A constante busca por motores com maior eficiência energética, requer a introdução de novos materiais ou inovações nas rotas de fabricação dos materiais existentes. O presente trabalho busca, a partir de rotas de tratamento térmico, soluções para minimizar o desgaste originado no contato entre corpos metálicos em componentes submetidos a altas pressões de contato em regime lubrificado. A modificação microestrutural a partir de tratamentos térmicos originou matriz martensítica relativamente dura com uma dispersão refinada de nódulos esféricos de grafita, que atuariam como lubrificantes sólidos. O estudo baseou-se em dois ferros fundidos (cinzento e branco) submetidos a tratamentos de austenitização seguidos de tempera em óleo e revenimento em diferentes tempos. Ensaios de dilatometria foram efetuados nos dois materiais para estudar a cinética de grafitização secundaria sob diferentes condições de tratamento térmico. As propriedades mecânicas foram avaliadas por medidas de dureza Vickers das amostras tratadas termicamente. Amostras de ferro fundido cinzento e de branco modificado por tratamentos térmicos foram ensaiadas em teste de desgaste por deslizamento, com intuito de avaliar a influência de modificações na superfície no coeficiente de atrito. / The constant search for engines with higher energy efficiency requires the development of new materials or manufacturing innovations on the routes of existing materials. In the present work, heat treatment routs were investigated to minimize wear originated at the contact between metallic bodies into components subjected to high contact pressures in lubricated regime. Microstructural modification from heat treatments yielded relatively hard martensitic matrix with a fine dispersion of spherical graphite nodules, which act as solid lubricants. The study was based on two cast iron (gray and white) undergoing treatments of soaking (austenitizing) followed by quenching in oil and tempering at different times. Dilatometry tests were performed on both materials to study the kinetics of secondary graphitization under different heat treatment conditions. Mechanical properties were evaluated from Vickers hardness of the thermally treated samples. Samples of gray cast iron and white modified by heat treatments were tested in sliding wear test, in order to assess the influence of changes in the surface friction coefficient.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:08:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Roberto Balarini Junior - Parte 1.pdf: 4732272 bytes, checksum: 0c0798e2e5b19f7834c4ce1d56156d8f (MD5) Previous issue date: 2013-11-27 / Este trabalho é uma investigação tribológica envolvendo o par cerâmico composto por esferas de nitreto de silício (Si3N4) deslizando contra discos de óxido de alumínio (Al2O3) em água. No total, dez ensaios foram conduzidos com a intenção de reproduzir o fenômeno de Ultra Baixo Coeficiente de Atrito (UBCA) em laboratório, o qual é caracterizado pela obtenção de valores de coeficiente de atrito (&#956;) da ordem dos milésimos (&#956; < 0,01) no regime estacionário. Uma vez alcançado os valores de UBCA, o objetivo principal deste trabalho foi o de investigar o período de running-in, através de uma série de análises em relação ao comportamento do coeficiente de atrito durante o regime transitório, incluindo correlações com algumas variáveis, como rugosidade superficial, erros de batimento axial, íons formados durante o deslizamento e desgaste das cerâmicas. Para isto, as curvas de coeficiente de atrito por tempo foram expandidas para intervalos de tempos pré-determinados e o comportamento de &#956; em cada um destes intervalos foi investigado e comparado entre os ensaios realizados, sendo que o caráter oscilatório do coeficiente de atrito foi inserido nas análises do período transitório. Em geral, foi comprovado que maiores valores de rugosidade superficial resultaram em maiores períodos de running-in e que existe uma tendência de aumento de desgaste com o aumento do tempo de transição. Para todos os ensaios, a taxa de desgaste das esferas de Si3N4 foi superior à dos discos de Al2O3. Em adição, através de comparações entre a medida da soma das rugosidades das superfícies desgastadas com a espessura mínima do filme lubrificante, este trabalho confirma a hipótese de que é necessário um regime de lubrificação misto (hidrodinâmico e limítrofe) para a obtenção do regime de UBCA, sendo que, para a eficácia do modo de lubrificação esperado, estima-se que é necessário concentrações de íons de silício (Si) superiores a 1,3 mg/l, aproximadamente. Esta quantidade de íons Si é supostamente a mínima necessária para a formação de uma camada de sílica adequada para conferir a parcela de lubrificação limítrofe necessária para a