Este trabalho apresenta resultados de estudos e caracterizações de Conjuntos Eletrodo/Membrana (MEAs) de Células a Combustível a Membrana Polimérica (PEMFC). Algumas condições de operação de células e diferentes processos de produção de MEA foram investigados. A técnica de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE) (em situ - 0 a 16 A) foi usada \"on-line\" como uma ferramenta de diagnóstico, relativa ao desempenho de célula. As medidas de EIE foram feitas através do Sistema de EIE para células a combustível FC350 (GAMRY), junto a um PC4 Potentiostato/Galvanostato e conectado à carga dinâmica (TDI) para experimentos de EIE \"on-line\" (100 mHz - 10 kHz, dU = 5 mV). MEAs com 25 cm2 de área ativa, usando eletrocatalisadores PtM/C 20 % (M = Ru, Sn ou Ni) fabricados usando o Método de Redução por Álcool (MRA). A tinta catalítica foi diretamente aplicada no Tecido de Carbono (GDL) e este prensado na membrana de Nafion® (105). MEAs usando eletrocatalisadores Pt/C e PtRu/C 20 % da E-TEK foram fabricados para comparação. Todos os cátodos foram confeccionados com Pt/C 20% da E-TEK. Foram fixadas as concentrações de metal nobre em 0,4 mg Pt.cm-2 no anodo e 0,6 mg Pt.cm-2 no catodo (E-TEK). Diagramas de Nyquist dos MEAs com Pt/C e PtRu/C da E-TEK ou PtM/C MRA apresentaram as mesmas resistências de ôhmicas para os MEAs. Este fato pode ser explicado por supressão de aglomerados durante o processo de preparação do MEA ou pela homogeneidade do eletrocatalisador ancorado ao carbono. Também pôde ser observado, a baixas densidades atuais que há uma diferença de desempenho significante entre o eletrocatalisadores da ETEK e os preparados pelo MRA. Os resultados das curvas de polarização confirmaram que PtM/C MRA apresentara um aumento de atividade para as células alimentadas com metanol e etanol. A técnica de EIE se mostrou eficiente para a avaliação do método de preparação dos MEAs e do desempenho da célula, os resultados de EIE mostraram uma coerência na escolha do modelo do circuito elétrico para os MEAs utilizando hidrogênio, metanol e etanol. Esta coerência indica que outras resistências não consideradas no modelo não são relevantes na resistência total dos MEAs. / This work reports results of studies and characterization on Membrane Electrode Assemblies (MEAs) for Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). Some cell operation conditions and different processes of MEA production were investigated. The Electrochemical Impedance Spectroscopy Technique (EIS) (in situ - 0 to 16 A) was used \"on-line\" as a tool for diagnosis, concerning the cell performance. The EIS measurements were carried out with a FC350 Fuel Cell EIS System (GAMRY), coupled to a PC4 Potentiostat/Galvanostat and connected to the electronic load (TDI) for \"on-line\" EIS experiments (100 mHz - 10 kHz, dU = 5 mV). MEAs with 25 cm2 surface area, using PtM/C 20% (M = Ru, Sn or Ni) electrocatalysts were manufactured using the Alcohol Reduction Process (ARP). The catalytic ink was applied directly into the Carbon Cloth (GDL) and pressed in the NafionR membrane (105). MEAs using Pt/C and PtRu/C 20% from E-TEK electrocatalysts were manufactured by comparison. All the cathodes were sprayed with Pt/C 20% from E-TEK. The noble metal concentrations used were set to 0.4 mg Pt.cm-2 at the anode and 0.6 mg Pt.cm-2 at the cathode (E-TEK). Nyquist diagrams of the MEAs with Pt/C and PtRu/C from E-TEK or PtM/C (M = Ru, Sn or Ni) ARP showed essentially the same ohmic resistances for the MEAs. This fact can be explained by suppression of agglomerates during the MEA preparation process or by the homogeneity of the anchored electrocatalysts at the carbon surface. It could also be observed, at low current densities, that there was a significant performance difference between the electrocatalysts from E-TEK and those prepared with the Alcohol Reduction Process. The polarization curves results confirmed that the PtM/C (M = Ru, Sn or Ni) ARP showed an activity increase for the methanol and ethanol fed cells. The technique of EIE was shown efficient for the evaluation of the method preparation of MEAs and the acting of the cell, the results of EIE showed coherence in the choice of the model the electric circuit for MEAs using hydrogen, methanol and ethanol. This coherence indicates that other resistances no considered in the model are not relevant in the total resistance of MEAs.

Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fabiana.pdf: 2501575 bytes, checksum: b413c76cbd0d8f3250c20636044c304e (MD5) Previous issue date: 2013-07-11 / FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E AO DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO DO MARANHÃO / The biodiesel tends to undergo changes in its composition over time making it corrosive. The materials in diesel engines are vulnerable to corrosion, especially aluminum, copper, cast iron and steel. In this study we evaluated the corrosion of carbon steel ABNT 1020 immersed in soy biodiesel (B100) and blends B4 and B5 using the technique of electrochemical impedance spectroscopy. To achieve a result more effectively, we used samples from microemulsions B100, B4 and B5 as a way to reduce the high resistivity of biodiesel. It was found with using this technique the exposed steel microemulsions of biodiesel and mixtures presented impedance modulus of about 3.75 (MEB4), 3.87 (MEB5) and 3.90 (MEB100) ohm.cmˉ¹, on low frequency (10ˉ¹ Hz), showing good corrosion resistance, especially for MEB100, which was also confirmed by the results of corrosiveness to copper and optical microscopy. / O biodiesel tende a sofrer alterações na sua composição ao longo do tempo tornando-se corrosivo. Os materiais presentes nos motores a diesel são vulneráveis à corrosão, principalmente o alumínio, o cobre, o ferro fundido e o aço. Neste trabalho avaliou-se a corrosão do aço carbono ABNT 1020 imerso em biodiesel de soja (B100) e misturas B4 e B5com uso da técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica. Para uma resposta mais eficaz foram utilizadas amostras de microemulsões de B100, B4 e B5 como forma de diminuir a alta resistividade do biodiesel. Verificou-se através dessa técnica que o aço exposto às microemulsões de biodiesel e misturas apresentou módulo de impedância de aproximadamente 3,75 (MEB4), 3,87 (MEB5) e 3,90 (MEB100) ohm.cmˉ¹, em baixa frequência (10ˉ¹ Hz), revelando boa resistência à corrosão, principalmente para a MEB100, o que também foi confirmado pelos resultados de corrosividade ao cobre e da microscopia ótica.

Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao THULIO CESAR PEREIRA.pdf: 1062146 bytes, checksum: 5c742a50fb470df48717a0b03cfb722e (MD5) Previous issue date: 2014-08-04 / FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E AO DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO DO MARANHÃO / Due to the increasing integration of biodiesel into the national energy matrix, the determination of the content of this biofuel in the blend with diesel has become one of the most important parameters to ensure the quality standard of Diesel B (biodiesel-diesel blends), preventing damage caused by adding lower levels of biodiesel than those described for law or non-esterified oils instead biodiesel. A preliminary study carried out on this laboratory has indicated that a small teflon electrochemical cell carrying two electrodes 304 stainless steel positioned parallel a short distance was suitable for impedance measurements in the middle biodiesel. In this work, an electroanalytical method was developed for the determination of biodiesel in diesel using electrochemical impedance spectroscopy technique. The optimized instrumental conditions were the following: amplitude "rms" = 200 mV; frequency range = 100 kHz to 20 mHz; measurement points per decade = 10; nature of the measures = open circuit potential (OCP). The results demonstrated that the charge transfer resistance at the interface (Rct) showed a clear tendency to increase with the increase of the amount of biodiesel in the diesel / biodiesel blends. This behavior was related with the formation of a possible insulating film on the surface of the electrodes with capacitive characteristics, which hinder the passage of current, which was represented by constant phase element (CPE) in the proposed equivalent electrical circuit. The proposed procedure, based on this pronounced change in the resistance of charge transfer, was applied in two samples provided and previously analyzed by the LAPQAP / UFMA, whose results were validated statistically and compared with the results provided by the official method used by the ANP. The application of the Student t test showed no significant difference between the results obtained with the proposed method (sample 1 = 5.03% and sample 2 = 4.78%) and the official method (sample 1 = 4.90 % and sample 2 = 4.65 %) for a confidence level of 95%. The accuracy of the proposed method was checked by recovery tests in the 102, 6% to 102, 7% range. The precision was checked by the coefficient of variation (CV), which presented values lower than 2.3%. Values of 0.24% for the detection limit of and 0.80% for the limit of quantification, indicate a satisfactory sensitivity for the application of the method in the determination of the biodiesel in Dieesel content. / Devido à crescente inserção de biodiesel na matriz energética nacional, a determinação do teor desse biocombustível na mistura com diesel tem se tornado um dos parâmetros mais importantes para garantir o padrão de qualidade do Diesel B (mistura biodiesel/diesel), evitando prejuízos causados por adulterações promovidas pela adição de, um teor de biodiesel inferior ao descrito por lei ou de óleos não esterificados no lugar do biodiesel. Um estudo preliminar deste laboratório indicou que uma pequena célula eletroquímica de teflon portando dois eletrodos de aço inox 304 posicionados paralelamente, numa pequena distância, foi adequado para medidas de impedância no meio biodiesel. Neste trabalho, um método eletroanalítico foi desenvolvido para a determinação do teor de biodiesel no diesel utilizando a técnica espectroscopia de impedância eletroquímica. As condições instrumentais otimizadas foram as seguintes: amplitude rms = 200 mV; intervalo de frequência = 100 kHz a 20 mHz; pontos por década de medida = 10; natureza das medidas = potencial de circuito aberto (OCP). Os resultados demonstraram que a resistência de transferência de carga na interface, (Rtc) apresentou uma tendência clara de aumentar com o acréscimo do teor de biodiesel na mistura diesel/biodiesel. Este comportamento foi relacionado com a formação de um possível filme isolante na superfície dos eletrodos, com características capacitivas que dificultam a passagem de corrente, o qual foi representado por elemento de fase constante (CPE) no circuito elétrico equivalente proposto. O procedimento proposto, baseado nesta pronunciada variação na resistência de transferência de carga, foi aplicado em duas amostras interlaboratoriais cedidas pelo LAPQAP/UFMA, cujos resultados obtidos foram validados, estatisticamente, e comparados com os resultados fornecidos pelo método oficial utilizado pela ANP. A aplicação do teste t de Student mostrou que não houve diferença significativa entre os resultados encontrados para o presente método (amostra 1 = 5,03 % e amostra 2 = 4,78 %) e para o método oficial (amostra 1 = 4,90% e amostra 2 = 4,65%) para um nível de confiança de 95%. A exatidão do método proposto foi também verificada através de testes de recuperação que variaram de 102, 6% a 102, 7%. A precisão foi verificada através do coeficiente de variação (CV), o qual apresentou valores menores que 2,3%. Valores médios para o limite de detecção de 0,24% e limite de quantificação de 0,80 % demonstram uma sensibilidade adequada e satisfatória para a aplicação do método na determinação do teor de biodiesel no dieesel.

