This work examines the chemical and physical effects of a material treatment process on the biopolymers PEEK, POM-h, POM-c, PTFE and UHMWPE. The polymers are analyzed physically and chemically using atomic force microscopy, profilometry, scanning electron microscopy, optical microscopy, contact angle measurement, FT infra-red spectroscopy and energy dispersive X-ray spectrometry. PEEK is found to be the most suitable polymer and FT Infra-red spectroscopy an informative analytic tool.

O desempenho de componentes de engenharia está intimamente ligado a fenômenos de superfície, pois esta funciona como a interface entre o componente e o ambiente que o cerca. A escolha de um material com propriedades superficiais adequadas é fundamental para a sua funcionalidade. Neste trabalho as propriedades físico-químicas, estruturais e mecânicas do filmes de nitreto de silício depositados por magnetron sputtering reativo com uma fonte de radiofreqüência, antes e após tratamento térmico em 18O2, foram analisadas por diferentes métodos, tais como nanodureza, difração de raios X, perfilometria por reação nuclear ressonante, nanoindentação, espectrometria de retroespalhamento Rutherford, espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios X e reflectometria de raios X. Os filmes de Si3N4 depositados são essencialmente amorfos, estequiométricos e livres de contaminantes para vários parâmetros de deposição, com valores de dureza que variam de 16,5 GPa 22 GPa, dependendo principalmente da temperatura de deposição dos filmes. Depois de realizado o tratamento térmico em 18O2 a 1000 °C, a dureza de filmes converge para 21 GPa, independentemente da temperatura de deposição o que é explicado com base na cristalização dos filmes nesta temperatura de tratamento térmico. Além disso, o oxigênio é incorporado apenas 7,5 nm do filme de Si3N4, formando oxinitreto de silício na superfície do filme, indicando uma boa resistência à oxidação em altas temperaturas. Finalmente, a deformação elástica até a fratura H3/E2, que é um bom indicador da resistência ao desgaste do filme, dobra após o tratamento térmico a 1000 °C. Estas observações mostram o grande potencial do nitreto de silício como um revestimento duro para aplicações em altas temperaturas. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-03T19:57:31Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Cristiane Marin.pdf: 10200632 bytes, checksum: 55a17a7df0f8900cefa2a80a1fe4c086 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-03T19:57:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Cristiane Marin.pdf: 10200632 bytes, checksum: 55a17a7df0f8900cefa2a80a1fe4c086 (MD5) / The performance of engineering components is closely tied to surface phenomena, because it acts as an interface between the component and the environment that surrounds it. The choice of a suitable material with surface properties is critical to its functionality. In this study the physicochemical, structural and mechanical properties of silicon nitride films deposited by radio frequency reactive magnetron sputtering before and after thermal annealing in 18O2 were analyzed using different methods, such as nanohardness, X-ray diffraction, profilometry resonant nuclear reaction, nanoindentation, Rutherford backscattering spectrometry, photoelectron spectroscopy and X-ray induced X-ray reflectometry The Si3N4 films deposited are essentially amorphous, stoichiometric and free of contaminants for various deposition parameters, with hardness values ranging from 16.5 GPa 22 GPa, depending mainly on the deposition temperature of films. After 18O2 annealing at 1000°C, films hardness converged to 21 GPa, independently of the deposition temperature, which is explained on the basis of crystallization of the films at this annealing temperature. Furthermore, oxygen is incorporated only in the 7.5 nm film of Si3N4, forming silicon oxynitride on the surface of the film, indicating good oxidation resistance at high temperature. Finally, the elastic strain to failure H3/E2, which mimics the wear resistance of the film, doubles after the 1000°C annealing. These observations show the great potential of silicon nitride as a hard coating for high temperature applications.

