Estágio realizado na Medmat Innovation - Biosckin Molecular and Cell Therapies, S.A. / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de doutoramento. Ciências de Engenharia. 2007. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

O presente trabalho consiste de uma análise da influência de parâmetros empregados na etapa de recozimento ultra-rápido contínuo em chapas de aço elétrico de grão nãoorientado totalmente processado, sobre as propriedades magnéticas e metalúrgicas. Os parâmetros estudados foram: taxa de aquecimento e resfriamento, bem como tempo e temperatura de encharque. Foram utilizados três tipos de materiais, com diferentes porcentagens em peso de silício e em duas espessuras distintas de chapas. Corpos-de-prova foram confeccionados para ensaios de simulação de recozimento ultra-rápido contínuo em um simulador termomecânico Gleeble. Os ensaios foram separados em oito grupos para facilitar a análise dos resultados. Para cada grupo, apenas um único parâmetro era variado, mantendo os demais constantes com o objetivo de avaliar a influência de cada parâmetro individualmente no comportamento dos resultados. A caracterização das propriedades consistiu em análise de perdas magnéticas, análise metalográfica e de textura. Por fim, foi realizado um modelamento estatístico para chapas de mesmo material e espessura, no caso 3,22 % de silício e 0,35 mm. As simulações foram realizadas com êxito, onde os ciclos térmicos propostos foram devidamente reproduzidos pelo simulador. As chapas apresentaram microestrutura ferrítica com grãos totalmente recristalizados e de tamanho heterogêneo. A temperatura de encharque foi o parâmetro que exerceu maior influência no tamanho de grão, com grãos crescendo acentuadamente com o aumento da temperatura. Quando ensaiadas com taxas de aquecimento mais rápidas e/ ou tempos de encharque mais longos, as chapas também apresentaram grãos crescentes, porém de maneira menos acentuada. Para taxas de resfriamento de 1 até 25 °C/s, as amostras apresentaram grãos ligeiramente maiores que o tamanho médio encontrado para as resfriadas mais rapidamente. Para os três tipos de aços utilizados, as perdas magnéticas apresentaram comportamento semelhante em relação ao parâmetro temperatura de encharque, com a presença de um valor ótimo para temperaturas em torno de 1040 °C, para as chapas 3,22 % Si e acima de 1060 °C para os demais (2,9 e 3,19 % Si). Tal comportamento foi observado para o material 3,22 % Si em relação ao tempo de encharque, com o valor mínimo de perda magnética quando as chapas foram encharcadas entre 80 e 120 s. Ainda para o mesmo material, a taxa de aquecimento que apresentou menor valor de perda magnética foi a de 400 °C/s, porém seu comportamento não é decisivo. Para taxas de resfriamento inferiores a 25 °C/s, observaram-se os menores valores de perdas magnéticas. Os resultados de textura encontrados nesse trabalho não foram conclusivos. As Funções Orientação Distribuição obtidas (apenas para as chapas de 3,22 % Si e 0,5 mm) indicam texturas de recristalização com a presença de componentes das fibras θ e γ conforme esperado, porém em baixas intensidades. Tal comportamento indica que estes aços possuem a orientação de seus cristais praticamente de maneira aleatória, não exercendo forte relação com as perdas magnéticas encontradas. Finalmente, o modelamento estatístico proposto apresentou resultado satisfatório para o tamanho de grão, porém não para as perdas magnéticas. De acordo com a regressão linear encontrada para o diâmetro médio dos grãos, a temperatura de encharque é o parâmetro mais influente, no entanto ambos tempo e temperatura acarretam no crescimento do grão à medida que aumentam. / The present work is an analysis of ultra-rapid annealing parameters influence on nonoriented fully processed electrical steel sheets in terms of magnetic and metallurgical properties. The experimental parameters were: heating and cooling rate as well as soaking time and temperature. Three materials grade were utilized with different silicon weight percent and sheet thickness. Samples have been made to ultra-rapid continuous annealing simulation tests using a Gleeble thermo mechanical simulator. Tests were separated into eight groups to facilitate the interpretation of the results. In each group, only one parameter has been changed to evaluate the influence of each parameter individually on the results behavior. The properties characterization consisted on