; variando o combustível utilizado entre líquido e gasoso. O monitoramento in situ das tensões presentes na amostra foi utilizado durante a deposição, para estudo de sua influência nas propriedades mecânicas e consequente resistência ao desgaste. As superfícies desgastadas foram analisadas por meio de perfilometria ótica e microscopia eletrônica de varredura, para constatação do desgaste presente em cada situação. Constatou-se que, de maneira geral, que o processo de deposição influenciou a formação das tensões residuais presentes nas amostras e as suas características microestruturais, com maiores velocidades para combustível líquido, e maiores temperaturas para o combustível gasoso. Os maiores valores de dureza e tenacidade à fratura foram observados para a deposição com combustível líquido. Estes diferentes aspectos afetaram diretamente a resistência nos diferentes tipos de desgaste, sendo que o revestimento de WC-17Co depositado com combustível líquido foi o mais resistente ao desgaste abrasivo e por cavitação, devido a presença de tensões residuais mais compressivas. Já para o desgaste erosivo, o revestimento de WC-12Co depositado por combustível líquido apresentou maior resistência, devido a maior quantidade de carbonetos e menor teor de cobalto. / This work has as main objective the study of the wear resistance of two different tungsten carbide coatings with cobalt matrix (WC-Co) deposited by different HVOF deposition processes. Wear is present in several industrial applications, occurring in many ways and in a variety of environments, such as abrasion (particle contact), erosion (particle impact) and cavitation (bubble implosion). One of the most used methods in the repair is thermal spraying, with the deposition of coatings that promote improvements in the superficial properties of equipments. Among these processes, HVOF (high velocity oxy-fuel) deposition is widely used because its practicality and quality of the results, with a good adhesion between the lamellae, resulting in wear resistant coatings. This process is widely used for the deposition of WC-Co coatings since these have an interesting behavior when it comes to wear, combining properties such as high hardness and high fracture toughness. To evaluate the behavior of these coatings in different wear situations, cavitation, abrasion and erosion tests were performed according to ASTM standard on WC-12Co and WC-17Co coatings, in order to verify the influence of the binder content on the microstructural characteristics, mechanical properties and wear resistance. These coatings were deposited by two different HVOF deposition processes; varying the fuel used between liquid and gaseous. The in situ monitoring of the tensions present in the sample was used during the deposition, to study its influence on the mechanical properties and consequent resistance to wear. The worn surfaces were analyzed by optical profilometry and scanning electron microscopy, to verify the wear present in each situation. It was found that, in general, the deposition process influenced the formation of the residual stresses present in the samples and their microstructural characteristics, with higher velocities for liquid fuel, and higher temperatures for the gaseous fuel. The highest values of hardness and fracture toughness were observed for liquid fuel deposition. These different aspects affected directly the resistance to different types of wear, and the WC-17Co coating deposited with liquid fuel was the most resistant to abrasive and cavitation wear due to the presence of more compressive residual stresses. For erosive wear, the WC-12Co coating deposited by liquid fuel presented higher resistance, due to the higher amount of carbides and lower binder content.

The scheelite type tungstates MWO4 have been studied for a long time due to their optical properties. The main property is the luminescence, both intrinsic and extrinsic (when doped with trivalent lanthanide ions, Ln3+). Another group of scheelite- typed are the double tungstates, ALn(WO4)2. The main feature of these tungstates is a structural disorder involving a random distribution of the ions A (alkali metals) and Ln in the crystal lattice that may influence the luminescence of the material. In literature there are several models to explain both intrinsic and extrinsic luminescence, as recombination of self-trapped excitons, MO and/or WO3 vacancies, stoichiometry deviation, other phases, oxygen at interstitial site, oxygen vacancies and M ion vacancies. As the main technology applications associated with these tungstates are such optics fiber, solid state lasers, scintillators in detectors and recently as white LEDs, it is necessary to better understand and possibly solve or dominate the many physical problems that surround them. Then, using computer simulation based on a model in which the ions are treated as charged spheres interacting through interaction potentials which aim to minimize the lattice energy, tungstates have their perfect and defective crystal lattices simulated to try to elucidate the defect mechanism that dominates and/or contributes for luminescence and its consequences. Using static computer simulation we have as main results: a) 21 different tungstates were modeled using a single set of potential parameters taking into account the covalency of the (WO4)2- group. This covalent interaction affects the behavior of defects, where (WO4)2- groups can be directly connected by an oxygen ion at an interstitial site; b) the charge compensation for extrinsic defects is via interstitial oxygen. When codoped, the codopant ionic radius directly influences the solution energy; c) the simulated energy levels for SrWO4:Eu3+ were compared with recent experimental studies and are in agreement, pointing two different symmetries to the Eu site and d) simulation of holes and electrons in these tungstates reveals that n-type conductivity is expected. / Os tungstatos tipo scheelita MWO4 vêm sendo estudados há bastante tempo devido às suas propriedades ópticas. A principal é a luminescência, tanto intrínseca quanto extrínseca (quando dopados com íons lantanídeos trivalentes, Ln3+). Outro grupo de tungstatos tipo scheelita são os duplos, ALn(WO4)2. A principal característica deste tungstatos é uma desordem estrutural, envolvendo uma distribuição aleatória dos íons A (metais alcalinos) e Ln na rede que pode influenciar a luminescência deste material. Na literatura há diversos modelos para explicar tanto a luminescência intrínseca quanto a extrínseca, como recombinação de éxcitons auto-armadilhados, vacâncias de MO e/ou WO3, desvio de estequiometria, outras fases, oxigênio em um sítio intersticial e vacâncias de oxigênio e vacâncias do íon M. Como as principais aplicações tecnológicas associadas a estes tungstatos, são como fibras ópticas, lasers do estado sólido, cintiladores em detectores e recentemente como LEDs brancos, faz-se necessário entender melhor e se possível solucionar ou dominar os diversos problemas físicos que os cercam. Então, usando simulação computacional baseada em um modelo em que os íons são considerados como esferas carregadas interagindo entre si através de potenciais de interação que visam minimizar a energia da rede, os tungstatos têm suas redes cristalinas perfeitas e defeituosas simuladas para procurar elucidar o mecanismo de defeito que domina(m) e/ou contribui(em) para a luminescência e quais suas consequências. Usando a simulação computacional estática temos como principais resultados: a) 21 tungstatos diferentes foram modelados usando um único conjunto de parâmetros dos potenciais levando em conta a covalência do grupo (WO4)2-. Esta interação covalente afeta o comportamento dos defeitos, onde grupos de (WO4)2- podem ser diretamente ligados por um íon de oxigênio em um sítio intersticial; b) a compensação de cargas para defeitos extrínsecos é via oxigênio intersticial. Quando codopados, o raio iônico do codopante influencia diretamente na energia de solução; c) os níveis de energia simulados para o SrWO4:Eu3+ e comparados com trabalhos experimentais recentes estão em acordo, apontando duas simetrias diferentes para o sítio de Eu e d) a simulação de buracos e elétrons nestes tungstatos revela que condutividade tipo n é esperada.