Capes / Neste trabalho estudou-se a influência de parâmetros de rugosidade e propriedades mecânicas de um aço AISI H13 no coeficiente de atrito estático, ensaiado no sistema plano inclinado. Como contra corpo foi utilizado um recobrimento de cromo duro, considerado idealmente liso. O coeficiente de atrito foi relacionado com a área real de contato, tendo como dados de entrada parâmetros de rugosidade bidimensionais. A rotina de cálculo proposta por McCool (1987) foi aplicada para obtenção de uma estimativa de área de contato, utilizando os parâmetros Rq (rugosidade média quadrática) e RDq (inclinação média quadrática). Foram estudados três conjuntos de amostras, com acabamento superficial produzido por retificação plana e durezas distintas, produzidas por tratamentos térmicos aos corpos de prova. A variação da dureza foi obtida por meio de diferentes temperaturas de duplo revenimento: 540, 600 e 640 °C. Os ensaios de plano inclinado foram conduzidos em uma velocidade de 0,33°/s e uma carga aplicada produzida pelo peso próprio da amostra. Um sensor de movimento é acoplado ao equipamento para detectar o início do deslizamento e permitir a medida de ângulo neste instante. Para análise dos resultados, cada conjunto de amostras foi considerado como sendo diferente em função do tratamento térmico. Além disso, subconjuntos de amostras foram distinguidos em função do parâmetro Rq, por se tratar de um parâmetro médio e que é utilizado diretamente no cálculo da área real de contato. Dessa forma, para cada condição metalúrgica, pode-se verificar a variação do coeficiente de atrito estático com as propriedades mecânicas e superficiais. Foi verificado que, a dureza não apresentou influência no coeficiente de atrito estático, porem, a combinação das propriedades mecânicas e superficiais representada pelo índice de plasticidade apresenta uma relação direta. / In this work was studied the influence of roughness parameters and mechanical properties of the steel AISI H13 in the coefficient of static friction tested in the inclined plane method. The counterbody used was a coating of hard chrome, considered ideally smooth. The coefficient of friction was related to the real area of contact, taking as input bi-dimensional roughness parameters. The routine calculation proposed by McCool (1987) was applied to obtain an estimate of contact area, using the parameters Rq (root mean square roughness) and Rdq (mean square slope). Three sets of samples were studied, with surface finish produced by grinding flat and different hardness, produced by heat treatments to the samples. The variation of hardness was obtained by different double tempering temperatures: 540, 600 and 640 ° C. The inclined plane tests were conducted at a speed of 0.33 °/s and an applied load produced by the self weight of the body. A motion sensor is attached to the equipment to detect the onset of slip and allow the measure of angle instantly. To analyze the results, each set of samples was considered different depending on the heat treatment. In addition, subsets of samples were distinguished in accordance with Rq parameter, because it is an average parameter and it is used directly to calculate the real area of contact. Thus, for each metallurgical condition was possible to see, the variation of the coefficient of static friction with mechanical and surface properties. It was verified that the hardness had no effect on the coefficient of static friction, however, the combination of mechanical and surface properties represented by the plasticity index has a direct relationship.

