A modificação superficial de materiais poliméricos tem levado a importantes avanços para a geração de novas aplicações industriais, além de permitir a substituição de polímeros de engenharia por materiais de custo menos elevado. Neste sentido, foi conduzida no presente trabalho a modificação superficial dos compostos PVC-DOA e PVC-DEHP por tratamento por plasma de N2O2, a fim de melhorar a adesão de uma camada metálica de alumínio, depositada por evaporação térmica resistiva, para aplicação em componentes da indústria calçadista [1]. O composto PVC-DOA apresentou maior perda de massa (1,07% p.) do que o composto PVC-DEHP (0,30% p.), além disso, após teste de envelhecimento UV-Vis, em ambos os sistemas metalizados, o sistema PVC-DOA teve a sua superfície alterada, apresentando perda do brilho metálico, tornando-se fosca. Por microscopia ótica percebe-se a alteração da topografia com o aumento da rugosidade. Baseado nestes resultados, somente para o composto PVC-DEHP foram avaliados diferentes de tempos de tratamento por plasma. Análises por ATR-FTIR não revelaram alterações químicas significativas na superfície do composto, além da indicação da presença de hidroxilas (3200-3500 cm-1) e alterações na região das carbonilas (1720 cm-1), após a exposição ao plasma. Por outro lado, análises por AFM revelaram que a rugosidade da superfície é aumentada, apresentando-se constante (46,59 ± 9,51 nm) acima de 240 segundos de tratamento. Efeito similar observado em medidas de ângulo de contato com água, que após uma redução em 36% em seu valor, mantém-se constante (39° ± 4º) para tratamentos com tempos acima de 240 segundos, apresentando-se mais hidrofílica [2]. Micrografias obtidas por MEV da superfície tratada não revelaram mudanças significativas na textura superficial das amostras em função do tempo de tratamento, mantendo o mesmo padrão de ondulações do material original. Alterações químicas não foram observadas por titulação do grupo –NCO, uma vez que, não houve diferença significativa no consumo de NCO tanto para as amostras com e sem tratamento. Tais resultados indicam que o tratamento por plasma produziu modificações químicas e físicas na superfície da amostra, como observado pelo aumento da rugosidade, resultando no aumento da molhabilidade do material tratado. Testes de adesão realizados sobre a camada metalizada, de acordo com a norma ASTM D 3359-09, indicam que o tempo de tratamento por plasma de 240 segundos foi o mínimo necessário para atingir uma adesão suficiente para este sistema, apresentando uma área de material removido inferior a 5%. / The surface modification of polymeric materials has led to significant design advances of new industrial applications, besides allowing the replacement of engineering polymers by lower cost materials. Thus, in the present work, were performed the surface modification of PVC-DOA and PVC-DEHP compounds by N2O2 plasma treatment in order to improve the adhesion of a metallic aluminum layer, deposited by resistive thermal evaporation, for applications in components for the footwear industry [1]. The PVC-DOA compound presented higher weight loss (1.07% wt.) than the PVC-DEHP compound (0.30% wt.), in addition, after the UV-Vis test in both metallized systems, the PVC-DOA compound had its surface modified, showing a loss of metallic luster becoming it matte. The analysis by optical microscopy reveals a topographical modification in the metallic layer presenting an increase surface roughness. Based on these results, only for the PVC-DEHP compound different plasma treatment times were performed. ATR-FTIR analysis revealed no significant chemical changes in the surface of the PVC-DEHP compound, besides the presence of hydroxyl (3200-3500 cm-1) and changes in the carbonyl region (1720 cm-1) after exposure to plasma treatment. On the other hand, analyzes by AFM revealed that the surface roughness of the PVC-DEHP is increased, being constant (46.59 ± 9.51 nm) after 240 seconds of plasma treatment. Similar effect is observed in water contact angle measurements, which after a 36% reduction in its value, its remains constant (39° ± 4°) for plasma treatments with times greater than 240 seconds, doing the surface more hydrophilic [2]. SEM micrographs of the treated surface revealed no significant changes in the surface texture of the samples as a function of the plasma treatment time, maintaining the same waviness pattern of the original material. Chemical changes were not observed by titration of the -NCO group, since there was no significant difference in NCO consumption for both the untreated and plasma treated samples. These results indicate that the N2O2 plasma treatment produced chemical and physical changes on the surface of the PVC-DEHP compound, as observed by increasing the surface roughness, resulting in increased wettability of the treated material. Adhesion tests performed on the metallized layer according to ASTM D 3359-09 indicate that the 240-second of plasma treatment time was the minimum required to achieve sufficient adhesion for this system, presenting a material area removed less than 5%.