obtenção do regime de UBCA / This work is a tribological investigation involving the ceramic pair composed by balls of silicon nitride (Si3N4) sliding against disks of aluminum oxide (Al2O3) under water. A total of ten tests were conducted in order to reproduce the phenomenon of Ultra Low Friction Coefficient (ULFC) in laboratory, which is characterized by obtaining values of friction coefficient (&#956;) below of 0,01 in the steady state. Once reached these values, the main objective of this study was to investigate the running-in period by a series of analyses in relation to the behavior of the friction coefficient during the running-in period, including correlations with some variables such as surface roughness, axial parallelism errors, ions formed during the sliding and wear of samples. For this reason, the curves of friction coefficient versus time were expanded for some predetermined intervals and the behavior of &#956; for each one of these intervals was investigated and compared between themselves, and the oscillatory behavior of the friction coefficient was inserted into the analysis of the running-in period. In general, it was concluded that higher values of surface roughness resulted in longer periods of running-in and that there is a trend of increasing wear with increasing time of transition. For all tests, the wear rate of the silicon nitride balls was higher than alumina disks. In addition, by comparing the measure of the sum of the roughness of the worn surfaces with minimum thickness of the lubricant film, the present work confirms the hypothesis that it is necessary a mixed lubrication (hydrodynamic combined with boundary) to obtain the regime of ULFC and for effective lubrication expected mode it is estimated that is required an ions concentration of silicon (Si) higher than 1.3 mg/l approximately. This amount of ions Si is supposed to be the minimum necessary for the formation of a silica layer enable to confer the boundary lubrication participation for obtaining the ULFC

Le procédé de projection à froid a démontré ses avantages uniques dans la préparation de revêtements métalliques, composites et céramiques. Parmi ces revêtements, ceux constitués de magnésium pur ou de composites à matrice métallique à base de magnésium font partie des matériaux les plus prometteurs en raison de leur excellente résistance spécifique. Pourtant, les mécanismes de fabrication, par ce procédé de projection, des revêtements magnésium et composites à base de magnésium n'ont pas été étudiés. C’est le sujet de cette thèse. Les recherches menées dans cette étude s’articulent autour de plusieurs domaines, à savoir: La science des matériaux avec des études sur l’effet de la granulométrie des particules de magnésium, l’effet de la taille et de la teneur (15% vol. - 60 % vol.) des particules de renforcement (SiC) ; La mécanique des fluides avec des modélisations de géométrie de buse, d’écoulement de gaz et des vitesses des particules de magnésium et alliage de magnésium (AZ91D) ; Les caractérisations des dépôts avec des analyses de microstructure et des mesures de microdureté, d’adhérence et de comportement au frottement des revêtements;Les résultats montrent que la projection à froid peut être utilisée pour fabriquer des revêtements de magnésium purs ou composites sans aucune oxydation ou transformation de phase. La taille de ces particules doit rester dans une fourchette acceptable pour égaler la vitesse critique (entre 653 m•s-1 et 677 m•s-1) permettant la déposition. Concernant plus spécifiquement les résultats sur les revêtements de magnésium pur, le maximum de rendement de dépôt est obtenu par projection d’une poudre de granulométrie comprise entre 22 μm et 64 μm. L’adhérence atteint 11.6 ± 0.5 MPa lorsque le substrat est préchauffé à 200 oC. Pour le cas des revêtements AZ91D, la construction du dépôt s’effectue par effet de verrouillage mécanique. Le type de frottement observé sur ces revêtements est une usure adhésive. Dans les revêtements composites d’AZ91D – SiC, la teneur en particules de renforcement SiC présentes dans le dépôt diminue avec leur taille dû à l'effet «onde de choc». Le rendement de dépôt augmente avec la teneur en SiC de 15 vol.% à 30 vol.