Made available in DSpace on 2014-07-29T15:07:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Luciano Vaz de Sa.pdf: 1061982 bytes, checksum: 6f6a32de4e2caf51ea9a29ac0038f796 (MD5) Previous issue date: 2011-09-09 / The Ferromagnetic Resonance technique is used to study the magnetostriction and the magnetic anisotropy of cobalt thin films grown on glass and silicon substrates. The effective values of the magnetostriction and magnetic anisotropy constants obtained do not agree with known values in the literature, but show the viability of the experimental method used [with the film glued to a cantilever beam under stress] to study the magnetostriction of magnetic thin films. / Este trabalho tem como objetivo estudar a magnetostricção e a anisotropia magnética de filmes finos de cobalto usando a técnica de Ressonância Ferromagnética. As amostras investigadas foram produzidas pela técnica de magnetron sputtering, depositadas sobre substratos de vidro e silício, com espessuras variando na faixa de 10 a 20 nm. Os valores efetivos obtidos para as constantes de magnetostricção e de anisotropia magnética de volume e de superfície diferem de valores conhecidos na literatura, mas comprovam a viabilidade do procedimento experimental aplicado [com o filme fixo sobre uma haste cantilever sujeita a stress] para investigar a magnetostricção de filmes finos magnéticos.

O presente trabalho teve como foco um problema que vem se tornando cada vez mais grave nos dias de hoje, já que, com o crescimento das zonas urbanas, algumas residências estão se aproximando dos transformadores de potência. Transformadores são máquinas cuja função é aumentar ou diminuir a diferença de potencial de uma rede elétrica, porém, eles geram um nível significativo de ruído, podendo ser prejudicial à saúde. Esse ruído é causado pela magnetostricção pelas chapas de Fe-Si as quais compõem o núcleo. Assim, o intuito desse trabalho foi estudar duas ligas de Fe-Ti, para averiguar seu comportamento magnetostrictivo. Além disso, é importante estudar as propriedades magnéticas dessas ligas, a fim de se analisar quais são as perdas magnéticas associadas a essas ligas. Portanto, também foram feitas medidas de indução magnética, permeabilidade magnética e resistividade elétrica. Também foram feitas análises de microscopia eletrônica de varredura, para análise do tamanho e morfologia dos grãos, difratometria de raios X, para identificação das fases presentes e difração de elétrons retroespalhados, para identificação da textura. Todas essas medidas foram feitas para as ligas de Fe-Ti e uma liga de Fe-Si comercial de grão orientado e os resultados foram comparados entre si. As ligas de Fe-Ti apresentaram valores de magnetostricção menores do que a liga de Fe-Si, porém, apresentaram valores bem maiores quando analisadas as perdas magnéticas. Com isso, foi possível fazer uma primeira análise das ligas de Fe-Ti, criando diversas possibilidades para estudos futuros. / The present research had as focus a problem that is becoming very serious nowadays, since with the growth of urban areas, some households are approaching the power transformers. Power transformers are machines whose function is to increase or decrease the potential difference of a power grid, but they generate a significant level of noise, which can be harmful to human health. This noise is created by the magnetostriction of the Fe-Si plates that compose the core. Thus, the purpose of this research was to study two Fe-Ti alloys to investigate their magnetostrictive behavior. In addition, it is important to study the magnetic properties of these alloys in order to analyze the magnetic losses associated with these samples. Therefore, measurements of magnetic induction, magnetic permeability and electrical resistivity were also made. Were made analyzes of scanning electron microscopy to investigate the size and morphology of the grains, X-ray diffraction, to identify the phases that are present in the material and electron backscatter diffraction to identify the texture.These characterizations were made for the Fe-Ti alloys and a commercial grain-oriented Fe-Si alloy. The results were compared to each other. Fe-Ti alloys showed lower magnetostriction values than the Fe-Si alloy, however they presented highest values of magnetic losses. As a result, it was possible to make a first analysis of the Fe-Ti alloys properties, creating several possibilities for future studies in order to improve Fe-Ti alloys properties.