Orientador: Maria Clara Filippini Ierardi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-29T03:11:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_UlissesMiguelde_M.pdf: 6146675 bytes, checksum: a098d7fa360e3318b0d61cda9715b8af (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O laser atualmente é uma eficiente ferramenta para tratamentos de superficie, atingindo uma área restrita, ou seja, alterando propriedades das regiões superficiais sem alterar o material como um todo. Dentre os tratamentos superficiais com laser pode citar-se a Formação de ligas de Superficie (Alloying) e o Formação de Ligas de Camadas Superficiais (Cladding). Esses processos, em função da pequena área afetada pelo calor, propiciam condições para a solidificação rápida, favorecendo precipitação de fases fora do equilíbrio e refino de grão. Essas alterações superficiais podem melhorar a resistência ao desgaste e dureza. O presente trabalho analisa o processo de Formação de ligas de Superficie (Alloying) de uma liga AI Ni sobre substrato de alumínio comercialmente puro. A nova liga de superficie formada é avaliada através da análise da microestrutura resultante, dureza, variação da concentração de Ni na camada e resistência à corrosão / Abstract: Nowadays the laser is an efficient toa} to treat surfaces, getting to a restricted area by altering the propertie~ of thore &lperncial area~, without altering the ma.terial a.~ a. whole. Among~t the superficial laser treatments one can menrion Alloying and Cladding. These processes, because of the small heat affected area, allow conditions to a rapid solidification, favoring the precipitation of phases out of equilibrium and grain refinement. These surface alterations can increase the resistance to wearing and the hardness. The present work analyses the laser AIloying of a AlNi compound over a commercially pure AI substrate. The newly formed surface compound is evaluated by an analysis of the resulting microstruture, porosity, hardness, variation of the Ni concentration in the layer and resistance to corroslon / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T03:28:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArroyoOsorio_JoseManuel_D.pdf: 25100736 bytes, checksum: 163b1aa900bc2b44578e310b2fccbe2b (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A usinagem é um dos processos de fabricação fundamentais da indústria contemporânea sendo o metal duro recoberto o material mais utilizado na fabricação das ferramentas de corte. A manufatura deste tipo de ferramentas inclui o processamento da superfície do substrato, previamente à deposição do recobrimento, com o objetivo de obter uma elevada resistência de aderência na interface substrato-recobrimento. O método mais difundido com este propósito e o jateamento do substrato com micropartículas de alumina que, embora amplamente utilizado e efetivo, gera poluição, risco à saúde do operador, consome muitos recursos de tempo e mão de obra e apresenta dificuldade no controle da rugosidade. Por outro lado a texturização a laser é uma tecnologia de engenharia de superfície baseada num laser pulsado que modifica a superfície do material através de fusão, evaporação, sublimação e subsequente solidificação. Nesta tese foi explorada a efetividade da texturização a laser como método alternativo ao jateamento na preparação pré-recobrimento da superfície do substrato. Este processo não apresenta poluição, permite o processamento seletivo de áreas especificas da ferramenta e, sendo automatizável, potencialmente utiliza menos recursos de tempo e mão de obra. As ferramentas selecionadas para experimentar foram duas classes de metal duro com recobrimento composto de TiCN+Al2O3+TiN depositado pelo processo MT-CVD, e, na preparação pré-recobrimento da superfície dos substratos experimentais foi utilizado um laser CuHBr pulsado. De acordo com a dinâmica do processo laser utilizado, é possível controlar a rugosidade do substrato e produzir uma grande diversidade de topografias e estruturas de superfície através da variação da intensidade e/ou da quantidade de pulsos do laser. Também foi verificado que o processamento com laser produz sempre transformações do WC, presente no substrato do metal duro, em novas fases não estequiométricas com menor teor de C. Por tentativa e erro, foram determinados dois conjuntos de parâmetros laser que produziram a melhor resistência de aderência avaliada através de ensaios de indentação: 02 pulsos, 410 MW·cm-2 e 64 pulsos, 239 MW. cm-2. Em ensaios de corte, tipo fresamento de topo a seco de aço molde P20 com ferramentas toroidais, foi comparado o desempenho de arestas microjateadas (comerciais) contra arestas texturizadas a laser (experimentais) encontrando uma vida média igual para ambos os tipos de arestas. Na análise detalhada dos mecanismos de desgaste foram encontradas em todas as arestas evidências de difusão, attrition, abrasão, deformação, delaminação, trincas e um mecanismo secundário, chamado desgaste por microfusão do material da aresta. Não houve diferenças notáveis entre as arestas comerciais e as experimentais que fossem atribuíveis ao processo de preparação da superfície do substrato para a deposição do recobrimento / Abstract: Machining is one of the fundamental manufacturing processes of contemporary industry and coated cemented carbide is the most used cutting tool material. Manufacturing of this kind of tools includes the substrate surface processing previously to coating deposition in order to achieve high adhesion resistance in the substrate-coating interface. The most spread out method with this intention is the substrate blasting with alumina micro-particles, which, although so widely used and effective, generates pollution, operator health risks, consumes considerable time and labor resources and presents roughness control difficulty. In the other hand, laser texturing is a surface engineering technology based on a pulsed laser which modifies the material surface through melting, evaporation, sublimation and subsequent solidification. This thesis aims to explore the laser texturing effectiveness as an alternative method for substrate surface pre-coating preparation. This process does not generate pollution, allows selective tool