O ADI constitui-se no desenvolvimento mais recente na família dos ferros fundidos nodulares. Com o tratamento de austêmpera, consegue-se produzir uma microestrutura única, constituída de ferrita acicular e austenita estável rica em carbono, a ausferrita, proporcionando alta resistência mecânica aliada à ductilidade e tenacidade, além de boa resistência à fadiga e ao desgaste. Neste trabalho estudou-se o efeito dos elementos de liga Cu, Ni e Mo nas propriedades mecânicas e austemperabilidade do ADI. Foram produzidas barras cilíndricas de ferros fundidos nodulares nos diâmetros de Ø2, Ø3 e Ø4 ligadas com Cu, Cu-Ni, Cu-Ni- Mo respectivamente. Os corpos de prova utilizados nos ensaios de tração, impacto e microdesgaste foram retirados a meio-raio das barras. Posteriormente, cada conjunto de corpo de prova foi austenitizado a 890°C durante 2 horas, sendo em seguida submetido a uma condição de tratamento de austêmpera específica, combinando temperaturas de austêmpera de 300 e 360°C e tempos de 1, 2, 3 e 4 horas. Realizou-se análises microestruturais ópticas e por microscopia eletrônica de varredura para correlacionar propriedades mecânicas com a microestrutura. Na análise de austemperabilidade, as barras cilíndricas foram austemperadas para verificar a variação de microestrutura em função do raio da barra. Verificou-se que a temperatura de austêmpera exerce forte influência na microestrutura do ADI e consequentemente nas propriedades de tração, ductilidade, tenacidade e resistência ao desgaste. Nos tratamentos a 300°C obteve-se uma microestrutura mais refinada, com maior quantidade de ferrita acicular, responsável pela maior resistência mecânica e resistência ao desgaste; enquanto que no tratamento realizado a 360°C obteve-se uma microestrutura mais grosseira, com maior quantidade de austenita estável, responsável pela melhor ductilidade e tenacidade. Nos tempos de austêmpera analisados, não ocorreram variações significativas nas microestruturas e propriedades mecânicas. A resistência mecânica e a tenacidade decresceram com a adição de Mo, provavelmente devido à segregação deste elemento, mas a resistência ao desgaste a seco e a austemperabilidade foram mais efetivas em comparação com ligas contendo Cu e Cu-Ni. No ensaio de desgaste usando-se lubrificante, o ADI ligado com Cu-Ni austemperado a 360°C apresentou uma resistência ao desgaste um pouco inferior a de um aço 17CrNiMo6 cementado. / The ADI is the most recent development in the nodular iron family. With the austempering treatment, a unique microstructure, consisting of acicular bainite ferrite and stable austenite rich in carbon, named ausferrite is produced. This microstructure provides high mechanical strength combined with ductility, toughness and good fatigue and wear resistances. In this work, the effect of alloying elements Cu, Ni and Mo on the mechanical properties and austemperability of the ADI were studied. To conduct these studies, cylindrical bars with diameters of Ø2\", Ø3\" and Ø4\" were cast with Cu, Cu-Ni and Cu-Ni-Mo alloying, respectively. The samples were then manufactured by removing specimens from the bar midradius position. Subsequently, each set of the samples was austenitized at 890°C for 2 hours, and then subjected different conditions of austempering treatment. These treatments were developed by combining austempering temperatures of 300 and 360°C with austempering times of 1, 2, 3 and 4 hours. Microstructural analysis was carried out using optical and scanning electron microscopy to correlate mechanical properties with the microstructure. In the austemperability analysis, cylindrical bars were austempered (at 360°C for 3 hours) to correlate microstructure and radius. The experimental results showed that the austempering temperature exerts strong influence on the ADI´s microstructure and consequently on the mechanical properties. The austempering temperature of 300°C produced the best results, a refined microstructure, with a greater amount of acicular ferrite, responsible for greater strength and wear resistance. The austempering temperature of 360°C produced a coarse microstructure, with larger amount of austenite and responsible for better ductility and toughness. The austempering times used in this work did not produce significant variations in the properties and microstructures. Regarding alloying elements, the mechanical strength and toughness decreased with the addition of Mo, probably due to the segregation of this element, but the wear resistance and austemperability were more effective when compared with the alloys containing Cu and Cu-Ni. In the lubricated wear test, the ADI alloyed with Cu-Ni and austempered at 360°C presented a wear resistance only a fraction lower than a cemented 17CrNiMo6 steel.

