Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-08-08T04:12:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347032.pdf: 3848814 bytes, checksum: fddfee0a4430edebaad1cd0341a90078 (MD5) Previous issue date: 2017 / Um novo polímero híbrido baseado em acrilonitrila (AN) e oligossilazanos disponíveis comercialmente (HTT1800 e ML33) foi desenvolvido para ser utilizado como precursor de fibras à base de carbono com notável estabilidade à oxidação até 800 °C. Enquanto a poliacrilonitrila (PAN) é usado como o principal precursor para fibras de carbono, a fase de cerâmica baseada em SiCN, derivada do polissilazano, melhora a resistência à oxidação. Primeiramente, polímeros híbridos com diferentes razões de acrilonitrila/oligosilazanos foram sintetizados por meio de polimerização em solução via radicais livres de modo a obter polímeros capazes de serem processados em forma de fibras por meio de fiação à seco (dry-spinning). O produto gerado foi caracterizado quanto ao seu comportamento de pirólise, formação de fase em dependência da temperatura e a estabilidade à oxidação. Dependendo do oligossilazano utilizado, observou-se uma notável diferença no comportamento de pirólise. Enquanto que composições de HTT1800/AN apresentaram rendimento cerâmico correspondente aos valores esperados, os rendimentos cerâmicos determinados para sistema ML33/AN mostraram considerável aumento em comparação com os valores teóricos. Esse comportamento se deve às reações de reticulação ocorridas entre PAN e ML33 durante a pirólise, confirmado por análise de espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN). Após a pirólise até 1000 °C, o teor de carbono dos materiais resultantes foi aumentado em até 55% em peso. Inesperadamente, com o aumento do teor de acrilonitrila na composição de inicial, o tratamento térmico até 1500 °C levou a uma mudança dos nanocompósitos amorfos de C/SixCyNz para C/Si3N4, confirmado por RMN, difração de raios-X (XRD) e microscopia electrónica de transmissão (MET). A fase cerâmica homogeneamente distribuída dentro da matriz de carbono é responsável pela extraordinária estabilidade à oxidação deste novo tipo de fibra à base de carbono.<br> / Abstract : A novel hybrid polymer on the basis of acrylonitrile (AN) and commercial available oligosilazanes (HTT1800 and ML33) was developed as a precursor for processing of carbon-based fibers (CFs) with remarkable intrinsic oxidation stability up to 800 °C. Whereas polyacrylonitrile (PAN) is used as the typical precursor for CFs, the polysilazane derived SiCN ceramic phase lead to improved oxidation resistance. Firstly, hybrid polymers with different acrylonitrile/oligosilazanes ratios were synthesized by in-situ free-radical polymerization to receive a spinnable (dry-spinning) polymer, to investigate the pyrolysis behavior, the phase formation in dependency on the temperature, and the oxidation stability. Depending on the oligosilazane used, a remarkable difference in the pyrolysis behavior was noticed. Whereas the ceramic yields of the HTT1800/AN compositions correspond to the expected values, the determined ceramic yields of the ML33/AN systems are strongly increased compared to the theoretical values, due to crosslinking reactions between PAN and ML33 during pyrolysis, confirmed by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. After pyrolysis up to 1000°C, the carbon content of the resulting materials could be increased up to 55 wt.%. Unexpectedly, with increasing acrylonitrile content in the starting composition, the thermal treatment up to 1500 °C leads to a change from amorphous C/SixCyNz to C/Si3N4 nanocomposites, as confirmed by NMR, x-ray diffraction (XRD) and transmission electronic microscopy (TEM) measurements. The homogeneously distributed ceramic phase within the carbon matrix is responsible for the extraordinary intrinsic oxidation stability of this new type of carbon-based fiber.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-10-31T03:17:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348410.pdf: 4164460 bytes, checksum: 779311a4a5b43688133888a23cfbdffd (MD5) Previous issue date: 2017 / Dentre os vários métodos para produção de fibrocimento, o processo Hatschek é o mais utilizado mundialmente na fabricação de produtos para construção civil. Algumas dificuldades ao processo estão associadas à capacidade de retenção de sólidos nos tamises, especialmente às partículas mais finas, e, principalmente pela substituição do amianto crisotila por outras fibras sintéticas e naturais. Por ser um circuito de água fechado, a água que retorna ao processo juntamente com essas partículas mais finas ou não floculadas altera continuamente a proporção dos insumos, bem como o empacotamento das partículas e, consequentemente, o desempenho no estado fresco e endurecido. Para aumentar a eficiência de retenção de sólidos nos tamises, uma das medidas adotadas é a utilização de polímeros floculantes, sendo a poliacrilamida aniônica a mais utilizada, mas que, dependendo do teor pode reduzir o desempenho mecânico. A presente dissertação buscou determinar um floculante com desempenho superior, o ponto de dosagem ótimo e as variações existentes pelo uso de fibras de PP ou PVA na composição da suspensão de sólidos para otimização da produção de fibrocimento. Além disso, em função da escassez de literatura sobre este assunto, efetuou-se também uma busca bibliográfica para fundamentação e contribuição com o meio acadêmico e industrial. De tal forma, foram realizadas as caracterizações das matérias-primas, executaram-se estudos de diversos floculantes em laboratório, bem como foram conduzidos testes em máquina Hatschek piloto. Os resultados mostraram uma inter-relacão entre os estudos de floculação realizados em laboratório e os resultados pela produção de fibrocimento em máquina Hatschek piloto. Verificou-se que os produtos com fibras de PP que tiveram o melhor desempenho mostraram uma maior necessidade de dosagem de floculante atingindo 272 ppm. Além disso, esses produtos tiveram melhor desempenho utilizando floculante com menor carga aniônica (20%) e maior massa molar (1,65 x 107 g/mol) do que os produtos que contêm fibras de PVA. A formulação com fibras de PVA necessitou dosagem de 224 ppm e teve melhor comportamento utilizando polímero floculante com carga aniônica maior (38%) e massa molar menor (1,50 x 107 g/mol).