magnetic losses, metallographic and texture analysis. Finally a statistics modeling was performed for samples from same material and thickness, in this case 3.22 % silicon content material 0.35 mm thick. Annealing simulations have been successfully carried out, which proposed thermal cycles were properly reproduced by the simulator. Sheets have shown ferritic microstructure with heterogeneous size fully recrystallized grains. Soaking temperature was the most influent parameter in terms of grain size, with increasement in grain size while soaking temperature raises. When samples were tested using higher heating rates and/or longer soaking times, sheets presented again increasing grain size, however less parameters influence was observed. For cooling rates from 1 up to 25 °C/s tests, samples presented grains slightly bigger than the medium size found from samples more rapid cooled. All steel grades presented similar magnetic loss behavior as function of soaking temperature, showing an optimal (minimum) value for temperatures around 1040 °C for 3.22 % Si material samples and above 1060 °C for 2,9 and 3.19 % Si. Such behavior was observed for 3.22 % Si material as function also of soaking time presenting optimum magnetic loss value for samples soaked between 80 and 120 seconds. Still concerning about 3.22 % Si electrical steel, the lowest magnetic loss values were observed for 400 °C/s as heating rate, however its behavior was not decisive, as well as for cooling rates lower than 25 °C/s. The acquired texture results in this work were not conclusive. The obtained Orientation Distributions Functions (only for 3.22 % Si 0.5 mm thick sheets) show recrystallization texture with the presence of θ and γ fibers as expected, but in low intensities. Such behavior leads to conclude that crystals of these steels are practically randomly oriented; and because of that, there was not strong relation to magnetic losses. Finally, the proposed statistics modeling presented satisfactory result for grain size, however not for magnetic losses. According to found linear regression of medium grains diameter, soaking temperature is the most influent parameter, although increasing both soaking time and temperature lead to grain growth.

O objetivo deste trabalho foi investigar a aplicação de métodos de ultra-som para avaliação e caracterização da microestrutura de materiais cerâmicos à base de alumina e sua associação com as propriedades mecânicas destes materiais. Para tanto, foram conformados por prensagem uniaxial corpos cerâmicos contendo 94,3% em peso de Al2O3. Os corpos cerâmicos foram sinterizados em forno de resistência elétrica em temperaturas que variaram entre 1100 e 1600 °C. A resistência mecânica e o KIc foram determinados por ensaios de flexão a quatro pontos. Para medir a resistência ao dano por choque térmico, os corpos cerâmicos foram colocados em um forno pré-aquecido na temperatura de teste e permaneceram nesta temperatura por 40 min, quando, então, foram resfriados bruscamente através da imersão dos corpos cerâmicos em água mantida a 0oC. A microestrutura dos corpos cerâmicos foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura e microscopia óptica. Para os ensaios de ultra-som foram utilizados transdutores piezelétricos de 2 e 4 MHz de freqüência nominal. A imagem resultante foi tratada via software e utilizouse um osciloscópio para padronização. Foram utilizados como parâmetros a velocidade da onda ultra-sônica e a sua atenuação. Os resultados indicaram a correlação entre as propriedades acústicas do material com a sua microestrutura e com suas propriedades mecânicas, tais como, resistência mecânica, módulo de elasticidade e dano por choque térmico. Foi possível propor equações relacionando a resistência mecânica com a variação do coeficiente de atenuação e da velocidade de propagação das ondas ultra-sônicas. Sugere-se também a possibilidade de utilização do coeficiente de atenuação para a determinação da confiabilidade do material cerâmico e o seu uso para a estimativa de vida útil do material sob carga constante ou submetido a choque térmico.