areas for processing and, being automated, it potentially requires less time and labor resources. The tools selected for the experiments were two kinds of coated cemented carbide with a composed TiCN+Al2O3+TiN MT-CVD coating and for the experimental substrate surface pre-coating preparation, a pulsed CuHBr laser was used. With the laser process dynamics used, it is possible to control the substrate roughness and to produce a great diversity of surface topographies and structures by adjusting the intensity and/or the amount of laser pulses. Also, it was verified that the laser processing always produces WC (present in the substrate) transformations in new non- stoichiometric phases with less C content. By trial and error method, two laser parameters sets were determined which produced the best adhesion resistance as evaluated through indentation tests: 02 pulses, 410 MW·cm-2 and 64 pulses, 239 MW·cm-2. In dry face milling cutting tests of mould P20 steel with toroidal tools, it was compared the performance of micro-blasted tools (commercial) against laser textured (experimental) ones finding an equal average life for both tool types. Detailed wear mechanisms analysis showed evidences in all the cutting edges of diffusion, attrition, abrasion, deformation, delamination, cracks and a secondary mechanism, called micro-melting wear of the material of the edge. There were no remarkable wear differences between the commercial edges and the experimental ones which could be attributable to the substrate surface pre-coating preparation process / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T04:10:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_RafaelBittencourt_M.pdf: 2098484 bytes, checksum: e3c06e9d3444778c194664385fd94c5a (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Desde os primeiros estudos numéricos sobre lubrificação em mancais hidrodinâmicos até a atualidade, existiram relativamente poucos trabalhos abordando o problema através do método dos volumes finitos. Na verdade, a maioria dos estudos, na área de lubrificação, utiliza a equação de Reynolds e o método das diferenças finitas para estabelecer o campo de pressão gerado no filme de óleo, mesmo sendo este tipo de abordagem inviável em certos casos, pois para geometrias mais complexas, ou com certas condições dinâmicas do sistema, a qualidade da discretização e a consistência dos resultados gerados pela equação de Reynolds se mostram insuficientes. Sendo assim, este trabalho trata da análise do campo de pressão em um filme gerado através do efeito hidrodinâmico em um mancal radial cilíndrico plano. Para tanto, o fluido de lubrificação é colocado em condição isotérmica e em regime de escoamento laminar. Para avaliar o campo de pressão é desenvolvido um algoritmo que determina a solução através do método dos volumes finitos para a equação simplificada de Reynolds em um domínio com duas dimensões, e segue com as seguintes etapas: construção da malha, integração das equações dentro dos volumes, definição das equações discretizadas, estabelecimento de condições iniciais e de contorno e avaliação do campo de pressão no domínio de cálculo. Outro ponto analisado é a influência de ranhuras nos mancais, as quais trazem novos elementos para o comportamento do mancal, tais como a redução da pressão no filme de óleo e a maior retenção do fluido entre o eixo e o mancal. Ao final, é possível concluir que a grande importância desta abordagem está na similaridade do método dos volumes finitos com a tradicional representação diferencial do escoamento em volumes de controle, tornando mais claros os conceitos físicos envolvidos, outro ponto abordado é a comparação com o método das diferenças finitas e a solução analítica de Ocvirk, com esses resultados é possível avaliar as principais características e vantagens de cada método. Com respeito ao campo de pressão, também é possível chegar aos valores das forças de sustentação do eixo e ainda avaliar os coeficientes de rigidez do mancal, que são fundamentais no estudo da dinâmica de máquinas rotativas. / Abstract: Since the first studies on hydrodynamic journal bearings using numerical methods until today, there has been relatively few studies addressing the problem through the Finite Volume Method. Indeed, the majority of studies in the area of lubrication use the equation of Reynolds and method of finite differences to establish the field of pressure generated in the oil film, even if this type of approach is not viable in certain cases, specially for complex geometries or for certain dynamic conditions of the system. Thus, this work deals with the analysis of the pressure distribution in a film generated by the hydrodynamic effect in a radial radial journal bearing. Wherefore, the fluid lubrication is placed in isotherm condition and laminar flow. To evaluate the pressure distribution an algorithm is developed to determine the solution through the Finite Volume Method for the simplified Reynolds equation in a field with two dimensions, and follows with the steps: construction of the mesh, integration of equations within the volumes, the definition of discrete equations, establishment of initial conditions and boundary conditions and finally the evaluation of pressure distribution in the calculation domain. Another point analyzed is the influence of grooves in the bearings, these grooves bring new elements for the performance of journal bearings, such as to reduce the pressure in the oil film and the greater retention of the fluid between rotor and bearing, this study is highlight also the behavior of the stiffness of the oil film in certain conditions of operation, and this dynamic parameter has high importance in studies of rotative machines response. At the end, it is possible to conclude that the great importance of this approach is the similarity of the Finite Volume Method with the traditional differential representation in studies with fluid mechanics, making clearer the physical concepts involved, another point raised is the comparison with the Ocvirk's analytical solution, allowing to evaluate the main characteristics and the results quality for this numerical method. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

No description available.