<br> / Abstract : Among the several fibre cement production processes, the Hatschek Process is worldwide the most used one on the manufacture of products for civil construction. Some difficulties concerning to the process are related to the solid retention ability on the sieves, specially the finer particles and, particularly, because the substitution of chrysotile asbestos fibers by other synthetic and natural fibers. Because its closed water circuit, the water which returns to the process, together with fine or non properly flocculated particles, it takes place a continuous change on the proportion of the mix components as well as on the particles packing and, as a consequence, on the behavior of the fresh and hardened products. In order to increase the solids retention efficiency on the sieves, one of the measures to be adopted is the usage of flocculant polymers, besides, the anionic polyacrylamide is the most commonly used one but, on the other hand, on depending on its amount, it can lead to the decrease of the mechanical performance. The current dissertation looked for to determine such a flocculant with a superior performance, the optimized consumption rate and the variations due to the use of PP or PVA fibers on the composition of the solids suspension for the optimization of fibre cement manufacture. Moreover, due to the lack of technical literature on this field, bibliographic search has also been done towards the substantiation and consequent contribution to academic and industrial means. Thus, it has been carried out the raw materials characterization, it has also been done studies on several flocculants on the laboratory as well as the production tests using a pilot Hatschek machine. The results showed an interrelationship between the flocculation studies made on the laboratory and the results obtained by the fibre cement production carried out on the pilot Hatschek machine. It has been verified that the products reinforced with PP fibers which had the better performance showed a higher need in terms of flocculant dosage (272 ppm). Moreover, these products had better results using flocculants with lower anionic charge (20%) as well as with higher molecular weight (1,65 x 107 g/mol) in comparison with the products containing PVA fibers. The formulation with PVA fibers has demanded lower dosage (224 ppm) and had better performance using flocculant with higher anionic charge (38%) and lower molecular weight (1,50 x 107 g/mol).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-10-31T03:19:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348701.pdf: 1936544 bytes, checksum: 0db6dcf8e065c7748c105a61bbf71cd0 (MD5) Previous issue date: 2017 / A presença de poros em componentes produzidos via Metalurgia do Pó (MP) dificulta a aplicação em situações onde se requer resistência à corrosão. As técnicas de nitretação e nitrocementação vêm sendo utilizadas com o intuito de atribuir aos componentes produzidos via MP melhoras nas propriedades tribológicas e resistência à corrosão. No entanto, sabe-se que a eficiência destes tratamentos superficiais nem sempre apresenta resultados positivos, dependendo das características da porosidade presente na superfície. Muitos estudos têm sido realizados visando melhorar a qualidade das camadas formadas, selecionando parâmetros que resultem em melhoras na resistência à corrosão. Neste trabalho, amostras com diferentes graus de porosidade foram nitretadas e nitrocementadas por plasma com o intuito de avaliar as melhores respostas no desempenho à corrosão. Para obter diferentes graus de porosidade foram processadas amostras com 3 faixas de granulometria de pós. As amostras foram sinterizadas por plasma em atmosfera de (95%Ar-5%H2), a 1150 oC por 1 hora. A nitretação foi também realizada via plasma em atmosfera de (90%N2-10%H2), 570 oC e por 2 horas. A nitrocementação foi realizada em atmosfera de (90%N2?7,5%H2-2,5%CH4), a 570 oC e por 2 horas. Os ensaios eletroquímicos foram realizados com solução de 0,5 M KNO3. Como resultado, observou-se que o tamanho dos poros e a morfologia da camada produzida no tratamento termoquímico exerce grande influência na resistência a corrosão dos aços sinterizados. Os tratamentos de nitretação e nitrocementação atribuíram ao componente sinterizado uma maior resistência a corrosão, que está ligado à espessura e continuidade da camada de compostos. As amostras sinterizadas com menor granulometria e nitrocementadas apresentaram melhores resultados de resistência à corrosão.<br> / Abstract : The presence of pores in the components produced by Powder Metallurgy (MP) makes it difficult to apply them in situations where corrosion resistance is required. The nitriding and nitrocarburising techniques have been used with the aim of assigning MP pieces to the tribological properties and resistance to corrosion. However, it is known that the efficiency of these surface treatments does not always present positive results, depending on the characteristics of the pores present on the surface. Many studies have been carried out aiming at improving the quality of the formed layers, selecting parameters that result in improvements in the resistance to corrosion. In this work, samples with different degrees of porosity were nitrided and nitrocarburised by plasma in order to evaluate the best responses in the corrosion performance. Samples with 3 bands of powder granulometry were processed to obtain different degrees of porosity. The samples were sintered by plasma in atmosphere of (95%Ar-5%H2) at 1150 oC for 1 hour. Nitriding was also performed via plasma in an atmosphere of (90%N2-10%H2), 570 oC and for 2 hours. Nitrocarburization was carried out in an atmosphere of (90%N - 7.5%H2 - 2.5%CH4) at 570 ° C for 2 hours. The electrochemical tests were performed with 0.5M KNO3 solution. As a result, it was observed that the pores size and the morphology of the layer produced in the thermochemical treatment exerts a great influence on the corrosion resistance of the sintered steels. The treatments of nitriding and nitrocarburising gave the sintered component a higher resistance to corrosion, which is related to the thickness and continuity of the layer of compounds. The sintered samples with lower particle size and nitrocarburized showed better corrosion resistance results.

