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 2015-11-10T03:08:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335938.pdf: 5590046 bytes, checksum: 0678d8af2a3bef095d7fa1c0bcb44e2c (MD5) Previous issue date: 2015 / Polímeros intrinsecamente condutores (PICs), nomeadamente o polipirrol (PPy) e polianilina (PANI), têm-se mostrado materiais promissores para aplicação em absorção de micro-ondas. Porém, ainda existem algumas limitações para utilização desses materiais, principalmente devido às dificuldades de processamento e dispersão em matrizes de polímeros isolantes. Estudos na literatura reportam resultados bastante interessantes a respeito da preparação de compósitos poliméricos nanoestruturados, formados por uma fase dispersa de material inorgânico em camadas, revestidos com PICs, para serem usados em blindagem eletromagnética. Baseado neste contexto, neste estudo foram obtidos nanocompósitos condutores de poliuretano termoplástico (TPU) com montmorilonita/polipirrol (MMT/PPy) visando a aplicação em blindagem e/ou absorção da radiação eletromagnética, na faixa de frequências de 8,2 ? 12,4 GHz (banda X das micro-ondas). Aditivos condutores nanoestruturados de MMT/PPy foram preparados a partir da polimerização oxidativa in situ do pirrol (Py) na presença de argila, bentonita sódica natural, (MMT) em solução aquosa com ou sem surfactantes. A influência dos diferentes tipos de surfactante e concentração molar de Py foi avaliada. Os resultados de análise termogravimétrica, condutividade elétrica e absorção da radiação eletromagnética mostraram que o aditivo condutor de MMT contendo 90% em massa de polipirrol dopado com ácido dodecil benzeno sulfônico (DBSA) (MMT/PPy.DBSA) foi o mais apropriado para ser incorporado na matriz de TPU, a partir da mistura mecânica por fusão. O aditivo de MMT/PPy.DBSA foi incorporado na matriz de TPU, e a influência da concentração na morfologia, condutividade elétrica, propriedades reológicas e eletromagnéticas do TPU/MMT/PPy.DBSA foi avaliada, e comparada com misturas físicas de TPU contendo o PPy com ou sem DBSA (PPy.DBSA ou PPy.Cl), e MMT/PPy sem DBSA (MMT/PPy.Cl). Os resultados mostraram que as misturas de TPU/MMT/PPy.DBSA apresentaram menor limiar de percolação e valores de condutividade elétrica (10-2 S/cm) de até 10 e 5 ordens de grandeza maiores, do que os encontrados para as misturas contendo os polipirróis puros e MMT/PPy.Cl, respectivamente. Estes resultados indicam que nanocompósitos de TPU/MMT/PPy.DBSA, com percentagem de absorção de até 88% da radiação eletromagnética, possuem grande potencial para serem usados na blindagem e/ou absorção da radiação eletromagnética na banda X das micro-ondas.<br> / Abstract : Intrinsically conductive polymers (PICs), denoted as polypyrrole (PPy) and polyaniline (PANI) have been shown a promising materials for using in electromagnetic shielding applications. However, there are some limitations for applying these materials in technological applications due to the processing problems and the dificulties to disperse into insulating polymer matrix. Studies in the literature have reported interesting results concerning the preparation of nanostructured polymer composites comprising dispersed phase of PICs coated inorganic layered material for using in electromagnetic shielding. Based on the above, in this study conducting thermoplastic polyurethane nanocomposites (TPU) with montmorillonite/polypyrrole (MMT/PPy) were prepared in order to obtain a new electromagnetic shielding material in the frequency range from 8.2 to 12.4 GHz (microwave X-band). Nanostructured conductive additives of MMT/PPy were prepared from the oxidative in situ polymerization of pyrrole (Py) in the presence of clay, natural sodium bentonite (MMT) in aqueous solution with or without surfactants. The influence of different surfactant and molar concentration of Py was evaluated. The results found of thermogravimetric analysis, electrical conductivity and electromagnetic radiation shielding showed that the most appropriated conductive additive for adding into TPU matrix from the melt blending process was the MMT containing 90 wt.% of polypyrrole doped with dodecyl benzene sulphonic acid (DBSA) (MMT/PPy.DBSA). The additive MMT/PPy.DBSA was incorporated into the TPU matrix, and the influence of concentration on the morphology, electrical conductivity, rheological and electromagnetic properties of TPU/MMT/PPy.DBSA was evaluated and compared with physical mixtures of TPU containing PPy with or without DBSA (PPy.DBSA or PPy.Cl) and MMT/PPy nanocomposites without DBSA (MMT/PPy.Cl). TPU/MMT/PPy.DBSA nanocomposites showed lower percolation threshold and electrical conductivity (10-2 S/cm) up to ten and five orders of magnitude higher than those found for the mixtures containing PPy.DBSA, PPy.Cl and MMT/PPy.Cl, respectively. These results indicate that nanocomposites TPU/MMT/PPy.DBSA, with a fraction up to 88% absorption of electromagnetic radiation have a great potential for use in shielding and/or absorption of electromagnetic radiation in the microwave (X-band).