O presente trabalho teve como foco um problema que vem se tornando cada vez mais grave nos dias de hoje, já que, com o crescimento das zonas urbanas, algumas residências estão se aproximando dos transformadores de potência. Transformadores são máquinas cuja função é aumentar ou diminuir a diferença de potencial de uma rede elétrica, porém, eles geram um nível significativo de ruído, podendo ser prejudicial à saúde. Esse ruído é causado pela magnetostricção pelas chapas de Fe-Si as quais compõem o núcleo. Assim, o intuito desse trabalho foi estudar duas ligas de Fe-Ti, para averiguar seu comportamento magnetostrictivo. Além disso, é importante estudar as propriedades magnéticas dessas ligas, a fim de se analisar quais são as perdas magnéticas associadas a essas ligas. Portanto, também foram feitas medidas de indução magnética, permeabilidade magnética e resistividade elétrica. Também foram feitas análises de microscopia eletrônica de varredura, para análise do tamanho e morfologia dos grãos, difratometria de raios X, para identificação das fases presentes e difração de elétrons retroespalhados, para identificação da textura. Todas essas medidas foram feitas para as ligas de Fe-Ti e uma liga de Fe-Si comercial de grão orientado e os resultados foram comparados entre si. As ligas de Fe-Ti apresentaram valores de magnetostricção menores do que a liga de Fe-Si, porém, apresentaram valores bem maiores quando analisadas as perdas magnéticas. Com isso, foi possível fazer uma primeira análise das ligas de Fe-Ti, criando diversas possibilidades para estudos futuros. / The present research had as focus a problem that is becoming very serious nowadays, since with the growth of urban areas, some households are approaching the power transformers. Power transformers are machines whose function is to increase or decrease the potential difference of a power grid, but they generate a significant level of noise, which can be harmful to human health. This noise is created by the magnetostriction of the Fe-Si plates that compose the core. Thus, the purpose of this research was to study two Fe-Ti alloys to investigate their magnetostrictive behavior. In addition, it is important to study the magnetic properties of these alloys in order to analyze the magnetic losses associated with these samples. Therefore, measurements of magnetic induction, magnetic permeability and electrical resistivity were also made. Were made analyzes of scanning electron microscopy to investigate the size and morphology of the grains, X-ray diffraction, to identify the phases that are present in the material and electron backscatter diffraction to identify the texture.These characterizations were made for the Fe-Ti alloys and a commercial grain-oriented Fe-Si alloy. The results were compared to each other. Fe-Ti alloys showed lower magnetostriction values than the Fe-Si alloy, however they presented highest values of magnetic losses. As a result, it was possible to make a first analysis of the Fe-Ti alloys properties, creating several possibilities for future studies in order to improve Fe-Ti alloys properties.

Os materiais magnetostrictivos apresentam deformação elástica quando são submetidos a um campo magnético ou mudança das propriedades magnéticas quando são submetidos a uma tensão mecânica, e por isso são de grande interesse para aplicações em atuadores, sensores e aproveitadores de energia. Entretanto, os melhores materiais magnetostrictivos disponíveis são caros e frágeis. Nos últimos anos foi descoberta uma nova classe de materiais magnetostrictivos que superam este problema, a classe das ligas Fe-Ga e Fe-Al, que possuem a rara combinação de moderada magnetostricção, boas propriedades mecânicas e baixo custo associado. Atualmente, as pesquisas têm buscado meios de melhorar a magnetostricção destas ligas, tanto por adições ternárias de outros átomos, como pela utilização de diferentes métodos de fabricação, tratamentos térmicos ou processamentos mecânicos. No presente trabalho foi avaliado o efeito das adições de B e do processo de solidificação rápida na magnetostricção e microestrutura das ligas Fe-Al e Fe-Ga. Para isso, ligas policristalinas de composição nominal (Fe80Al20)1-0,01yBy, (Fe80Ga20)1-0,01yBy e (Fe72Ga28)1-0,01yBy, com y = 0; 0,5; 1; 1,5 e 2% at., foram produzidas por fusão a arco e pela técnica de solidificação rápida \"splat cooling\". A caracterização microestrutural das amostras foi realizada no MEV/EDS e DRX. A magnetostricção foi medida com campo magnético de 0 a ±2 T em 4,2, 77 e 300 K, por dilatometria de capacitância. As adições de B ocasionaram a precipitação de Fe2B nos contornos de grão da fase A2 e/ou D03 das ligas Fe-Al e Fe-Ga, resultando na redução do tamanho de grão e formação de cristais dendríticos. As ligas Fe80Al20 apresentaram um valor máximo de magnetostricção de 74 ppm com a adição de 2% at. de B. Já as ligas Fe80Ga20 e Fe72Ga28 