O estudo de pré-tratamentos, para aumentar a resistência aos efeitos da corrosão e melhorar a performance da pintura para prolongar a vida útil dos materiais, é muito importante para o setor industrial. Os prejuízos referentes à corrosão alcançam valores inimagináveis por todos nós. Entender o funcionamento desta área é vital. O pré-tratamento mais usado atualmente ainda é a fosfatização, que desempenha bem o seu papel de revestimento protetivo e base para a pintura, porém deixa resíduos perigosos no ambiente, a chamada lama, ou lodo, de fosfatização. Em função disso novos métodos são estudados, e alguns já estão sendo usados na indústria com cada vez mais frequência. Um dos métodos é através do uso de camadas de conversão a base de ácidos hexafluorzircônico ou hexafluortitânico. Por já estarem estabelecidos no mercado, é necessário aprimorar seu uso, buscando melhorias no desempenho destes produtos. A camada formada consiste em uma fina camada de óxido de zircônio em escala nanométríca, sendo por isso conhecida como camada ou revestimento nanocerâmico. No presente trabalho foi feito uma avaliação da camada protetora formada em solução de ácido hexafluorzircônico, sem e com adição de determinadas quantidades de um polímero, o polietilenoglicol, e avaliou-se a qualidade dos revestimentos obtidos. Para avaliar a qualidade de cada camada protetora foram realizados diversos ensaios, simulando ambientes salinos e urbanos, ensaios eletroquímicos e de aderência. Foi possível verificar que a adição do polímero na solução de pré-tratamento é capaz de proporcionar benefícios à qualidade de barreira protetora nanocerâmica. O comportamento da barreira em ensaios eletroquímicos e ensaios acelerados simulando ambientes corrosivos mostrou que em certas concentrações e valores de pH o desempenho é promissor e justifica seu uso. / The pre-treatments studies to increase resistence to the corrosion effects and improve painting performance for prolong the life of the materials is very important for industry. Losses related to the corrosion may appear unimpressive, but reach unimaginable values for all of us. To understand the functioning of this area is vital. The most widely used pre-treatment is currently still phosphating. He plays well its role of protective coating and base for painting, but leaves dangerous waste on the environment. As a result, new methods are studied, and some are already being used in the industry with increasingly frequency. One method is through the use of conversion layers by the use of zirconium or titanium acids. Because they are already established on market, it is necessary to improve its use, seeking improvements in the performance of these products. The formed layer consists of a thin zirconium oxide layer on a nanometric scale, so it is known as a nanoceramic layer or nanoceramic coating. In the present work was done an evaluation of the protective layer formed by an acid, the hexafluorzirconic acid, with and without addition of certain amounts of a polymer, polyethylene glycol, and evaluate the quality of the coatings obtained. Therefore many tests were carried out, simulating saline and urban environments, electrochemical tests and grip tests. It was verified that the addition of polymer in the pre-treatment solution is capable of providing benefits for the quality of nanoceramic protective barrier. The barrier performance in electochemical tests and accelerated tests simulating corrosive environments showed that at certain concentrations and pH values the performance is promising and justifies its use.

