Search

In this work, stearic acid (SA) was degraded in an Ar-O2and Ar-H2post-discharge environment created by a plasma reactor with a microwave source and in an Ar, Ar-H2and Ar-O2DC (Direct Current) discharge environment created in a cathode-anode confined system. The afterglow region is useful for understanding the role of the chemically active species (O, O2, H and H2). In contrast, the discharge region allows the observation of the effects of chemically active species, charged species (ions and electrons) and photons. The influence of these species on the grafting and etching of SA was evaluated by measuring the mass variation, mass variation rate and chemical composition. The results showed that when only chemically active oxygen species are present, the SA is preferentially grafted. However, when both photons and charged species are present, the SA is more efficiently etched. When the Ar-H2and Ar environments are utilized; the SA is not efficiently degraded.

Stearic acid (CH3(CH2)16COOH) was treated with Ar and Ar-O2 (10%) pulsed DC discharges created by a cathode-anode confined system to elucidate the role of oxygen in plasma cleaning. The treatment time (5 to 120 minutes) and plasma gas mixture (Ar and Ar-O2) were varied, and the results showed that the mass variation of stearic acid after Ar-O2 plasma exposure was greater than that of pure Ar plasma treatment. Thus, compared to Ar*, active oxygen species (O and O2, in all states) enhance the etching process, regardless of their concentration. During the treatments, a liquid phase developed at the melting temperature of stearic acid, and differential thermal analyses showed that the formation of a liquid phase was associated with the breakage of bonds due to treatment with an Ar or Ar-O2 plasma. After treatment with Ar and Ar-O2 plasmas, the sample surface was significantly modified, especially when Ar-O2 was utilized. The role of oxygen in the treatment process is to break carbonaceous chains by forming oxidized products and/or to act as a barrier again ramification, which accelerates the etching of stearic acid.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2021. Projetos para o desenvolvimento de materiais geralmente levam décadas entre o início da pesquisa até a homologação em produto fabricado em larga escala, sendo um dos principais motivos a inexistência de uma metodologia para estabelecer a transferência tecnológica entre a fase final de laboratório e o lote piloto. Isto se verificou na linha de pesquisa ?Lubrificação Sólida?, do LabMat da UFSC, que visa criar materiais de baixo atrito e desgaste, fatores responsáveis pelo desperdício de cerca de 1,4% do PIB mundial. Assim, um dos principais desafios desta pesquisa foi entender o que causam as diferentes propriedades finais encontradas no material comparando as escalas laboratorial e industrial, e propor uma metodologia para o escalonamento tecnológico. Especificamente, este trabalho explorou as diferenças nos sistemas termodinâmicos na sinterização causados pelos parâmetros: temperatura de patamar, natureza química dos gases e fluxos total de gás na atmosfera sinterização. Com o apoio da ferramenta de desenvolvimento de produtos design for six sigma (DFSS), foi proposta e experimentada uma metodologia que permitiu coletar os requisitos técnicos mais importantes para um novo material sinterizado auto-lubrificante, garantindo um foco nas propriedades imprescindíveis, bem como possibilitando entender por meio de correlação as principais diferenças em função do efeito escala. Para a comparação das sinterizações em escala laboratorial e industrial, foram executadas caracterizações mecânicas e tribológicas, que apontaram valores de resistência ao escoamento sempre superiores a 100MPa, conforme premissa estabelecida durante a fase de coleta de requisitos, atingindo o pico em 216,37MPa quando dos experimentos finais, com parâmetros otimizados a nível de laboratório. Resultados de tribologia apontaram que o material tem elevada durabilidade e baixa taxa de desgaste, tanto quando sinterizado em laboratório quanto em escala industrial, alcançando valores de durabilidade de até 52.902N.m, e taxa de desgaste sempre na ordem de grandeza de 10-6mm3/N.m, e que aponta que o material desenvolvido pela metodologia ranqueia entre as melhores soluções tribológicas confrontando-se com soluções industriais da atualidade. O escalonamento do ciclo de sinterização pode ser planejado por meio de uma matriz de otimização de parâmetros, correlacionando as escalas laboratorial e industrial, de modo a elevar a assertividade e mitigar os custos de desenvolvimento. Finalmente, tal metodologia pode ser aplicada para o escalonamento de outros tipos de materiais de engenharia. Abstract: Engineering materials projects development usually take decades from the research beginning to the definitive delivery for industrial production, being one of the main reasons exactly the lack of an adequate methodology to stablish the technologic transfer between the final laboratory step and the industrial batch step. This fact was verified in the line of research ?Solid Lubrication?, by LabMat form UFSC, whichin the goal is to create materials in order to mitigate losses at the expense of tribological factors, as it is known that losses are responsible for the waste about 1.4% of world GDP, due to insufficient lubrication. One of the main challenges for this research is to understand what causes the