Amorphous materials are used as soft magnetic materials and also as surface coatings to improve the surface properties. Furthermore, the nanocrystalline materials derived from their amorphous precursors show superior soft magnetic properties than amorphous counter parts for transformer core applications. In the present work, laser based processing of amorphous materials will be presented. Conventionally, the nanocrystalline materials are synthesized by furnace heat treatment of amorphous precursors. Fe-based amorphous/nanocrystalline materials due to their low cost and superior magnetic properties are the most widely used soft magnetic materials. However, achieving nanocrystalline microstructure in Fe-Si-B ternary system becomes very difficult owing its rapid growth rate at higher temperatures and sluggish diffusion at low temperature annealing. Hence, nanocrystallization in this system is achieved by using alloying additions (Cu and Nb) in the ternary Fe-Si-B system. Thus, increasing the cost and also resulting in reduction of saturation magnetization. laser processing technique is used to achieve extremely fine nanocrystalline microstructure in Fe-Si-B amorphous precursor. Microstructure-magnetic Property-laser processing co-relationship has been established for Fe-Si-B ternary system using analytical techniques. Laser processing improved the magnetic properties with significant increase in saturation magnetization and near zero coercivity values. Amorphous materials exhibit excellent corrosion resistance by virtue of their atomic structure. Fe-based amorphous materials are economical and due to their ease of processing are of potential interest to synthesize as coatings materials for wear and corrosion resistance applications. Fe-Cr-Mo-Y-C-B amorphous system was used to develop thick coatings on 4130 Steel substrate and the corrosion resistance of the amorphous coatings was improved. It is also shown that the mode of corrosion depends on the laser processing conditions. The microstructure evolution and the corrosion mechanisms operating are evaluated using post processing and post corrosion analysis.

Orientador: José Roberto Dale Luche / Coorientador: Aneirson Francisco da Silva / Banca: Fernando Augusto Silva Marins / Banca: Fabricio Maciel Gomes / Resumo: A programação da produção é uma questão muito importante em qualquer empresa de manufatura. Neste trabalho, foi desenvolvido um modelo de programação linear inteira mista para programar a produção de uma área de tratamento de superfície em uma empresa do setor aeronáutico. Uma breve descrição dos processos envolvidos é apresentada. Otimizar o planejamento diário da área de tratamento de superfície não é uma atividade simples, diversas restrições devem ser consideradas no modelo, como o tipo da liga de matéria-prima, a capacidade dos tanques e das gancheiras. Os resultados de planos diários de produção obtidos pelo modelo possuem a combinação ótima de produtos a serem fabricados utilizando os recursos disponíveis em sua capacidade máxima e por consequência aumentando a produtividade da área. Questões técnicas dos processos foram levadas em consideração como restrições uma vez que os produtos foram homologados junto aos fabricantes das aeronaves. Foram realizados experimentos com trinta instâncias reais e outras trinta com demanda acumulada. Os resultados alcançados pelo modelo proposto foram muito superiores quando comparados à prática da empresa, para se ter uma ideia, no período em que foi registrada a menor diferença, o modelo mostra que é possível produzir mais que o dobro do que a empresa produziu com os mesmos recursos, evidenciando que há capacidade produtiva disponível para absorver novos produtos junto aos clientes atuais e futuros / Abstract: Production scheduling is a very important issue in any manufacturing company. In this work, a mixed integer linear programming model was developed to program the production of a surface treatment area in an aeronautical company. A brief description of the processes involved is presented. Optimizing the daily planning of the surface treatment area is not a simple activity, several constraints must be considered in the model, such as the type of raw material alloy, the capacity of the tanks and the glaciers. The results of daily production plans obtained by the model have the optimal combination of products to be manufactured using available resources at their maximum capacity and consequently increasing the area productivity. Technical issues of the processes were taken into consideration as restrictions since the products were homologated with the aircraft manufacturers. Experiments are performed with thirty real instances and another thirty with accumulated demand. The results achieved by the proposed model were much higher when compared to the company's practice, so as to have an idea, in the period when the smallest difference was registered, the model shows that it is possible to produce more than double what the company produced with same resources, showing that there is production capacity available to absorb new products with current and future customers / Mestre