Considerando o intenso uso de polietileno para as mais diversas aplicações, torna-se necessária a avaliação de microestrutura deste material e suas influências no processamento e aplicação final. Diante deste contexto, foi verificada a diferença de microestrutura existente em um polietileno de alta densidade (utilizado para aplicação de sacolas plásticas) produzido na tecnologia Fase Gás, porém em unidades industriais diferentes, utilizando catalisador de Cromo. Para este estudo, foram avaliadas três amostras desta resina, sendo uma produzida na unidade industrial 1 e duas produzidas na unidade industrial 2. Os modos de produção também variam: na unidade industrial 1 o modo de produção é o modo seco estendido, já na unidade industrial 2, existe o modo seco e o modo condensado. Através das análises realizadas e dos resultados obtidos, foi identificada a presença de ramificações longas (LCB) e diferença no teor destas nas amostras avaliadas. As amostras P2 (modo condensado) e P3 (modo seco) produzidas na unidade industrial 2 possuem maior teor de LCB na estrutura em relação a amostra P1 (modo seco estendido) produzida na unidade industrial 1. Além disso, a amostra P2, produzida em modo condensado, apresentou o maior teor de LCB dentre todas as amostras. O teor de LCB nestes materiais influencia no processamento por extrusão. A resina P2, que possui maior teor de LCB, apresentou 25% de aumento de produtividade em máquina e maior estabilidade de balão ao ser processada em extrusora de filme tubular. Porém, deve-se estudar a influência do teor de LCB nas propriedades mecânicas. Dessa forma, é possível concluir que resinas iguais produzidas em unidades industriais diferentes, mesmo que sejam da mesma tecnologia, possuem diferenças de microestrutura e isso influencia no processamento destes materiais já que influencia diretamente nas ramificações e, consequentemente, na viscosidade das resinas. / Considering the intense use of polyethylene for many applications, it is necessary to evaluate the microstructure of this material and its influences in processing and final application. Given this context, it was evaluated the difference in microstructure in a high density polyethylene (used for plastic bags) produced in the gas phase technology, but in different industrial plants using Chromium catalyst. For this study, three samples of this resin were evaluated, one being produced at the industrial plant 1 and two produced in industrial plant 2. The modes of production also vary: in plant 1, the industrial mode of production is the extended dry mode, since in plant 2, there is dry and condensed mode. Through the analyzes and the results obtained, it was identified the presence of long chain branchings (LCB) and differences in the content of these branchings among all samples. The P2 (condensation mode), and P3 (dry mode) samples produced in plant 2 have higher levels of LCB in structure than the sample P1 (extended dry mode) produced in plant 1. Moreover, the sample P2 produced in condensate mode presented the highest level of LCB among all samples. The content of LCB in these materials influences the extrusion process. The resin P2, that has the higher level of LCB, showed 25% of increase in machine productivity and greater bubble stability when processed in blown film extruder. However, it needs to be studied the influence of the amount of LCB in mechanical properties. Thus, it is possible to conclude that the same resins produced in different industrial units, even if they have the same technology, have differences in microstructure and this influences the processing of these materials since it directly influences in the branchings and, consequently, in the viscosity of the resin.

Submitted by Stéfany Moreira (stemellra@yahoo.com.br) on 2013-03-11T12:59:05Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_AvaliaçãoAmaciamentoAço.pdf: 15774852 bytes, checksum: 6be0334d33747343a4d5a08e709a58ae (MD5) / Approved for entry into archive by Neide Nativa (neide@sisbin.ufop.br) on 2013-03-13T19:42:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_AvaliaçãoAmaciamentoAço.pdf: 15774852 bytes, checksum: 6be0334d33747343a4d5a08e709a58ae (MD5) / Made available in DSpace on 2013-03-13T19:42:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_AvaliaçãoAmaciamentoAço.pdf: 15774852 bytes, checksum: 6be0334d33747343a4d5a08e709a58ae (MD5) Previous issue date: 2008 / As mudanças no comportamento de amaciamento que ocorrem durante a deformação a quente de aços inoxidáveis ferríticos tipo ABNT 430 foram analisadas por meio de simulação de laminação por ensaios de torção a quente, objetivando a obtenção de microestrutura adequada para as etapas de estampagem. Corpos-de-prova para ensaio de torção foram usinados a partir de uma chapa do aço inoxidável do tipo ABNT 430 retirada após laminação de desbaste. Ensaios de torção em resfriamento contínuo foram realizados em uma máquina universal de ensaios mecânicos. O aquecimento dos corpos-de-prova foi realizado por uma bobina de indução eletromagnética acoplada a uma fonte com controlador programável. Uma atmosfera de proteção composta por argônio e nitrogênio na proporção de 85/15 foi utilizada com a finalidade de evitar a oxidação e reduzir a desnitretação da amostra. Um ciclo de visão geral foi feito para a determinação das temperaturas de mudança de comportamento de amaciamento através do ajuste da curva de tensão média de torção em função do inverso da temperatura. Os corpos-de-prova foram aquecidos até 1200°C a uma velocidade de 2°C/s e mantidos nesta temperatura por 120s, antes do resfriamento a 1°C/s. A partir de 1170°C foram aplicados passes de deformação equivalente de 0,2 a cada intervalo de 30°C até a temperatura final de 690°C. As temperaturas de mudança de comportamento de amaciamento determinadas foram aproximadamente 850°C e a 1000°C. Ensaios