%, puis diminue au-delà de 30 vol%. Le type de frottement correspond à une usure par abrasion. / Cold spraying has shown unique advantages in preparing coatings of metal, composite and ceramic. However, the deposition mechanism of magnesium and magnesium-based composite coatings fabricated using cold spraying was not researched although magnesium and metallic matrix composites based magnesium have drawn more and more attention due to their excellent specific strength. Therefore, the deposition mechanism of magnesium and magnesium-based composite coating has been studied in this study. The research carried out in this study involves several fields:Effect of the particle velocity of magnesium particles on the deposition efficiency, microstructure, microhardness and bonding strength of coatings; Effect of the particle size of magnesium particles on the deposition efficiency and microstructure of coatings;Effect of the substrate preheating on the microstructure, microhardness and bonding strength of coatings;Effect of the particle velocity of magnesium alloy (AZ91D) particles on the deposition efficiency, microstructure, and frictional behavior of coatings;Effect of the particle size of strengthening phrase (SiC) on the microstructure, bonding strength and frictional behavior of coatings;Effect of the particle content (15 vol.% - 60 vol.%) of strengthening phrase (SiC) on the microstructure, bonding strength and frictional behavior of coatings.The results show that cold spraying can be used to fabricate magnesium and magnesium-based coatings without any oxidation or phase transformation. The critical velocity of magnesium particles is 653 m•s-1- 677 m•s-1. Magnesium particles with a size too large or too small are not suitable to the deposition. The maximum of deposition efficiency of magnesium particles are obtained using the powder with a size range of 22-64 μm. The maximum of bonding strength between magnesium coatings and substrates is 11.6 ± 0.5 MPa as the substrate is preheated at 200oC. The deposition of AZ91D coatings is due to the effect of mechanical interlocking. And the friction type of AZ91D coatings is adhesive wear. The friction type of AZ91D – SiC composite coatings turn to be abrasive wear. The SiC content in composite coatings decreases as the SiC particle size decreases due to the effect of bow shock. The deposition efficiency of AZ91D and SiC mixed powder increases as the SiC content increases from 15 vol.% to 30 vol.%, and then decreases as the SiC content increases from 30 vol% to 60 vol.%.

Este trabalho procura avaliar o retorno elástico em aços avançados de alta resistência utilizados em processo de dobramento. Para isso, foram usadas chapas de aço bifásico DP 600 e DP 800, ambas revestidas. Foram empregados dois métodos de medição a fim de abordar e avaliar o retorno elástico. O primeiro método abordado foi à conformação de tiras em U e o segundo método foi à realização do ensaio Dobramento Sob Tensão, aos quais possibilitaram a coleta de dados para aplicação em cálculo de coeficiente de atrito no processo de dobramento. Em ambas as avaliações foram utilizadas duas diferentes condições de lubrificação para o processo de dobramento, visando variar a condição de atrito no processo. A primeira foi à aplicação de um lubrificante em forma de pasta, de nome comercial Clarus Desmoldax DCP 35 e a segunda foi à aplicação em forma líquida, denominado Clarus Desmoldax DCP 35X. Para analisar o retorno elástico, foram utilizadas como critério de avaliação as medições de abertura da parede da tira conformada, permitindo desta forma considerar o atrito por intermédio da variação do tipo lubrificante. As análises realizadas nos corpos de prova conformados em formato U evidenciaram um retorno elástico menor para as amostras do aço DP 600, se comparadas com as amostras do aço DP 800. Não existiu relevância na variação dos lubrificantes quanto ao retorno elástico nas amostras de um mesmo tipo de aço. As análises realizadas nos corpos de prova submetidos ao ensaio de dobramento sob tensão, também evidenciaram um retorno elástico menor para as amostras do aço DP 600 se comparadas com as amostras do aço DP 800. Comparando as amostras com base nos dados coletados e aplicados ao cálculo de coeficiente de atrito, percebeu-se que as amostras que tiveram um retorno elástico menor, também possuíam coeficientes de atrito menor, constatando assim que quanto menor o coeficiente de atrito, menor é o retorno elástico. / This piece of work seeks to evaluate the springback effect on advanced high strength steel used in the bending process. For this, biphasic steel plates DP 600 and DP 800, both coated, were used. Two methods of measurement were used to approach and asses the springback effect. The first method approached was the conformation of strips in U and the second method was the preformance of the Bending Under Tension test, which enabled the data collect for the application in calculation of the friction coefficient in the bending process. In both assessments two different lubricant conditions for the bending process were used with the aim of varying the condition of friction in the process. The first one was the application of a paste lubricant, with the brand name Clarus Desmoldax DCP 35 and the second one was the application of a liquid lubricant, called