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-24T11:56:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 277115.pdf: 6505439 bytes, checksum: 1935fcbdc490d99cbc47778002c5dfe6 (MD5) / Alguns processos de fabricação de ímãs podem gerar falhas ou imperfeições se não forem projetados e executados de forma correta. Neste trabalho, será avaliada a uniformidade do campo magnético gerado por ímãs em formato de anel com magnetização radial através do mapeamento do fluxo magnético superficial. Este método permite a visualização do desbalanceamento de campo magnético ao longo de todo o anel sem a necessidade de destruição do mesmo. Além disso, as peças podem ser avaliadas em seu formato final, o que permite a sua avaliação antes e depois de sua utilização. Além da avaliação do desbalanceamento, são descritos alguns métodos para sua correção envolvendo usinagem e aquecimento dos anéis. Também foram sugeridas possíveis causas do desbalanceamento, sendo as mais prováveis a compactação em formato de anéis e a magnetização radial das peças. / Some processes may create imperfections in magnets if they are not projected or executed correctly. In this work, the uniformity of the magnetic field generated by a ring magnet with radial magnetization will be evaluated using the surface mapping. With this method it is possible to visualize the inhomogeneities of the surface magnetization of the magnet without destroying it. Beyond this, the samples can be evaluated at their final shape, and it is possible to compare it before and after the use of the magnet. Beyond the evaluation of the unbalance in the magnetic field, some correction methods will be discussed in this work, like heating and drilling. Possible causes for the disequilibrium were also discussed: the pressing in the ring shape and the radial magnetization are the most probable causes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:42:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 330207.pdf: 5594071 bytes, checksum: 8162450fab4f15c41e2eb26484183784 (MD5) Previous issue date: 2014 / Nesta tese foram desenvolvidas membranas eletrofiadas constituídas de poli (fluoreto de vinilideno) (PVDF) e polipirrol (PPy) com propriedades eletromecânicas para utilização como materiais eletroativos em sensores de compressão. As membranas eletrofiadas foram preparadas a partir de duas rotas distintas: i) recobrimento da membrana eletrofiada de PVDF com PPy a partir da polimerização oxidativa in situ do monômero; ii) técnica de eletrofiação direta, em que as membranas foram obtidas a partir da eletrofiação de uma mistura contendo o PVDF e o PPy dopado com ácido dodecil benzeno sulfônico (DBSA). Foi investigado o efeito dos diferentes parâmetros de eletrofiação do PVDF, as condições reacionais para o incorporação do PPy na superfície das fibras eletrofiadas de PVDF e o efeito da quantidade de PPy na estrutura e propriedades das membranas eletrofiadas. As propriedades físico-químicas e as variações da resistividade elétrica durante repetidos ciclos de compressão e descompressão das membranas eletrofiadas foram investigadas e comparadas com membranas densas de PVDF/PPy. DBSA. A morfologia, resistividade elétrica, propriedades mecânicas e resposta eletromecânica foram substancialmente influenciadas pelo método de preparação e pela quantidade de PPy presente na membrana. As membranas obtidas pelos diferentes métodos apresentaram variação na resistividade elétrica sob tensão de compressão, porém, a magnitude da resposta e sua reprodutibilidade foi significativamente diferente de acordo com a morfologia e a quantidade de PPy presente na membrana. Membranas eletrofiadas de PVDF/PPy. DBSA obtidas por eletrofiação direta apresentaram variação na resistividade elétrica superior às membranas obtidas pelos outros métodos. A máxima variação na resistividade elétrica foi obtida para a membrana eletrofiada de PVDF/PPy. DBSA contendo 13 %m de PPy. DBSA, com variações de 9 ordens de grandeza, apresentando uma redução de 1016 até 107 O.cm, com a aplicação de tensão de compressão de até 5 MPa. Essa peculiar resposta pode ser atribuída à formação de uma rede condutora induzida pela tensão de compressão. Considerando as significativas mudanças na resistividade e a reprodutibilidade da resposta depois de repetidos ciclos de compressão e descompressão, essas membranas eletrofiadas tem grande potencial para serem utilizadas como materiais sensíveis a esforços compressivos.<br> / Abstract: In this thesis were developed non-woven electrospun mats of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and polypyrrole (PPy) with pressure-sensitive electrical resistivity for pressure sensors applications. The electrospun mats were produced by two different approaches: i) an indirect method, in which the PVDF electrospun mats were coated with PPy through pyrrole oxidative polymerization and ii) direct electrospinning technique, in which fibers were electrospun from a mixture containing PVDF, and PPy particles synthesized by using dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA) as a dopant. The effect of PVDF electrospinning parameters, the reaction conditions to coat the electrospun PVDF mats surface with PPy, and the PPy amount on the structure and properties of electrospun mats were investigated. It were investigated the physicochemical properties and the electrical resistivity changes during loading-unloading compressive cycles of electrospun mats and compared with PVDF/PPy. DBSA dense films. The morphology, electrical resistivity, mechanicals properties and electromechanical response were significantly influenced by the preparation method and the PPy amount present on the mat. The mats obtained through different techniques displayed electrical resistivity changes under compressive stress. However, the magnitude of response and the reproducibility were plenty different according to the morphology and PPy amount on the mat. PVDF/PPy. DBSA electropsun mats prepared by direct electrospinning showed higher electrical resistivity changes than the membranes obtained by others techniques. The maximum sensitivity was obtained for the PVDF/PPy. DBSA electrospun mat containing 13 wt% of PPy. DBSA, and manifests an electrical resistivity drop of 9 orders of magnitude, i.e. from 1016 to 107 O.cm under application of a compressive stress of 5 MPa. This peculiar response can be attributed to the formation of stress-induced conducting pathways in the electrospun network. Considering the remarkable resistivity change and the reproducibility of the phenomenon after repeated loading-unloading cycles, these mats have potential to be used as pressure-sensitive materials.