19 Dec 2004. / Published through the Information Bridge: DOE Scientific and Technical Information. "IS-T 1983" Fei Tang. 12/19/2004. Report is also available in paper and microfiche from NTIS.

Submitted by FERNANDO SANTOS DA SILVA null (fernandoquimicauems@hotmail.com) on 2017-09-28T02:21:06Z No. of bitstreams: 1 Tese_Fernando_Santos_da_Silva_IQ_UNESP.pdf: 19317124 bytes, checksum: b4f79b295bc22505ca8f3f01bd3db519 (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-09-28T14:59:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_fs_dr_araiq.pdf: 19317124 bytes, checksum: b4f79b295bc22505ca8f3f01bd3db519 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-28T14:59:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_fs_dr_araiq.pdf: 19317124 bytes, checksum: b4f79b295bc22505ca8f3f01bd3db519 (MD5) Previous issue date: 2017-09-15 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Este trabalho teve como objetivo investigar a microestrutura, resistência à corrosão e propriedades mecânicas de revestimentos produzidos por Aspersão Fria (AF) a base de: (I) pó de alumínio (Al), com ou sem alumina (Al2O3), depositados sobre aço comum; (II) revestimentos metálico-cerâmicos de WC-12Co e WC-25Co depositados sobre a liga Al7075-T6 e (III) revestimentos de cobre depositados sobre aço e obtidos a partir de pós submetidos a diferentes tratamentos. A análise dos materiais de partida e dos revestimentos, antes e após os ensaios de corrosão, foi realizada por difração a laser (DL), microscopia óptica (OM), microscopia eletrônica de varredura (SEM) acoplado a um sistema de espectroscopia de dispersão de energia de raios X (EDS) e difração de raios X (DRX). Foram realizadas medidas de dureza e ensaios de resistência ao desgaste por abrasão (Rubber Wheel) e por deslizamento (Ball on disk). A resistência à corrosão dos revestimentos foi avaliada por medidas eletroquímicas em meio de NaCl 3,5% e testes de névoa salina. Foram realizadas medidas de potencial em circuito aberto (ECA), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e curvas de polarização linear e cíclica. As imagens de SEM da secção transversal mostram que os revestimentos são densos, não possuem porosidade interconectada e nem trincas. Os resultados eletroquímicos e de névoa salina mostram que todos os revestimentos investigados protegem o substrato por longos tempos de imersão por serem compactos quando obtidos pela tecnologia de AF. Para os revestimentos a base de alumínio, os estudos mostram que o eletrólito atinge o substrato em alguns pontos somente após 2000 h de imersão e os ensaios de desgaste indicam que o revestimento compósito Al-Al2O3 apresenta melhores propriedades mecânicas. Quanto aos revestimentos metálicocerâmicos, o revestimento de WC-25Co apresentou maior espessura e também maior proteção contra corrosão até tempos maiores do que 2000 h. A caracterização dos revestimentos de cobre mostra claramente que os diferentes tratamentos dos materiais de partida exercem influência na eficiência de deposição, formação dos revestimentos e principalmente na sua resistência à corrosão. / The purpose of this work was to investigate the microstructure, corrosion resistance and mechanical properties of coatings prepared by Cold Gas Spray (CGS) based on: (I) aluminum (Al) powder with or without alumina (Al2O3), deposited on common steel; (II) WC-12Co and WC-25Co metallic-ceramic coatings deposited onto Al7075- T6 alloy and (III) copper coatings deposited onto common steel and obtained from powders submitted to different treatments. The analysis of the feedstock materials and the coatings before and after the corrosion tests were performed by laser diffraction (LD), optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive X-ray spectroscopy system (EDS) and X-ray diffraction (XRD). Hardness measurements, abrasion testing (Rubber Wheel) and sliding wear test (Ball on disk) were performed. The corrosion resistance of the coatings was evaluated by electrochemical measurements in 3.5% NaCl medium, and salt fog tests. Open circuit potential (EOC), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), linear and cyclic polarization measurements were performed. SEM images of the cross section showed that coatings are dense, without interconnected porosity and cracks. Electrochemical and salt fog results show that all investigated coatings protect the substrate during long immersion times because they are compact when obtained by CGS technology. For the aluminum based coatings, the studies show that the electrolyte reaches the substrate at some points only after 2000 h of immersion and the wear tests show that the Al-Al2O3 composite coating has better mechanical properties. For the metal-ceramic coatings, the WC-25Co coating show higher thickness and corrosion protection up to 2000 h of immersion when compared to WC-12Co. Copper coatings characterization clearly shows that the different treatments of the feedstock materials exert influence on the deposition efficiency, coating formation and especially on their corrosion resistance. / CNPq: 153177/2014-4