Atualmente, um dos principais problemas ligados às estruturas de concreto armado é a corrosão da armadura, especialmente devido à ação dos íons cloreto. Sua incidência no contexto das principais manifestações patológicas encontradas nas construções é bastante significativa, chegando a atingir índices de 50% em algumas regiões brasileiras. Além disso, o custo do reparo ou da reabilitação das estruturas deterioradas, em alguns casos, pode ser superior ao de uma estrutura nova. Com o objetivo de aumentar a vida útil das estruturas de concreto e diminuir o índice de ocorrência da corrosão de armaduras, esta pesquisa verifica o comportamento de concretos com adições minerais quanto à eficiência na proteção do aço contra a corrosão induzida por íons cloreto, em relação ao concreto sem adição. Para a produção dos concretos de alto desempenho (CAD), foram utilizados dois tipos de adições: a sílica de Fe-Si ou silício metálico (SFS), já comercialmente disponível, e a sílica extraída da casca de arroz (SCA), produzida em laboratório. Assim, além de proporcionar uma barreira física à entrada de agentes agressivos na camada de cobrimento, a utilização desses concretos contribui para a diminuição da poluição ambiental, uma vez que as adições estudadas são resíduos. Para tanto, foram realizados ensaios mecânicos e relacionados à durabilidade, tais como: absorção de água, resistência à penetração de cloretos, frente de penetração, teor total de cloretos e resistividade elétrica dos concretos. Na análise do processo de corrosão, duas técnicas foram empregadas: potencial de corrosão e espectroscopia por impedância eletroquímica. Em relação à microestrutura, foram realizados ensaios de porosimetria por intrusão de mercúrio, difratometria de raios X, termogravimetria e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados obtidos no controle da corrosão pelo ataque de íons cloreto foram favoráveis ao uso das adições em substituição ao cimento Portland, uma vez que os concretos com adições superam os resultados obtidos nos concretos sem sílica (ainda que a SFS tenha proporcionado melhor desempenho em algumas propriedades), indicando alta capacidade dos CAD em proteger o aço frente à ação de íons cloreto. Dentre os tipos de cimento utilizados, o CP V ARI RS mostrou-se mais eficiente que o CP V ARI Plus, bem como apresentou melhor sinergia com a SCA. A técnica de espectroscopia eletroquímica pode ser utilizada em CAD, porém deve-se minimizar os efeitos da alta resistividade do material, especialmente quando se utiliza a SFS. / Nowadays, one of the main problems in reinforced concrete structures is steel corrosion, especially due to the action of chloride ions. Its incidence among the main pathologies is quite significant, reaching indexes of 50% in some Brazilian areas. Besides, the cost of repair or rehabilitation of deteriorated structures, in some cases, can be higher than a new structure. To increase the service life of concrete structures and reduce the occurrence of steel corrosion, this work verifies the behavior of concretes with mineral additions in protecting the steel against the corrosion induced by chloride ions, in comparison to concretes without addition. For the production of high performance concretes (HPC), two addition types were used: silica fume (SF), already commercially available, and silica extracted from rice husk (SRH), produced in laboratory. Thus, besides providing a physical barrier to the aggressive agents in the concrete cover, the use of such concretes contribute to decrease the environmental pollution, since the additions studied are residues. Mechanical and durability tests were accomplished, such as water absorption, chloride penetration resistance, chloride penetration depth and concentration and electric resistivity of concretes. In the analysis of corrosion process, two techniques were used: open circuit potential and electrochemical impedance spectroscopy. Regarding the microstructure, tests of mercury intrusion porosimetry, X-ray diffraction, termogravimetry and scanning electron microscopy were conducted. The results obtained in the control of steel corrosion by chloride ions were favorable to the use of the additions in substitution to the portland cement. Both concretes with additions showed better performances than the concretes without silica, indicating high capacity of HPC to protect against the steel corrosion in reinforced concrete structures. Concerning the types of cement used, CP V ARI RS showed to be more efficient than CP V ARI Plus and presented better synergy with SRH. The electrochemical impedance spectroscopy technique can be used in HPC, however the effects of the high resistivity of the material should be minimized, especially when silica fume is used.