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:02:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328642.pdf: 13789817 bytes, checksum: bff68c3971bd412fe69fae939b4a9b46 (MD5) Previous issue date: 2014 / Os contatos tribológicos ocorrem em uma grande parcela de sistemas mecânicos e são parte importante destes. A interação tribológica pode modificar as condições iniciais do sistema, alterando as características dos materiais em contato: uma camada, com propriedades físico-químicas, mecânicas e morfológicas completamente diferentes do par tribológico pode ser formada na interface deslizante, e esta passa a ditar o comportamento tribológico. A caracterização desta tribocamada é de suma importância para a total compreensão do fenômeno tribológico. Entretanto, os desafios enfrentados para a caracterização de tribocamadas têm impedido um grande avanço neste campo. Suas diminutas dimensões e sua descontinuidade impedem sua caracterização física e química por métodos usuais. Este trabalho tem como intuito desenvolver uma metodologia de caracterização da tribocamada, com foco em propriedades físico-químicas, via técnicas como Micro-Espectroscopia Raman e Espectroscopia de Emissão Óptica por Descarga Luminescente (GDOES). Com o propósito de tornar viáveis as análises de GDOES, os testes tribológicos com movimento alternante foram realizados com uma configuração cilindro-plano. Esta consiste em um cilindro revestido com Carbono tipo diamante que desliza sem rolar sobre uma superfície plana de aço inoxidável AISI 304 em atmosfera de gás refrigerante R134-a. Para investigar a formação e a evolução da tribocamada, ensaios com forças normais e diferentes tempos de ensaio foram realizados. Através da técnica de microscopia eletrônica de varredura foi possível visualizar diferentes estágios desta evolução. As espectroscopias Raman realizadas na área limitada pela marca de desgaste, após os ensaios tribológicos, apontam para a formação de uma tribocamada óxida. Este resultado é corroborado pelas análises via GDOES, técnica que ainda fornece informações sobre a influência do tempo de ensaio na espessura da tribocamada. A influência da atmosfera do ensaio no comportamento tribológico também foi estudada.<br> / Abstract : Tribological interactions can modify the initial conditions of the system. For example, a layer with different physico-chemical, mechanical and morphological properties of the tribological pair , may be formed at the sliding interface , and it passes to dictate the tribological behavior. Characterization this tribocamada is of huge importance for a complete understanding of tribological phenomena. However, its diminutive dimensions and discontinuity hinders their characterization by usual methods. This work aims to develop a methodology for characterizing tribolayer, with a focus on physico-chemical properties, through techniques such as Micro-Raman Spectroscopy and Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (GDOES). In order to make the GDOES analysis possible, a cylinder-on-plan geometry was adopted for reciprocating tribological tests, in which a cylinder coated with Diamond-Like Carbon (DLC) slides without rolling on a flat surface of stainless steel AISI 304 under refrigerant R134-a atmosphere. To study the formation and evolution of tribolayers, tests with different loads and time durations were done. The use of scanning electron microscopy enabled to visualize different stages of this evolution. Raman spectroscopy performed inside the wear tracks after tribological tests showed the formation of an oxide tribolayer. This result is corroborated by GDOES analysis, which also provides information on the influence of test duration on tribolayer thickness. The influence of the atmosphere tribological behavior was also studied.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:06:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328376.pdf: 5992091 bytes, checksum: a10fa03b115205f889f0efd5ddcf76a8 (MD5) Previous issue date: 2014 / O objetivo principal deste trabalho é desenvolver películas finas de polidimetilsiloxano (PDMS) capazes de extrair luz de lâmpadas de diodo orgânico emissor de luz (OLED), provocando um aumento na eficácia luminosa. Diversos materiais e superfícies foram utilizados como molde para o desenvolvimento dos filmes de PDMS cujas superfícies foram caracterizadas utilizando-se perfilometria, interferometria óptica e microscopia eletrônica por varredura. Após a caracterização estrutural, os filmes de PDMS foram aplicados sobre o vidro da lâmpada OLED e a sua influência sobre a eficácia luminosa foi avaliada por meio da caracterização elétrica em esfera integradora. Na caracterização elétrica avaliou-se que os filmes obtidos utilizando-se vidro litografado proporcionaram aumentos na eficácia luminosa de 11% (filme com discos de 80 µm de diâmetro), de 16% (filme com discos de 20 µm de diâmetro) e de 22% (filme com discos de 50 µm de diâmetro). Um filme desenvolvido utilizando-se lixa comercial de granulometria de 1200 proporcionou um aumento da eficácia luminosa de 26%. O melhor resultado obtido no aumento da eficácia luminosa foi de 36% com a utilização do filme PDMS obtido a partir da utilização de vidro comercial jateado como molde, cujo resultado é similar ao obtido utilizando-se filme comercial. Em análise por meio de perfilometria, interferometria e microscopia eletrônica, evidenciou-se que os resultados mais expressivos no aumento da eficácia luminosa foram aqueles cuja rugosidade média quadrática do filme de PDMS era em torno de 5 µm e cujos picos possuem altura média em torno de 20 µm.