interrompidos foram então realizados em temperaturas no intervalo de 1050°C a 810°C. Ao término de cada ensaio o corpo-de-prova foi submetido a resfriamento rápido com CO2 e sua microestrutura foi analisada por microscopia óptica com luz polarizada. Em seguida foram realizados ensaios com mesmo ciclo aquecimento e resfriamento e aplicada a deformação equivalente de 1,0 em passe único nas temperaturas de 1080, 930 e 840°C. As micrografias das amostras de múltiplos passes, associadas às medidas de dureza confirmaram a existência de duas temperaturas de ocorrência de mecanismos de amaciamento distintos. Nas amostras dos ensaios de passes simples, foi observado recristalização naquelas deformadas em 840 e 930°C, e recuperação e contornos de subgrãos na amostra deformada em 1080°C. A recristalização do aço inoxidável ABNT 430 pode ocorrer na faixa de temperatura de aproximadamente 850 a 1000°C, para temperaturas acima desta faixa a recuperação é o mecanismo de amaciamento predominante. __________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: The softening behavior changes that occur during hot deformation of ABNT 430 ferritic stainless steels were analyzed by hot rolling simulation using torsion tests aiming at achieving better microstructure for drawing process. Torsion specimens were machined from hot rolled plates 28mm in thickness after roughing mill. Interrupted deformation torsion tests were performed during continuous cooling. Tests were carried out in an electro-mechanical Instron 1125 universal testing computer controlled machine. The specimens were heated in an induction heating system. They were protected from oxidation as well as loss of N2 by a gas mixture of Ar plus N2 in the ratio of 85/15. A cycle of general vision was made for the temperatures determination of change in softening behavior of the steel through the adjustment of the curve of torsional mean stress in function of the inverse of the temperature. Specimens were first heated up to 1200°C with a rate of 2°C/s and held at this temperature for 120s. The samples were then cooled down at a constant rate of 1°C/s. During cooling, deformations of equivalent strain of 0.2 were applied to the specimens at a strain rate 0.3s-1. The first deformation was applied at 1170°C and the others with an interval of 30°C from each other. The last deformation was applied at 690°C. The temperatures of change of softening behavior had been determined at approximately 850°C and 1000°C. Interrupted torsion tests were performed in temperatures in the interval of 1050°C to 810°C. At the end of each assay the sample was submitted to fast cooling with CO2 and its microstructure was analyzed by optic microscopy with polarized light and microhardness measurements. Torsion tests with same heating and cooling cycle were carried through applying the equivalent deformation of 1.0 in only one pass, in the temperatures of 1080, 930 and 840°C. The micrographs of the samples of multiple passes, associated to the measurements of microhardness confirmed the existence of two temperatures of occurrence of distinct mechanisms of softening. In the single pass tests, recrystallization was observed in the samples deformed at 840 and 930°C, and recovery and subgrain boundaries in the sample deformed at 1080°C. The recrystallization of stainless steel ABNT 430 can occur approximately in the temperature range of 850 to 1000°C. For temperatures above of these values recovery is the predominant softening mechanism.

Submitted by Stéfany Moreira (stemellra@yahoo.com.br) on 2013-03-06T13:45:53Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_AvaliaçãoPropriedadesAltas.pdf: 6600068 bytes, checksum: 30701eb0a25da34f92f5f56c988ddcb1 (MD5) / Rejected by Neide Nativa (neide@sisbin.ufop.br), reason: Arquivo incorreto, é de outra tese on 2013-03-13T17:42:45Z (GMT) / Submitted by Stéfany Moreira (stemellra@yahoo.com.br) on 2013-03-13T19:22:47Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_EstudoFenomenológicoMecanismo.pdf: 9422594 bytes, checksum: f33357ece98a3916d6727f3645f0bac6 (MD5) / Approved for entry into archive by Neide Nativa (neide@sisbin.ufop.br) on 2013-03-13T22:34:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_EstudoFenomenológicoMecanismo.pdf: 9422594 bytes, checksum: f33357ece98a3916d6727f3645f0bac6 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-03-13T22:34:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_EstudoFenomenológicoMecanismo.pdf: 9422594 bytes, checksum: f33357ece98a3916d6727f3645f0bac6 (MD5) Previous issue date: 2006 / Este estudo abordou o mecanismo de solidificação, (conhecido como “obstrução de partida / troca de distribuidor”), da primeira porção de aço líquido do distribuidor para o molde, (lingoteira), dentro do sistema de canal refratário, denominado válvula gaveta. O vazamento do aço líquido do distribuidor para o molde é regulado por uma válvula central refratária com orifício calibrado no formato de uma placa que “abre – fecha” dentro de uma faixa de controle regulando o fluxo de aço líquido. Tal processo visa controlar as condições de escoabilidade do metal a ser lingotado continuamente. Entretanto, em função de alguns fatores tais como a temperatura do aço líquido, temperatura do canal refratário, abertura e aquecimento da válvula gaveta, no início deste vazamento ocorre, ocasionalmente, uma solidificação rápida e prematura (um congelamento), obstruindo o fluxo de aço do distribuidor para o molde, o que gera uma significativa perda de produtividade, além de outros transtornos operacionais. Visando compreender de forma mais clara a ocorrência deste fenômeno (ainda relativamente pouco estudado), fez-se uma abordagem a partir da: - Caracterização do fenômeno de “entupimento”, (solidificação => obstrução), do canal de alimentação do distribuidor para o molde no início de lingotamento, através de