A soldagem por fricção (Friction Stir Welding - FSW) é um processo eficiente de unir ligas de alumínio de alta resistência evitando defeitos que são usualmente criados quando técnicas convencionais de soldagem são utilizadas. A indústria aeronáutica tem mostrado grande interesse neste método de soldagem, tanto para a união de ligas similares como dissimilares. Entretanto, este processo causa modificações microestruturais dependentes das condições de tratamento térmico ou termomecânico. Contato elétrico entre zonas de microestruturas diferentes, por sua vez, pode resultar em acoplamento galvânico. No presente estudo, a soldagem por FSW foi usada para unir duas ligas de alumínio dissimilares, AA2024-T3 e AA7475-T651 e o efeito desta soldagem na resistência à corrosão das juntas soldadas e na microestrutura das ligas foi avaliada. Na investigação da resistência à corrosão foram utilizados ensaios eletroquímicos, especificamente, medidas de potencial de circuito aberto (OCP) em função do tempo de exposição ao meio corrosivo, ensaios de polarização e de espectroscopia de impedância eletroquímica, global (EIS) ou local (LEIS), em duas soluções, seja 0,1 M Na2SO4 ou 0,1 M Na2SO4 + 1 mM NaCl. Os ensaios eletroquímicos evidenciaram efeito de acoplamento galvânico nas juntas soldadas. A caracterização microestrutural foi realizada por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão e por calorimetria diferencial. As zonas afetadas pela solda tiveram importantes modificações na microestrutura indicadas pela precipitação e dissolução de precipitados que afetam a resistência à corrosão localizada. A resistência à corrosão intergranular e a resistência à esfoliação das juntas soldadas também foram avaliadas e comparadas com as das ligas AA2024-T3 e AA7475-T651 não soldadas. Os resultados mostraram aumento da suscetibilidade das juntas soldadas a estas formas de corrosão em comparação com as ligas não soldadas sendo observado ataque mais severo na liga AA7475-T651. A identificação das áreas anódicas e catódicas resultantes do acoplamento galvânico nas juntas soldadas foi realizada por teste que consistiu na deposição de camada de gel (ágar-ágar) com indicador universal na superfície das ligas soldadas. A liga AA2024-T3 atuou como cátodo, enquanto a AA7475-T651, como ânodo no par galvânico. Além disso, evolução de hidrogênio foi observada na região de interface entre a zona termomecanicamente afetada e a termicamente afetada da liga AA7475-T651 mostrando que reações catódicas também ocorreram localmente nesta última liga. Resultados de LEIS obtidos nas diferentes zonas das duas ligas soldadas por FSW mostraram acoplamento galvânico na interface entre elas para tempos curtos de ensaio e deslocamento da região mais ativa com o tempo de ensaio para a liga AA7475-T651, mais precisamente para a interface entre a zona termomecanicamente afetada e a térmicamente afetada desta liga. / Friction Stir Welding (FSW) is an efficient process of joining high strength aluminum alloys avoiding defects that are usually created when conventional welding techniques are used. The aircraft industry has shown great interest in this welding method, both for welding of similar or dissimilar alloys. However, this process causes microstructural changes that are dependent on the thermal or thermomechanical conditions applied. Electrical contact between zones of different microstructures, in turn, can result in galvanic coupling. In the present study, FSW was used to join two dissimilar aluminum alloys, AA2024-T3 and AA7475-T651 and the effect of this process on the corrosion resistance of the welded joints and on the microstructure of the alloys was evaluated. For corrosion resistance evaluation, electrochemical tests were used, specifically, open circuit potential measurements (OCP) as a function of time of exposure time to the corrosive environment, polarization tests, and electrochemical impedance spectroscopy, global (EIS) or local (LEIS), in two solutions, either 0.1 M Na2SO4 or 0.1M Na2SO4 + 1 mM NaCl. The electrochemical tests showed galvanic coupling effects in the welded joints. Microstructural characterization was carried out by optical microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and differencial scanning calorimetry. The welded affected zones showed significant microstructural changes indicated by precipitation and dissolution of precipitates that affect the localized corrosion resistance. Intergranular and exfoliation corrosion resistance of the welded joints were also evaluated and compared to those of unwelded AA2024-T3 and AA7475-T651 alloys. The results showed increased susceptibility of welded joints to these forms of corrosion in comparison with the unwelded alloys with more severe attack associated to the AA7475-T651 alloy. Identification of anodic and cathodic areas due to galvanic coupling in the welded joints was evaluated by a test consisting in depositing a gel layer (ágar-ágar) with universal indicator on the surface of the welded alloys. The AA2024-T3 alloy worked as cathode, while the AA7475-T651 as anode in the galvanic coupling. Furthermore, hydrogen evolution was observed at the interface region between the thermomechanically affected zone and the heat affected alloy AA7475-T651 showing that cathodic reactions also occurred on this last alloy. LEIS results obtained in different zones of the two FSW welded alloys showed galvanic coupling at the interface between them for short test times and displacement of the most active region to the AA7475-T651 alloy, at longer periods of test, specifically to the interface between the thermomechanically affected and the heat affected zones of this last alloy.