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T14:48:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 274598.pdf: 5415155 bytes, checksum: 05c52f8c1d9fd3cbeffab618f9e0e186 (MD5) / Neste estudo foram preparadas membranas de quitosana e quitosana/poli(vinil álcool) (1:1) incorporadas com aproximadamente 12,5% de peneira molecular 3A, 4A, 5A ou 13X. Além destas membranas, também foram preparadas membranas de quitosana com 12,5% e 22% de montmorilonita K-10 e KSF e 12,5% de TiO2. Todas as membranas foram imersas em uma solução de ácido sulfúrico para reticulação iônica. Os efeitos da incorporação das peneiras moleculares, PVA, montmorilonitas e TiO2 foram investigados nas estruturas, propriedades, térmicas, mecânicas e morfológicas, absorção de água, grau de intumescimento, condutividade térmica, capacidade de troca iônica e condutividade protônica. As membranas de quitosana e quitosana/ poli(vinil álcool) com a peneira molecular 4A apresentaram as propriedades mecânicas e térmicas, e condutividade protônica (~2 x 10-2 S cm-2) mais indicadas para a aplicação como eletrólito em células a combustível.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T03:43:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 289361.pdf: 7100252 bytes, checksum: c93c71f4b043ecc68cc700286d92fea8 (MD5) / Neste trabalho foram desenvolvidos sistemas porosos de policaprolactona do tipo matriz e reservatório para a liberação de progesterona, utilizando a técnica de Sinterização Seletiva a Laser. Metodologia de projeto foi utilizada como forma de organização para o desenvolvimento do produto, sendo de grande valia para o estabelecimento das necessidades, funções, forma e material do produto a ser projetado e fabricado. Entre as análises realizadas para caracterização dos corpos de prova, Raios-X e Tan ? confirmaram o efeito plastificante da progesterona na cadeia polimérica, o que contribuiu para o decréscimo nos valores de módulo elástico, tensão máxima, módulo de armazenamento (E') e resistência à fadiga, quando comparados aos corpos de prova fabricados sem progesterona. A presença do fármaco na superfície do polímero dificulta a coalescência das partículas poliméricas, sendo outro fator que pode ter contribuído para o decréscimo nos valores de módulo de elasticidade. Entre os corpos de prova fabricados com progesterona, foi observado que quanto maior o grau de sinterização, maiores são os valores de módulo elástico, módulo de armazenamento e resistência à fadiga. Os valores de perda de massa dos corpos de prova foram atribuídos a fatores como o efeito plastificante da progesterona; intumescimento do polímero; porosidade e grau de sinterização. Entre os modelos matemáticos que descrevem o mecanismo de liberação de fármaco, o de Ordem Zero apresentou coeficiente de correlação superior a 0,99, confirmado pelo valor de n próximo a 1, da equação da Lei das Potências. Este resultado pode ser atribuído a uma sobreposição de fatores, como: progesterona na superfície do polímero, porosidade, baixa cristalinidade do polímero causada pela presença de progesterona, intumescimento e degradação/erosão do polímero. Para os sistemas tipo reservatório, os perfis de liberação do fármaco para o reservatório R (40 mg de progesterona no núcleo) e R* (15% de progesterona nas paredes e 40mg no núcleo) demonstraram que a quantidade de fármaco liberada mostrou-se linear com o tempo, caracterizando uma cinética de liberação de ordem zero.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T07:00:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 280721.pdf: 4061701 bytes, checksum: f5d2d78d9063435fc8d9ac36e39df956 (MD5) / Cerâmicas celulares de alto desempenho encontram aplicação principalmente onde o transporte de fluidos é necessário: filtragem de metais fundidos e gases quentes, suporte de catalisadores, aplicações aeroespaciais e limpeza de poluição, entre outras. Um novo método de processamento de cerâmicas celulares é apresentado e consiste na emulsificação de alcanos em suspensões de alumina. A distribuição do tamanho das gotas de óleo na suspensão pode ser controlada pela quantidade de sólidos, bem como pela velocidade e tempo de agitação mecânica na qual as suspensões foram emulsificadas. A influência destes parâmetros no tamanho das gotas pode ser descrita em termos da tensão de cisalhamento aplicada durante a emulsificação (Modelo de Taylor). Alterações na composição da suspensão ou na velocidade e tempo de agitação frequentemente influenciam as propriedades do produto final. Gotas com tamanhos variando entre 6 a 100 ?m foram analisadas por microscopia de fluorescência e análise de imagem. Membranas de alumina com gradiente de porosidade, exibindo interconectividade entre células, distribuídas de forma homogênea em uma matriz cerâmica sem fissuras, foram caracterizadas e apresentaram porosidades variando de 74 a 84%, tamanhos médios de células variando entre 11 (camada superior) a 52 ?m (camada suporte) e 26 MPa de resistência mecânica a compressão. As características estruturais aliadas à elevada resistência mecânica das membranas cerâmicas são