This thesis focuses on developing a new photocoupling surface, base on polyallyamine (PAAm), to increase the efficiency of the photocoupling agent perfluorophenyl azide (PFPA) in the immobilization of nanoparticles, carbohydrates and graphene. Extensive studies have been carried out in our lab on the covalent immobilization of polymers and graphene using PFPA-functionalized surfaces. Here we show that PAAm-based PFPA surface can be used to efficiently immobilize not only graphene and polymers but also nanomaterials and small molecules. This was accomplished by first silanizing silicon wafers with PFPA-silane followed by attaching a thin film of PAAm by UV radiation. Treating the PAAm surface with N-hydroxysuccinimide-derivatized PFPA (PFPA-NHS) yielded the PAAm-PFPA surface. The functionalized surfaces were characterized by ellipsometry (layer thickness), contact angle (surface tension), and ATR-FTIR. The PAAm surface was further characterized by determining the density of amino groups on the surface. The PAAm-PFPA surfaces were subsequently used to covalently immobilize polymers, nanomaterials, carbohydrates and graphene by a simple procedure of coating the molecules or materials on the PAAm-PFPA surface followed by UV irradiation. The resulting surfaces were characterized using ellipsometry, AFM, optical microscopy. The attached carbohydrates were further evaluated using lectins, i.e., carbohydrate-binding proteins.

While theoretical treatments of liquid spreading on solid surfaces can be found in abundance in the literature, relatively few experimental studies have been performed. This study focused on the experimental detection of polydimethylsiloxane spreading on polymer surfaces in the spreading regime where gravitational and inertial forces are negligible. The techniques of x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), reflection absorption spectroscopy (RAS), and contact angle analysis were used to investigate this problem. XPS analysis indicated that the surface spreading or "creeping" was very slow, moving only several centimeters per several hundred hours in some cases. An interesting observation was that the spreading film seemed to reach a "steady state" concentration when covering an area. Similar results were seen for both horizontal and vertical substrate surfaces with XPS, and there seemed to be a substrate dependence. Angular-dependent XPS analysis revealed that the film was very thin (<20A) and not a complete layer. Contact angle analysis was used to monitor the siloxane movement, although there was a contact angle dependence on x-ray exposure time, indicating cross-linking of the surface film. Contact angle variations were also used to show that the film characteristics may be dependent on the nature of the polymer substrate. Reflection absorption spectroscopy was used to investigate thin substrate polymer films, and it was shown that theoretical predictions of absorption band intensity correlated reasonably well with the experiment. This technique was also used to investigate the surface siloxane layer and indicated that under some conditions, the orientation of the surface silicone layer may be occurring. / M.S.

When a polymer film is deposited onto a roughened substrate, the film masks over the underlying substrate roughness. Then when attempting to measure the roughness of the polymer film surface using a stylus-type profile meter, the pressure between the tip of the stylus and the film is sufficient to plastically deform the polymer surface. The result is a possible erroneous measurement of the surface roughness of the polymer film. This thesis reports on attempts to quantify the actual roughness of the polymer film from the measurement obtained by the profile meter. Extensive surface profile data were collected and analyzed to determine the characteristics of the surface of the substrate and of the coating on the substrate. The tracks made by the stylus in the film were then observed in a scanning electron microscope, from which the depth of the stylus tracks were measured. The effects of the film thickness, stylus traversing speed, and substrate roughness on the stylus penetration depth, the variation in the depth, and the measured film roughness are assessed and discussed. It was found that using the fastest stylus traversing speed minimizes the variation of the stylus penetration depth and thus results in the most accurate measurement of the film surface. To predict this stylus indentation depth, a plane strain plastic deformation model is developed using slip-line field theory. It is found that the slip-line model gives good estimates of the stylus indentation depth when the film thickness is large. / Master of Science