apresentaram um máximo com a adição de 1% at. de B, sendo de 81 ppm e 143 ppm, respectivamente. Conclui-se que estas adições de B tiveram um efeito benéfico na magnetostricção das ligas Fe-Al e Fe-Ga como-solidificadas, uma vez que chegaram a ocasionar um aumento de até 100% desta propriedade em relação à liga sem B. Por outro lado, a solidificação rápida não teve efeito sobre a magnetostricção das ligas Fe-Al-B. / Magnetostrictive materials exhibit elastic deformation when subjected to a magnetic field or changing in magnetic properties when subjected to mechanical stress, so they are of great interest for applications in actuators, sensors and energy harvesters. However, the best available magnetostrictive materials are expensive and fragile. In the last years has been discovered a new class of magnetostrictive material which overcome this problem, the class of the Fe-Ga and Fe-Al alloys, which have the unusual combination of moderate magnetostriction, good mechanical properties and low associated cost. Currently, research has searched ways to improve the magnetostriction of these alloys, both for ternary additions of other atoms or by using different methods of preparation, heat treatment or mechanical processing. In the present study, we evaluated the effect of B additions and rapid solidification process on the microstructure and magnetostriction of Fe- Al and Fe-Ga alloys. For this purpose, polycrystalline alloys of nominal composition (Fe80Al20)1-0.01yBy, (Fe80Ga20)1-0.01yBy and (Fe72Ga28)1-0.01yBy, with y = 0, 0.5, 1, 1.5 e 2 at.% were produced by arc melting and splat cooling rapid solidification technique. Microstructural characterization of the samples was performed by SEM/EDS and XRD. The magnetostriction was measured under magnetic field of 0 to ±2 T, at 4.2, 77 and 300 K, by capacitance dilatometry. The B additions caused precipitation of Fe2B at the grain boundaries of A2 and/or D03 phase of Fe-Al and Fe-Ga alloys, resulting in a reduction of the grain size and formation of dendritic crystals. The Fe80Al20 alloys showed a maximum magnetostriction of 74 ppm with the addition of 2 at.% B. And, the Fe80Ga20 and Fe72Ga28 alloys showed a peak with the addition of 1 at.% B, of 81 ppm and 143 ppm, respectively. We concluded that these B additions had a beneficial effect on the magnetostriction of Fe- Al and Fe-Ga as-cast alloys, since they caused an increase up to 100% of this property in relation to the alloy without B. On the other hand, the rapid solidification had no the same effect on the magnetostriction of Fe-Al-B alloys.

Os materiais magnetostrictivos apresentam deformação elástica quando são submetidos a um campo magnético ou mudança das propriedades magnéticas quando são submetidos a uma tensão mecânica, e por isso são de grande interesse para aplicações em atuadores, sensores e aproveitadores de energia. Entretanto, os melhores materiais magnetostrictivos disponíveis são caros e frágeis. Nos últimos anos foi descoberta uma nova classe de materiais magnetostrictivos que superam este problema, a classe das ligas Fe-Ga e Fe-Al, que possuem a rara combinação de moderada magnetostricção, boas propriedades mecânicas e baixo custo associado. Atualmente, as pesquisas têm buscado meios de melhorar a magnetostricção destas ligas, tanto por adições ternárias de outros átomos, como pela utilização de diferentes métodos de fabricação, tratamentos térmicos ou processamentos mecânicos. No presente trabalho foi avaliado o efeito das adições de B e do processo de solidificação rápida na magnetostricção e microestrutura das ligas Fe-Al e Fe-Ga. Para isso, ligas policristalinas de composição nominal (Fe80Al20)1-0,01yBy, (Fe80Ga20)1-0,01yBy e (Fe72Ga28)1-0,01yBy, com y = 0; 0,5; 1; 1,5 e 2% at., foram produzidas por fusão a arco e pela técnica de solidificação rápida \"splat cooling\". A caracterização microestrutural das amostras foi realizada no MEV/EDS e DRX. A magnetostricção foi medida com campo magnético de 0 a ±2 T em 4,2, 77 e 300 K, por dilatometria de capacitância. As adições de B ocasionaram a precipitação de Fe2B nos contornos de grão da fase A2 e/ou D03 das ligas Fe-Al e Fe-Ga, resultando na redução do tamanho de grão e formação de cristais dendríticos. As ligas Fe80Al20 apresentaram um valor máximo de magnetostricção de 74 ppm com a adição de 2% at. de B. Já as ligas Fe80Ga20 e Fe72Ga28 apresentaram um máximo com a adição de 1% at. de B, sendo de 81 ppm e 143 ppm, respectivamente. Conclui-se que estas adições de B tiveram um efeito benéfico na magnetostricção das ligas Fe-Al e Fe-Ga como-solidificadas, uma vez que chegaram a ocasionar um aumento de até 100% desta propriedade em relação à liga sem B. Por outro lado, a solidificação rápida não teve efeito sobre a magnetostricção das ligas Fe-Al-B. / Magnetostrictive materials exhibit elastic deformation when subjected to a magnetic field or changing in magnetic