different processing conditions found by comparing laboratorial and industrial scales. Specifically, this work explored the thermodynamic systems in the sintering stage, focusing on the parameters: thermal cycle curve, chemical nature of gases and gas flow. With the support of the design for six sigma (DFSS) product development tool, a methodology was proposed and tried, allowing to collect the most important technical requirements for a self-lubricating sintered material, guaranteeing a focus on the essential properties, as well as allowing to understand through correlation the main differences due to the scale effect. For the comparison of laboratory-scale sintering with the industrial scale, mechanical and tribological characterizations were performed, which showed yield resistance values always above 100MPa, according to the premise established during the collection of requirements, reaching the peak in 216.37MPa during the final experiments, with parameters optimized at the laboratory level. Tribology results showed that the material has high durability and low wear rate, both when sintered in the laboratory and on industrial scale, reaching durability values of up to 52.902N.m, and wear rate always in the order of magnitude of 10-6mm3/N.m, pointing out that such material ranks among the best tribological solutions in comparison with current industrial solutions. Also, it was found that the scheduling of the sintering cycle can be planned through a parameter optimization matrix, correlating the laboratory and industrial scales involved, in order to increase assertiveness and mitigate project costs. Finally, the methodology proposed here can be applied to scale other types of engineering materials.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2020. A eficiência energética é uma das principais bases dentro do desenvolvimento tecnológico e, dentro disso, os materiais magnéticos ganham destaque, pois novos desenvolvimentos nessa área buscam a otimização de dispositivos ligados à geração e à conversão de energia elétrica. Os compósitos magnéticos moles (Soft Magnetic Composites ? SMCs) são uma nova classe de materiais magnéticos cuja configuração visa à redução de perdas, devido à alta resistividade elétrica introduzida pelo revestimento e isolamento de partículas ferromagnéticas em um compactado. São considerados como alternativas viáveis às chapas de aço elétrico geralmente empregadas, por permitirem a condução do fluxo magnético de maneira isotrópica em três dimensões e possibilitarem a miniaturização de dispositivos, designs inovadores e aplicações mais sofisticadas. As propriedades dos SMCs são dependentes das características e propriedades da partícula ferromagnética e do revestimento isolante, bem como do processamento realizado para obtê-los. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um novo revestimento isolante elétrico para SMCs a partir de uma dupla camada, composta por nanoesferas de carbono e óxido de boro. As nanoesferas de carbono contêm compostos de oxigênio reativos em sua superfície e foram introduzidas para que, durante o tratamento térmico, formem uma camada de metal óxido sobre as partículas ferromagnéticas, a qual possui maior afinidade química com a camada vítrea de B2O3, aumentando, portanto, sua resistência térmica. Ao comparar o material desenvolvido a amostras recobertas apenas por uma das camadas de revestimento, foi verificado um efeito sinérgico e benéfico do duplo revestimento proposto, uma vez que a resistividade elétrica foi praticamente triplicada e que menores perdas totais e, principalmente, dinâmicas foram alcançadas. Além disso, foi verificado que quanto maior a concentração de nanoesferas e menor o seu diâmetro, uma melhor combinação de propriedades elétricas e magnéticas é obtida. Por fim, foi demonstrada a flexibilidade e a aplicabilidade do revestimento desenvolvido através da utilização do mesmo sobre partículas ferrosas de maior tamanho de partícula e de grão, apresentando uma aumento de 73,6 % na resistividade elétrica e redução de 12,7 % das perdas totais em 1 T e 60 Hz, com um decréscimo de 7,4 % na permeabilidade máxima a 60 Hz, quando comparada à amostra de menores tamanhos de partícula e grão. Abstract: Energy efficiency is one of the main bases within technological development and, in this context, magnetic materials are highlighted, since new developments in this area seek to optimize devices related to the generation and conversion of electrical energy. Soft magnetic composites (SMCs) are a new class of magnetic materials whose configuration aims to reduce losses in the ferromagnetic core, due to the high electrical resistivity introduced by the coating and insulation of ferromagnetic particles in a compact. SMCs are considered as viable alternatives to electrical steel sheets generally used, as they allow the magnetic flux to be conducted isotropically in three dimensions and enable the miniaturization of devices, innovative designs and more sophisticated applications. SMCs properties are dependent on the characteristics and properties of the ferromagnetic particle and the insulating coating, as well as the processing performed to obtain them. Therefore, the objective of this work was to develop a new electrical insulating coating for SMCs with a double layer, composed of carbon nanospheres and boron oxide. The carbon nanospheres contain reactive oxygen compounds on their surface and were introduced so