O presente trabalho de mestrado teve como meta realizar um estudo do comportamento do cobre particulado em ensaios tribológicos do tipo pino contra disco. O cobre é atualmente utilizado em até 15% em massa das pastilhas de freios automotivos e tal utilização é responsável pela emissão de até 70% do cobre particulado presente no ar. Devido ao caráter carcinogênico do cobre, se faz necessária sua substituição. Foram realizados ensaios tribológicos pino disco com adição de diferentes meios interfaciais. Foram utilizados pares tribológicos aço/aço, em ensaios a seco de pino contra disco com adição de meio interfacial nanoparticulado de óxido de ferro, grafite e de cobre metálico em diferentes granulometrias (400 m, 20 m e 50 nm). Após os ensaios, amostras das superfícies de pinos e discos para cada uma das adições de cobre, bem como para a condição sem adição de meio interfacial, foram caracterizadas utilizando técnicas de microscopia eletrônica de varredura, de forma a entender o comportamento das partículas de cobre e sua contribuição para o coeficiente de atrito. As adições de cobre obtiveram os maiores coeficientes de atrito, e entre elas os coeficientes de atrito foram mais altos durante todos os ensaios para a adição de 50 nm, seguido de 20 m e 400 m. A análise das superfícies tribológicas em MEV mostrou heterogeneidade das superfícies ensaiadas em relação à presença de debris oxidados e camadas compactas. Observou-se a presença de cobre apenas nas superfícies ensaiadas com adição dos cobres de 50 nm e 20 m. A presença de um filme óxido compacto e contínuo foi observada apenas nas superfícies tribológicas ensaiadas sem adição de meio interfacial e com adição de cobre a 400 m. / The purpose of this work was to investigate the behaviour of particulate copper in pin on discs tribotests. Copper is present in up to 15% in mass of brake pads composition, and it is responsible for the emission of up to 70% of the particulate copper present in airborne emissions. Due to its carcinogenic character, its replacement is considered necessary. Pin on discs tribotests were performed with the addition of different interfacial medias. The tribopair used was steel/steel, in dry sliding condition with the addition of nanoparticulated magnetite, graphite, and metallic copper in different granulometries (400 m, 20 m and 50 nm). After the tribotests, samples of both pin and disc surfaces for each of the copper additions, as well as a the condition with no interfacial media addition, were characterized using scanning electronic microscope techniques, in order to understand the behaviour of copper particles and their contribution to the friction coefficient. The three copper additions presented the highest friction coefficients among all additions; the highest friction coefficient was obtained by the smallest granulometry, 50 nm, followed by 20 m and 400 m. The analysis of the tribosurfaces using SEM showed the surface heterogeneity regarding the presence of oxide debris and compact layers. The presence of copper was only observed for the additions of the copper powders of 50 nm and 20 m. The presence of an oxide continuous and compact film was only observed for the tribosurfaces with no interfacial media addition and the addition of the copper with 400 m.

Embora a literatura disponível sobre conformação mecânica disponha de grande número de trabalhos relacionados à fadiga térmica em cilindros de laminação a quente, poucos autores abordam como esse tipo de dano é influenciado por algumas características do processo - em especial a oxidação na superfície de trabalho dos cilindros, tanto enquanto formação de uma camada de óxido uniforme sobre essa superfície quanto na forma de corrosão. Essa lacuna ocorre a despeito do volume de referências que relacionam a oxidação à fadiga térmica em escala laboratorial. O presente trabalho busca relacionar ambas as linhas de investigação, utilizando métodos analíticos e numéricos comparados com experimentos em diferentes escalas, para compreender sob quais condições são formados os óxidos presentes nos cilindros, qual seu comportamento mecânico no decorrer dos ciclos de laminação e como os óxidos influenciam na ocorrência de trincas de laminação a quente. A análise da superfície de trabalho de um cilindro em escala piloto revela a presença de trincas térmicas na superfície de trabalho. Os padrões de defeitos obtidos se mostram de acordo com o exposto em diversas referências publicadas sobre ensaios de fadiga térmica e termomecânica, em relação à presença e distribuição de óxidos no interior das trincas e na superfície externa das amostras. Em paralelo, foram desenvolvidos modelos numéricos do processo de laminação a quente, inicialmente em escala macroscópica, para obter detalhes sobre distribuições de temperatura, tensões e deformações nos cilindros, de difícil obtenção experimental. Estes modelos foram simulados e seus resultados comparados com valores medidos no laminador piloto, validando seu uso para avaliação do comportamento dos cilindros durante uma série de campanhas de laminação. Os resultados obtidos mostram que o mecanismo