properties when subjected to mechanical stress, so they are of great interest for applications in actuators, sensors and energy harvesters. However, the best available magnetostrictive materials are expensive and fragile. In the last years has been discovered a new class of magnetostrictive material which overcome this problem, the class of the Fe-Ga and Fe-Al alloys, which have the unusual combination of moderate magnetostriction, good mechanical properties and low associated cost. Currently, research has searched ways to improve the magnetostriction of these alloys, both for ternary additions of other atoms or by using different methods of preparation, heat treatment or mechanical processing. In the present study, we evaluated the effect of B additions and rapid solidification process on the microstructure and magnetostriction of Fe- Al and Fe-Ga alloys. For this purpose, polycrystalline alloys of nominal composition (Fe80Al20)1-0.01yBy, (Fe80Ga20)1-0.01yBy and (Fe72Ga28)1-0.01yBy, with y = 0, 0.5, 1, 1.5 e 2 at.% were produced by arc melting and splat cooling rapid solidification technique. Microstructural characterization of the samples was performed by SEM/EDS and XRD. The magnetostriction was measured under magnetic field of 0 to ±2 T, at 4.2, 77 and 300 K, by capacitance dilatometry. The B additions caused precipitation of Fe2B at the grain boundaries of A2 and/or D03 phase of Fe-Al and Fe-Ga alloys, resulting in a reduction of the grain size and formation of dendritic crystals. The Fe80Al20 alloys showed a maximum magnetostriction of 74 ppm with the addition of 2 at.% B. And, the Fe80Ga20 and Fe72Ga28 alloys showed a peak with the addition of 1 at.% B, of 81 ppm and 143 ppm, respectively. We concluded that these B additions had a beneficial effect on the magnetostriction of Fe- Al and Fe-Ga as-cast alloys, since they caused an increase up to 100% of this property in relation to the alloy without B. On the other hand, the rapid solidification had no the same effect on the magnetostriction of Fe-Al-B alloys.

Materiais magnetostrictivos, como o TERFENOL-D (Tb0,27-0,30Dy0,73-0,70Fe2) e o GALFENOL (Fe72-82Ga18-28), são aplicados em diversos tipos de atuadores, sensores e coletores de energia. Contudo, existe a necessidade de novos materiais que sejam mais baratos, ambientalmente amigáveis e com melhores propriedades mecânicas. Por essa razão, as ligas de Fe-Al são uma alternativa, já que o alumínio é mais abundante na natureza e é sete vezes mais barato que o gálio. O objetivo desse trabalho foi estudar a influência de dois tratamentos termomecânicos nas propriedades magnéticas das ligas (Fe1-xAlx)98,4B1,6, onde x = 0,18; 0,13 e 0,21. No primeiro processamento, as ligas foram submetidas a um tratamento térmico sob compressão para introduzir uma anisotropia magnetocristalina extrínseca. Para compressões de até 180 MPa, as ligas tratadas sob tensão obtiveram valores de magnetostricção e dos coeficientes piezomagnéticos maiores que o das ligas sem tratamento. Ou seja, este processamento aumentou a sensibilidade das ligas como atuador (d33) e sensor (d33 *). No segundo processamento termomecânico, amostras com formato de chapa foram laminadas e tratadas termicamente para induzir um crescimento anormal de grãos e consequentemente uma textura. Embora não tenha ocorrido crescimento de grão anormal durante o tratamento térmico, os valores de magnetostricção foram maiores que o das amostras como fundidas. Ambos processamentos termomecânicos foram efetivos para melhorar as propriedades magnéticas e a liga (Fe0,87Al0,13)98,4B1,6 foi a que obteve os maiores valores de magnetostricção e dos coeficientes piezomagnéticos. Em outras palavras, dentre as ligas estudadas, esta composição foi mais promissora para ser aplicada em atuadores e sensores. / Magnetostrictive materials, like TERFENOL-D (Tb0.27-0.30Dy0.73-0.70Fe2) and GALFENOL (Fe72-82Ga18-28), are applied in several types of sensors, actuators and energy harvesting. Nevertheless, there is the necessity of new materials that are cheaper, environmentally friendly and with good mechanical properties. For that reason, the Fe-Al alloys are an alternative, since the aluminum is more abundant in nature and is seven times cheaper than gallium. The goal of this work is to study the influence of two thermomechanical proceeding at magnetic properties of the (Fe1- xAlx)98.4B1.6 alloys, which x = 0.18; 0.13 e 0.21. At the first proceeding, the alloys were submitted to a stress annealing to introduce an extrinsic magnetocrystalline anisotropy. Up to 180 MPa of compression stress, stress annealed alloys have magnetostriction and piezomagnetic coefficient values higher than the alloys without annealing. In other words, this proceeding increased the alloys sensibility to be applied like actuators (d33) and sensors (d33 *). At the second thermomechanical proceeding, samples with sheet format were rolled and annealed to induce an abnormal grain growth and, consequently, a texture. Although the annealing not produced an abnormal grain growth, the magnetostriction values are higher than for the as-cast samples. Both proceedings were efficient to improve the magnetic properties and the (Fe0.87Al0.13)98.4B1.6 alloy achieved the higher values of magnetostriction and piezomagnetic coefficient. In another words, between the studied alloys, this composition was the most promising to be applied like actuators and sensors.