O aço inoxidável super duplex é um material muito utilizado na indútria de óleo e gás e o mandrilamento interno é um dos processos de manufatura utilizado para fabricação de componentes para esta indútria. O acabamento gerado pelo processo de mandrilamento interno é muito importante, pois estes componetes sofrem grandes ataques corrosivos por estarem em contato com petróleo e gás acidos e, também, por serem utilizados em grandes profundidades e altas pressões, no fundo do mar. A necessidade de utilização de barras de mandrilar com sistemas antivibratórios se dá quando seu comprimento é quatro vezes maior que o diâmetro usinado. Para análise da influência do mandrilamento foi utilizada uma barra de mandrilar com sistema antivibratório, tendo seu comprimento oito vezes seu diâmetro. O material utilizado para este estudo é o aço inox superduplex SAF2507. As variáveis de entrada foram velocidade de corte, avanço, raio de ponta da ferramenta de corte e pressão de refrigeração. Para análise da intregridade no material foi medido a rugosidade superficial utilizando os parâmetros Sq, Ssk, Sku, Str, Sal, Sk, Sk, SvK, a tensão residual, dureza e a temperatura de usinagem dissipada na região da peça. Os resultados mostraram a presença de tensão residual de tração com aumento da dureza com rugosidade Sq acima de 2 μm. Para rugosidade Sq abaixo de 2 μm ocorreu tensão residual de baixa tração ou tensão residual de compressão. A temperatura média no material usinado foi de 33,6 oC, sendo medida temperatura na região peça-cavaco-ferramenta de 350oC. A melhor combinação das condições de corte encontrada para obter os menores valores de rugosidade e de tensão residual de compressão, no acabamento, para profundidade de corte de 0,4 mm, foi a maior velocidade de corte (140 m/min), o menor avanço (0,1mm/rot), menor raio (0,4 mm) e a menor pressão de refrigeração (15bar). / Super duplex stainless steel is a material widely used in oil and gas industry and boring is one of the manufacturing processes used to manufacture components for this industry. The finishing surface generated by boring process is very important once these parts are exposed to great corrosive attacks by being in contact with oil and gas acids and, also, because they are used at big depths and high pressures in the seabed. The need of using dampened boring bars occurs when the length is four times greater than the machined diameter. It was used one of these dampened boring bars to analyze its influence on a boring processes, with its length eight times its diameter. The material used for this study is the super duplex stainless steel SAF2507. Input variables for analysis were cutting speed, feed, nose radius of the cutting tool and coolant pressure. For analysis of the material integrity it was measured the surface roughness using Sq, Ssk, Sku, Str, Sal, Sk, Sk, SvK parameters, residual stress, hardness and machining temperature dissipated in part region. The results have shown the presence of residual tensile stress with increasing hardness when Sk roughness is up to 2 μm and Sk roughness below 2 μm showed low residual tensile or residual tensile compression. The average temperature dissipated in the proof body was 33.6 °C, and the temperature in the region play-chip-tool was 350 oC. The best combination of cutting conditions found for the lowest roughness values and residual compressive stress were, finishing, cutting depth of 0.4 mm was the highest cutting speed (140 m / min), the lowest forward (0.1 mm / rev), smaller radius (0.4 mm) and the lower pressure coolant (15bar).

Capes / Neste trabalho estudou-se a influência de parâmetros de rugosidade e propriedades mecânicas de um aço AISI H13 no coeficiente de atrito estático, ensaiado no sistema plano inclinado. Como contra corpo foi utilizado um recobrimento de cromo duro, considerado idealmente liso. O coeficiente de atrito foi relacionado com a área real de contato, tendo como dados de entrada parâmetros de rugosidade bidimensionais. A rotina de cálculo proposta por McCool (1987) foi aplicada para obtenção de uma estimativa de área de contato, utilizando os parâmetros Rq (rugosidade média quadrática) e RDq (inclinação média quadrática). Foram estudados três conjuntos de amostras, com acabamento superficial produzido por retificação plana e durezas distintas, produzidas por tratamentos térmicos aos corpos de prova. A variação da dureza foi obtida por meio de diferentes temperaturas de duplo revenimento: 540, 600 e 640 °C. Os ensaios de plano inclinado foram conduzidos em uma velocidade de 0,33°/s e uma carga aplicada produzida pelo peso próprio da amostra. Um sensor de movimento é acoplado ao equipamento para detectar o início do deslizamento e permitir a medida de ângulo neste instante. Para análise dos resultados, cada conjunto de amostras foi considerado como sendo diferente em função do tratamento térmico. Além disso, subconjuntos de amostras foram distinguidos em função do parâmetro Rq, por se tratar de um parâmetro médio e que é utilizado diretamente no cálculo da área real de contato. Dessa forma, para cada condição metalúrgica, pode-se verificar a variação do coeficiente de atrito estático com as propriedades mecânicas e superficiais. Foi verificado que, a