de fadiga de baixo ciclo normalmente associado ao dano térmico não é suficiente para explicar a nucleação das trincas de fadiga térmica observadas no experimento. O erro na predição pela teoria de fadiga de baixo ciclo tradicional, em conjunto com a caracterização dos cilindros em escala piloto e com observações de cilindros em escala industrial presentes na literatura, permite levantar a hipótese de que os fenômenos de oxidação e corrosão em curso durante o processo de laminação contribuem para uma redução significativa da resistência dos cilindros à fadiga termomecânica. Cálculos analíticos e simulações adicionais em escala microscópica foram realizados, incluindo os efeitos da oxidação e da corrosão, confirmando a hipótese e oferecendo uma linha de investigação mais assertiva para a nucleação e evolução do dano nos cilindros. / Although the literature on metal forming presents a considerable amount of references related to thermal fatigue in hot rolling, only few authors discuss how this type of damage is influenced by some characteristics of the rolling process - specially the oxidation that develops at the surface of the rolls. This gap occurs despite the amount of references relating oxidation to thermal fatigue in laboratory scale. The current work aims to relate both investigation paths, employing analytical and numerical methods in comparison with experiments in different scales, to provide understanding about the conditions at which the oxides observed upon the rolls are formed, their mechanical behaviour during the rolling process and how they influence thermal fatigue cracking in the rolls. The analysis of the roll surface in a pilot scale mill reveals the presence of thermal fatigue cracks on the work surface. The patterns of defects observed are in accordance with several references on thermal and thermomechanical fatigue, regarding the presence and distribution of oxides inside the cracks and at the external surface of the samples. In parallel, numerical models of hot rolling were developed, initially at macroscopic scale, to obtain details on temperature, stress and strain distribution in the rolls, which are difficult to obtain experimentally. These models were simulated and their results were compared with values measured in the pilot scale mill, validating their use to evaluate the behaviour of the rolls throughout a series of rolling campaigns. The obtained results show that the low-cycle fatigue mechanism commonly associated to thermal damage is not enough to explain the nucleation of thermal cracks seen in the experiments. The error in the prediction using the traditional low-cycle fatigue theory, in conjunction with the characterization of the pilot-scale rolls and with observations of industrial scale rolls, yields the hypothesis that oxidation and corrosion phenomena occurring throughout the rolling process contribute to a significative reduction in the resistance of the rolls to thermomechanical fatigue. Analytical calculations and additional simulations in microscopic scale were conducted, including effects of oxidation and corrosion, confirming the hypothesis and providing a more assertive line of research for damage nucleation and evolution in the rolls.

The present study has the objective of evaluating the effect of lubricant features on the friction coefficient by using three different lubricants (two synthetics and one mineral), which are used in automotive transmissions. In order to perform experiments, it was used a ball-on-disc system. The disc was manufactured with the same mechanical properties as transmission gears and the ball was made of 52100 SAE steel. The test parameters were defined based on a dynamic analysis conducted using \"ISOCAD\" which takes into account the geometry of the gear and vehicle dynamics (applied force and speed) during the tribological experiments. In order to set the temperature parameter, the lubricant testing temperature of a standard fuel economy was used. Experiments were conducted in two different lubrication conditions: i (starved) and ii (fully flooded). After the parameters were defined, it was possible to calculate the oil film thickness and, thus define the lubrication regime reached in each condition. Mixed and/or boundary lubrication was obtained in all the tests. Results showed the relationship between the speed and the specific oil film using a Khonsari and Masjedi formulation (2014), which takes into account the effect of surface roughness and, it is based on Downson and Higginson\'s (1981) formulation. The chemical analysis of the lubricant showed a relationship between friction coefficient and the additives used in lubricants. These results also showed the oil performance under different temperatures, speeds and loads. The best results were obtained for a synthetic lubricant. / O presente estudo tem o objetivo de avaliar o efeito de propriedades dos lubrificantes sobre o coeficiente de atrito. Para tanto foram testados três lubrificantes diferentes (dois sintéticos e um mineral), que são utilizados em transmissões automotivas. Os experimentos foram conduzidos