Uma vasta gama de sensores são aplicados no mercado atual na busca pela melhoria de processos e produtos. Há um grande crescimento em novos sistemas que possam apresentar recursos que técnicas convencionais não apresentam. A busca por uma nova plataforma de sensoriamento surge a partir do interesse em identificar e controlar parâmetros ambientais isolados. Esta pesquisa em área incipiente no Brasil mostra o desenvolvimento de um sensor a partir de um material inteligente (smart material), que por definição, possui uma ou mais propriedades que podem sofrer mudanças significativas a partir de um estímulo externo. O presente trabalho é baseado na investigação de uma fita de material magnético amorfo, que ao exibir propriedades magnéticas e elásticas pelo efeito da magnetostricção, permite o monitoramento remoto de fenômenos físico-químicos do ambiente em que estiver exposta. O desenvolvimento deste sensor tem finalidade no monitoramento sem fio de solicitação mecânica, e alteração do tipo de fluido presente em um dado ambiente. O estudo e avaliação do sensor contou com técnicas de caracterização experimentais e de simulação. São apresentados sistemas e ensaios capazes verificar as ressonâncias do modo de vibração puro da amostra a partir de medidas ópticas e elétricas, quando submetidos a variação de fenômenos físicos. Os resultados indicam a dependência do efeito direto ao estímulo na ação externa do campo magnético em decorrências das características do material. Os resultados quantificados e qualificados na correlação entre os métodos utilizados, justificam a aplicação do smart material no sensoriamento de viscosidade e carregamento aplicado em ambientes isolados. Em consequência das discussões apresentadas para as curvas comportamentais na variação dos parâmetros físico-químico a plataforma de sensoriamento é validada. / New amorphous magnetic materials have magnetic and elastic properties which allows the identification and control of environmental parameters remotely. This work was based in the investigation of a magnetoelastic thin strip, widely used as anti-theft device. In this study it was discussed the employment of this material as a sensor capable identify an environmental change through magnetoelasticity. In order to characterize the strips it was employed several techniques, namely: finite element modeling of the vibrational modes, electromagnetic impedance and laser interferometry. It was presented an analysis of the displacement of the longitudinal modes. The knowledge of the vibration mode allowed the sensor electric characterization when subjected to environmental changes. According to the sample dimensions under magnetic field, test systems were developed in order to perform optic and electric measurements. A proper parameter adjustment of the power supply allowed the determination of the fundamental and higher order resonance frequencies. The magnetostrictive behaviour of the anti-theft strips is related to the Young modulus where the vibration frequency is inversely proportional to the length of the strip. Studies showed that the strip performance is also related to many other parameters, such as the mechanical and electromagnetic properties and the environment to which it is exposed. The strips here presented are largely employed as sensor for temperature, pressure, density, mas variation, viscosity and flux velocity mainly because their wireless capabilities. The data from the polarization field are a section of the knowledge required to better investigate the best performance of the sensor. The sensor characterization through several techniques applied in viscous media and under pressure raise some issues. However, the construction of some devices allowed the application of different values of viscosity and pressure upon the magnetized strip. This made the results interpretation less complex. The resonances were observed in the experimental data and mathematical modellin. Calibration curves were defined to make the results interpretation easier.Previously applied and studied techniques which cover the characterization and behaviour of the material provide valid justifications for the implementation of remote sensors made of amorphous metallic strips. The results presented here justify the application of the analysed amorphous strip as a viscosity and pressure sensor in isolated enviroments.