<br> / Abstract : The main objective of this work is to develop polydimethylsiloxane (PDMS) thin film capable of extracting light from organic light emitting diode (OLED) lamps, increasing its luminous efficacy. Various materials and surfaces were used as substrate for the development of PDMS films whose surfaces were characterized using profilometry, interferometry and scanning electron microscopy. After the structural characterization, the PDMS films were applied on the OLED lamp glass and its influence on the luminous efficacy was assessed by electrical characterization in an integrating sphere. In the electrical characterization the films using lithographed glass increased the luminous efficacy by 11 % (film with discs with diameters of 80 µm), 16% (film with discs with diameters of 20 µm) and 22 % (film with discs with diameters of 50 µm). A film developed using commercial particle size of 1200 grit sandpaper increased the luminous efficacy in 26%. The best result in enhancing the luminous efficiency was 36% using the film obtained from the use of commercial sandblasted glass as substrate, which is similar to that obtained using commercial film. The analysis by profilometry, interferometry and electron microscopy showed that the most dramatic results in increasing the luminous efficacy were those whose mean square roughness of the PDMS film was around 5 µm and whose peaks have average height around 20 µm.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2015-03-18T20:52:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329017.pdf: 2039544 bytes, checksum: c9390296fba7cc77f918e685608bf078 (MD5) Previous issue date: 2013 / Os ímãs à base de NdFeB podem ser fabricados por dois processos e são denominados: ímãs compósitos e ímãs sinterizados. Os ímãs compósitos, aglomerados em uma matriz polimérica, possuem valores de propriedades magnéticas inferiores, porém permitem a obtenção de componentes de maior complexidade geométrica. Os ímãs sinterizados, por outro lado, devido ao processo de fabricação, possuem elevados valores de propriedades magnéticas, mas possuem limitações quanto à complexidade geométrica e necessitam de processos de usinagem posterior para obtenção de componentes complexos. O presente trabalho desenvolve uma metodologia para a obtenção de ímãs à base de NdFeB via processo de Moldagem de Pós por Injeção (MPI), um processo capaz de fabricar componentes sinterizados com geometrias complexas ?near net shape?. O processo de obtenção parte de um lingote comercial de NdFeB que foi cominuído utilizando-se a técnica de decrepitação por hidrogênio e moagem. Este pó foi misturado a quente com um sistema ligante polimérico capaz de ter fluidez suficiente para ser processado em uma injetora convencional. Para obtenção de ímãs anisotrópicos, o molde de injeção foi projetado e fabricado de forma a promover um campo magnético durante a injeção para o alinhamento das partículas. Posteriormente, as amostras passaram pelas etapas de extração de ligantes e sinterização, adequando estes processos à reatividade do NdFeB com os elementos oxigênio e carbono. As amostras sinterizadas foram caracterizadas em termos de propriedades magnéticas, densidade e carbono residual. Os resultados de medições das propriedades magnéticas nas direções de fácil e difícil magnetização mostraram que é possível obter ímãs anisotrópicos de NdFeB através do processo de MPI, obtendo valores de remanência de 1 T e coercividade na ordem de 1100 kA/m, com carbono residual nas amostras sinterizadas de 0,1% e densidade de 7,3 g/cm3. O trabalho apresenta resultados da influência do carbono nos valores de propriedades magnéticas, quando adicionado este elemento à composição química, obtendo-se perda de até 30% nos valores de coercividade quando adicionado 0,5% de carbono.<br> / Abstract : Traditionally, NdFeB based magnets are manufactured by two processes and are called: composite magnets and sintered magnets. The composite magnets have lower magnetic properties values, however it is possible to obtain complex geometric components due to the polymeric matrix. The sintered magnets, on the other hand, due to the manufacturing process, have high magnetic properties values, but limitations on geometrical complexity and require subsequent machining processes for obtaining complex components. This work presents a methodology to obtain NdFeB based magnets via Metal Injection Moulding process (MIM). This process is capable of manufacturing sintered components near net shape. A commercial NdFeB ingot was comminuted by hydrogen decrepitation and ball milling to obtain a powder. This powder was hot mixed with a polymeric binder system capable of having fluidity to be injected