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Previous issue date: 2016-02-19 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / The generation of mechanical waves can be produced in the air in contact with the surface of a sample since a modulated light focus on that sample. This feature is well known, and there are several techniques and theoretical models to elucidate this process. One of the techniques used to measure such waves is the technique of cell Open Photoacoustic (OPC), and why it is can estimate the thermal diffusivity of a sample. The hypothesis in this thesis is that small structural changes in thin superficial layers can influence on effective thermal diffusivity measured by the OPC technique. Initially, it was carried out a review of mathematical models presented in the literature for samples with double layer, and the approach of a second thin layer. It has been found that the influence of a thin layer on a thick sample is negligible, and, therefore, the effective thermal diffusivity tends to the value of the thermal diffusivity of the bulk sample in all models. To check the influence of structural modification in a second thin layer were produced two sets of samples with two kinds of surface structural changes in samples with metallic volume. The first set was with changes in the proportions of rutile and anatase, the structural phases TiO2 film which was grown by thermal oxidation treatment in three types of titanium metal: two degrees of purity titanium, Ti and TiG2, and a TiG5 alloy (Ti-6Al-4V). The correlation of effective thermal diffusivity and the structural modification of layers grown by different thermal treatment (at 600 and 700ºC) in various treatment times was established. The effective thermal diffusivity determined by OPC is directly proportional to anatase quantity in the thermally grown layer of samples. In the second set were created different concentrations of structural martensite phase by mechanical polishing of austenitic AISI304 steel samples, having an austenitic volume. The effective thermal diffusivity values are influenced as the ratio martensite/austenite as the thickness of the sample. It was expected a decrease in effective thermal diffusivity values with decreasing the martensite quantity on the surface of samples as with the increase in the thickness of samples. This behavior was partially observed, however for small proportions of martensite and higher thickness values the effective thermal diffusivity increases. This feature can be associated with non-linear effects. Also, a method to check the thermal diffusivity values obtained by the OPC technique was proposed. This procedure comes from the dependency of the weight parameter thermoelastic bending C2, which depends on the thickness of the sample. If the dependence of C2 is as close to ls-3 confirms the values of thermal diffusivity. The method was tested for aluminum samples successfully. In conclusion, the variation in concentration of structural changes on sample´s surface and thin layers can influence the effective thermal diffusivity obtained by OPC technique, contrary to the theoretical models predict. / A geração de ondas mecânicas pode ser produzida no ar em contato com a superfície de uma amostra desde que sobre a mesma incida uma luz modulada. Isso já é bem conhecido e existem várias técnicas e modelos para elucidar tal processo. Uma das técnicas utilizadas na mensuração de tais ondas é a técnica de Célula Fotoacústica Aberta (OPC – Open Photoacoustic Cell), pela qual é possível estimar a difusividade térmica de uma amostra. A hipótese levantada nesta tese é que pequenas modificações estruturais em finas camadas superficiais possam influenciar a difusividade térmica efetiva mensurada pela técnica OPC. Inicialmente foi realizada uma revisão bibliográfica dos modelos matemáticos para amostras com dupla camada, e para a aproximação de uma segunda camada muito fina. Foi verificado que a influência de uma fina camada sobre uma amostra espessa é desprezível, e consequentemente, a difusividade térmica efetiva tende ao valor da difusividade térmica do volume da amostra, em todos os modelos. Para verificar a influência de uma modificação estrutural em uma segunda camada muito fina foram produzidos dois conjuntos de amostras, com dois tipos de modificações estruturais superficiais em amostras metálicas. O primeiro conjunto com alterações das proporções entre rutilo e anatásio, fases estruturais do filme de TiO2, que foi crescido por meio de tratamento de oxidação térmico um volume de titânio metálico para três tipos deste metal: dois graus de pureza de titânio, Ti e TiG2, e uma liga TiG5 (Ti-6Al-4V). A correlação de difusividade térmica e a microestrutura das camadas crescidas por tratamento de oxidação térmico sobre Ti, TiG2 e TiG5 a 600 ºC e 700 ºC, em diferentes tempos foi estabelecida. Observou-se que a difusividade térmica efetiva medida pela técnica OPC é diretamente proporcional a quantidade de anatásio na camada criada por tratamento térmico. No segundo conjunto foram criadas diferentes concentrações da fase estrutural martensita por polimento mecânico em amostras de aço austenítico AISI304, que possui um volume austenítico. Foi observado que a difusividade térmica efetiva teve influência tanto da razão martenstia/austenita quanto da espessura do volume da amostra. Esperava-se uma diminuição da difusividade térmica efetiva com a redução da quantidade de martensita na superfície e com o aumento da espessura do volume da amostra. Esse comportamento foi parcialmente observado, mas para pequenas proporções de martensita e maiores espessuras a difusividade térmica efetiva tornou a aumentar. Comportamento que pode ser associado a possíveis efeitos não lineares. Ainda, foi proposto um método de confirmação para os valores da difusividade térmica medida pela técnica OPC. Esse método parte da dependência do parâmetro peso da flexão termoelástica C2, o qual depende da espessura da amostra. Quando a dependência medida para o parâmetro C2 estiver próxima ls-3 confirma-se os valores da difusividade térmica. O método foi testado para amostras de alumino com êxito. Em conclusão é constatado que modificações na concentração da fase estrutural na superfície e em finas camadas têm influência na difusividade térmica efetiva medida pela técnica OPC, ao contrário do constatado pelos modelos teóricos presentes na literatura.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2.uepg.br:prefix/853 |
| Date | 19 February 2016 |
| Creators | Somer, Aloisi |
| Contributors | Cruz, Gerson Kniphoff da, Medina Neto, Antonio, Sato, Francielle, Lenzi, Ervin Kaminski, Castro, Antonio Sérgio Magalhães de |
| Publisher | UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA, Programa de Pós-Graduação em Ciências, UEPG, BR, Fisica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG, instname:Universidade Estadual de Ponta Grossa, instacron:UEPG |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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