Materiais magnetostrictivos exibem deformação elástica na presença de um campo magnético aplicado e por isso são de grande interesse para aplicação em sensores e atuadores. Trabalhos publicados no ano 2000 mostraram que a adição de Ga e Al ao Fe resulta em ligas com elevada magnetostricção em campos baixos. A partir daí os esforços foram direcionados para a descoberta de novas ligas magnetostrictivas à base de Fe com propriedades similares às encontradas nas ligas Fe-Ga e Fe-Al. No presente trabalho foram adicionados o Sn e o V ao Fe com o objetivo de avaliar a magnetostricção e a microestrutura das ligas formadas. Para isso, foram produzidas por fusão a arco as ligas Fe-9%at.Sn, Fe-20%at.Sn e as ligas Fex% at.V para x = 20, 25 e 30. As ligas Fe-Sn foram submetidas a tratamentos térmicos em 550 e 750°C por 24 h e em 880°C por 6 h e depois resfriadas rapidamente para a retenção das fases (Fe?,Sn), FeSn, Fe3Sn2 e Fe5Sn3. Já as ligas Fe-V foram tratadas em 1100°C por 6 h para homogeneização da fase única (Fe?,V). A caracterização microestrutural e análise quantitativa das fases foram feitas por microscopia óptica e eletrônica de varredura, microanálise por energia dispersiva (EDS) e difratometria de raios X. Também foi medida a microdureza Vickers das amostras. A magnetostricção foi medida por dilatometria de capacitância usando um dilatômetro de placa inclinada inserido no equipamento Maglab da Oxford Instruments, em campos na faixa de -1,5 a 1,5 T e temperaturas próximas de 203 K. A magnetização de saturação das amostras foi obtida em 77, 203 e 300 K utilizando o PPMS 6000 da Quantum Design. A magnetostricção de saturação (?S) das amostras da liga Fe-9Sn foi negativa e o comportamento das curvas similar ao do Fe puro. As amostras da liga Fe- 20Sn apresentaram ?S positiva devido à presença das fases ferromagnéticas Fe3Sn2 e Fe5Sn3. A ?S das ligas Fe-V foi positiva e maior em módulo do que a das ligas Fe-Sn. Concluiu-se que a substituição do Fe por Sn e V de modo geral melhorou a magnetostricção do Fe, porém a melhora não foi tão relevante quanto a observada pela substituição por Ga. / Magnetostrictive materials exhibit elastic strain in the presence of an applied magnetic field and therefore are of great interest for use in sensors and actuators. Works published in 2000 showed that the addition of Ga and Al in Fe results in alloys with high magnetostriction at low fields. Since then efforts have been directed to the discovery of new magnetostrictive Fe based alloys with similar properties to those found in Fe-Ga and Fe-Al alloys. In the present work Sn and V were added to Fe with the purpose of evaluating the magnetostriction and microstructure of these alloys. Therefore, Fe-9at.%Sn, Fe-20at.%Sn alloys and Fexat.% V alloys for x = 20, 25 and 30 were produced by arc melting. The Fe-Sn alloys were heat-treated at the temperatures of 550 and 750°C for 24 h and 880°C for 6 h and then rapidly cooled to the retention of the (?Fe,Sn), FeSn, Fe3Sn2 and Fe5Sn3 phases. Fe-V alloys were heat-treated at the temperature of 1100°C for 6 h to homogenize the (?Fe,Sn) single phase. Microstructural characterization and quantitative analysis of the phases were made by optical and scanning electron microscopy, microanalysis by energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray powder diffraction. The Vickers microhardness of the samples was also measured. The magnetostriction was measured by capacitance dilatometry using a tilted plate dilatometer inserted into the Maglab platform by Oxford Instruments, using applied field in the range from -1.5 to 1.5 T and at temperatures close to 203 K. The samples saturation magnetization was obtained at 77, 203 and 300 K using the Quantum Design PPMS 6000. The saturation magnetostriction (?S) of the Fe-9Sn alloy samples was negative and the ?S vs. H curves behavior are similar to the pure Fe. Fe-20Sn alloy samples had positive ?S due to the presence of Fe3Sn2 and Fe5Sn3 ferromagnetic phases. The Fe-V alloys ?S was positive and larger in module than the Fe-Sn alloys ?S. We concluded that the substitution of Fe by Sn and V in a general way improved the magnetostriction of Fe, but the improvement was not as significant as observed with the substitution by Ga.