Clarus Desmoldax DCP 35X. To analyze the springback effect the measurements of the opening of the wall of the conformed strip were used, thus allowing to consider the friction through the variation of the type of lubricant. The assessments carried out in the specimens in U shape showed a smaller springback effect for the steel samples DP 600 in comparison with the DP 800 ones. There was no relevance in the range of lubricants as the springback effect in the samples of the same type of steel. The analyzes carried out in the specimens subjected to bending under pressure test also showed a smaller springback effect for the steel samples DP 600 compared with the DP 800 ones. Comparing the samples based on the data collected and applied to the calculation of the friction coefficient, it was noticed that the samples that had a smaller springback effect also had lower friction coefficients, therefore verifying that the lower the friction coefficient is, the lower the springback effect.

Este trabalho procura avaliar o retorno elástico em aços avançados de alta resistência utilizados em processo de dobramento. Para isso, foram usadas chapas de aço bifásico DP 600 e DP 800, ambas revestidas. Foram empregados dois métodos de medição a fim de abordar e avaliar o retorno elástico. O primeiro método abordado foi à conformação de tiras em U e o segundo método foi à realização do ensaio Dobramento Sob Tensão, aos quais possibilitaram a coleta de dados para aplicação em cálculo de coeficiente de atrito no processo de dobramento. Em ambas as avaliações foram utilizadas duas diferentes condições de lubrificação para o processo de dobramento, visando variar a condição de atrito no processo. A primeira foi à aplicação de um lubrificante em forma de pasta, de nome comercial Clarus Desmoldax DCP 35 e a segunda foi à aplicação em forma líquida, denominado Clarus Desmoldax DCP 35X. Para analisar o retorno elástico, foram utilizadas como critério de avaliação as medições de abertura da parede da tira conformada, permitindo desta forma considerar o atrito por intermédio da variação do tipo lubrificante. As análises realizadas nos corpos de prova conformados em formato U evidenciaram um retorno elástico menor para as amostras do aço DP 600, se comparadas com as amostras do aço DP 800. Não existiu relevância na variação dos lubrificantes quanto ao retorno elástico nas amostras de um mesmo tipo de aço. As análises realizadas nos corpos de prova submetidos ao ensaio de dobramento sob tensão, também evidenciaram um retorno elástico menor para as amostras do aço DP 600 se comparadas com as amostras do aço DP 800. Comparando as amostras com base nos dados coletados e aplicados ao cálculo de coeficiente de atrito, percebeu-se que as amostras que tiveram um retorno elástico menor, também possuíam coeficientes de atrito menor, constatando assim que quanto menor o coeficiente de atrito, menor é o retorno elástico. / This piece of work seeks to evaluate the springback effect on advanced high strength steel used in the bending process. For this, biphasic steel plates DP 600 and DP 800, both coated, were used. Two methods of measurement were used to approach and asses the springback effect. The first method approached was the conformation of strips in U and the second method was the preformance of the Bending Under Tension test, which enabled the data collect for the application in calculation of the friction coefficient in the bending process. In both assessments two different lubricant conditions for the bending process were used with the aim of varying the condition of friction in the process. The first one was the application of a paste lubricant, with the brand name Clarus Desmoldax DCP 35 and the second one was the application of a liquid lubricant, called Clarus Desmoldax DCP 35X. To analyze the springback effect the measurements of the opening of the wall of the conformed strip were used, thus allowing to consider the friction through the variation of the type of lubricant. The assessments carried out in the specimens in U shape showed a smaller springback effect for the steel samples DP 600 in comparison with the DP 800 ones. There was no relevance in the range of lubricants as the springback effect in the samples of the same type of steel. The analyzes carried out in the specimens subjected to bending under pressure test also showed a smaller springback effect for the steel samples DP 600 compared with the DP 800 ones. Comparing the samples based on the data collected and applied to the calculation of the friction coefficient, it was noticed that the samples that had a smaller springback effect also had lower friction coefficients, therefore verifying that the lower the friction coefficient is, the lower the springback effect.