levantamentos, observações e análises das ocorrências; - Realização de modelagem numérica termo-fluidodinâmica visando avaliar a sensibilidade do processo de solidificação do aço em relação às condições operacionais, a partir da comparação com os resultados experimentais; - Realização de medições sistematizadas de temperatura na região de estudo, antes e durante a passagem do aço líquido, utilizando pirômetro ótico, termopares e câmera de vídeo termográfica, visando compreender o perfil térmico nesta região que leva ao processo de solidificação prematura, (congelamento) da primeira porção de aço vazado do distribuidor para o molde. Concluindo, as aná lises realizadas acima permitiram avanços no diagnóstico do mecanismo de obstrução, através de um maior conhecimento da variação térmica da região do canal de alimentação distribuidor – molde e a elaboração de propostas operacionais para mitigar o problema, que podem ser estendidas a outros vazamentos de metal líquido via canais refratários. __________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: The foccus of this work is the phenomenon known as “start freezing blockage” of the first batch of liquid steel flowing from tundish to mold through the slide gate system of a continuous casting machine. The flow rate is set by adjusting the position of the refractory sliding gate but in some instances, due to factors such as liquid steel temperature, refractory pouring channel temperature, slide gate opening and others, a premature and quick freezing of steel is observed. That leads to loss of productivity and other operational problems. There is little study on this phenomenon some consider this is inherent in the nature of process. In order to improve understanding of this problem the following approach was taken: - Reporting of the operational conditions during heats when starting freezing was observed; characterization of the frozen logs - Thermo-fluidynamic numerical modeling of the pouring channel system for a variety of steel grades and pre-heating conditions; comparison with plant data - Temperature measurements through thermocouples embedded in the slide gate system and optical pyrometers; comparison with numerical predictions. The present work has the objective of analysis the mechanism of start freezing blockage. The phenomenon is shown to be grade sensitive and strongly dependent of thermal history and process variability. The results and methodology can extended to similar casting problems.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-03-01T04:01:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337501.pdf: 44591069 bytes, checksum: c849c94f16bfeabf9f716ba42cf20165 (MD5) Previous issue date: 2015 / As células a combustível de óxido sólido (SOFC) são células para conversão de hidrogênio em energia elétrica, altamente eficientes e limpas, já que produzem eletricidade, calor, e unicamente agua como gás de exhaustão do processo eletroquímico. A célula eletrolítica de óxido sólido (SOEC) corresponde à operação inversa da SOFC. Células a combustível de óxido sólido reversíveis (RSOFC) são dispositivos para produzir energia e armazená-la empregando hidrogênio como portador da energia, atuando de forma reversível como células combustível ou eletrolisador. Um breve análise econômico mostra RSOFC como una alternativa viável para sistemas híbridos de energias renováveis. O estado-da-arte dos materiais dos componentes da célula foi analisado e discutido em detalhe, comparando pontos comuns desenvolvidos neste trabalho. Materiais como Perovskitas, fases Ruddlesden-Popper e Perovskitas Duplas mostram-se como potencialmente mais eficientes em comparação com o material mais utilizado para eletrodos de oxigênio, manganita de estrôncio lantânio (LSM). Uma microestrutura nanocristalina pode melhorar propriedades chave, por exemplo para o eletrólito mais utilizado, zircônia estabilizada com yttria (YSZ), pode-se obter um aumento do >95% em condutividade iônica comparando tamanhos de grão de 300 nm e 2.15 µm. Para atingir as estructuras nanocristalinas, devem-se usar pós com tamanhos de partícula pequenos e técnicas de sinterização que inibam o crescimento de grão. Fases Ruddlesden-Popper como as baseadas em La2NiO4+d, apresentam alta permeabilidade ao oxigênio, e condutividade iônica entre outras propriedades vantajosas para RSOFC. Neste trabalho é reportada a síntese e as propriedades de transporte de oxigênio para um material novo (La2-ySryNi1-xMoxO4+d, 0.0=y=0.4 e 0.0=x=0.1). A análise das fases revelou um limite de solubilidade baixo de Mo no sítio B da estrutura A2BO4+d. O material La1.8Sr0.2Ni0.95Mo0.05O4+d (LSMN) fase pura foi sintetizado com sucesso. Amostras de LSMN foram conformadas por compressão isostática e sinterizadas a 1500ºC durante 4 h. As densidades atingidas foram maiores do que 95% e o tamanho de grão foi de 14±8 µm. Um modelo simples de defeitos foi usado para explicar o comportamento da condutividade elétrica. O coeficiente de superfície (kchem) e os coeficientes de difusão (Dchem) em termos de temperatura e PO2 foram avaliados por relaxamento da condutividade elétrica (ECR) e comparados a materiais semelhantes, mostrando que dopagem no sitio B de La2NiO4+d com Mo, pode melhorar as propriedades de transporte de oxigênio. Para melhorar a condutividade iônica, e desejável manufaturar o eletrólito com pós de pequeno tamanho e planejar a sinterização com os perfis de tempo-temperatura, para obter microestruturas com tamanhos de grão menores. Há falta de modelos que possam prever as densidades atingidas durante sinterização. Neste trabalho foi desenvolvido um modelo para predizer a densificação, como função da temperatura, tempo e tamanho de partícula. O modelo foi capaz de predizer densidades atingidas em diferentes condições de sinterização. A sinterização acarreta densificação e crescimento de tamanho de grão