Materiais magnetostrictivos exibem deformação elástica na presença de um campo magnético aplicado e por isso são de grande interesse para aplicação em sensores e atuadores. Trabalhos publicados no ano 2000 mostraram que a adição de Ga e Al ao Fe resulta em ligas com elevada magnetostricção em campos baixos. A partir daí os esforços foram direcionados para a descoberta de novas ligas magnetostrictivas à base de Fe com propriedades similares às encontradas nas ligas Fe-Ga e Fe-Al. No presente trabalho foram adicionados o Sn e o V ao Fe com o objetivo de avaliar a magnetostricção e a microestrutura das ligas formadas. Para isso, foram produzidas por fusão a arco as ligas Fe-9%at.Sn, Fe-20%at.Sn e as ligas Fex% at.V para x = 20, 25 e 30. As ligas Fe-Sn foram submetidas a tratamentos térmicos em 550 e 750°C por 24 h e em 880°C por 6 h e depois resfriadas rapidamente para a retenção das fases (Fe?,Sn), FeSn, Fe3Sn2 e Fe5Sn3. Já as ligas Fe-V foram tratadas em 1100°C por 6 h para homogeneização da fase única (Fe?,V). A caracterização microestrutural e análise quantitativa das fases foram feitas por microscopia óptica e eletrônica de varredura, microanálise por energia dispersiva (EDS) e difratometria de raios X. Também foi medida a microdureza Vickers das amostras. A magnetostricção foi medida por dilatometria de capacitância usando um dilatômetro de placa inclinada inserido no equipamento Maglab da Oxford Instruments, em campos na faixa de -1,5 a 1,5 T e temperaturas próximas de 203 K. A magnetização de saturação das amostras foi obtida em 77, 203 e 300 K utilizando o PPMS 6000 da Quantum Design. A magnetostricção de saturação (?S) das amostras da liga Fe-9Sn foi negativa e o comportamento das curvas similar ao do Fe puro. As amostras da liga Fe- 20Sn apresentaram ?S positiva devido à presença das fases ferromagnéticas Fe3Sn2 e Fe5Sn3. A ?S das ligas Fe-V foi positiva e maior em módulo do que a das ligas Fe-Sn. Concluiu-se que a substituição do Fe por Sn e V de modo geral melhorou a magnetostricção do Fe, porém a melhora não foi tão relevante quanto a observada pela substituição por Ga. / Magnetostrictive materials exhibit elastic strain in the presence of an applied magnetic field and therefore are of great interest for use in sensors and actuators. Works published in 2000 showed that the addition of Ga and Al in Fe results in alloys with high magnetostriction at low fields. Since then efforts have been directed to the discovery of new magnetostrictive Fe based alloys with similar properties to those found in Fe-Ga and Fe-Al alloys. In the present work Sn and V were added to Fe with the purpose of evaluating the magnetostriction and microstructure of these alloys. Therefore, Fe-9at.%Sn, Fe-20at.%Sn alloys and Fexat.% V alloys for x = 20, 25 and 30 were produced by arc melting. The Fe-Sn alloys were heat-treated at the temperatures of 550 and 750°C for 24 h and 880°C for 6 h and then rapidly cooled to the retention of the (?Fe,Sn), FeSn, Fe3Sn2 and Fe5Sn3 phases. Fe-V alloys were heat-treated at the temperature of 1100°C for 6 h to homogenize the (?Fe,Sn) single phase. Microstructural characterization and quantitative analysis of the phases were made by optical and scanning electron microscopy, microanalysis by energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray powder diffraction. The Vickers microhardness of the samples was also measured. The magnetostriction was measured by capacitance dilatometry using a tilted plate dilatometer inserted into the Maglab platform by Oxford Instruments, using applied field in the range from -1.5 to 1.5 T and at temperatures close to 203 K. The samples saturation magnetization was obtained at 77, 203 and 300 K using the Quantum Design PPMS 6000. The saturation magnetostriction (?S) of the Fe-9Sn alloy samples was negative and the ?S vs. H curves behavior are similar to the pure Fe. Fe-20Sn alloy samples had positive ?S due to the presence of Fe3Sn2 and Fe5Sn3 ferromagnetic phases. The Fe-V alloys ?S was positive and larger in module than the Fe-Sn alloys ?S. We concluded that the substitution of Fe by Sn and V in a general way improved the magnetostriction of Fe, but the improvement was not as significant as observed with the substitution by Ga.