into a conventional injection molding machine. To obtain anisotropic magnets, the injection mold (tool) was designed and manufactured in order to promote a magnetic field during the injection. The binder extraction and sintering processes were adapted to the reactivity of NdFeB with the elements oxygen and carbon. Sintered samples were characterized in terms of magnetic properties, density and residual carbon. The measurements of magnetic properties in the easy and hard directions show that it is possible to obtain anisotropic NdFeB magnets through MIM process, and reach remanence values of 1 T and coercivity values of 1100 kA/m, with a residual carbon of 0,1% and a final density of 7,3 g/cm3. The work presents results of the negative influence of carbon on the magnetic properties values, when this element is added to the chemical composition. Results show variations up to 30% in the coercivity when 0.5% of carbon was added.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-09-08T04:03:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334110.pdf: 8407341 bytes, checksum: 77d5842e7695e5505c7efc9a1deef622 (MD5) Previous issue date: 2014 / Esta tese foi dividida em duas etapas. Na primeira etapa foram investigados aspectos sobre a cinética de austenitização na zona crítica de ferros nodulares com diferentes matrizes iniciais (bruta de fundição, austenítica, martensítica, perlítica, ausferrítica e ferrítica). Na segunda etapa foram apresentados dados referentes as propriedades mecânicas de ADI duais, proveniente das matrizes iniciais citadas acima. Primeiramente, foram obtidas e caracterizadas as amostras com as matrizes iniciais e foi realizada a escolha a temperatura de austenitização na zona crítica, 795°C. Esta temperatura foi determinada por método experimental e utilizando amostra inicialmente ferrítica. Para compreender a cinética de transformação, um primeiro grupo de amostras (com diferentes microestruturas iniciais) foi submetido tratamento isotérmico de austenitização na zona crítica, após diferentes tempos de austenitização as amostras foram resfriadas em água a temperatura ambiente. Todas as amostras desta etapa passaram por quantificação de fases, medidas de dureza e microdureza. Para a coleta de dados referentes a propriedades mecânicas, um segundo grupo de amostras (já usinadas e também com diferentes microestruturas iniciais) foi submetido a tratamento isotérmico de austenitização na zona crítica, em banho de sal, seguido de austêmpera a 350°C por 2h. Na primeira etapa do trabalho as amostras com matrizes iniciais bruta de fundição, austenítica e martensítica apresentaram cinética de transformações (para martensita) muito lentas. No entanto, na segunda etapa do trabalho, para as mesmas amostras iniciais (bruta de fundição e martensíticas), este comportamento foi mais rápido. Foi possível identificar, a presença de grafitas secundárias em algumas microestruturas resultantes deste trabalho, além de carbonetos não dissolvidos, mesmo após 12h de tratamento isotérmico. Amostras inicialmente ausferrítica e martensítica, na segunda etapa do trabalho, apresentaram melhor distribuição/homogeneização das fases (ferrita e ausferrita) na microestrutura final. As amostras inicialmente martensíticas e ausferríticas foram as que apresentaram valores de propriedades mecânicas superiores aos requisitados pela norma ASTM A897. Na presente tese, foi possível observar como ADI duais são extremamente sensíveis a temperatura e ao meio de tratamento térmico, causando variações na cinética de transformação, fração volumétrica de ferrita que consequentemente influência nos valores referentes as propriedades mecânicas.<br> / Abstract : This thesis has been divided into two steps. In the first stage aspects of the kinetics of austenitization were investigated in intercritical zone of ductile iron with different initial matrices (as casting, austenitic, martensitic, pearlitic, ferritic and ausferritic). In the second stage datas were submitted the mechanical properties of ADI dual, from the initial matrices mentioned above. Fist, were obtained and characterized the samples with the initial matrices. After, the choice was made to austenitization temperature in the critical zone, 795 ° C. This temperature was determined by experimental method and using initially ferritic sample. For the understanding of the kinetics of transformation a first group of samples (with different initial microstructure) was submitted to isothermal treatment in the intercritical zone austenitization followed (after different times), water quenching to room temperature. All samples have been had the measures of phase, hardness and microhardness. A second group of samples (machined and with different initial microstructures) was submitted to isothermal treatment in the intercritical zone in salt bath followed by austempering at 350 °C for 2 h to collect data for mechanical properties. In the first stage of this work, as casting, austenitic and martensitic initially samples exhibited kinetics of transformations (to martensite) very slow. However, in the second stage, for the same initial samples (as casting and martensitic), this behavior was different. It was possible to identify the presence of secondary graphite in some microstructures resulting from this work, and undissolved carbides, even after 12h of isothermal treatment. In the second stage of this work, ausferritics and martensitics initially samples showed better distribution/homogenization of the phases ferrite and ausferrite in the final microstructure. The martensitic and ausferríticas initially samples showed the superior values of the mechanical properties required by ASTM A897. In this thesis, it was possible to observe how the ADI dual are extremely sensitive to temperature and to kind of the heat treatment, causing variations in the kinetics of transformation, ferrite volume fraction that consequently influences the mechanical properties values.