dureza não apresentou influência no coeficiente de atrito estático, porem, a combinação das propriedades mecânicas e superficiais representada pelo índice de plasticidade apresenta uma relação direta. / In this work was studied the influence of roughness parameters and mechanical properties of the steel AISI H13 in the coefficient of static friction tested in the inclined plane method. The counterbody used was a coating of hard chrome, considered ideally smooth. The coefficient of friction was related to the real area of contact, taking as input bi-dimensional roughness parameters. The routine calculation proposed by McCool (1987) was applied to obtain an estimate of contact area, using the parameters Rq (root mean square roughness) and Rdq (mean square slope). Three sets of samples were studied, with surface finish produced by grinding flat and different hardness, produced by heat treatments to the samples. The variation of hardness was obtained by different double tempering temperatures: 540, 600 and 640 ° C. The inclined plane tests were conducted at a speed of 0.33 °/s and an applied load produced by the self weight of the body. A motion sensor is attached to the equipment to detect the onset of slip and allow the measure of angle instantly. To analyze the results, each set of samples was considered different depending on the heat treatment. In addition, subsets of samples were distinguished in accordance with Rq parameter, because it is an average parameter and it is used directly to calculate the real area of contact. Thus, for each metallurgical condition was possible to see, the variation of the coefficient of static friction with mechanical and surface properties. It was verified that the hardness had no effect on the coefficient of static friction, however, the combination of mechanical and surface properties represented by the plasticity index has a direct relationship.

O desempenho de componentes de engenharia está intimamente ligado a fenômenos de superfície, pois esta funciona como a interface entre o componente e o ambiente que o cerca. A escolha de um material com propriedades superficiais adequadas é fundamental para a sua funcionalidade. Neste trabalho as propriedades físico-químicas, estruturais e mecânicas do filmes de nitreto de silício depositados por magnetron sputtering reativo com uma fonte de radiofreqüência, antes e após tratamento térmico em 18O2, foram analisadas por diferentes métodos, tais como nanodureza, difração de raios X, perfilometria por reação nuclear ressonante, nanoindentação, espectrometria de retroespalhamento Rutherford, espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios X e reflectometria de raios X. Os filmes de Si3N4 depositados são essencialmente amorfos, estequiométricos e livres de contaminantes para vários parâmetros de deposição, com valores de dureza que variam de 16,5 GPa 22 GPa, dependendo principalmente da temperatura de deposição dos filmes. Depois de realizado o tratamento térmico em 18O2 a 1000 °C, a dureza de filmes converge para 21 GPa, independentemente da temperatura de deposição o que é explicado com base na cristalização dos filmes nesta temperatura de tratamento térmico. Além disso, o oxigênio é incorporado apenas 7,5 nm do filme de Si3N4, formando oxinitreto de silício na superfície do filme, indicando uma boa resistência à oxidação em altas temperaturas. Finalmente, a deformação elástica até a fratura H3/E2, que é um bom indicador da resistência ao desgaste do filme, dobra após o tratamento térmico a 1000 °C. Estas observações mostram o grande potencial do nitreto de silício como um revestimento duro para aplicações em altas temperaturas. / The performance of engineering components is closely tied to surface phenomena, because it acts as an interface between the component and the environment that surrounds it. The choice of a suitable material with surface properties is critical to its functionality. In this study the physicochemical, structural and mechanical properties of silicon nitride films deposited by radio frequency reactive magnetron sputtering before and after thermal annealing in 18O2 were analyzed using different methods, such as nanohardness, X-ray diffraction, profilometry resonant nuclear reaction, nanoindentation, Rutherford backscattering spectrometry, photoelectron spectroscopy and X-ray induced X-ray reflectometry The Si3N4 films deposited are essentially amorphous, stoichiometric and free of contaminants for various deposition parameters, with hardness values ranging from 16.5 GPa 22 GPa, depending mainly on the deposition temperature of films. After 18O2 annealing at 1000°C, films hardness converged to 21 GPa, independently of the deposition temperature, which is explained on the basis of crystallization of the films at this annealing temperature. Furthermore, oxygen is incorporated only in the 7.5 nm film of Si3N4, forming silicon oxynitride on the surface of the film, indicating good oxidation resistance at high temperature. Finally, the elastic strain to failure H3/E2, which mimics the wear resistance of the film, doubles after the 1000°C annealing. These observations show the great potential of silicon nitride as a hard coating for high temperature applications.