Uma vasta gama de sensores são aplicados no mercado atual na busca pela melhoria de processos e produtos. Há um grande crescimento em novos sistemas que possam apresentar recursos que técnicas convencionais não apresentam. A busca por uma nova plataforma de sensoriamento surge a partir do interesse em identificar e controlar parâmetros ambientais isolados. Esta pesquisa em área incipiente no Brasil mostra o desenvolvimento de um sensor a partir de um material inteligente (smart material), que por definição, possui uma ou mais propriedades que podem sofrer mudanças significativas a partir de um estímulo externo. O presente trabalho é baseado na investigação de uma fita de material magnético amorfo, que ao exibir propriedades magnéticas e elásticas pelo efeito da magnetostricção, permite o monitoramento remoto de fenômenos físico-químicos do ambiente em que estiver exposta. O desenvolvimento deste sensor tem finalidade no monitoramento sem fio de solicitação mecânica, e alteração do tipo de fluido presente em um dado ambiente. O estudo e avaliação do sensor contou com técnicas de caracterização experimentais e de simulação. São apresentados sistemas e ensaios capazes verificar as ressonâncias do modo de vibração puro da amostra a partir de medidas ópticas e elétricas, quando submetidos a variação de fenômenos físicos. Os resultados indicam a dependência do efeito direto ao estímulo na ação externa do campo magnético em decorrências das características do material. Os resultados quantificados e qualificados na correlação entre os métodos utilizados, justificam a aplicação do smart material no sensoriamento de viscosidade e carregamento aplicado em ambientes isolados. Em consequência das discussões apresentadas para as curvas comportamentais na variação dos parâmetros físico-químico a plataforma de sensoriamento é validada. / New amorphous magnetic materials have magnetic and elastic properties which allows the identification and control of environmental parameters remotely. This work was based in the investigation of a magnetoelastic thin strip, widely used as anti-theft device. In this study it was discussed the employment of this material as a sensor capable identify an environmental change through magnetoelasticity. In order to characterize the strips it was employed several techniques, namely: finite element modeling of the vibrational modes, electromagnetic impedance and laser interferometry. It was presented an analysis of the displacement of the longitudinal modes. The knowledge of the vibration mode allowed the sensor electric characterization when subjected to environmental changes. According to the sample dimensions under magnetic field, test systems were developed in order to perform optic and electric measurements. A proper parameter adjustment of the power supply allowed the determination of the fundamental and higher order resonance frequencies. The magnetostrictive behaviour of the anti-theft strips is related to the Young modulus where the vibration frequency is inversely proportional to the length of the strip. Studies showed that the strip performance is also related to many other parameters, such as the mechanical and electromagnetic properties and the environment to which it is exposed. The strips here presented are largely employed as sensor for temperature, pressure, density, mas variation, viscosity and flux velocity mainly because their wireless capabilities. The data from the polarization field are a section of the knowledge required to better investigate the best performance of the sensor. The sensor characterization through several techniques applied in viscous media and under pressure raise some issues. However, the construction of some devices allowed the application of different values of viscosity and pressure upon the magnetized strip. This made the results interpretation less complex. The resonances were observed in the experimental data and mathematical modellin. Calibration curves were defined to make the results interpretation easier.Previously applied and studied techniques which cover the characterization and behaviour of the material provide valid justifications for the implementation of remote sensors made of amorphous metallic strips. The results presented here justify the application of the analysed amorphous strip as a viscosity and pressure sensor in isolated enviroments.