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T13:35:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 282352.pdf: 3584999 bytes, checksum: bd8fcfdda2103af014867910246207eb (MD5) / As células a combustível (CaC) são uma das mais promissoras alternativas de geração de energia do futuro pela habilidade de conversão de energia química em energia elétrica de forma direta e eficiente. As células a combustível de óxido sólido (SOFC) destacam-se perante os outros tipos de CaC existentes por sua alta eficiência elétrica, 50-85%, alta temperatura de operação, 600-1000°C, versatilidade no uso de combustíveis, geração de energia distribuída e baixas ou nulas emissões de poluentes. Os selantes são materiais isolantes diretamente em contato com os eletrodos e os interconectores das SOFC que fornecem hermeticidade e apoio mecânico às células. Normalmente os selantes são feitos de vidro ou vitrocerâmicos, que podem acomodar tensões interfaciais com o metal interconector por fluxo viscoso que ocorre acima da temperatura de transição vítrea (Tg). Portanto, a combinação do comportamento de densificação do selante, da compatibilidade química e termomecância com o metal interconector e de suas propriedades dielétricas são aspectos primordiais para o seu desenvolvimento. Este estudo objetivou o desenvolvimento de selantes vitrocerâmicos do sistema LZSA (Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3) para SOFC planar processados por colagem de fitas. A partir de um delineamento experimental considerando o efeito de três parâmetros: teor de sólidos e ligante nas suspensões, e tempo de moagem, suspensões otimizadas foram processadas por colagem de fitas. Corpos de prova cilíndricos (pastilhas) do pó vítreo precursor foram produzidos e tratados em diferentes temperaturas (700-950°C) para o estudo da densificação, cristalização e propriedades dielétricas. Amostras multicamadas de fitas de selante e amostras bicamadas selante-interconector foram produzidas e tratadas entre 750 e 900°C a fim de avaliar a densificação do material e compatibilidade com o metal interconector. Para uma composição de 50%m de sólidos, 20%m de ligante e tempo de moagem de 24h num primeiro estágio e 18h num segundo estágio, os resultados mostraram densificação máxima de 95,2% do selante numa faixa de 700 à 800°C, microestrutura refinada e homogênea e ótima aderência com o metal interconector quando processados a 800°C por 60minutos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-22T13:51:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 234094.pdf: 14422898 bytes, checksum: 25d6952ca0f5c419117366bcc11eea68 (MD5) / Devido a corrosividade de óleos da Bacia de Campos, cogita-se utilizar como risers rígidos de produção, tubos em aço ferrítico API 5L X-60 com revestimento interno em liga de níquel 625 nas partes mais solicitadas à fadiga. A presença do revestimento interno exige soldas circunferenciais com metal de adição austenítico, para que as características anticorrosivas sejam preservadas. Apesar da aplicação freqüente da soldagem dissimilar, em especial no caso de solicitações dinâmicas, a tenacidade à fratura pode ser fortemente afetada pela presença de Zonas Parcialmente Diluídas (ZPD), de alta dureza, adjacentes à linha de fusão, tornando o componente soldado susceptível a falhas em operação. Neste trabalho foi estudada a influência dos parâmetros de soldagem sobre a formação de ZPD, a partir de ensaios de simples deposição com eletrodos AWS E-NiCrMo-3, sobre tubos API 5L X-60 de 20 mm de espessura. Foi observado que a ocorrência das ZPD diminui na medida em que é reduzida a corrente de soldagem, o que resulta, de forma contrária, no aumento dos valores de dureza na ZAC-GG. Ciclos térmicos levantados para diferentes condições de soldagem, indicaram um tempo mínimo de resfriamento entre 800 e 500 ºC em torno de 3,5 s para se evitar a formação de martensita na região da ZAC-GG. O preaquecimento do metal de base em temperaturas de 100 e 200 °C (benéfico para a ZAC) reduz em certo grau a dureza final das ZPD, mas não se apresentou como uma alternativa eficaz no sentido de reduzir a formação destas zonas. Tratamentos térmicos