that, during the heat treatment, they form an oxide layer on the ferromagnetic particles, which has greater chemical affinity with the vitreous layer of B2O3, increasing its thermal resistance. Comparing the double-layer material to samples covered only by one of the coating layers, a synergistic and beneficial effect was verified, since the electrical resistivity was practically tripled and lower total and dynamic losses were obtained. In addition, it was found that the higher the concentration of carbon nanospheres and the smaller their diameter, the better combination of electrical and magnetic properties is obtained. Finally, it was demonstrated the flexibility and applicability of the coating developed by using it on ferrous particles of larger particle and grain size, showing a 73.6 % increase in electrical resistivity and a 12.7 % reduction in total losses in 1 T and 60 Hz, with a decrease of 7.4 % in the maximum permeability at 60 Hz, when compared to the sample of smaller particle and grain sizes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2020. Perdas por atrito e desgaste tem um grande impacto econômico e ambiental em escala global, pois estima-se que 23% de todo o consumo de energia é realizado por contatos tribológicos. A aplicação de soluções mais eficientes para a redução dessas perdas é necessária, com potencial de reduzir o impacto em até 40% em 15 anos se as novas tecnologias de superfície, materiais e lubrificação forem absorvidas pela indústria. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um novo método de síntese de carbono nanoestruturado derivado de carbetos precursores para aplicações tribológicas. A partir de cálculos de diagramas de fases foi definido o sistema carbeto de boro e carbeto de cromo, cuja reação no estado sólido promove a formação de grande quantidade de fases de carbono (aproximadamente 15% em massa). O processo desenvolvido consistiu na reação no estado sólido entre os carbetos precursores seguida de uma etapa de extração química com ácido clorídrico. A partir desse processo foi possível obter praticamente todo o carbono presente no sistema. Os resultados mostraram que os materiais sintetizados em temperaturas abaixo de 1200 °C apresentaram contaminação devido a reação incompleta entre os reagentes. Já materiais sintetizados em temperaturas superiores a 1200 °C apresentaram maior pureza, pois a reação foi completa. O material resultante após a extração química é composto por carbono nanoestruturado com estrutura lamelar do tipo 2D turbostrática. A temperatura de reação tem grande influência na nanoestrutura do carbono, influenciando simultaneamente a cristalinidade, a densidade de defeitos e a área específica de superfície. Os materiais obtidos foram capazes de reduzir o atrito e desgaste a seco de sistemas tribológicos, sendo que foram obtidas taxas de degaste até 70 % menores que a do mesmo sistema com um grafite 3D cristalino. Além disso, resultados preliminares também mostraram que os materiais desenvolvidos apresentam potencial de aplicação como aditivo de óleo lubrificante, por possuir estabilidade em óleos poliolester de até 1 ano em suspensão, muito superior aos materiais utilizados como referência. Abstract: This work aimed to develop a new synthesis method of nanostructured carbide-derived carbon for tribological applications. Based on phase diagram calculations, the system boron carbide-chromium carbide was defined, whose reaction in the solid state promotes the formation of a large amount of carbon phases (approximately 30 mol% of carbon). The developed process consists of the solid-state reaction between the carbides followed by a chemical extraction step with hydrochloric acid. From this process, it was possible to obtain practically all the carbon present in the system. The results showed that the materials synthesized at temperatures below 1200 °C presented contamination due to incomplete reaction between the reagents. Materials synthesized at temperatures above 1200 ° C, however, presented greater purity, since the reaction was complete in this case. The resulting material after chemical extraction is composed of nanostructured carbon with a 2D turbostratic structure. The reaction temperatures have a great influence on the carbon nanostructure, simultaneously influencing the crystallinity, the density of point and edge defects and the specific surface area (up to ~ 3x greater than that of a multilayer graphene). The materials obtained were able to reduce the friction and wear of tribological systems, with wear rates up to 60% lower than that of the same system with a crystalline 3D graphite. In addition, preliminary results also showed that the developed materials have potential for application as a lubricant oil additive, as it has much higher stability in certain oils than 3D graphite or multilayer graphene.