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-16T19:08:32Z No. of bitstreams: 1 JOSIANE DANTAS COSTA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 2694660 bytes, checksum: b1f464f2e8b29d82a5339c5bd52471b3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-16T19:08:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSIANE DANTAS COSTA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 2694660 bytes, checksum: b1f464f2e8b29d82a5339c5bd52471b3 (MD5) Previous issue date: 2015-09-29 / A liga de Ni-Ti, conhecida por Nitinol, é constituída dos elementos níquel e titânio e vem sendo bastante aplicada nas mais diversas áreas: aeroespacial, automotiva, construção civil, dispositivos médicos e ortodônticos. Esse potencial de aplicação decorre das propriedades particulares de efeito de memória de forma e superelasticidade, associada a uma boa resistência à corrosão e excelente biocompatibilidade. Com intuito de aumentar as aplicações desse material em dispositivos médicos, o desenvolvimento de tecnologias de união torna-se necessário para possibilitar a fabricação das mais diferentes formas geométricas e combinações entre materiais similares e dissimilares. Nesse contexto, é fundamental que se realize estudos sobre a resistência a corrosão da região em que foi feita a união (junta), principalmente quando utilizados processos de soldagem, já que podem deixar falhas induzindo a uma maior suscetibilidade a corrosão. Diante disto, neste trabalho foi realizada a união de fios ortodônticos de Ni-Ti com fios ortodônticos de Ti-Mo através do processo de soldagem TIG (“Tungsten Inert Gas”) autógeno. Como se trata de biomateriais, este estudo teve como objetivo geral avaliar a resistência à corrosão dos fios comerciais íntegros e da junta soldada Ni-Ti/Ti-Mo em solução salina tamponada SBF (“Saline Buffered Phosphate”) que simula o sangue humano, para verificar se a soldagem afetaria a resistência a corrosão das juntas. Os resultados obtidos revelaram que o processo da soldagem TIG utilizado neste trabalho gerou juntas soldadas de excelente qualidade, apresentando uma resistência à corrosão superior à dos fios íntegros. O planejamento experimental utilizado para verificar a influência da temperatura e do tempo do tratamento térmico nos resultados de corrosão, gerou um experimento ótimo com temperatura de 350°C e um tempo de 40 minutos. Este resultado foi confirmado através dos ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica. / The Ni-Ti alloy, known as Nitinol, is made of nickel and titanium elements and has been widely applied in several areas: aerospace, automotive, construction, medical and orthodontic appliances. Nitinol's application potential is due to its particular superelasticity properties and shape memory effect associated with a good corrosion resistance and excellent biocompatibility. In order to increase the applications of this material in medical devices, the development of joining technologies is necessary to enable manufacture of the most different geometric shapes and combinations of similar and dissimilar materials. In this context, it is essential to conduct studies on the corrosion resistance of the region where the union (joint) was done, especially when welding processes are used, as they can leave gaps leading to greater susceptibility to corrosion. With this in mind, this work carried out the union of Ni-Ti orthodontic wire with Ti-Mo orthodontic wire through the autogenous TIG (Tungsten Inert Gas) welding process. As biomaterials are involved, this study aimed to evaluate the corrosion resistance of the upright commercial wire and welded joint Ni-Ti/Ti-Mo in buffered saline solution SBP (Saline Buffered Phosphate) which simulates human blood, to check if the welding would affect the corrosion resistance of the joint. The results revealed that the TIG welding process used in this work generated welds of excellent quality, having a corrosion resistance higher than that of intact wires. The experimental design used to determine the influence of temperature and time of heat treatment on the results of corrosion generated a great experiment with temperature of 350 ° C and a time of 40 minutes. This result was confirmed by means of electrochemical impedance spectroscopy test.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3075.pdf: 8688023 bytes, checksum: 800e01878f1f0186b361618d6115dccd (MD5) Previous issue date: 2009-09-08 / Universidade Federal de Sao Carlos / This work presents a study of the 1020 and 1040 carbon steel corrosion in aqueous solution containing dissolved H2S in order to investigate the effect of H2Saq and HSaq species. Some different electrolytes were used: acetic acid buffer and phosphate buffer in presence or absence of 3.5 wt% NaCl solution containing 10, 25, 50, 100, 200, 500, 1000 and 2000 ppm of Na2S. The corrosion steel was described by means electrochemical impedance spectroscopy (EIS), potential polarization curves (PC), open circuit potential (Eoc) and in situ optical microscopy. Other experiments were carried out seeking to understand the steel corrosion process in sulfide solution. Thus, the influence of the 4 factors together (sulfide species, concentration, presence of chloride and steel type) was assessed by the interpretation of interactions and main effects in an experiments using factorial design. The characterization of the films was performed by electrochemical impedance spectroscopy in situ and ex situ techniques such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The EIS measurements showed two distinct regions, high and low frequencies and the data analysis as a combination of diffusion and charge transference resistance, capacitances and constant phase elements (CPE). This parameters allow studying the corrosion of iron in presence of different sulfide species. The influence of total H2S concentration as well as the effect of immersion time on the corrosion was investigated too. In presence of the H2S the Rct values increase initially with immersion time but then decrease gradually. We concluded that there is formation of a protective film that reaches its maximum thickness after 3 h, and this layer is later dissolved to grow back again until reaching an equilibrium value at immersion time over 10 h. If the sulfide films has many porous, the capacitance presents high values to the corrosion process. In this case the number of defects of the sulfide films is proportional to increasing of