utilizando um sistema tribológico denominado \"ball-on-disc\". Os discos foram fabricados com as mesmas propriedades mecânicas das engrenagens de transmissão, já as esferas foram fabricadas com aço SAE 52100. Os parâmetros de teste foram definidos com base na análise dinâmica conduzida utilizando o software \"ISOCAD\", que leva em conta a geometria da engrenagem e a dinâmica do veículo (força aplicada e velocidade) durante os ensaios tribológicos. Para definir os parâmetros de temperatura, foram utilizadas as mesmas temperaturas encontradas durante o ensaio de economia de combustível padronizado. Experimentos foram realizados em duas condições de lubrificação diferentes: i) fornecimento limitado de lubrificante, ou \"Starved\" e ii) condição de lubrificação imersa, ou \"Fully flooded\". Depois dos parâmetros definidos, foi possível calcular a espessura de filme de óleo, de forma a definir o regime de lubrificação alcançado em cada condição. Lubrificação mista e limítrofe foi obtida todas as condições de testes. Os resultados mostraram a relação entre a velocidade e o filme de óleo específico usando uma formulação de Khonsari e Masjedi (2014), que leva em conta o efeito da rugosidade da superfície e baseia-se na formulação de Downson e Higginson (1981). A análise química do lubrificante mostrou que existe uma relação entre o coeficiente de atrito e os aditivos utilizados nos lubrificantes. Estes resultados também mostram o desempenho dos lubrificantes em diferentes temperaturas, velocidades e cargas. Os melhores resultados foram obtidos para um lubrificante sintético.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:58:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 436188.pdf: 5507987 bytes, checksum: bb7dbc2c844572b613d5bebdeb70d2ae (MD5) Previous issue date: 2011-08-18 / Since the biodiesel national programs began, many research groups have been studied this fuel efficiency, such as economical aspects, environments effects and engine performance and durability. The research objective was project and build a pin-on-disk device test per ASTM G99 95a (Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus) to test material wear under diesel (B5) biodiesel (B100). The project validation was realized by performing aluminum-silicon wear test under two conditions: in presence of diesel (B5) and in presence of biodiesel (B100), with fix speed of 220 rpm, pin load of 5 N and 8 N during 150,000 cycles. The test analysis desired to compare the wear of an alloy used in diesel engines under different solutions. After the wear test, the disc weight loss, the topography and the microstructure were analyzed. The qualitative preliminary result shows better lubricates of biodiesel (B100) to test conditions adopted. / Desde o surgimento dos programas nacionais para a adi??o de biodiesel no diesel, diversos grupos t?m estudado a efic?cia deste combust?vel, abordando aspectos econ?micos, de meio ambiente, desempenho e durabilidade dos motores diesel. O presente trabalho tem o objetivo de projetar, construir e testar um trib?metro para an?lise de materiais submersos em biodiesel e diesel. O equipamento de teste foi desenvolvido tendo como refer?ncia a norma ASTM G99 95a (Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus). A valida??o do projeto se realizou mediante ensaios de desgaste da liga alum?niosil?cio AA305 em duas condi??es: na presen?a de diesel (B5) e na presen?a de biodiesel (B100), com rota??o fixa de 220 rpm, e for?as de 5 N e 8 N durante per?odos de 150.000 ciclos. As an?lises dos dados tiveram como finalidade fazer um comparativo do desgaste da liga em estudo, utilizada em motores diesel, em diferentes solu??es. Ap?s os ensaios foram analisadas as perdas de massa, a topografia do disco e a microestrutura. A an?lise qualitativa das amostras indicou melhor lubricidade do biodiesel (B100) para as condi??es de teste adotadas.

Os estudos tribológicos buscam por soluções que melhorem o desempenho de produtos e processos. Atualmente a pesquisa por novos materiais que apresentem baixo atrito, baixo desgaste e baixo consumo de energia. Assim, de acordo com essa necessidade, esta tese apresenta uma metodologia para estudo de materiais carbonosos diferentes para aplicações industriais e tecnológicas. Dessa forma, diferentes materiais de carbono com propriedades promissoras para aplicações como lubrificantes sólidos e proteção contra desgaste foram estudados com o objetivo de conhecer melhor suas tribopropriedades. Para isso, foi estudada a relação entre a estrutura do material e seu comportamento tribológico. Os estudos tribológicos também foram utilizados para analisar a uniformidade e a as propriedades tribológicas de filmes de DLC crescidos dentro de tubos de aço para melhorar as propriedades do tubo para aplicação na extração e petróleo. Mapas do comportamento tribológico dos filmes de DLC foram utilizados para analisar o coeficiente de atrito, a taxa de desgaste e o volume perdido como função da força normal aplicada e da velocidade de deslizamento. Os resultados mostraram o potencial do filme de DLC para aplicação terrestre e espacial.