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-10-20T03:09:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334984.pdf: 15230628 bytes, checksum: d8709b665aa321f2a1ef63485943fef3 (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho apresenta uma nova abordagem sobre o emprego sequencial dos tratamentos termoquímicos de superfície utilizando a tecnologia de plasma. No trabalho são avaliados tratamentos de superfície sequenciais de nitretação/cementação e de nitrocementação/cementação. Os tratamentos foram realizados no campo ferrítico com o objetivo de manter as tolerâncias dimensionais. Amostras de aços AISI 1005 foram tratadas em descarga luminescente anormal sendo realizados ciclos únicos de cementação, nitretação, nitrocementação ferrítica e também ciclos conjuntos de nitretação + cementação e nitrocementação ferrítica + cementação. Todos os tratamentos foram realizados a 500°C com um tempo de patamar de 3 horas para cada tratamento. A composição da mistura gasosa variou de acordo com o tratamento: nitretação - 5%N2 + 95%H2 ou 3%N2 + 97%H2; cementação - 5%CH4 + 95%H2; e nitrocementação ferrítica - 5%N2 + 1,5%CH4 + 93,5%H2. A caracterização microestrutural das amostras foi realizada por microscopia óptica e MEV além de difração de raios-X. Análises de microdureza também foram realizadas. As analises de raios-X mostraram que ocorre a estabilização de uma camada de cementita em todos os tratamentos de cementação. Nas amostras nitretadas em atmosfera contendo 5% de N2 foi observada a presença de camada de compostos. Já em atmosferas contendo 3% de N2 não houve a formação da camada de compostos. O tratamento de nitretação foi o que apresentou maior microdureza de topo e também maior regularidade de espessura da camada de compostos. Já a maior profundidade de endurecimento foi obtida para as amostras nitrocementada + cementada e para a amostra nitretada + cementada, ambas com 800 µm de profundidade.<br> / Abstract : This paper presents a new approach on the sequential use of surface thermochemical treatments by plasma technology. Single and sequential treatments of nitriding, carburizing and nitrocarburizing are evaluated in this work. The treatments were performed in the ferritic field with the objective of maintaining the dimensional tolerances. AISI 1005 steel samples were treated in an abnormal glow discharge being carried out only carburizing, nitriding, ferritic nitrocarburizing cycles and also sequential cycles of nitriding + carburizing and ferritic nitrocarburizing + carburizing. All treatments were conducted at 500 ° C with a hold time of 3 hours for each treatment. The composition of the gas mixture varied with the treatment: nitriding - 5%N2 + 95%H2 or 3%N2 + 97%H2; carburizing - 5%CH4 + 95%H2; and ferritic nitrocarburizing - 5%N2 + 1,5%CH4 + 93,5%H2. The microstructural characterization of the samples was carried out by optical and scanning electron microscopy in addition to X-ray diffraction. Microhardness tests were also performed. The X-ray analysis showed the stabilization of a cementite layer in all carburizing treatment. In the nitrided samples in atmosphere containing 5% N2, it was observed the presence of a compound layer. Already in atmosphere containing 3% N2 was no formation of a compound layer. The results show that the higher hardness increase was achieved in nitriding treatment as well thicker regularity of the compound layer. However the greater depth of hardening was obtained in samples that were nitrocarburized + carburizing and nitrided + carburized, both with 800µm deep.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-31T14:08:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2016Bitstream added on 2017-06-27T04:02:36Z : No. of bitstreams: 1 345566.pdf: 5360266 bytes, checksum: ed58459613493a03e94bbe188cde49a6 (MD5) / Compósitos porosos de Ni/YSZ e cerâmicas óxidas avançadas de 8YSZ são aplicados nas mais diversas áreas, em especial em anodos e eletrólitos de células a combustível de óxido sólido (SOFC), respectivamente. A obtenção destes materiais na forma nanoestruturada tem sido investigada para a geração de propriedades superiores. Neste trabalho, foi possível obter suspensões concentradas de nano-8YSZ (72 wt%), dispersas e estáveis, e conformá-las por Colagem Direta por Coagulação (Direct Coagulation Casting, DCC). O uso de nano-MgO como agente coagulante do processo gerou uma atenuação na taxa de coagulação com o tempo de gelificação se comparado a pós micrométricos e uma baixa e apropriada viscosidade inicial após coagulação (~60 mPa·s). A futura inserção desta técnica em escala industrial pela simplicidade, rapidez e dispensa do uso de moldes porosos e descartáveis foi abordada. Já a queima rápida (Fast Firing, FF), realizada com o intuito de reduzir o crescimento dos grãos durante a sinterização, assim como a energia consumida nesta etapa, gerou estruturas relativamente densas (~ 97% TD a 1400 °C por 1 min vs. ~96% por sinterização convencional (Conventional Sintering, CS) a 1350 °C por 5 h. Grãos nanocristalinos (~100 nm) foram obtidos por FF a 1300 ºC por apenas 1 min em comparação com ~800 nm para CS. O anodo ~49% poroso de Ni/8YSZ foi fabricado por DCC de géis físicos usando grafite e PVA com melhores resultados usando o processo de moagem em vez de mistura por sonda de ultrassom da suspensão do compósito. Amostras obtidas por DCC apresentaram fases dispersas uniformemente com microestrutura homogênea e porosidade interconectada.