Foram realizados ensaios tribológicos de deslizamento do par Si3N4-Al2O3, lubrificado com água, na configuração esfera contra disco, sendo a esfera de nitreto de silício e o disco de alumina para investigar a influência da velocidade de deslizamento, da carga aplicada e da temperatura no coeficiente de atrito. As esferas de nitreto de silício e os discos de alumina foram caracterizados determinando-se: densidades, dureza Vickers, módulo de elasticidade e tenacidade à fratura. Os ensaios foram realizados com rugosidade inicial nos discos de Rrms = 352 nm. O regime de ultra baixo coeficiente de atrito (UBCA, &#956; < 0,01) foi atingido após um período de running-in de aproximadamente uma hora e o coeficiente de atrito ficou na faixa de &#956; = 0,008 a &#956; = 0,002. Os resultados mostraram que este sistema deslizante tem características hidrodinâmicas, pois o coeficiente de atrito diminuiu com o aumento da velocidade de deslizamento. Uma variação suave da carga aplicada fez com que o coeficiente de atrito permanecesse no regime de UBCA, com a carga aplicada variando de 54 N até 94 N. Em temperaturas menores ou iguais a 11°C o sistema não atingiu o regime de UBCA e o coeficiente de atrito final ficou da ordem de centésimos. Foi observado o fenômeno de UBCA em temperaturas de 30 e 40°C. No entanto, nestas temperaturas, a baixa viscosidade da água não deveria permitir que o sistema atingisse o regime de UBCA. A análise dos dados possibilitou inferir que durante o regime de UBCA o sistema desliza num regime de lubrificação mista, sendo lubrificação hidrodinâmica, devido ao filme de água, somada a lubrificação limite, devido às camadas hidratadas formadas nas superfícies das cerâmicas. Os resultados mostraram que a temperatura influencia no desgaste das cerâmicas. A determinação do volume desgastado possibilitou observar que durante os ensaios a alumina sofre menos desgaste que o nitreto de silício e que o desgaste de ambas cerâmicas aumenta com o aumento da temperatura. / Tribological tests were conducted in a ball on disk setup, using water as lubricant. Were used a silicon nitride ball and alumina disk. The tests were conducted to investigate the effects of sliding speed, applied load and temperature on friction coefficient. The silicon nitride balls and alumina disks were characterized by determining density, Vickers hardness, elastic modulus and fracture toughness. The tests were conducted with initial roughness on the disk surface of 352 nm. The ultra low friction coefficient regime (ULFC, &#956; < 0.01) was reached after a running-in period of approximately one hour and the friction coefficient remains in the range of &#956; = 0.008 a &#956; = 0.002 during this steady state regime. The results showed that this sliding system has hydrodynamic characteristics, because the friction coefficient decreased with increasing of the sliding speed. With an smooth variation of the applied load the system remained in the ULFC regime, when the applied load varied from 54 N up to 94 N. At temperatures below or equal to 11°C the system did not reach the ULFC regime and the final friction coefficient was the order of hundredths. We observed the ULFC phenomenon at temperatures of 30 and 40°C. However, at these temperatures, the water viscosity is low and should not allow the system to reach the ULFC regime. The data analysis allowed infer that during the ULFC regime the system slides with a mixed lubrication regime, hydrodynamic plus limitrofe, the first due to water film and the second due to the hydrated layer formed on the ceramics surfaces. The results showed a influences of temperature in the ceramics wear. The results of the worn volume allowed to observe that during the tests alumina suffers less wear than the silicon nitride, and the ceramics wear increases with increasing temperature.