corrosion. For the factorial design it was concluded that the species of sulfide is the most relevant factor for the corrosion process, followed by concentration and the presence of chloride in the solution. In the presence of H2S happens to active dissolution of iron and in the presence of HS- can occur the formation of a protective film. By images of in situ optical microscopy, carried out during the electrochemical measurements, one can observe the dissolution of ferrite in the pearlitic region and a formation of iron sulfide films with different colors. Morphological analysis and classification of surface corrosion damage, carried out by digital processing of images, show that happens grain-boundaries corrosion, pitting corrosion and formation of sulfide film initially over pearlitic grains. / Este trabalho apresenta o estudo da corrosão dos aços carbono 1020 e 1040 em solução aquosa contendo H2S dissolvido, em diferentes pHs de modo que se tivesse em solução as espécies H2Saq e HSaq. Os eletrólitos usados foram: tampão acetato e fosfato, na presença e ausência de 3,5% de NaCl em uma solução contendo 10, 25, 50, 100, 200, 500, 1000 e 2000 ppm de Na2S. A corrosão do aço foi estudada por meio de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), curvas de polarização (CP), medidas de potencial de circuito aberto (Eca) e microscopia óptica in situ. Outros experimentos foram realizados buscando entender o processo de corrosão do aço em meio de sulfeto. Assim, a influência dos 4 fatores (espécie de sulfeto, concentração, presença de cloreto e tipo de aço) foi avaliada pela interpretação das interações e efeitos principais dentro de experimentos usando planejamento fatorial. A caracterização dos filmes foi realizada por espectroscopia de impedância eletroquímica in situ e por técnicas ex situ, como difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS). As medidas EIE apresentaram duas regiões distintas, em alta e baixa frequências e a interpretação dos resultados envolveu uma combinação de parâmetros de circuitos equivalentes relacionados à difusão de espécies através do filme, resistências à transferência de carga, capacitâncias e elementos de fase constante (CPE). Esses elementos foram utilizados procurando descrever o mecanismo de corrosão do ferro na presença das diferentes espécies de sulfeto. A influência da concentração de H2S e o efeito do tempo de imersão da amostra de aço no meio corrosivo foi investigado. Na presença do H2S os valores Rct apresentam um aumento inicial e depois diminuem com tempo de imersão. Conclui-se que há a formação de uma película protetora que atinge uma espessura máxima em 3 h e esta camada então se dissolve e volta a crescer novamente, até atingir um valor de equilíbrio com o tempo de imersão de 10 h. Valores elevados de capacitância foram obtidos para filmes porosos e que apresentaram um grande número de defeitos levando a um aumento da corrosão. Pelo planejamento fatorial concluiu-se que a espécie de sulfeto é o fator mais relevante para o processo de corrosão, seguido da concentração e da presença de cloreto no meio. Na presença de H2S ocorre a dissolução ativa do ferro e na presença de HS- pode haver a formação de um filme protetor. Pelas imagens de microscopia óptica in situ, realizadas durante as medidas eletroquímicas, pode-se observar a dissolução da ferrita na região da perlita e a formação dos filmes de sulfeto de ferro com diferentes cores. A análise morfológica e classificação dos tipos de corrosão de superfície, realizadas por processamento digital das imagens, mostraram que ocorre a corrosão intergranular e por pites e que a formação do filme ocorre inicialmente sobre uma das fases do aço carbono, os grãos perlíticos.

Submitted by TIAGO AZEVEDO BENITES null (tiagoazb@gmail.com) on 2017-10-09T17:59:58Z No. of bitstreams: 1 Tese Tiago.pdf: 5384805 bytes, checksum: 86cf0d44920d96e8154badd25a07c674 (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-10-09T19:38:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 benites_ta_dr_araiq.pdf: 5384805 bytes, checksum: 86cf0d44920d96e8154badd25a07c674 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-09T19:38:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 benites_ta_dr_araiq.pdf: 5384805 bytes, checksum: 86cf0d44920d96e8154badd25a07c674 (MD5) Previous issue date: 2017-09-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Dentro da eletroquímica, o estudo de reações de transferência de elétrons (TE) pode ser explorado por meio de eletrodos de ouro modificados com monocamadas auto-organizadas (SAMs), visto que elas são capazes de modificar as propriedades físico-químicas superficiais e controlar a cinética de TE. Este trabalho investigou as reações de TE em eletrodos de ouro modificados com SAMs eletroativas. Especificamente, foi estudado a cinética de TE em SAMs de 11-ferrocenil-undecanotiol sobre superfícies de ouro, por meio de análise de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância/capacitância eletroquímica (EIE/ECE). Por meio dessas técnicas foi possível estimar variáveis como a densidade de estados redox (aproximadamente 3,4×〖10〗^14 estados cm-2 próximos aos valores reportados na literatura), de capacitância eletroquímica ou redox (137(±9) μF 〖cm〗^(-2)), a constante cinética de transferência de elétrons em 1,05×〖10〗^4 s^(-1) similares às reportadas por Creager, além da estimativa da energia de reorganização de Marcus (λ) em torno de 1,0 eV, valores similares a outros já previamente estimados para funcionalizações de SAMs eletroativas. Expandiram-se essas análises por meio da imobilização de complexos eletroativos de Bis(2,2′-bipiridina)-(5-Aminofenantrolina)rutênio bis(hexafluorofosfato) sobre superfícies de Au, por síntese orgânica com tióis ancoradores de diferentes cadeias (cisteína e 3-ácido carboxílico-6-mercaptopiridina), utilizando reação de ativação com DIC/HOBt em acetonitrila. Neste caso, obteve-se uma densidade de estados redox de cerca de 8,9×〖10〗^14 estados cm-2 e 9,3×〖10〗^14 estados cm-2, além de uma constante cinética de 2,6×〖10〗^3 s^(-1) e 1,07×〖10〗^3 