The application of hardfacing brings the reduction of the wear and therefore increases service life of components and reducing the maintenance shutdowns. This work aims to study the wear resistance of hardface applied by welding, by using the process FCAW (Flux- Cored Arc Welding) Self-Shield Double Wire. Three types of consumables were used (FeCrC, FeCrC+Ti and FeCrC + Nb) with diameter 1.6 mm in twelve coating conditions. The coating was applied by welding on a steel SAE 1020 with and without E308lSi buttering, with metal transfer mode in short circuit. It was compared the deposits made with each condition. It was constructed specimens for the evaluation of wear in the laboratory with Rubber Wheel according to ASTM G65-00. The wear evaluation was made via mass loss. It was also carried analysis hardness and microhardness of the coating microstructure. The best wear resistance results were obtained with the use of two wires electrode with the same composition (FeCrC + Ti). The presence of Ti in the coating has fewer cracks and improves wear resistance in this study. The conditions with buttering have not shown good results with respect to wear resistance of coatings. / A aplicação de revestimentos com o objetivo de reduzir o desgaste e, consequentemente os custos de manutenção, busca o incremento da vida em serviço dos componentes e na redução das paradas programadas. Uma correta seleção do material depositado permite, dentre outras coisas, transformarem elementos descartáveis por desgaste em bens de capital recuperável, aumentar a resistência e prover as superfícies susceptíveis ao desgaste de características e propriedades desejadas e, em geral, aumentar a eficiência do processo. Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar a resistência ao desgaste abrasivo de revestimentos duros depositados em camada única através do processo de soldagem FCAW (Flux - Cored Arc Welding) Duplo Arame, com arame tubular auto protegido. Foram utilizados três tipos de consumíveis (FeCrC, FeCrC+Ti e FeCrC+Nb) de diâmetro 1,6 mm em doze condições de revestimento diferentes. O revestimento por soldagem foi aplicado sobre uma chapa de aço carbono SAE 1020 com e sem amanteigamento de liga E308LSi, utilizando-se o modo de transferência metálica por curto-circuito. Construiu-se corpos de prova para a avaliação do desgaste em laboratório com abrasômetro Roda de Borracha de acordo com a norma ASTM G65-00. A avaliação de desgaste foi feita via perda de massa. Foram realizadas também análise de dureza, microdureza e microestrutura dos revestimentos. Os melhores resultados de resistência ao desgaste foram obtidos com a utilização dos dois arames eletrodo de mesma composição (FeCrC+Ti - FeCrC+Ti). A presença do Ti no revestimento apresenta menor quantidade de trincas e melhora a resistência ao desgaste com o ensaio utilizado nesta pesquisa. As condições com amanteigamento não demonstraram bons resultados com relação a resistência ao desgaste dos revestimentos. / Mestre em Engenharia Mecânica

O ADI constitui-se no desenvolvimento mais recente na família dos ferros fundidos nodulares. Com o tratamento de austêmpera, consegue-se produzir uma microestrutura única, constituída de ferrita acicular e austenita estável rica em carbono, a ausferrita, proporcionando alta resistência mecânica aliada à ductilidade e tenacidade, além de boa resistência à fadiga e ao desgaste. Neste trabalho estudou-se o efeito dos elementos de liga Cu, Ni e Mo nas propriedades mecânicas e austemperabilidade do ADI. Foram produzidas barras cilíndricas de ferros fundidos nodulares nos diâmetros de Ø2, Ø3 e Ø4 ligadas com Cu, Cu-Ni, Cu-Ni- Mo respectivamente. Os corpos de prova utilizados nos ensaios de tração, impacto e microdesgaste foram retirados a meio-raio das barras. Posteriormente, cada conjunto de corpo de prova foi austenitizado a 890°C durante 2 horas, sendo em seguida submetido a uma condição de tratamento de austêmpera específica, combinando temperaturas de austêmpera de 300 e 360°C e tempos