<br> / Abstract : Porous Ni/YSZ composites and advanced 8YSZ oxide ceramics are applied in several areas, particularly as anode and electrolyte of solid oxide fuel cells (SOFC), respectively. Obtaining these materials in nanostructured form has been investigated achieving superior properties. In this work, it was possible to obtain concentrated suspensions of nano-8YSZ (72 wt%), dispersed and stable, and shape them by Direct Coagulation Casting (DCC). The use of nano-MgO as a coagulating agent in the process decreased the coagulation rate with the gelling time compared to micrometric powders and a low and suitable initial viscosity after coagulation (~ 60 mPa·s) was obtained. The future insertion of this technique in industrial scale for simplicity, celerity and no need to use disposable porous mold was addressed. Moreover, fast firing (FF) was carried out to reduce the grain growth during sintering, as well as to decrease the energy consumption in this stage. This approach generated relatively dense structures (~ 97% TD) after FF at 1400 ° C for 1 min vs. ~ 96% by Conventional Sintering (CS) at 1350 ° C for 5 h. Nanograins (~100 nm) were obtained for FF at 1300 ºC during only 1 min in comparison to ~ 800 nm for CS at 1350 °C during 5 h. The NiO-8YSZ anode (~49% porous) was manufactured by DCC using graphite and PVA through physical gels with the best results using the milling process instead of the mixture by ultrasonic probe of composite suspension. DCC samples presented uniformly dispersed phases with homogeneous microstructure and interconnected porosity.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-06-27T04:08:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345564.pdf: 29798566 bytes, checksum: 02ddc6ef9068e9e5eaf2da4c4df5dcc5 (MD5) Previous issue date: 2016 / A transformação direta de polímeros precursores em cerâmicas covalentes, via termólise no estado sólido, foi proposta há mais de 30 anos e desde então permitiu avanços tecnológicos significativos na ciência e tecnologia cerâmica. Entre eles, a redução do coeficiente de atrito (µ) de substratos metálicos e cerâmicos com o uso de revestimentos amorfos de carbonitreto de silício (SiCN), produzidos por meio de cerâmicas derivadas de polímeros (PDC). Porém, através de rotas de processamento tecnologicamente sofisticadas, enquanto neste trabalho a viabilidade de processamento desses revestimentos sobre um aço baixa liga sinterizado, por pulverização de suspensões e pirólise em forno, foi explorada. Para compensar a retração do polímero precursor, evitar a formação de trincas e produzir revestimentos auto-lubrificantes para avaliações tribológicas de deslizamento alternado a seco, cargas inertes foram adicionadas a solução do poli(organo)silazano, especificamente nitreto de silício (Si3N4, 30 ou 65% em volume) e nitreto de boro hexagonal (h-BN, 9% em volume). O Si3N4 em pó foi utilizado para reforçar a matriz (SiCN) e reduzir o desgaste, pela formação de uma rede agregada pela fase do ligante precursor e, h-BN para gerar um efeito lubrificante na interface reduzindo o atrito, o desgaste e o aquecimento por atrito. A fim de acomodar as diferenças de propriedades, originadas pela natureza das ligações químicas do substrato metálico e revestimento cerâmico, a tecnologia de plasma de corrente contínua (DC) foi utilizada para modificar as superfícies do aço sinterizado. A nitretação ou o enriquecimento de superfície com Mo seguido de nitretação, tinham o intuito de gerar uma camada de compostos na superfície do substrato com uma zona de difusão gradiente abaixo, de modo a aumentar o suporte de carga e evitar a fratura do revestimento pelo carregamento do contra corpo. A nitretação resultou em um aumento na dureza da superfície (600HV) do aço por precipitação de nitretos de ferro metaestáveis, enquanto o enriquecimento com Mo resultou em carbetos (Fe3Mo3C) dispersos na superfície do substrato. Os últimos, durante a nitretação evoluem para uma camada descontínua de carbonitreto (Fe3Mo3(C,N)), que contribuíram para o aumento da dureza na superfície (800HV). Foi possível produzir revestimentos PDC em amostras sinterizadas com espessura de até 10µm e com adequado preenchimento dos poros na superfície, independente dos teores de carga avaliada (39 ou 74 vol.%). Além disso, a combinação de 65% em volume de Si3N4 e 9% em volume de h-BN resultou em revestimentos cerâmicos homogêneos, sem macro trincas ou falhas coesivas após o processamento sobre o aço sinterizado, independente das modificações de superfície. Conforme projetado para o estudo, após o tratamento térmico de pirólise os precipitados Fe3Mo3(C,N) não foram totalmente decompostos como os nitretos de ferro, apesar da ausência do endurecimento de superfície. O controle da microestrutura e composição química finais são vantagens inerentes aos processos de manufatura utilizados e foram explorados para projetar a microestrutura final dos compósitos. Porém, apesar da utilização de um teor aumentado de cargas passivas ter possibilitado a obtenção de revestimentos cerâmicos sem trincas sobre substratos sinterizados, os compósitos não