A constante busca por motores com maior eficiência energética, requer a introdução de novos materiais ou inovações nas rotas de fabricação dos materiais existentes. O presente trabalho busca, a partir de rotas de tratamento térmico, soluções para minimizar o desgaste originado no contato entre corpos metálicos em componentes submetidos a altas pressões de contato em regime lubrificado. A modificação microestrutural a partir de tratamentos térmicos originou matriz martensítica relativamente dura com uma dispersão refinada de nódulos esféricos de grafita, que atuariam como lubrificantes sólidos. O estudo baseou-se em dois ferros fundidos (cinzento e branco) submetidos a tratamentos de austenitização seguidos de tempera em óleo e revenimento em diferentes tempos. Ensaios de dilatometria foram efetuados nos dois materiais para estudar a cinética de grafitização secundaria sob diferentes condições de tratamento térmico. As propriedades mecânicas foram avaliadas por medidas de dureza Vickers das amostras tratadas termicamente. Amostras de ferro fundido cinzento e de branco modificado por tratamentos térmicos foram ensaiadas em teste de desgaste por deslizamento, com intuito de avaliar a influência de modificações na superfície no coeficiente de atrito. / The constant search for engines with higher energy efficiency requires the development of new materials or manufacturing innovations on the routes of existing materials. In the present work, heat treatment routs were investigated to minimize wear originated at the contact between metallic bodies into components subjected to high contact pressures in lubricated regime. Microstructural modification from heat treatments yielded relatively hard martensitic matrix with a fine dispersion of spherical graphite nodules, which act as solid lubricants. The study was based on two cast iron (gray and white) undergoing treatments of soaking (austenitizing) followed by quenching in oil and tempering at different times. Dilatometry tests were performed on both materials to study the kinetics of secondary graphitization under different heat treatment conditions. Mechanical properties were evaluated from Vickers hardness of the thermally treated samples. Samples of gray cast iron and white modified by heat treatments were tested in sliding wear test, in order to assess the influence of changes in the surface friction coefficient.

Este trabalho procura avaliar o retorno elástico em aços avançados de alta resistência utilizados em processo de dobramento. Para isso, foram usadas chapas de aço bifásico DP 600 e DP 800, ambas revestidas. Foram empregados dois métodos de medição a fim de abordar e avaliar o retorno elástico. O primeiro método abordado foi à conformação de tiras em U e o segundo método foi à realização do ensaio Dobramento Sob Tensão, aos quais possibilitaram a coleta de dados para aplicação em cálculo de coeficiente de atrito no processo de dobramento. Em ambas as avaliações foram utilizadas duas diferentes condições de lubrificação para o processo de dobramento, visando variar a condição de atrito no processo. A primeira foi à aplicação de um lubrificante em forma de pasta, de nome comercial Clarus Desmoldax DCP 35 e a segunda foi à aplicação em forma líquida, denominado Clarus Desmoldax DCP 35X. Para analisar o retorno elástico, foram utilizadas como critério de avaliação as medições de abertura da parede da tira conformada, permitindo desta forma considerar o atrito por intermédio da variação do tipo lubrificante. As análises realizadas nos corpos de prova conformados em formato U evidenciaram um retorno elástico menor para as amostras do aço DP 600, se comparadas com as amostras do aço DP 800. Não existiu relevância na variação dos lubrificantes quanto ao retorno elástico nas amostras de um mesmo tipo de aço. As análises realizadas nos corpos de prova submetidos ao ensaio de dobramento sob tensão, também evidenciaram um retorno elástico menor para as amostras do aço DP 600 se comparadas com as amostras do aço DP 800. Comparando as amostras com base nos dados coletados e aplicados ao cálculo de coeficiente de atrito, percebeu-se que as amostras que tiveram um retorno elástico menor, também possuíam coeficientes de atrito menor, constatando assim que quanto menor o coeficiente de atrito, menor é o retorno elástico. / This piece of work seeks to evaluate the springback effect on advanced high strength steel used in the bending process. For this, biphasic steel plates DP 600 and DP 800, both coated, were used. Two methods of measurement were used to approach and asses the springback effect. The first method approached was the conformation of strips in U and the second method was the preformance of the