de 1, 2, 3 e 4 horas. Realizou-se análises microestruturais ópticas e por microscopia eletrônica de varredura para correlacionar propriedades mecânicas com a microestrutura. Na análise de austemperabilidade, as barras cilíndricas foram austemperadas para verificar a variação de microestrutura em função do raio da barra. Verificou-se que a temperatura de austêmpera exerce forte influência na microestrutura do ADI e consequentemente nas propriedades de tração, ductilidade, tenacidade e resistência ao desgaste. Nos tratamentos a 300°C obteve-se uma microestrutura mais refinada, com maior quantidade de ferrita acicular, responsável pela maior resistência mecânica e resistência ao desgaste; enquanto que no tratamento realizado a 360°C obteve-se uma microestrutura mais grosseira, com maior quantidade de austenita estável, responsável pela melhor ductilidade e tenacidade. Nos tempos de austêmpera analisados, não ocorreram variações significativas nas microestruturas e propriedades mecânicas. A resistência mecânica e a tenacidade decresceram com a adição de Mo, provavelmente devido à segregação deste elemento, mas a resistência ao desgaste a seco e a austemperabilidade foram mais efetivas em comparação com ligas contendo Cu e Cu-Ni. No ensaio de desgaste usando-se lubrificante, o ADI ligado com Cu-Ni austemperado a 360°C apresentou uma resistência ao desgaste um pouco inferior a de um aço 17CrNiMo6 cementado. / The ADI is the most recent development in the nodular iron family. With the austempering treatment, a unique microstructure, consisting of acicular bainite ferrite and stable austenite rich in carbon, named ausferrite is produced. This microstructure provides high mechanical strength combined with ductility, toughness and good fatigue and wear resistances. In this work, the effect of alloying elements Cu, Ni and Mo on the mechanical properties and austemperability of the ADI were studied. To conduct these studies, cylindrical bars with diameters of Ø2\", Ø3\" and Ø4\" were cast with Cu, Cu-Ni and Cu-Ni-Mo alloying, respectively. The samples were then manufactured by removing specimens from the bar midradius position. Subsequently, each set of the samples was austenitized at 890°C for 2 hours, and then subjected different conditions of austempering treatment. These treatments were developed by combining austempering temperatures of 300 and 360°C with austempering times of 1, 2, 3 and 4 hours. Microstructural analysis was carried out using optical and scanning electron microscopy to correlate mechanical properties with the microstructure. In the austemperability analysis, cylindrical bars were austempered (at 360°C for 3 hours) to correlate microstructure and radius. The experimental results showed that the austempering temperature exerts strong influence on the ADI´s microstructure and consequently on the mechanical properties. The austempering temperature of 300°C produced the best results, a refined microstructure, with a greater amount of acicular ferrite, responsible for greater strength and wear resistance. The austempering temperature of 360°C produced a coarse microstructure, with larger amount of austenite and responsible for better ductility and toughness. The austempering times used in this work did not produce significant variations in the properties and microstructures. Regarding alloying elements, the mechanical strength and toughness decreased with the addition of Mo, probably due to the segregation of this element, but the wear resistance and austemperability were more effective when compared with the alloys containing Cu and Cu-Ni. In the lubricated wear test, the ADI alloyed with Cu-Ni and austempered at 360°C presented a wear resistance only a fraction lower than a cemented 17CrNiMo6 steel.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09819.pdf: 15341022 bytes, checksum: 089b1783177dd73c7433320bd2e0de7c (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:98/05906-6

