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Previous issue date: 2007-11-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Quasicrystalline structured materials bear singular properties such as elevated hardness, low
superficial energy, low friction coefficient, good oxidation and corrosion resistance, high
degrading resistance as well as low electrical and thermal conductivities. These materials
can be obtained via conventional foundry, high energy grinding or mechanical alloying as
well as fine film techniques. Nonetheless, these materials are very fragile. This makes bulk
rods as used for mechanical components making also difficult. Therefore, most applications
use the powder form as reinforcement in composite material and plasma spray superficial
layers. One of the techniques that show excellent results is the high energy grinding
technique of such quasicrystalline alloys after being obtained via the other more
conventional techniques. The former technique is also known as Mechanical Milling, which
allows the production of extremely fine powders (grain size below 1μm). The refined
powders are often exposed to high temperatures either used for the productions of the
reinforced composite materials or superficial layers. Hence, it is important to understand the
thermal stability of quasicrystalline material as a function of the average particle size,
temperature and atmosphere, extremely important parameters from the technological view
point. The aim of this work is, therefore, to investigate the thermal stability of icosahedra
quasycristalline powders of Al62.2Cu25.5Fe12.3 based alloys, which were obtained via the
Mechanical Milling technique under controlled atmosphere as a function of the average
particle size of the powder. Results show that the stability of the quasicrystalline powders is
lost for very fine powders (after subjected to 20 hours of milling, ambient temperature). In
this case, quasicrystalline phases turned into the β phase. Also, powders subjected to 10
hours of milling, the stability was lost when temperature reached 973K. On the other hand,
powders subjected to 0,5 hours of milling maintained their stability up to the temperature of
973K. It has been proposed that such thermal stability is attributed to the formation of a fine
aluminum oxide layer, which promotes localized chemical composition alteration and the
formation of the cubic crystalline b phase as consequence. In order to avoid such oxide
layer formation, the addition of bismuth was investigated. This addition was chosen in order
to assess the formation of a protective external layer during the refinement process of the
high energy grinding, acting as an oxygen barrier. Results show that powders ground with
the addition of bismuth remained stable for longer periods of grinding. This suggests that
bismuth addition does promote a formation of a fine protective layer, reducing the
aluminum oxide formation. Also, the loss of the quasicrystalline structure is directly related
to the formation of such aluminum oxide layer. / Os materiais com estrutura quasicristalina apresentam propriedades singulares, tais
como: elevada dureza, baixa energia superficial e baixo coeficiente de atrito, boa
resistência à oxidação e corrosão, elevada resistência ao desgaste e ainda baixas
condutividades elétrica e térmica. Estes materiais podem ser obtidos por fundição
convencional, moagem de alta energia (MAE) ou mecanossíntese e também por técnicas
de obtenção de filmes finos. Entretanto, estes materiais são bastante frágeis o que dificulta
seu uso na forma de tarugos para confecção de componentes mecânicos. Assim sendo, eles
são preferencialmente utilizados em forma de pó como reforços em materiais compósitos
ou para aplicação em camadas superficiais por plasma spray. Uma das técnicas de
obtenção de pós, que apresenta excelentes resultados, é a moagem de alta energia das ligas
quasicristalinas, previamente obtidas pelas técnicas convencionais. Esta técnica é
conhecida como Refinamento por Moagem Mecânica (RMM) e permite a produção de pós
extremamente finos, com granulometria abaixo de 1μm. Os pós refinados, por muitas
vezes, são expostos à alta temperatura para produção de materiais compósitos ou para
deposição de camadas superficiais, o que torna, então, o conhecimento da sua estabilidade
térmica em função do tamanho médio de partícula, da temperatura e da atmosfera um
aspecto de extrema importância do ponto de vista tecnológico. O objetivo principal deste
trabalho é investigar a estabilidade térmica de pós icosaedrais quasicristalinos (IQC) de
ligas Al62.2Cu25.5Fe12.3 obtidos por (RMM), sob atmosfera controlada em função do
tamanho médio de partícula. Os resultados obtidos mostraram que os pós quasicristalinos
muito finos (quando submetido a 20h de moagem, à temperatura ambiente) perdem sua
estabilidade, transformando-se em uma fase cristalina β. Pós moídos por 10h,
desestabilizam-se quando são aquecidos a 773K. Por outro lado, pós mais grosseiros,
moídos por 0,5h permanecem estáveis até uma temperatura de 973K. Neste trabalho a
desestabilização térmica foi atribuída a formação de uma fina camada de oxido de
alumínio, que provoca a alteração localizada da composição química e consequentemente a
formação de uma fase b de estrutura cristalina cúbica. Na tentativa de evitar a formação da
camada de oxido foi também investigado o uso da adição de bismuto durante a moagem
com o propósito de formar uma camada protetora sobre a superfície do pó quasicristalino e
atuar como barreira ao oxigênio. Os resultados obtidos mostram que os pós moídos com
bismuto permanecem estáveis por longos períodos de moagem. Isto sugere que o bismuto
de fato promove a formação de uma fina película protetora que reduz a formação de óxido
de alumínio e também que a perda da estrutura quasicristalina esta diretamente ligada a
formação desta camada de óxido.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.biblioteca.ufpb.br:tede/5389 |
| Date | 27 November 2007 |
| Creators | Cavalcante, Danielle Guedes de Lima |
| Contributors | Gomes, Rodinei Medeiros |
| Publisher | Universidade Federal da Paraíba, Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica, UFPB, BR, Engenharia Mecânica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB, instname:Universidade Federal da Paraíba, instacron:UFPB |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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