Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Nas últimas décadas, questões sobre o controle de emissões em motores à combustão interna e sobre a redução de consumo de combustível vêm sendo debatidas globalmente, com claros desdobramentos em especificações de controles mais restritos, a fim de permitir a comercialização de novos motores à combustão interna a consumidores mais exigentes, que presam pela qualidade de vida e meio ambiente. Mesmo com a introdução de novas tecnologias, os motores ainda apresentam uma grande perda da energia gerada por conta do atrito mecânico. Com base neste contexto, os projetos dos novos motores visam uma melhor eficiência térmica e mecânica, com auxílio de soluções de engenharia que possam beneficiar o desempenho dos motores, resultando em uma melhor queima do combustível e menor atrito. Um dos contribuintes mais relevantes para o atrito num motor é o sistema pistão-anel de pistão-camisa de cilindro que é o foco de muitos trabalhos em busca da redução das perdas por atrito. As propriedades dos filmes à base de carbono tipo diamante (Diamond-Like Carbon - DLC) são bem conhecidas por apresentam alta resistência ao desgaste e baixo coeficiente de atrito, tornando-se adequados para diferentes aplicações tribológicas. O presente trabalho discute a viabilidade técnica de se aplicar um filme DLC amorfo hidrogenado, com gradiente de composição química, sobre a superfície interna brunida de camisas de cilindro para redução do atrito. A metodologia aborda duas espessuras de filme: 2,5 e 12,5 μm, depositadas pelo processo de deposição química em fase vapor assistida por plasma (PACVD), como alternativa para redução do atrito do motor e, consequentemente, redução no consumo específico de combustível, e ainda na redução do desgaste dos anéis de pistão e da superfície de trabalho da camisa de cilindro. Comparando camisas de cilindro com mesma rugosidade na superfície interna, denominadas camisas de referência (sem revestimento interno) e camisas recobertas com filme DLC, testes de bancada com movimento recíproco de contato mostraram redução do coeficiente de atrito (COF) em até 19%. Testes de motor ciclo Otto e Diesel em banco de prova com dinamômetro conferiram, respectivamente, uma redução da pressão média efetiva de atrito (FMEP) do motor em até 12% e consumo específico de combustível (BSFC) em até 2,5% em rotações de 1000 a 1400 rpm. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

The mechanical properties of boron carbide (B4C) with 10 and 20 vol% particulate inclusions of commercially available nano-sized alpha-phase silicon carbide (a-SiC) or micron-sized titanium diboride (TiB2) were investigated so as to produce a fine-grained material with high hardness, toughness, and overall strength in order to increase the effectiveness of B4C as a structural ceramic, whose use in the field has been limited because of the extreme brittle nature of the material. Full density sintering of the ceramics (≥99% theoretical) was completed using the novel Plasma Pressure Compaction (P²C®) technique, which limited grain growth due to a reduced processing temperature and a significantly reduced consolidation time. The reinforced ceramic composites had particulate grains homogeneously distributed within the B4C matrix. X-ray diffraction patterns confirmed that the constituents did not interdiffuse. The four-point flexure strength for the monolithic B4C ceramic was found to be significantly larger than any recorded value found in scientific literature, and was most likely attributed to the fine-grained microstructure resulting from the P²C® processing. The mechanical properties of the nano-sized a-SiC-B4C ceramics showed a slight increase in the Chevron-notched four-point bend fracture toughness due to the crack deflection toughening mechanism. A slight decrease in the Vickers microhardness and the static elastic modulus values were also observed. A significant increase in the fracture toughness as well as a slight increase in the microhardness and elastic modulus of the micron-sized TiB2-B4C materials was found. The toughening mechanism of this composite was attributed to the slight chemical bond between the B4C matrix and the ultra-small, ultra-tough TiB2 particulates, which forced a propagating crack to completely rip apart the TiB2 reinforcing particles. This cleaving nature resulted in significant amounts of energy being absorbed by the micron-sized particulates. It was concluded that the composite with 20 vol% TiB2 allowed for the largest gain in toughness because it possessed the largest number of ultra small, ultra tough particulate-cracktip interactions.