A indústria automobilística trabalha com diferentes tipos de revestimentos para elementos de fixação (porcas, parafusos e etc.) buscando alta resistência à corrosão com baixas espessuras, eliminar o risco de fragilização pelo hidrogênio e melhoria nas propriedades tribológicas. O trabalho tem como objetivo determinar a influência das interações entre o tratamento superficial dos fixadores e das contra-peças na variação dos coeficientes de atrito atuantes no processo de montagem. A variação do coeficiente de atrito tem grande importância na força de montagem, uma vez que, para um mesmo torque e quanto maior o atrito, menor será a força tensora. Pela realização de ensaios no Equipamento de Torque e Tensão, obtêm-se os dados de força de tensora, torque total, torque na face de assentamento da flange da porca, torque na rosca e os respectivos coeficientes de atrito. Com os dados dos coeficientes de atrito obtidos dos ensaios com diferentes revestimentos e contra-peças, é possível determinar para cada junta aparafusada específica que variação ocorre e qual deve ser a alteração necessária a fim de manter a dispersão da força de montagem (força tensora). Após a realização dos ensaios e apresentação dos dados é possível avaliar que o revestimento organometálico mais selante possui maior compatibilidade em superfícies sem revestimento. Em superfícies que são revestidas em KTL essa compatibilidade reduz significativamente, mas com a adição do óleo controlador de atrito torque'n tension a condição é revertida para valores bem próximos de uma superfície sem revestimento.

Neste trabalho, apresenta-se a pesquisa desenvolvida para sintetizar e caracterizar filmes finos de bissulfeto de molibdênio (MoS2) como lubrificante sólido para aplicações espaciais e industriais. A obtenção do filme foi estudada via PVD (Physical Vapor Deposition), e três técnicas de deposição foram utilizadas: "Laser Ablation", Evaporação Térmica e "Sputtering". Das técnicas utilizadas, aquela que produziu um filme mais cristalino e com melhor aderência foi a técnica de "sputtering", apartir de descarga de radio freqüência (RF). Para as técnicas de "laser ablation" e "sputtering", fez-se necessário a utilização de um alvo do material a ser evaporado. O processamento e as caracterizações deste alvo constituem uma parte importante deste trabalho, tendo em vista a necessidade do uso adequado da tecnologia de compactação e pós processamento. Os alvos assim desenvolvidos com um pó ultra-fino e de alta pureza apresentaram excelente resistência mecânica, não necessitando de cuidados especiais na manipula;cão, o que representa uma primeira inovação deste trabalho. Estas características propiciaram um alvo de qualidade superior aos internacionais, que são prensados a quente, e muitas vezes com o uso de ligantes que comprometem a composição química dos mesmos. Os alvos foram caracterizados via difração de raio-X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de espalhamento Raman. As técnicas de caracterização dos filmes foram escolhidas de forma que a avaliação destes atendesse aos interesses deste trabalho, e baseou-se nas análises da rede cristalina, da morfologia, das espécies químicas e principalmente nas suas características tribológicas. Desta forma, foram utilizadas as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), de espectroscopia de espalhamento Raman, de XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy), de difração de raio-X em baixo ângulo e de microscopia de força atômica - AFM (Atomic ForceMicroscopic). Esta última técnica, em particular, foi mais vastamente estudada, estendendo seu uso no modo de força lateral, onde foi possível medir o coeficiente de atrito dos filmes, além de suas características morfológicas. Para o filme de MoS2, este estudo representa também uma inovação neste trabalho.

A finalidade deste trabalho é modificar as propriedades superficiais da liga Ti-6Al-4V, com o intuito de obter melhorias nas suas propriedades tribológicas e de biocompatibilidade, para possível aplicação em válvulas cardíacas mecânicas. O processo utilizado é o IIIP (Implantação Iônica por Imersão em Plasma), onde as amostras tridimensionais podem ser tratadas homogeneamente. As amostras da liga de titânio são implantadas por intervalos de tempo entre 15 e 120 minutos e, posteriormente, caracterizadas pelas técnicas: espectroscopia Auger, "ball-on-disc", EDX, rugosidade e nanoindentação. Constata-se que há dificuldades na caracterização de amostras tratadas por esse processo, havendo necessidade de utilização de técnicas especiais para que se possam obter dados confiáveis sobre as características físico-químicas das superfícies tratadas. A técnica de espectroscopia Auger confirma a presença de nitreto de titânio na superfície das amostras, porém mostra que a camada modificada é delgada, com espessura em torno de 40 nm, para amostras com tratamento igual ou superior a 60 minutos de implantação. Apesar de a camada ser muito fina, verifica-se que suas propriedades mecânicas são modificadas conforme a expectativa prevista em literatura. A melhora das propriedades tribológicas fica confirmada através do ensaio esfera sobre disco ("ball-on-disc"), com o coeficiente de atrito baixando da faixa de 0,7, na amostra sem tratamento, para em torno de 0,15 - 0,2 para a amostra tratada por 45 minutos. Com auxílio da técnica de nanoindentação, observa-se que as propriedades mecânicas são melhoradas com aumento da dureza em torno de 50% em relação ao original. Esses valores estão dentro da faixa de valores obtidas por outros pesquisadores, por meio de tratamento realizado com o uso do mesmo tipo de processo de implantação iônica. A presença de nitreto de titânio na superfície da liga é também confirmada por EDX, e ainda pode-se constatar a uniformidade do processo através da microestura observada com auxílio de um MEV e da observação de rugosidade constante por todo o corpo-de-prova. Com esses resultados pode-se confirmar que o processo IIIP altera com eficiência as propriedades superficiais da liga Ti-6Al-4V como esperado, possibilitando prosseguir os estudos do seu comportamento de biocompatilidade, para futuras aplicações práticas, como almejado.