pós-soldagem em temperaturas de 540 e 660 °C apresentaram efeitos bastante prejudiciais como endurecimento secundário, formação de martensita virgem e formação de contornos tipo II. Dupla camada de amanteigamento com eletrodos de baixo carbono similares ao metal de base, antes da deposição da soldagem dissimilar com baixa energia apresentou-se como um artifício benéfico, eliminando em muitos casos a formação das ZPDs. Entretanto, níveis de dureza altos ainda podiam ser observados na ZAC-GG (agora sobre a camada de amanteigamento). Por este motivo, a deposição de uma segunda camada de material dissimilar com maior energia resultou num refino dos grãos da ZAC-GG, garantindo níveis de dureza aceitáveis em toda a junta soldada. Due to corrosive characteristics of Campos's Basin Oils, it is being cogitated to use as production rigid risers, ferritic API 5L X-60 steel pipes with nickel alloys internal coating in the parts more requested to the fatigue. This internal coating demands circumferential welds with austenitic filler metal, so that the anticorrosive characteristics are preserved. Despite the frequent application of the dissimilar welding, in special in the case of dynamic stresses, the fracture toughness can be strongly affected by the presence of Partially Diluted Zones (PDZ), with high hardness, adjacent to the fusion boudary, becoming the welded component susceptible to the operations failure. In this work were studied the influence of the welding parameters on the PDZ formation, from bead-on-pipe depositions with AWS E-NiCrMo-3 electrodes, on API 5L X-60 pipes 20 mm thick. It was observed that the occurrence of the ZPDs diminishes when the welding current was reduced, but, hardness values at CG-HAZ increased with weld energy reduction. Thermal cycles were obtained for different welding conditions, indicating a minimum cooling time from 800 to 500 ºC of 3,5 s to prevent the formation of martensitic CG-HAZ. Preheating of the metal of base at 100 and 200 ºC temperatures (that reduces the CG-HAZ hardness) only reduced the final PDZ hardness values, but not eliminated the PDZs formation. Post welding heat treatment at 540 and 660 °C temperatures showing detrimental effects as secondary hardening, virgin martensite and type II grain boundary formation. Double layer buttering with low carbon similar filler metal (according to the base metal requirements), prior to Inconel depositions with low welding current showing benefic effects, eliminating in many cases the PDZs formation. However, CG-HAZ (now on the similar buttering layer) continued to show high hardness values. This way, a second high energy layer with Inconel (known by double layer technique) resulted in a CG-HAZ refinement, guaranteeing acceptable hardness values to the welded joint without partially diluted zones at fusion boundary.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-23T01:19:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 238625.pdf: 2068747 bytes, checksum: 0a827d4722d9eae5b0326824a19793e8 (MD5) / Uma tecnologia desenvolvida recentemente para produzir materiais microcelulares é a fabricação de cerâmicas biomórficas, que é a reprodução das morfologias de madeira por biomodelagem, onde as características estruturais da madeira nativa são mantidas no produto cerâmico. O objetivo deste trabalho é o recobrimento in situ de diferentes substratos biomórficos (Al2O3, TiO2 e SiAlON) com a zeólita ZSM-5. Para conseguir o revestimento in situ, uma síntese hidrotérmica foi usada. A síntese hidrotérmica foi realizada a 150ºC em uma autoclave, variando os tempos de síntese em 72, 96, 120, 144 e 168h. Subseqüentemente a cerâmica foi calcinada a 550ºC durante 5h. Adicionalmente, diversas razões molares de SiO2/Al2O3 (17, 27, 37, 47 e 57) foram testadas para verificar sua influência na cristalização da zeólita. A composição das fases dos produtos cerâmicos foi determinada por difração de raios X. A microestrutura foi caracterizada pelo microscópio eletrônico de varredura, e a área de superfície específica foi determinada por isotermas de adsorção de N2 usando o método de B.E.T. A área de superfície específica aumentou significativamente, até 30 vezes, para todas as amostras, que faz os compósitos de cerâmica-zeólita candidatos potenciais para aplicações catalíticas e tecnologias de adsorção/separação devido a sua porosidade específica e hierárquica, capacidade de peneira molecular e força termomecânica relativamente elevada.