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T19:19:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cruz_KleberAugustinSabatda_D.pdf: 13994845 bytes, checksum: c0766efdbf4acbaf7d07b0db50f1fe52 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A procura por relações funcionais correlacionando parâmetros microestruturais e o comportamento mecânico de ligas metálicas é fundamental para a pré-programação do produto final. O presente estudo pretende contribuir para o entendimento sobre a influência dos parâmetros microestruturais na resistência ao desgaste e nas propriedades mecânicas de ligas de dois sistemas binários: AI-Sn e AI-Si. Tais ligas são bastante usadas em aplicações de engenharia, tais como mancais e camisas de cilindro de motores de combustão, respectivamente. Apesar do grande uso das ligas do sistema AI-Sn como material tribológico, são escassos os estudos sobre o desenvolvimento microestrutural destas ligas na literatura. Neste estudo, quatro ligas hipoeutéticas do sistema AI-Sn e três ligas hipoeutéticas do sistema AI-Si foram submetidas a solidificação unidirecional, na direção vertical e sentido ascendente, sob condições transitórias de fluxo de calor. Os espaçamentos dendríticos primários (À1) e secundários (À2) foram medidos nas direçõe.s transversal e longitudinal dos lingotes, respectivamente, e correlacionados com as variáveis térmicas que atuaram durante a solidificação. Uma abordagem teórico-experimental foi desenvolvida para determinar quantitativamente_as variáveis térmicas, tais como: coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, velocidade de deslocamento da isoterma liquidus, gradientes térmicos, taxa de resfriamento e tempo local de solidificação. Este estudo também aborda a influência do teor de soluto nos espaçamentos dendríticos das ligas estudadas. Os dados experimentais obtidos, concementes à solidificação das ligas AI-Sn, são comparados com modelos de crescimento dendrítico existentes na literatura. O comportamento mecânico das ligas AI-Sn e AI-Si foi analisado por meio de ensaios de tração e de desgaste. O ensaio de desgaste utilizado foi o ensaio de micro-abrasão por esfera rotativa fixa, sob condições a seco (sem óleo lubrificante ou solução abrasiva). As amostras submetidas aos ensaios de desgaste foram retiradas na direção transversal dos lingotes. A condição a seco foi adotada para impedir a interferência de elementos interfaciais na resposta da microestrutura com relação ao desgaste mecânico. O volume de desgaste é o parâmetro quantificador da resistência ao desgaste e, são obtidas equações que correlacionam o volume de desgaste com espaçamentos dendríticos, levando em consideração o tempo de ensaio, que está relacionado com a distância de deslizamento. / Abstract: The search for relationships between microstructural parameters and mechanical behavior of alloys is fundamental for the pre-programming of final properties of as-cast components. The present study aims to contribute to the understanding about the influence of microstructural parameters on the wear resistance and mechanical properties of alloys of two binary systems: Al-Sn and AI-Si. Such alloys are widely used in engineering applications, especially as bearing components such as journal bearings and cylinder liners, respectively. Despite the wide use of Al-Sn alloys as bearing materiaIs studies on the microstructural development of such alloys are rare.. In the present study, four Al-Sn and three AI-Si hypoeutectic alloys were directionally solidified under upward unsteady state heat flow conditions. The primary (1,,1) and secondary (Â.2) dendrite arm spacings were measured along the castings length and correlated with transient solidification thermal variables. A combined theoretical and experimental approach has been used to quantitatively determine such thermal variables, i.e., transient metaVmold heat transfer coefficients, tip growth rates, thermal gradients, tip cooling rates and local solidifÍcation time. This study also focuses on the dependence of dendrite arm spacings on the alloy solute content. Furthermore, the experimental data conceming the solidification of AI -Sn alloys are compared with the main predictive dendritic models from the literature. The mechanical behaviors ofthe AI-Sn and AlSi alloys were analyzed by wear and tensile tests. Micro-abrasive wear tests under dry sliding conditions and by using a fixed rotating sphere were applied to transversal samples collected along the casting. The dry condition is adopted to prevent effects of interfacial elements such as abrasive slurry or lubricant oil on the microstructural response during the tests. The wear volume was used to evaluate the wear resistance. Afterwards, equations correlating the wear volume and the dendritic arm spacing have been proposed taking into account the influence of time (sliding distance). / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Neste trabalho foi investigado o processamento e propriedades mecânicas e tribológicas do compósito cerâmico Al2O3- NbC com o objetivo de desenvolver um compósito cerâmico com melhores propriedades do que a