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2020. No presente trabalho foi desenvolvido um novo processo de nitretação por plasma para o aumento da confiabilidade tribológica de componentes sinterizados. Este desenvolvimento se baseou na variação das condições de nitretação, principalmente temperatura e mistura gasosa, para obter uma fase de nitretos para a camada de compostos que apresentasse uma maior resistência ao desgaste que a fase atualmente utilizada na nitretação de bielas sinterizadas de compressores herméticos de refrigeração. Além da melhoria da confiabilidade tribológica era premissa essencial reduzir os custos de produção. Os estudos de processamento foram realizados em 3 tipos de equipamentos de nitretação: reator em escala laboratorial, reator em escala piloto e reator em escala industrial, tendo sido utilizadas amostras e componentes reais para os experimentos. Para cada condição de nitretação testada as amostras foram caracterizadas quanto a espessura e fase de nitretos, topografia de superfície e desempenho tribológico, tanto em bancadas de testes (tribômetro), quanto em testes de confiabilidade em produtos (compressores). Como resultado final obteve-se uma nova especificação de camada nitretada, constituída pela Fase ?? com 6,0 µm de espessura, para as bielas de compressores, com maior resistência ao desgaste que a especificação atual. A nova condição de nitretação aumentou a produtividade do reator industrial reduzindo o custo de processamento. Todo o desenvolvimento do trabalho seguiu uma proposta de Processo de Inovação baseado nos conceitos de ?Desing Thinking?. Abstract: In the present work, a new plasma nitriding process was developed to increase the tribological reliability of sintered components. This development was based on the variation of nitriding conditions, mainly temperature and gas mixture, to obtain a nitride phase for the compound layer that presented a higher wear resistance than the phase currently used in the nitriding of sintered connecting rods of hermetic refrigeration compressors. . In addition to improving tribological reliability, it was essential to reduce production costs. The processing studies were carried out in 3 types of nitriding equipment: reactor on laboratory scale, reactor on pilot scale and reactor on industrial scale, using samples and real components for the experiments. For each nitriding condition tested, the samples were characterized as to the thickness and phase of nitrides, surface topography and tribological performance, both in test benches (tribometer) and in product reliability tests (compressors). As a final result, a new nitrided layer was formed, formed by the ? 'phase with a thickness of 6.0 µm, for the compressor connecting rods, with greater resistance to wear than the current specification. The new nitriding condition increased the productivity of the industrial reactor, reducing the processing cost. The development of the work followed a proposal for an Innovation Process based on the concepts of ?Desing Thinking?.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2019. No presente trabalho, foi estudada a decomposição de SiC em matriz ferrosa para geração de nódulos de grafita durante tratamento térmico de homogeneização de misturas de pó de SiC + pó de Ferro. Foram adicionadas quantidades de 5%, 10%, 15% e 20% em massa de SiC à matriz de ferro. Os tratamentos térmicos foram realizados nas temperaturas de 1050, 1100 e 1150ºC. Com a adição de maiores quantidades de SiC, além da geração de nódulos de grafita, também são gerados compostos intermetálicos de Fe e Si, os quais fragilizam a matriz metálica do material. Esta fragilização é desejada, uma vez que se tem como objetivo a quebra e moagem do material para a extração mecânica da grafita. Após a preparação das misturas, estas foram encaminhadas para o tratamento térmico de formas distintas: A) na forma de corpos de prova compactados e B) na forma de pó solto (sem compactação) condicionado em recipiente adequado. Após o tratamento térmico de decomposição, as amostras do grupo A (compactadas) foram cominuídas utilizando-se nitrogênio líquido e impacto e, as amostras não compactadas (grupo B) utilizando-se um moinho SPEX. A grafita extraída nas diferentes composições, temperaturas e rotas, foi estudada por meio de espectroscopia Raman e MET para a identificação da característica turbostrática da mesma. Esta característica facilita o cisalhamento das lamelas de grafeno formadoras da grafita, levando a menores valores de coeficiente de atrito quando utilizado como lubrificante sólido. Após os estudos foi concluído que a composição de 15% em massa de SiC, tratada termicamente a 1150ºC, processada através da rota A, apresentou os resultados almejados para a geração e extração mecânica de material grafítico turbostrático. Abstract : The aim of this work was to study SiC particles decomposition at a ferrous matrix in order to generate graphite nodules during homogenizing thermal treatment of powder mixture: SiC powder + Fe powder. To the iron matrix were added the amounts of 5, 10, 15 and 20% in weight of SiC. Thermal treatments were done at temperatures: 1050, 1100 and 1150ºC. With higher SiC amounts, besides graphite nodules generation, Fe and Si intermetallic compounds are also formed, turning the metallic matrix more fragile. This matrix fragilization is wanted once the objective is to break and mill the material in order to do an mechanical extraction of the obtained graphite. After powder mixtures were prepared, they were lead to thermal treatments into two different paths: A) as pressed bulk samples and B) as loose powder (without pressing) placed in a suitable recipient. After thermal treatment, samples from group A (pressed) were milled using liquid nitrogen and impact and, the not pressed samples (group B) using an Spex mill. Extracted graphite at the different composition, temperature and process route was studied via Raman spectroscopy and TEM to identify turbostractic characteristic, which turn it easier graphene layers shearing, leading to lower friction coefficients when graphite is used as solid lubricant. This study concluded that composition of 15% wt of SiC with thermal treatment at 1150ºC, and processing route A presented the desired results for grafitc turbostratic material generation and mechanical extraction.