simultaneamente, particularmente para materiais nanocristalinos. Atualmente, métodos como spark plasma sintering (SPS), prensagem a quente (HP), sinterização em duas etapas (TSS) e queima rápida (FF) são empregados para inibir o crescimento de grão enquanto é mantida alta densificação. Neste trabalho, foi comparado experimentalmente FF e sinterização convencional (RH), em compactos de yttria estabilizada com zircônia (3YSZ e 8YSZ). Foram feitos experimentos em um forno tubular com taxas de aquecimento de ~500 °C/min (FF) e 10ºC/min (RH), analisando a mudança contínua da densidade dos compactos e a distribuição de tamanhos de grão da estrutura densa. As amostras sinterizadas pela rota convencional apresentam maior crescimento de grão por um fator de ~4 e ~2 respeito do tamanho dos pós. Por outro lado, as amostras sinterizadas pela rota de queima rápida suprimiram o crescimento com um fator de ~1 para os dois materiais. Esses resultados indicam que altas taxas de aquecimento minimizam o crescimento de tamanho de grão.<br> / Abstract : Solid oxide fuel cells (SOFC) are cells for conversion of hydrogen into electrical power, highly efficient and clean, since produces electricity, heat, and solely water as exhaust gas by electrochemical processes. Solid Oxide Electrolyser Cells (SOEC) correspond to the reverse operation of SOFC. Reversible solid oxide fuel cells (RSOFC) are devices to produce energy and store it employing hydrogen as energy carrier, acting reversibly as fuel or electrolyser cells. A brief financial review shows RSOFC as a viable alternative for hybrid renewal energy systems. Current state of electrolyte, hydrogen and oxygen electrodes materials has been reviewed and discussed in detail, comparing common points between SOFC and SOEC developed here. Perovskites, Ruddlesden-Popper series and Double Perovskites materials show to have lower resistance, therefore, potentially more efficiency than the state-of-art oxygen electrode, lanthanum strontium manganite (LSM). A fine-grained microstructure can enhance key properties, for instance the state-of-art electrolyte yttria stabilized zirconia (YSZ) increase >95% the ionic conductivity comparing grain sizes 300 nm and 2.15 µm. To achieve fine-grained structure, must be employed powders with small particle sizes and sintering techniques to hinder the grain growth. Ruddlesden-Popper series as La2NiO4+d-based materials exhibit high oxygen permeability, ionic conductivity among other properties advantageous for RSOFC. In this work, the synthesis and oxygen transport properties for a novel material (La2-ySryNi1-xMoxO4+d 0.0=y=0.4 and 0.0=x=0.1) are reported. The phase relations analysis disclose low Mo solubility limit on the B-site of the A2BO4+d structure. Single phase La1.8Sr0.2Ni0.95Mo0.05O4+d bar shape samples were cold-isostatically pressed and pressureless sintered at 1500ºC for 4 h. Sintered densities above 95% and grain size of 14.3±8 µm were obtained. A simple defect model was applied to explain electrical conductivity. Surface exchange coefficients (kchem) and bulk diffusion coefficients (Dchem) in terms of temperature and PO2 were assessed by electrical conductivity relaxation (ECR) and discussed comparing with similar compounds, showing that doping the B site of lanthanum nickelate with Mo can enhance the oxygen transport properties.To enhance the materials ionic conductivity, is desirable to manufacture the electrolyte using powders with small particle size and plan the sintering technique with the time-temperature profile to obtain fine-grained microstructures. There is a lack of accurate models to predict the compacts density during sintering. Here a densification model was developed to predict densification, as a function of temperature, time and particle size. The model was able to predicting the achieved density using different sintering conditions. Sintering of powders leads to simultaneous densification and grain growth, particularly for nanocrystalline materials. Currently, methods such as spark plasma sintering (SPS), hot pressing (HP), two-step sintering (TSS) and fast firing (FF) are employed to hinder grain growth while maintaining a high densification. In this work, FF consisting in thermal treatments with high heating rates (>500º/min) and conventional sintering (RH) approaches were experimentally compared for yttria-stabilized zirconia (3YSZ and 8YSZ) compacts. Experiments were carried out in a tube furnace with a heating rate of ~500 °C/min (FF) and 10 °C/min (RH), analyzing the continuous density change and the grain size distribution of the dense structure. RH-samples present grain size bigger by a factor of ~4 and ~2 in comparison to raw powder for 8YSZ and 3YSZ respectively. Conversely, FF method completely suppresses grain growth at the experimental conditions with a growth factor of ~1 for both materials. Those results indicate that high heat inputs minimize grain growth.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:36:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338914.pdf: 2554765 bytes, checksum: 59d638f77c12b827fab82f56ff43850e (MD5) Previous issue date: 2015 / Uma liga memória de forma Ti50Ni25Fe25 foi produzida por moagem mecânica. Suas propriedades estruturais, térmicas e magnética foram estudadas usando as técnicas difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), calorimetria diferencial de varredura (DSC - differential scanning calorimetry), espectroscopia de absorção fotoacústica, magnetometria de amostra vibrante (VSM - vibrating sample magnetometry) e espectroscopia Mössbauer (ME ? Mössbauer spectroscopy). Após 8 horas de moagem, o difratograma de DRX mostrou a nucleação da fase nanométrica Ti50Ni25Fe25 (B2) e uma fase amorfa (em pequena fração volumétrica), a qual foi confirmada por medidas de DSC. A curva de histerese medida por VSM e os espectros Mössbauer medidos