Orientador: Amauri Hassui / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T02:22:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aguiar_HerbertCesarGoncalvesde_M.pdf: 11222250 bytes, checksum: a22406ca3de132e13522314dd3490816 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Os aços inoxidáveis superduplex são materiais de estrutura bifásica contendo ferrita e austenita, que garantem ao material boa resistência à corrosão por pitting, resistência mecânica e outras características que tornam o material atrativo para as indústrias: petrolífera, óleo/gás, papel/ celulose e química. As mesmas características que tornam o aço inoxidável superduplex mais resistente dificultam a sua usinagem. Portanto, a definição dos parâmetros de usinagem deve atender ao compromisso de por um lado garantir alta produtividade e por outro não comprometer as características do material na sua aplicação. O presente trabalho consiste no torneamento com lubrificação do aço inoxidável superduplex, variando os parâmetros de usinagem e utilizando ferramentas de metal duro da classe M05-M20 revestidas com TiN/Al2O3/TiCN, Al2O3/TiCN e TiAlN, com o objetivo de investigar os efeitos dos parâmetros de usinagem sobre o mecanismo de desgaste da ferramenta através de micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de micro-análise semi-quantitativa através do sistema de espectroscopia de energia dispersiva (EDS), a tensão residual induzida no material usinado medida por difração raio-X e a rugosidade na peça. As análises do desgaste da ferramenta mostraram a predominância do mecanismo de adesão/attrition com surgimento de entalhe causado pelo martelamento da rebarba gerada no cavaco durante o torneamento. Isso por sua vez contribuiu ainda mais com a adesão dificultando a remoção do material que aumentou os esforços de corte gerando tensões residuais superficiais compressivas. A ferramenta revestida com TiN/Al2O3/TiCN se destacou por apresentar melhor resultado em termos de vida da ferramenta e menores tensões residuais superficiais de tração no início de vida da ferramenta em relação às ferramentas revestidas com TiAlN e Al2O3/TiCN. A condição de vc = 80 m/min e f = 0,4 mm/rev se destacou dentre todas as classes testadas em termos de produtividade. No entanto, o f = 0,4 mm/rev é prejudicial à integridade superficial gerando tensões trativas e maiores rugosidades / Abstract: The super duplex stainless steels are materials of biphasic structure containing ferrite and austenite, which guarantee a good pitting corrosion resistance, mechanical resistance and other characteristics that make the material attractive to industries: petroleum, oil/gas, paper/cellulose and chemical. The same characteristics that make the super duplex stainless steel more resistant make its machining more difficult. Therefore, the definition of machining parameters should comply with the commitment on the one hand of guaranteeing high productivity and on the other of not compromising the characteristics of the material in its application. This work consists on the turning with lubrication of the super duplex stainless steel, varying the machining parameters and using carbide tools of the grade M05-M20 coated with TiN/Al2O3/TiCN, TiAlN and Al2O3/TiCN, with the objective of investigating the effects of the machining parameters over the tools wear mechanism was also analyzed through micrographs obtained by scanning electron microscopy (SEM) and by semi-quantitative micro-analysis through the system energy dispersive spectroscopy (EDS), the residual stress induced into machined material measured by X-ray diffraction and the parts roughness. The tool wear analysis showed a predominance of the adherence/attrition mechanism with the appearance of grooves caused by the hammering of the burr generated in the chip during the turning. This, in its turn, contributed even more with the adhesion, making it difficult to remove the material which increased the effort in cutting, generating superficial compressive residual stress. The tool coated with TiN/Al2O3/TiCN highlighted itself for presenting better result in terms of the life of the tool and lower surface residual stresses of tensile at the beginning of tool life in relation to the tools coated with TiAlN and Al2O3/TiCN. The condition of vc = 80 m/min and f = 0,4 mm/rev highlighted itself among all the tested classes in terms of productivity. However, the f = 0,4 mm/rev is prejudicial to the superficial integrity, generating tensile stress and greater roughness / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