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2019. A matéria-prima representa um custo significativo na composição do preço das peças produzidas por MPI (Moldagem de Pós por Injeção). Desta monta, para tornar o processo mais atrativo a novos projetos ou para conversão de projetos já existentes, neste estudo é adicionado pós de óxidos com menor custo, mais fácil obtenção e estocagem mais simples comparando-os com os equivalentes metálicos. A MPI é um processo de produção de peças em larga escala; qualquer redução no custo da matéria-prima se traduz num bom resultado na redução de custos ao final de todo processo produtivo. Focando os trabalhos em ligas de ferro carbono com e sem níquel, esse foi o componente escolhido por ser comum para melhorar a resistência mecânica em peças utilizadas como elementos estruturais. Na produção da matéria-prima para injeção (feedstock), foram adicionados Fe2O3 (óxidos de ferro) e NiO (óxido de níquel) ao pó de ferro, obtendo corpos de prova ora com Fe2O3 ora com NiO e também a mistura de ambos. Para se atingir o objetivo final, os referidos óxidos foram reduzidos durante as etapas de processamento convencionais via MPI, em outras palavras: neste trabalho, procurou-se utilizar as etapas de processamento comumente utilizados, seja em parâmetros de processo para extração térmica, seja na sinterização com suas respectivas taxas de aquecimento e patamares isotérmicos. Este modus operandi objetivou a inserção do óxido com o mínimo de adaptações ao processo convencional e a não necessidade de adaptação em um novo processo industrial, para assim obter uma boa aceitação por parte do mercado. Para verificar a viabilidade dos objetivos, foi realizada a caracterização dos pós óxidos utilizados através de análises de tamanho de partícula e composição da matéria-prima, análises dilatométricas e análises termogravimétricas, caracterizações microestruturais via MO (Microscopia Óptica) e MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura), além de análises mecânicas como ensaio de tração, dureza Brinell e microdureza Vickers. Através de todas estas análises foi possível demonstrar que, ao final, obtiveram-se corpos de prova com uma boa sinterização e uma redução dos óxidos, já iniciada na extração térmica dos ligantes. Abstract : The raw material represents a significant cost in the pieces price produced by PIM (Powder Injection Molding). With that in mind, in order to make the process more feasible to new projects or upgrading existent ones, in this study, it was added less costing oxides powder of easier acquisition and storage comparing with their metal equivalents. The PIM is a large scale piece production process, in which any cost reduction in raw material is understood as a great result in profits at the end of all the production process. Focusing on carbon-iron alloys with and without nickel, this component was chosen once it is a common one in improving the mechanical resistance of the pieces used as structural elements. Therefore, in the production of the feedstock for the injection were added Fe2O3 (hematite) and NiO (Nickel oxide), obtaining specimens with Fe2O3 with NiO and the mixture of both. But in order to reach the final goal, the referred oxides are reduced during the processing steps via PIM, in which, in this study it was sought to modify the least possible in the processing steps commonly used: in the thermal debinding curve or in the curve of sintering along with their respective heating rates and isothermic threshold. This modus operandi aimed to the oxide insertion with the minimal adaptations to the conventional process and refraining the necessity of adaptation in a new industrial process. As a result, it was expected to obtain a good acceptance in the field. In order to verify the objectives, feasibility, histograms and diffractograms were obtained from the raw materials, microstructural characterizations via OM (optical microscopy) and SEM (scanning electron microscopy), besides mechanical analyses such as tensile test, Brinell hardness and Vickers microhardness, among other tests upon the specimens. As a result, with a good sintering and partial reduction of the oxide were obtained. These results could be perceived even in the initial thermal extraction of the binders, fact proved through dilatometric analysis and confirmed by the thermogravimetric analysis.