Bending Under Tension test, which enabled the data collect for the application in calculation of the friction coefficient in the bending process. In both assessments two different lubricant conditions for the bending process were used with the aim of varying the condition of friction in the process. The first one was the application of a paste lubricant, with the brand name Clarus Desmoldax DCP 35 and the second one was the application of a liquid lubricant, called Clarus Desmoldax DCP 35X. To analyze the springback effect the measurements of the opening of the wall of the conformed strip were used, thus allowing to consider the friction through the variation of the type of lubricant. The assessments carried out in the specimens in U shape showed a smaller springback effect for the steel samples DP 600 in comparison with the DP 800 ones. There was no relevance in the range of lubricants as the springback effect in the samples of the same type of steel. The analyzes carried out in the specimens subjected to bending under pressure test also showed a smaller springback effect for the steel samples DP 600 compared with the DP 800 ones. Comparing the samples based on the data collected and applied to the calculation of the friction coefficient, it was noticed that the samples that had a smaller springback effect also had lower friction coefficients, therefore verifying that the lower the friction coefficient is, the lower the springback effect.

Com a evolução dos processos de fabricação, aumenta o emprego de topografias engenheiradas com o objetivo de aumentar o desempenho dessas superfícies sob vários aspectos. Apesar do bom desempenho comprovado em algumas aplicações, existem outras em que o desempenho é questionável, como, em condições não lubrificadas e com elevadas pressões de contato. Neste cenário de dúvidas sobre a utilização de superfícies engenheiradas, o presente trabalho objetiva contribuir com as discussões por meio de um estudo do efeito de topografias anisotrópicas na transferência de material e resistência ao movimento em condições de deslizamento a seco com deformação plástica micro e macroscópica. O método utilizado contempla ensaios tribológicos que consistem, basicamente, em deslizar um material sobre superfícies engenheiradas de outro material com maior dureza, em duas condições de deformação plástica: i/ localizada no pico das asperezas em contato (ensaio pino-sobre-disco) e ii/ volumétrica (ensaio de compressão do anel). Os resultados permitiram concluir que os mecanismos de desgaste podem ser reproduzidos nos dois ensaios. Com deformação plástica microscópica (pino-sobre-disco) constatou-se que: i/ os vales e cavidades da topografia atuam de forma a evitar o contato das partículas de desgaste com o corpo em deslizamento; e ii/ os maiores valores do coeficiente de atrito foram obtidos com a superfície com maior quantidade de cavidades, a mesma condição topográfica que apresentou maior área com transferência de material. Com deformações plásticas macroscópicas (ensaio de compressão do anel) constatou-se que os vales da topografia da ferramenta atuaram como bloqueios para o deslizamento do anel conformado, o que resultou num aumento do coeficiente de atrito e redução da transferência de material. / The evolution of manufacturing progresses increases the use of engineered surfaces, seeking the improvement of the overall performance of these surfaces. Despite the enhanced performance under some circumstances, uncertainties still exist in conditions such as unlubricated and high contact pressure conditions. This work aims contributing to these discussions by studding the effect of anisotropic topographies on the material transfer and resistance to movement under dry sliding conditions including micro and macroscopic plastic deformation. The method consisted of tribological tests by sliding a material against engineered surfaces of higher hardness. Tests were conducted under two plastic deformation conditions: i/ localized on surface asperities contact (pin-on-disc test) and ii/ volumetric (ring test). Results allowed concluding that wear mechanisms can be reproduced on both tests. Under microscopic plastic deformation (pin-on-disc test) it was possible to verify that: i/ grooves and cavities have contributed to avoid the contact between wear debris and sliding body; and ii/ the higher friction coefficient was obtained when testing the surface with high amount of cavities, a condition that presented the larger area of material transfer. Under macroscopic deformation (ring test), grooves from tool topography played the role of blocking the ring material sliding, increasing friction coefficient and decreasing material transfer.