Neste trabalho anéis automotivos de aço foram previamente recobertos com negro de fumo e posteriormente irradiados com laser de CO2. O negro de fumo apresentou melhor acoplamento da radiação incidente e como fonte de carbono, tanto para atuar como lubrificante sólido, quanto para elevar o teor de carbono da superfície do aço. Diversas técnicas de análise, incluindo nano endentação foram utilizadas para se avaliar os principais mecanismos dominantes em cada etapa do processo. Destas análises, conclui-se que ocorreu difusão de carbono no estado sólido, após irradiação uma camada com teor de carbono aumentado. Abaixo desta camada, as análises mostram que ocorreu um processo de têmpera, aumentando a dureza em relação ao substrato já temperado. Medidas de dureza da região tratada mostram que extensões de até 120 m com durezas por volta de 950 HV0,05 puderam ser atingidas. O coeficiente de atrito foi reduzido de 0,7 para 0,15, o que pode ter contribuído para que os anéis tratados apresentassem menor desgaste.

A tribologia une os campos de mecânica, física, química e materiais aos conhecimentos de lubrificação, atrito e desgaste para predizer o comportamento de sistemas físicos. A influência do comportamento tribológico entre os materiais abrange quatro partes estruturais, sendo elas, a interação entre o par tribológico (sistema tribológico) em estudo, as condições ambientais, a lubrificação e as condições de operação. Em 1969, os compósitos de carbono reforçados com fibra de carbono (CRFC) foram introduzidos na área de propulsão e rapidamente passaram a ser aplicados em sistemas de freios de aeronaves, em substituição a sistemas convencionais metálicos, graças as suas excelentes propriedades tribológicas, coeficiente de fricção (COF) estável e baixas taxas de desgaste (?), especialmente a altas temperaturas, acima de 400C, aliadas à baixa massa específica, ~1,80 g.cm-3. Cada empresa desenvolve seu próprio sistema de produção do compósito CRFC e as informações são exclusivas de cada fabricante e pouco divulgadas na literatura, contudo, sabe-se que tanto o desgaste quanto o coeficiente de fricção dos compósitos CRFC estão diretamente relacionados a seus precursores e às condições de processamento. Neste trabalho foram realizadas caracterizações tribológicas de três compósitos CRFC comerciais e de três grafites comerciais policristalinos, utilizando um tribômetro do tipo pino sobre disco. Microscopia óptica (MO) é utilizada para identificação da morfologia, classificação do carbono sintético utilizados nas matrizes e determinação do domínio óptico dos grafites. Difração de raios X e espectroscopia Raman são utilizadas para determinar o índice de grafitização. O comportamento da região de contato entre o pares de pino e disco (área de desgaste) foi realizado por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os pares montados com compósitos de matriz pirolítica de textura rugosa laminar, com médio grau de grafitização (~40%) apresentam faixa de COF médio entre 0,15 e 0,25, enquanto os pares montados com pares mistos (matriz pirolítica e matriz vítrea) ou com par de matrizes vítrea apresentam COF médio na faixa de 0,10 a 0,15. O desgaste mostrou-se inversamente proporcional ao COF, que pode chegar a uma taxa 16 vezes superior para o par tribológico de compósito vítreo quando comparado a um compósito pirolítico. Este comportamento está ligado ao desgaste abrasivo e à baixa plasticidade do compósito vítreo. Os valores do coeficiente de fricção dos grafites são diretamente proporcionais à dominância do plano basal, perpendicular ao movimento de contato na interface pino e disco, devido aos danos causados aos planos basais.