It has been known that the nucleation and growth of cracks and defects dominate the fatigue damage process in brittle or quasi-brittle materials, such as woven fabric composites and concrete. The behaviors of these materials under multiaxial tensile or compression fatigue loading conditions are quite complex, necessitating a unified approach based on principles of mechanics and thermodynamics that offers good predictive capabilities while maintaining simplicity for robust engineering calculations. A unified approach has been proposed in this dissertation to simulate the change of mechanical properties of the woven fabric composite and steel fiber reinforced concrete under uniaxial and biaxial fatigue loading. The boundary surface theory is used to describe the effect of biaxial fatigue loading. A fourth-order response tensor is used to reflect the high directionality of the damage development, and a second-order response tensor is used to describe the evolution of inelastic deformation due to damage. A direction function is used to capture the strength anisotropic property of the woven fabric composite. The comparisons between model prediction results and experimental data show the good prediction capability of models proposed in this dissertation.

Scanning Tunnelling Microscopy (STM) was utilised together with the high resolution depth-profiling capabilities of Medium Energy Ion Scattering (MEIS), a technique traditionally associated with single crystal substrates, to probe the mean size and depth dependent composition profile of bimetallic PdAu nanoparticles on planar oxide surfaces as functions of the starting composition and annealing temperature. In order to fit composition profiles to experimental MEIS data, a new analysis tool has been designed that models the particles as flat-topped structures with a hexagonal base which can be divided into a number of shells, each shell corresponding to a particular ion pathlength inside the material. The reliability of this method will be discussed in detail. Fitting results show that the surface layers are always significantly enriched in Au compared to the bulk alloy composition. By comparing MEIS data for clean surfaces data for modified surfaces it was found that Pd generally segregates towards the particle surface on adsorption of acetic acid. The interaction of potassium acetate with Au/Pd{111} alloy surfaces of varying composition has been investigated using Temperature Programmed Desorption (TPD) and Reflection Absorption Infra Red Spectroscopy (RAIRS). At lower coverage, potassium acetate reacts reversibly with the surface to form CO and carbonate. Formation of surface acetate is observed on Pd-rich surfaces only. At higher coverage, acetate is the major surface species formed on all samples examined.

The relative rates of detrital decomposition in four vegetation communities within the Everglades' ridge-slough microtopography were evaluated during two trials. Litterbags with community-specific detritus in proportion to each community's composition were put into the four communities; namely, submerged marsh, emergent marsh, short Cladium ridge, and tall Cladium ridge. These litterbags were paired with litterbags containing control leaf litter from Chrysobalanus icaco and Salix caroliniana during the wet and dry season trials, respectively. No regional differences in decomposition were shown, but there were significant differences across communities, attributed to the initial C:N ratio of the detritus, with the fastest decomposition occurring in the deepest submerged marsh followed by emergent marsh, and the shallower ridge communities had equally slower decomposition. Additionally, both controls followed the same pattern. Thus, decomposition contributes to an active self-maintenance mechanism within the vegetation communities which ultimately helps to conserve the ridges and sloughs. / by Sheryl R. van der Heiden. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2008. / Includes bibliography. / Electronic reproduction. Boca Raton, Fla., 2008. Mode of access: World Wide Web.