Ce manuscrit présente une description théorique des propriétés de transport exceptionnelles des liquides dans les nanotubes de carbone (CNT). La perméabilité de ces canaux dépasse largement ce qui est prévu par les équations de l'hydrodynamique et la condition limite de non-glissement. Au cours des dernières années, plusieurs groupes ont effectué des expériences d'écoulement de liquides dans des membranes de CNT. Une perméabilité très supérieure à l'attente classique a été observée. Dans ce contexte, nous avons mené une étude exhaustive du frottement liquide/solide qui apparaît pendant l'écoulement d'un fluide dans un CNT, à l'aide de simulations de dynamique moléculaire. Le coefficient de frottement a été mesuré pour différents systèmes en utilisant plusieurs méthodes indépendantes. Les simulations ont montré que le coefficient de frottement était indépendant du confinement, mais qu'il dépendait considérablement de la courbure de la paroi. Pour l'eau dans un CNT, le coefficient de frottement diminue avec le rayon du tube. Nous avons ensuite établi une expression approchée du coefficient de frottement, qui le relie à des propriétés microscopiques de l'interface entre le liquide et la paroi. Cette expression reproduit la dépendance du coefficient de frottement avec la courbure, et permet de l'expliquer à partir des trois paramètres statiques suivants : la densité surfacique de l'eau, la rugosité de la paroi et la commensurabilité entre les structures de la paroi et de la première couche d'eau à l'interface. En résumé, notre étude a permis une compréhension détaillée du frottement de l'eau dans les CNT, qui explique l'origine de sa valeur extrêmement basse. / Within the scope of this thesis, a theoretical study of liquid flow in graphitic nanopores was performed. More precisely, a combination of numerical simulations and analytic approach was used to establish the special properties of carbon nanotubes for fluid transport: Molecular dynamics flow simulations of different liquids in carbon nanotubes exhibited flow velocities that are 1-3 orders of magnitude higher than predicted from the continuum hydrodynamics framework and the no-slip boundary condition. These results support previous experiments performed by several groups reporting exceptionally high flow rates for water in carbon nanotube membranes. The reason for this important flow enhancement with respect to the expectation was so far unclear. In this work, a careful investigation of the water/graphite friction coefficient which we identified as the crucial parameter for fast liquid transport in the considered systems was carried out. In simulations, the friction coefficient was found to be very sensitive to wall curvature: friction is independent of confinement for water between at graphene walls with zero curvature, while it increases with increasing negative curvature (water at the outside of the tube), and it decreases with increasing positive curvature (water inside the tube), eventually leading to quasi frictionless flow for water in a single file configuration in the smallest tubes. A similar behaviour was moreover found with several other liquids, such as alcohol, alcane and OMCTS. urthermore, a theoretical approximate expression for the friction coefficient is presented which predicts qualitatively and semi-quantitatively its curvature dependent behavior. Moreover, a deeper analysis of the simulations according to the proposed theoretical description shed light on the physical mechanisms at the origin of the ultra low liquid/solid friction in carbon nanotubes. In fine, it is due to their perfectly ordered molecular structure and their atomically smooth surface that carbon nanotubes are quasi-perfect liquid conductors compared to other membrane pores like, for example, nanochannels in amorphous silica. The newly gained understanding constitutes an important validation that carbon nanotubes operate as fast transporters of various liquids which makes them a promising option for different applications like energy conversion or filtration on the molecular level.