s^(-1) para as abordagens I (3-ácido carboxílico-6-mercaptopiridina) e II (Cisteína) respectivamente. Resultados sugeriram uma maior capacidade das moléculas ancoradoras compostas de anel piridinico (abordagem I) na condução de carga quando comparados com a abordagem II, o que foi posteriormente confirmado por análise de condutância em que a abordagem I apresentou G=6×〖10〗^(-3) S contra G=2×〖10〗^(-3) S da abordagem II. Este trabalho apresentou uma abordagem teórico-experimental que relaciona as componentes físico-químicas quânticas através de uma nova perspectiva baseada nos estudos teóricos de Marcus-Buttiker e em análises experimentais centradas na capacitância eletroquímica. / In electrochemistry, the study of electron transfer reactions (TE) can be explored using Au electrodes modified with self-assembled monolayers (SAMs), since they are able to modify the physicochemical properties of electrodes surface and control the TE kinetics. This work investigated TE reactions on Au electrodes modified with SAMs. Specifically, TE kinetics were studied using 11-ferrocenyl-undecanethiol SAMs on Au surfaces by means of cyclic voltammetry and electrochemical impedance/capacitance spectroscopy (EIS/ECS) analysis. By means of these techniques, it was possible to estimate variables such as the density of redox states (approximately 3.4 × 1014 states per cm-2 , near the reported results in the literature), electrochemical or redox capacitance (137(±9) �� ��−2 ), the kinetic electron transfer constant at 1.05 × 104 � −1 similar to those reported by Creager, in addition to the estimation of the Marcus´ reorganization energy (�) of around 1.0 eV, value similar to others already previously estimated for functionalization of electroactive SAMs. These analyzes were expanded by immobilization of Bis(2,2'-bipyridine)-(5-Aminophenanthroline)ruthenium-bis (hexafluorophosphate) electroactive complexes on Au surfaces by organic synthesis with anionic thiols of different chains (cysteine and 3-carboxylic acid-6-mercaptopyridine), using activation reaction with DIC/HOBt in acetonitrile. In this case, a redox state density of about 8.9 × 1014 states cm-2 and 9.3 × 1014 states cm-2 , in addition to a kinetic constant of 2.6 × 103 � −1 and 1.07 × 103 � −1 to I (3-carboxylic acid-6- mercaptopyridine) and II (Cysteine) approaches, respectively, were used in the present study. Results suggesting a higher capacity of the pyridinium ring compound anchoring molecules (I approach) in charge conduction when compared to the II approach, which was later confirmed by conductance analysis: the I approach presented � = 6 × 10−3 � and � = 2 × 10−3 � for approach II. This work presented a theoretical-experimental approach relating the quantum physicochemical components through a new perspective based on the theoretical studies of Marcus-Buttiker and on experimental analyzes focused on the electrochemical capacitance.

A soldagem por fricção (Friction Stir Welding - FSW) é um processo eficiente de unir ligas de alumínio de alta resistência evitando defeitos que são usualmente criados quando técnicas convencionais de soldagem são utilizadas. A indústria aeronáutica tem mostrado grande interesse neste método de soldagem, tanto para a união de ligas similares como dissimilares. Entretanto, este processo causa modificações microestruturais dependentes das condições de tratamento térmico ou termomecânico. Contato elétrico entre zonas de microestruturas diferentes, por sua vez, pode resultar em acoplamento galvânico. No presente estudo, a soldagem por FSW foi usada para unir duas ligas de alumínio dissimilares, AA2024-T3 e AA7475-T651 e o efeito desta soldagem na resistência à corrosão das juntas soldadas e na microestrutura das ligas foi avaliada. Na investigação da resistência à corrosão foram utilizados ensaios eletroquímicos, especificamente, medidas de potencial de circuito aberto (OCP) em função do tempo de exposição ao meio corrosivo, ensaios de polarização e de espectroscopia de impedância eletroquímica, global (EIS) ou local (LEIS), em duas soluções, seja 0,1 M Na2SO4 ou 0,1 M Na2SO4 + 1 mM NaCl. Os ensaios eletroquímicos evidenciaram efeito de acoplamento galvânico nas juntas soldadas. A caracterização microestrutural foi realizada por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão e por calorimetria diferencial. As zonas afetadas pela solda tiveram importantes modificações na microestrutura indicadas pela precipitação e dissolução de precipitados que afetam a resistência à corrosão localizada. A resistência à corrosão intergranular e a resistência à esfoliação das juntas soldadas também foram avaliadas e comparadas com as das ligas AA2024-T3 e AA7475-T651 não soldadas. Os resultados mostraram aumento da suscetibilidade das juntas soldadas a estas formas de corrosão em comparação com as ligas não soldadas sendo observado ataque mais severo na liga AA7475-T651. A identificação das áreas anódicas e catódicas resultantes do acoplamento galvânico nas juntas soldadas foi realizada por teste que consistiu na deposição de camada de gel (ágar-ágar) com indicador universal na superfície das ligas soldadas. A liga AA2024-T3 atuou como cátodo, enquanto a AA7475-T651, como ânodo no par galvânico. Além disso, evolução de hidrogênio foi observada na região de interface entre a zona termomecanicamente afetada e a termicamente afetada da liga AA7475-T651 mostrando que reações catódicas também ocorreram localmente nesta última liga. Resultados de LEIS obtidos nas diferentes zonas das duas ligas soldadas por FSW mostraram acoplamento galvânico na interface entre elas para tempos curtos de ensaio e deslocamento da região mais ativa com o tempo de ensaio para a liga AA7475-T651, mais precisamente para a interface entre a zona termomecanicamente afetada e a térmicamente afetada desta liga. / Friction Stir Welding (FSW) is an efficient process of joining high strength aluminum alloys avoiding defects that are usually created when conventional welding techniques are used. The aircraft industry has shown great interest in this welding