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2018. Corrosão e oxidação causam gigantescas perdas econômicas todo ano, incentivando a pesquisa por desenvolvimento de novas técnicas e materiais que possam ser mais eficientes na prevenção ou redução dos danos. Dentre as várias formas de proteção disponíveis, revestimentos no sistema Cr-Si-C-N desenvolvidos por processos assistidos por plasma são utilizados oferecendo proteção não somente contra oxidação e corrosão, mas também proporcionando melhores propriedades mecânicas da superfície do componente. Numa outra direção, revestimentos produzidos através da rota de cerâmicas derivadas de polímeros (PDC), além de possibilitar aplicação de técnicas mais simples de deposição dos revestimentos, apresentam excelentes propriedades contra oxidação a altas temperaturas. Com isso, neste trabalho, a possibilidade de processar revestimentos no sistema Cr-Si-C-N utilizando a rota PDC é explorada, através da deposição por spray dos revestimentos em substratos de aço sinterizado, com pirólise convencional e assistida por plasma. Os revestimentos foram projetados para proteger o substrato de aço sinterizado de oxidação em altas temperaturas. Para compensar a retração volumétrica que o precursor sofre, além de funcionalizar o revestimento com os nitretos de Cr, cargas ativas de pó de Cr foram adicionadas ao precursor. A pirólise convencional de uma camada de polímero precursor contendo 55 % vol. de carga ativa de partículas de Cr permitiu obter revestimentos com espessura de até 25 µm que, apesar de apresentar porosidade residual, não apresentam trincas e defeitos de adesão ao aço sinterizado. Abaixo desta camada cerâmica, é formada uma densa camada de difusão entre o substrato e o revestimento, que possui uma estrutura de carbetos mistos. Já após pirólise assistida por plasma (PAP), a camada de difusão torna-se mais espessa, e o revestimento cerâmico possui menor porosidade interna. Após ensaios de oxidação a 600 °C por 50 h nenhuma formação de trincas ou defeitos de adesão são observados no revestimento, apenas oxidação do mesmo. Abstract : Corrosion and oxidation cause huge economic losses every year, encouraging the research for the development of new techniques and materials that can be more efficient in the prevention or reduction of the damages. Among the various available forms of protection, coatings in the system Cr-Si-C-N developed through plasma-assisted processes are applied, offering protection not only against oxidation and corrosion but also providing better mechanical properties at the surface of the component. In another direction, coatings developed through the Polymer-derived Ceramics (PDC) route, which, besides allowing the application of simpler coating deposition techniques, exhibit excellent anti-oxidation properties at high temperatures. Therefore, in this work, the possibility of processing coatings in the system Cr-Si-C-N by using the PDC route is explored, through the spray deposition of the coating on sintered steel substrates, with conventional and plasma-assisted pyrolysis. The coatings were designed to protect the sintered steel substrate from oxidation at high temperatures. To compensate the retraction suffered by the precursor and besides functionalization of the coating with the Cr nitrides, active fillers of Cr powder were added to the precursor. The conventional pyrolysis of a layer of preceramic polymer containing 55 % vol. of active filler of Cr particles allowed obtaining coatings with thickness up to 25 µm which, despite having residual porosity, do not have cracks and adhesion defects to the sintered steel. Below the ceramic coating, a dense diffusion layer between the coating and the substrate is formed, that has a mixed carbide structure. After plasma-assisted pyrolysis (PAP), the diffusion layer becomes thicker, and the ceramic coating has less internal porosity. After oxidation tests at 600 °C for 50 hours, no crack formation or adhesion defects are observed at the coating, only its oxidation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2018. A utilização de materiais metálicos com elevado capacidade de amortecimento mecânico pode ser a única alternativa para redução de vibrações em determinados sistemas mecânicos. Os mecanismos microestruturais de dissipação de energia desta classe de materiais frequentemente estão atrelados com defeitos internos do material. Desta forma, maximizar o amortecimento mecânico invariavelmente resulta em redução de resistência mecânica. Este explora a metalurgia do pó, técnica de manufatura determinante para maximizar tais mecanismos microestruturais de forma racional, a fim de reduzir os impactos negativos na resistência mecânica e obter materiais funcionais com perspectiva para aplicação em sistemas reais de engenharia. Para tanto, diferentes compósitos sinterizados de matriz ferrosa, contendo partículas de nitreto hexagonal de boro (hBN) como segunda fase, foram manufaturados. A concentração volumétrica de hBN e o modo de organização de tal lubrificante sólido na matriz foram as principais variáveis exploradas. O desempenho do material foi avaliado por meio de diferentes critérios de resistência mecânica e capacidade de amortecimento mecânico, relacionados à microestrutura do material, devidamente caracterizada. Importantes lições foram retiradas e servirão para o aprimoramento destes materiais, de outras classes de materiais funcionais e ampliarão o parco conhecimento existente sobre compósitos Fe-hBN. Alguns dos materiais desenvolvidos apresentam propriedades próximas dos materiais de engenharia atualmente utilizados, com possibilidade de melhoria de desempenho e redução de custos, se novas iterações de estudo e desenvolvimento forem realizadas. Abstract : The use of metallic materials with high damping capacity can be the only alternative for reducing vibrations on specific mechanical systems. The microstructural mechanisms that provide energy dissipation in metals are related to internal material defects. Therefore, improving the damping capacity of this class of materials usually leads to a reduction of its mechanical properties. This study explores powder metallurgy, as a manufacture technic, to