alumina pura. Como material para comparação foi utlizado a alumina que é uma cerâmica tradicionalmente aplicada onde é necessária elevada resistência mecânica e ao desgaste. A composição Al2O3-0,5%wtY2O3-20%wtNbC, que origina o compósito, passou por moagem e mistura em moinho tipo atrittor e secagem em evaporador rotativo. O pó obtido foi caracterizado quanto a distribuição granulométrica e morfologia. A alumina seguiu a rota tradicional de moagem e mistura em moinho de bolas, secagem em spray dryer; e mesma caracterização realizada para o compósito. Foi realizado estudo da sinterização em dilatômetro para os dois materiais com intuito de determinar as condições ideais de sinterização. Por meio de prensagem uniaxial seguida de prensagem isostática a frio foram confeccionadas amostras na forma de discos e pinos. Os materiais densos foram obtidos por sinterização normal sendo que a alumina ao ar e o compósito em atmosfera de argônio. As fases formadas no dois materiais foram determinadas por difração de raios X. As microestruturas foram estudas em microscópio eletrônico de varredura nas superfícies polidas e atacadas. Entre as propriedades mecânicas foram medidas o módulo elástico, a dureza e a tenacidade à fratura por meio de impressões Vickers. O compósito desenvolvido apresentou valores superiores em todas estas propriedades em relação a alumina. O estudo do comportamento tribológico foi realizado por meio do deslizamento de pinos, com extremidade cônica, de alumina e do compósito cerâmico sobre discos de alumina. Os ensaios foram realizados com a velocidade de 0,4m/s e com carregamento, por meio de peso morto, de 10N sob diferentes níveis de umidade relativa ( 26,8; 48 e 76,3%). O coeficiente de atrito cinético médio, assim como a taxa de desgaste, diminuiu em todos os ensaios com o aumento da umidade relativa, para os dois materiais. Este comportamento foi relacionado com a formação de uma camada na interface de contato entre as superfícies do pino e do disco de hidróxido de alumínio. O compósito demostrou maior resistência ao desgaste em todas as condições tribológicas estudadas. O compósito cerâmico desenvolvido claramente possui boas perspectivas como um novo material cerâmico em importantes aplicações técnicas. / In the present work processing, and mechanical and tribological properties of a ceramic composite Al2O3-NbC were investigated in order to develop a ceramic material with superior properties. Alumina was chosen as a reference since it is a traditional ceramic material for applications where elevated mechanical properties and wear resistance are required. The composition Al2O3 - 0.5 wt%Y2O3-20 wt%NbC was prepared by attrition milling followed by drying in a rotaevaporator. The resulting powder mixture was characterized for granulometry and powder particles morphology. Alumina was processed according to the traditional route of ball milling followed by passing through a spray drier, and the processed powder was then characterized the same way as the composite. Dilatometry was accomplished for both materials in order to define the ideal sintering conditions. Samples with the shape of discs and pins were compacted by uniaxial pressing followed by cold isostatic pressing. Densification was achieved by sintering in air and in argon for alumina and the composite, respectively. Phase composition of sintered materials was studied by X-ray diffraction (XRD). Microstructure was investigated by means of scanning electron microscopy (SEM) on polished and etched surfaces. Materials were also characterized for a number of mechanical properties, in particular for Young modulus, hardness, and fracture toughness by Vickers indentation method. The developed composite exhibited superior mechanical properties as compared to alumina. Tribological behavior was investigated by means of a sliding pin on disk test with pins of a conical shape prepared both from alumina and the composite, and an alumina disk. Tests were performed with the sliding speed of 0.4 m/s and 10N load under varying humidity conditions (26.8; 48, and 76.3%). Both the mean coefficient of friction and the wear rate diminished in all tests with the increase of humidity for both materials. Such behavior was attributed to a aluminum hydroxide layer formation between the pin and the disk surfaces. The developed composite exhibited better wear resistance under all tribologic conditions studied. The developed ceramic composite obviously has good perspectives as a new material for a variety of important technical applications.

Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une collaboration entre le laboratoire de Chimie-Métallurgie de l’INSA de Rennes et le laboratoire de biomatériaux en site osseux (LBSO) de la Faculté de Chirurgie Dentaire de l’Université de Rennes1. L’alliage de titane de type β Ti-27Nb (% at.) a été nitruré pour des applications en implantologie orale parce qu'il possède un bas module d'élasticité, proche de celui de l’os et qu’il est composé uniquement d'éléments biocompatibles. Dans un premier temps l’alliage Ti-27Nb a été synthétisé grâce à un four à induction magnétique selon la technique de fusion en lévitation en creuset froid sectorisé. Un traitement de surface par nitruration en phase gazeuse a ensuite été effectué pour augmenter sa résistance à la corrosion et à l’usure. L’analyse structurale a été réalisée par DRX et par des observations en microscopies optique et électronique à balayage. L’analyse chimique a été effectuée par spectrométrie à dispersion d’énergie. La topographie et la dureté superficielle ont été caractérisées par AFM et par nano-indentation. Des essais tribologiques ont permis d’évaluer le coefficient de frottement et la résistance à l’usure. Pour la caractérisation mécanique des essais de traction conventionnels et cycliques ont été effectués. La biocompatibilité a été évaluée in vitro par des cultures bidimensionnelles de plusieurs populations cellulaires en contact des implants métalliques : ostéoblastes, fibroblastes et cellules épithéliales. Elle a été déclinée en termes de cytotoxicité, de prolifération cellulaire, d’expression génique et de morphologie cellulaire. Les propriétés de l’alliage Ti-27Nb nitruré sont particulièrement intéressantes pour une implantation durable en site osseux. / This work was performed in collaboration with the Metallurgical Chemistry team of the Institute of Chemical Sciences of Rennes and the Biomaterials Laboratory of the Faculty of Dentistry of Université de Rennes1. The low modulus Ti-27Nb (at. %) alloy with non-toxic elements was nitrided for the first time in this study for dental implant applications. The alloy was firstly synthetized by cold crucible levitation melting technique. A high temperature gas nitriding treatment was then carried out in order to improve the wear and corrosion resistance. The structural analysis was performed by X-ray diffraction and the microstructure was observed by optical microscopy and by scanning electron microscopy. The chemical analysis was performed by Energy Dispersion Spectrometry. Superficial mechanical properties were then studied by nano-indentation and ball-on-disc tribological tests. Conventional and tensile tests were realized. The biocompatibility was evaluated by in vitro tests performed on human osteoblasts, fibroblastic cells and epithelial cells. Cell proliferation and differentiation were studied as well as cell morphology. All of the observed properties make the nitrided Ti-27Nb alloy particularly suitable for enhanced longevity of dental implants.

This thesis deals with surface re-melting by electron beam of thermal sprayed material NiCrBSi by method HVOF. The microstructure, chemical and phase composition, hardness and abrasive wear resistance were evaluated in depending on the electron beam parameters and modes of the electron beam 6-poinst and line. Observed microstructure was better after both methods of re-melting. The splats were not observed, coating porosity decreased and structure was more homogenous. Structure and phase analysis was acquired by light microscopy, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and x-ray diffraction. A small change in hardness between modes of re-melting was observed, but measured hardness was higher than in sample without re-melting. Similar results were observed for abrasion resistance.