method, both for welding of similar or dissimilar alloys. However, this process causes microstructural changes that are dependent on the thermal or thermomechanical conditions applied. Electrical contact between zones of different microstructures, in turn, can result in galvanic coupling. In the present study, FSW was used to join two dissimilar aluminum alloys, AA2024-T3 and AA7475-T651 and the effect of this process on the corrosion resistance of the welded joints and on the microstructure of the alloys was evaluated. For corrosion resistance evaluation, electrochemical tests were used, specifically, open circuit potential measurements (OCP) as a function of time of exposure time to the corrosive environment, polarization tests, and electrochemical impedance spectroscopy, global (EIS) or local (LEIS), in two solutions, either 0.1 M Na2SO4 or 0.1M Na2SO4 + 1 mM NaCl. The electrochemical tests showed galvanic coupling effects in the welded joints. Microstructural characterization was carried out by optical microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and differencial scanning calorimetry. The welded affected zones showed significant microstructural changes indicated by precipitation and dissolution of precipitates that affect the localized corrosion resistance. Intergranular and exfoliation corrosion resistance of the welded joints were also evaluated and compared to those of unwelded AA2024-T3 and AA7475-T651 alloys. The results showed increased susceptibility of welded joints to these forms of corrosion in comparison with the unwelded alloys with more severe attack associated to the AA7475-T651 alloy. Identification of anodic and cathodic areas due to galvanic coupling in the welded joints was evaluated by a test consisting in depositing a gel layer (ágar-ágar) with universal indicator on the surface of the welded alloys. The AA2024-T3 alloy worked as cathode, while the AA7475-T651 as anode in the galvanic coupling. Furthermore, hydrogen evolution was observed at the interface region between the thermomechanically affected zone and the heat affected alloy AA7475-T651 showing that cathodic reactions also occurred on this last alloy. LEIS results obtained in different zones of the two FSW welded alloys showed galvanic coupling at the interface between them for short test times and displacement of the most active region to the AA7475-T651 alloy, at longer periods of test, specifically to the interface between the thermomechanically affected and the heat affected zones of this last alloy.

Submitted by WELDER FRANZINI AMARAL CALLERA null (weldercallera@hotmail.com) on 2017-08-28T21:25:00Z No. of bitstreams: 1 TESE - Welder F A Callera OK.pdf: 2324966 bytes, checksum: 979c488a0e341117b537d2d5a1ec77b2 (MD5) / Rejected by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão seguindo a orientação abaixo: O arquivo submetido está sem a ficha catalográfica. A versão submetida por você é considerada a versão final da dissertação/tese, portanto não poderá ocorrer qualquer alteração em seu conteúdo após a aprovação. Corrija esta informação e realize uma nova submissão contendo o arquivo correto. Agradecemos a compreensão. on 2017-08-29T18:03:23Z (GMT) / Submitted by WELDER FRANZINI AMARAL CALLERA null (weldercallera@hotmail.com) on 2017-08-29T18:41:29Z No. of bitstreams: 1 TESE - Welder F A Callera OK.pdf: 2349810 bytes, checksum: 0b00e94e2ccb5b74f2521ba559748736 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-08-29T18:53:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 callera_wfa_dr_araiq.pdf: 2349810 bytes, checksum: 0b00e94e2ccb5b74f2521ba559748736 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-29T18:53:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 callera_wfa_dr_araiq.pdf: 2349810 bytes, checksum: 0b00e94e2ccb5b74f2521ba559748736 (MD5) Previous issue date: 2017-08-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Esta tese de doutoramento apresentou o entendimento de processos redox enzimáticos, detalhando o mecanismo envolvido na troca eletrônica, a qual resulta na formação de um produto, por catálise enzimática. Observou-se a influência de um eletrodo sob a ação de um potencial estacionário aplicado (E) na reação enzima/substrato. Realizou-se eletroanálises, como: Voltametria Cíclica (VC) e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE), para a penicilinase. Os resultados obtidos dão indícios de que a reação enzimática se beneficia de determinados potenciais, pois o parâmetro utilizado, Rct, resistência à transferência de cargas, sugere que ocorre maior troca eletrônica em alguns potenciais ótimos (faixa de -0,3 a -0,5 V). A Simulação Molecular serviu para estudar o comportamento atomístico por métodos clássicos (Dinâmica Molecular – DM) para as condições impostas experimentalmente, esclarecendo o mecanismo de reação enzimática por métodos quânticos (DFT – Teoria do Funcional de Densidade) e híbridos (QM/MM), cabendo salientar que a penicilinase não pertence à classe das enzimas oxirredutivas. / This doctoral thesis presented the understanding of enzymatic redox processes, detailing the mechanism involved in the electronic exchange, which results in the formation of a product by enzymatic catalysis. The influence of an electrode under the action of an applied stationary potential (E) on the enzyme/substrate reaction was observed. Electroanalysis was performed, such as: Cyclic Voltammetry (VC) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), for the penicilinase. The results obtained indicate that the enzymatic reaction benefits from certain potentials, since the parameter used, Rct, resistance to the transfer of charges, suggests that there is greater electronic exchange in some optimal potentials (range the -0.3 to -0.5 V). The Molecular Simulation was used to study the atomistic behavior by classical methods (Molecular Dynamics - DM) for experimentally imposed conditions, clarifying the mechanism of enzymatic reaction by quantum methods (DFT) and hybrids (QM/MM). That penicillinase does not belong to the class of oxidoreductive enzymes.