enhance the microstructural mechanisms in a rational way, in order to minimize the negative effects on the mechanical strength and obtain functional materials with perspective to be applied on real engineering systems. Thereby, varieties of sintered iron-based composites containing hexagonal boron nitride (hBN) particles as a second phase were manufactured. The final concentration of hBN and the spatial organization of this solid lubricant in the matrix were the principal variables analyzed. The materials performance was evaluated through different criterions of mechanical strength and damping capacity, further correlated with the material microstructure, which was properly characterized. The important knowledge obtained will be useful for upgrading this class of materials, other types of functional materials and will increase the sparse existing knowledge about Fe ? hBN composites. Some of the manufactured materials presents properties equivalents to the engineering materials used nowadays, but with the possibility of increased performance and cost reduction if new iterations of research and development were carried out.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017 Abstract: The use of precursors loaded with fillers to process ceramic coatings rises the possibility to tailor the microstructure and coating properties for a wide range application, like thermal barrier coatings, environmental barrier coating or for wear applications. Thus, the present research aims to develop and to employ the novel process of plasma assisted pyrolysis (PAP) for developing ceramic composites coating on sintered steel substrate. The coatings are based on polymer derived ceramic, being the precursor a polyorganosilazane. During the development of the PDC based coating different fillers were used. The active fillers TiSi2 and TiB2 were used in order to compensate the shrinkage of the precursor and to generate in situ formation of phases as nitrides and carbides. Initially it was necessary to investigate the influence of PAP both on the pyrolysis behavior of the pure precursor and on the polymer precursor loaded with filler particles, in comparison to conventional pyrolysis. For such investigations, cylindrical bulk specimens were used (diameter of 13 mm and thickness between of 2-4 mm). It was demonstrated that the ceramic yield as well as the elemental composition of the polyorganosilazane are not adversely influenced by PAP process. The bulk samples based on precursor and TiSi2 under conventional pyrolysis, under N2 atmosphere, showed no significant conversion of the fillers into nitrides. In contrast, the use of PAP led not only to an enhances filler conversion but also to a densification of the composite. The resulting microstructure is dominated by Ti(C,N) as well as a mixture of a- and ß- Si3N4 phases embedded in an amorphous SiCN matrix. In the same way the coatings, on sintered substrates, based on polyorganosilazane and TiB2, processed under conventional pyrolysis showed almost no filler conversion up to temperature of 1150 °C. The final coating was based mainly on TiB2 and the formed SiCN network. While in the specimens after PAP process mainly Ti (C, N) and C0.858 (BN)0.571 were formed, and no residual TiB2 was detect. The diffusion phenomenon between coating and sintered substrate was also drastically affected under plasma conditions. Considerable amount of iron could be detected in the coating, after the plasma assisted pyrolysis. Such difference between conventional and plasma assisted pyrolysis process is attributed to the high reactivity of the plasma environment, in which reactive species, as atomic nitrogen, are available to react with the sample. It could be demonstrated that plasma assisted pyrolysis is a very suitable way to process polymer derived ceramic composite materials with a tailored microstructure. O uso de precursores carregados com fillers possibilita projetar a microestrutura e as propriedades de revestimentos cerâmicos para diferentes aplicações, como revestimentos de barreira térmica, revestimento de barreira ambiental ou para aplicações tribológicas. O objetivo deste trabalho foi desenvolver e empregar o novo processo de pirólise assistida por plasma (PAP) para o desenvolvimento de revestimentos compósitos cerâmicos sobre substratos de aço sinterizado. Os revestimentos são baseados em cerâmica derivada de polímero, sendo o precursor um poliorganossilazano. Durante o desenvolvimento do revestimento utilizaram-se diferentes fillers. As cargas ativas, como TiSi2 e TiB2, foram utilizadas para compensar a retração do precursor e para gerar a formação in situ de fases como nitretos e carbonetos. Inicialmente foi necessário investigar a influência da PAP sobre o comportamento do precursor puro e no comportamento do precursor carregado com partículas de fillers, em comparação com a pirólise convencional. Para tais investigações, foram utilizados amostras cilíndricas (diâmetro de 13 mm e espessura entre 2 e 4 mm). Foi demonstrado que o rendimento cerâmico, assim como a composição elementar do poliorganossilazano, não são influenciados negativamente pelo processo PAP. As amostras baseada no precursor e TiSi2 sob pirólise convencional, atmosfera de N2, não mostrou nenhuma conversão significativa dos fillers em nitretos. No entanto, a utilização da PAP promoveu tanto ao aumento na conversão do filler, assim como uma maior densificação do compósito. A microestrutura