em baixas temperaturas mostraram que a liga Ti50Ni25Fe25 (B2) possui características típicas de materiais ferromagnéticos moles. Os efeitos da alta pressão sobre a estabilidade estrutural da liga Ti50Ni25Fe25 (B2) foram estudados usando a técnica de difração de raios X por dispersão angular. Os difratogramas em função da pressão foram registrados à temperatura ambiente. Para pressões desde a pressão atmosférica até 7,0 GPa, os difratogramas mostraram a fase B2 (c.c.c.) e Ni elementar e/ou de uma solução sólida (SS)-(Fe,Ni). Para pressões entre 7,0 e 9,0 GPa, foi observada a transformação martensítica da estrutura B2 em uma B19 (de estrutura trigonal-hexagonal), bem como o desaparecimento da fase correspondente ao Ni elementar e/ou SS-(Fe,Ni). Além disso, observou-se a nucleação da fase FeNi3. As fases B19 e FeNi3 permaneceram até a mais elevada pressão utilizada (18,0 GPa). Os espectros ME em função da temperatura corroboraram os difratogramas ADXRD registrados uma função da pressão. Durante a descompressão, a transformação estrutural inversa B19 ? B2 foi observada em torno de 5,0 GPa, bem como o desaparecimento da fase FeNi3. Simulações dos espectros ME registrados em função de baixas temperaturas usando o método de distribuição do campo revelaram valores de campos magnéticos hiperfinos muito baixos para a faixa de temperatura utilizada. Além disso, observou-se um aumento gradual da ordem ferromagnética da liga com a diminuição da temperatura até a menor temperatura utilizada (15 K).<br> / Abstract : A shape memory Ti50Ni25Fe25 alloy was produced by mechanical alloying technique. Its structural, thermal and magnetic properties were studied by the X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), photoacoustic absorption spectroscopy (PAS), vibrating sample magnetometry (VSM) and Mössbauer spectroscopy (ME) techniques. After 8 h of milling, XRD pattern showed the formation of the nanostructured Ti50Ni25Fe25 (B2) and amorphous phases. The latter was confirmed by DSC measurements. VSM and ME measurements showed that the Ti50Ni25Fe25 alloy has a soft ferromagnetic behavior. High-pressure effect on its structural stability was studied using Angle-dispersive X-ray diffraction (ADXRD) measurements at the room temperature. From atmospheric pressure up to 7 GPa, the ADXRD patterns showed the B2 (b.c.c) phase and elemental Ni and/or a solid solution (SS)-(Fe,Ni). For pressures between 7.0 and 9.0 GPa, it was observed the martensitic phase transformation of B2 structure into a trigonal/hexagonal (B19) structure and the disappearance of elemental Ni and/or SS- (Fe, Ni) phase. Also, the nucleation of the FeNi3 phase was observed. The B19 and FeNi3 phases remain up to the highest pressure used (18 GPa). ME spectra as a function of temperature corroborated the recorded ADXRD patterns as a function of pressure. During decompression, the reverse structural B19? B2 transformation was observed at about 5.0 GPa as well as the disappearance of FeNi3. Simulation of the recorded ME spectra as a function of low temperatures using field distribution revealed very low hyperfine magnetic field values throughout the temperature range used. Also, it was observed a gradual increase in the ferromagnetic order alloy with decreasing temperature up to the lowest used temperature (15 K).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2012-10-26T10:10:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 294503.pdf: 4014788 bytes, checksum: d84926a9efbff194697900d867856eb5 (MD5) / Materiais porosos são aqueles que possuem espaços vazios funcionais, chamados de poros, distribuídos regularmente no interior da matriz. Em relação ao tipo de poros, podem ser divididos em materiais com poros fechados, uso como suporte estrutural, ou poros abertos, que encontram aplicação principalmente onde o transporte de fluidos é necessário, como na filtragem, suporte de catalisadores, isolamento térmico e acústico, depósito de lubrificante, entre outros. O processo particular utilizado para produzir os materiais porosos define suas propriedades e sua estrutura porosa, como tipo de porosidade (aberta ou fechada), percentual volumétrico de poros, dimensão e formato dos poros, uniformidade e conectividade. O presente trabalho descreve uma rota de processamento desenvolvida especificamente para a fabricação de um material poroso de baixo custo, projetado para a absorção acústica. O material é produzido via processo de compactação a partir de uma mistura de pó de oxido de ferro (Fe2O3) com pó de grafita. A grafita (space holder) misturada ao pó de óxido tem como função a geração de poros secundários. Na fase inicial do trabalho foram estudadas duas formas distintas de remoção térmica da grafita, a primeira, pela reação com o oxigênio do ar atmosférico, e a outra pela sua reação com oxigênio contido nas partículas de oxido. Quando da utilização da sinterização em ar atmosférico, há a total remoção da grafita a temperatura de 850 °C, resultando em um esqueleto poroso formado pela sinterização das partículas de óxido de ferro. O esqueleto poroso foi subseqüentemente reduzido para ferro metálico por tratamento termoquímico em hidrogênio, em diferentes temperaturas, resultando em microestruturas distintas e porosidade podendo variar de 34 a 54 %, para a mesma quantidade de space holder adicionado (42 vol%), devido à retração do material durante a sinterização/redução e poros remanescente do processo de compactação (poros primários). A distribuição de tamanho e o formato dos poros podem ser ajustados pelo controle do cisalhamento das partículas de grafita, ou reduzido pelo recobrimento das partículas com material polimérico, gerando estruturas porosas diferenciadas. Esse método mostra-se eficiente na produção de estruturas porosas especificas para a aplicação de engenharia pretendida, com alta porosidade e conectividade dos poros.