apresentaram uma resposta tribológica satisfatória, quando avaliados nas condições testadas. No regime permanente, o coeficiente de atrito médio (0,4 a 0,5) dos compósitos permaneceu acima do regime de lubricidade (µ<0,2), independente da composição do revestimento ou modificação de superfície. A pressão máxima de contato (0,53GPa) causou a falha dos revestimentos, que foram sequencialmente deformados, cominuídos e oxidados pelo substrato e contra corpo durante o deslizamento, revelando um desgaste de caráter tribo-químico. A principal contribuição para o comportamento do coeficiente de atrito foi do substrato, mas controlado pela tribocamada formada, composta de oxigênio e elementos químicos do substrato, revestimentos e contra corpo. A presença dessa tribocamada, indiretamente indicada pela resistência elétrica de contato, aumentou a taxa de desgaste dos compósitos (1,5 a 4,2x10-4.mm3.N-1.m-1) e contra corpos (7,0 a 8,7x10-5.mm3.N-1.m-1) em relação ao aço sinterizado e sem revestimento (1 e 0,1x10-4.mm3.N-1.m-1 respectivamente) ensaiado nas mesmas condições. As taxas de desgaste dos compósitos foram ainda aumentadas com o aumento do teor de Si3N4 na composição do revestimento e com a presença de carbonitretos ternários e duros na superfície do substrato.<br> / Abstract : The directly transformation of organosilicon polymers into covalent ceramics, via solid-state thermolysis, was proposed over 30 years ago, and since then enabled significant technological breakthroughs in ceramic science and technology. Among them, the friction coefficient (µ) reduction of metallic and ceramic substrates with use of amorphous silicon carbonitride (SiCN) coatings, produced by the polymer derived ceramic route (PDC). Nevertheless, technologically sophisticated processing steps are used to produce them, while in this work, the possibility to process such coatings onto sintered low alloy steel samples by simple spraying of poly(organo)silazane suspensions and oven pyrolysis was explored. In order to compensate the precursor shrinkage, avoid crack formation and produce hard and self-lubricating coatings for reciprocating dry sliding evaluations, inert fillers namely silicon nitride (30 or 65 vol.%) and hexagonal-boron nitride (9 vol.%) were added to the polymer precursor. Powdered Si3N4 was used to strengthen the matrix and reduce wear, by formation of a network aggregated by the precursor binder phase, and h-BN to generate a lubricating effect on the interface reducing friction, wear and friction heating. To accommodate dissimilarities of properties, originated from different chemical bonds of the metallic substrate and ceramic coating, the direct current (DC) plasma technology was utilized to modify the surface of the sintered steel. Nitriding or surface enrichment with Mo followed by nitriding was expected to generate a compound layer at the surface of the substrate with a gradient diffusion region below, in order to increase the load support and avoid coating fracture from the counterface load. Nitriding led to an increase in surface hardness of steel (600HV) due to precipitation of metastable iron nitrides, while surface enrichment resulted in dispersed carbides (Fe3Mo3C) onto the substrate surface. The latter evolved to a discontinuous carbonitride layer (Fe3Mo3(C,N)) during nitriding, which increased the surface hardness (800HV). It was possible to produce PDC coatings with thickness below 10µm and with proper filling into substrate surface pores, regardless of total filler amount evaluated (39 or 74 vol.%). Moreover, the combination of 65 vol.% of Si3N4 and 9vol% of h-BN resulted in homogeneous ceramic coatings, free of macro cracks and cohesive failure after processing onto sintered substrates, independent of surface modification. As desired for evaluating, after pyrolysis the Fe3Mo3(C,N) precipitates were not totally decomposed as the iron nitrides, despite the surface hardening absence. The high control of final microstructure and chemical composition are competitive advantages inherent to cited manufacturing processes, explored to project the final microstructures of the steel, interfaces and ceramic coatings involved. However; despite the use of an increased amount of filler (74 vol.%) allowed the successful obtainment of homogeneous and crack-free ceramic coatings, the composites did not presented a satisfactory tribological response when evaluated under tested conditions. The average steady state friction coefficient of composites (0.4 to 0.5) were above the lubricious regime (µ<0.2), regardless of coating composition or surface modification. The maximum contact pressure (0.53GPa) caused failure of coatings, which were in sequence deformed, comminuted and oxidized by substrate and counter-body during sliding, revealing a tribo-chemical wear character. The major contribution to the friction coefficient behavior was from the substrate but controlled by the formed third-body, composed of oxygen and chemical elements from substrate, coatings and counter-body. The third-body presence, indirectly indicated by the contact electrical resistance, increased the wear rates of composites (1.5 to 4.2x10-4.mm3.N-1.m-1) and counter-bodies (7.0 to 8.7x10-5.mm3.N-1.m-1) in relation to the sintered steel tested under same conditions (1 and 0.1x10-4.mm3.N-1.m-1 respectively). The wear rates of composites were further increased with the raise of Si3N4 amount in the coating composition, and with the presence of hard ternary carbonitrides at the substrate surface.