resultante é dominada por Ti (C, N), e uma mistura de fases a- e ß-Si3N4 incorporadas numa matriz amorfa de SiCN. Do mesmo modo, os revestimentos sobre os substratos sinterizados, compostos por poliorganossilazano e TiB2, processados em pirólises convencionais, mostraram quase nenhuma conversão do filler até na temperatura de 1150 ° C. O revestimento final baseou-se principalmente em TiB2 e na fase SiCN. Enquanto, as amostras após o processo de PAP formaram principalmente fases como Ti (C, N) e C0.858 (BN) 0.571, e não foi detectado TiB2 residual. O fenômeno de difusão entre o revestimento e o substrato sinterizado também foi drasticamente afetado no ambiente de plasma. Uma quantidade considerada de ferro pode ser detectada no revestimento, após a pirólise assistida por plasma. Essas diferenças entre o processo de pirólise convencional e assistido por plasma é atribuída à alta reatividade do ambiente de plasma, no qual as espécies reativas, como o nitrogênio atômico, estão disponíveis para reagir com a amostra. Pode ser demonstrado que a pirólise assistida por plasma é uma maneira muito adequada para processar materiais compósitos cerâmicos derivados de polímeros com uma microestrutura projetada.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. Metais com alta capacidade de amortecimento são materiais promissores para o controle passivo de vibrações, especialmente quando polímeros não podem ser aplicados. A metalurgia do pó pode levar ao desenvolvimento de materiais de alta capacidade de amortecimento inovadores através da possibilidade de acurado design microestrutural, o que pode permitir combinar diversos micromecanismos de amortecimento. Este trabalho avaliou com sucesso a influência de poros e partículas HBN sobre a vibração capacidade de amortecimento de ferro puro sinterizado. Para tal, as amostras foram produzidas com diferentes pressões de compactação, a fim de atingir diferentes teores de porosidade residual de, aproximadamente, 14, 18, 22 e 30%. Compósitos de matriz ferrosa contendo 2,5, 5,0, 7,5 e 10,0 %vol. de nitreto de boro hexagonal (hBN) disperso também foram produzidos. Ambos materiais, ferro puro e compósitos ferro-hBN, mostraram uma capacidade de amortecimento profundamente dependente da amplitude de vibração. Maiores amplitudes de deformação levam a uma maior capacidade de amortecimento, como resultado de maior nível de energia disponível para ativar seus mecanismos de amortecimento. Menores pressões de compactação levam a formação de poros maiores, mas a maioria das partículas de hBN, cisalhadas e partidas durante a compactação, são maiores, mais alongadas e com bordas mais agudas do que qualquer poro detectado. Ambos constituintes microestruturais levam à redução das propriedades mecânicas, mas o hBN promove uma fragilização maior como resultado da redução da continuidade da matriz do compósito gerado. Esta é uma consequência dos aglomerados hBN que são prensados e espalhados entre as partículas de ferro, impedindo a formação de contatos metal-metal e, consequentemente, impedindo a difusão e assim a densificação do compósito. A vantagem deste fato é a introdução de um novo micromecanismo de amortecimento: o atrito entre estas interfaces fracamente ligadas. Este comportamento, associado à capacidade intrínseca de amortecimento do hBN, leva a um crescimento exponencial da capacidade de amortecimento do compósito final, a medida que se aumenta o percentual deste sólido lamelar. A adição de 10% vol. de hBN leva a uma capacidade de amortecimento três vezes maior do que as amostras de ferro puro. No entanto, esta quantidade de hBN conduz também a uma tensão de falha durante os ensaios de tração de apenas 31 MPa, com alongamento máximo de apenas 0,4 %. Por outro lado, um aumento na percentagem e tamanho dos poros não conduz a um aumento representativo na capacidade de amortecimento do ferro sinterizado. Apesar de atuarem como concentradores de tensão, assim favorecendo mecanismos dependentes da amplitude de deformação na matriz adjacente, poros também reduzem o volume efetivo de material dissipando energia mecânica. A capacidade de amortecimento constante resultante pode ser explicada como uma redução simultânea de ambos os módulos de armazenamento e de perda. Abstract: High damping metals are promising materials for passive vibration control, especially when polymers cannot be applied. Powder metallurgy can lead to innovative high damping materials through precise microstructure designing, which may allow combine many different damping micromechanisms. This work successfully evaluated the influence of pores and hBN particles on the vibration damping capacity of sintered iron. To this end, samples were produced using different pressing loads in order to achieve different residual porosity of approximately, 14, 18, 22 and 30%. Iron matrix composites containing 2.5, 5.0, 7.5 and 10.0 % vol. of dispersed hexagonal boron nitride (hBN) particles were also produced. Both pure iron and iron-hBN composite samples showed a damping capacity deeply dependent of the strain amplitude. Higher strain amplitudes lead to higher damping capacity as a result of higher energy amounts available to activate their damping mechanisms. Lower compaction load leads to bigger pores, but the majority of the hBN particles, which are smeared, sheared and cracked during compaction are bigger, more elongated and with shaper edges than any detected pore. Both microstructural features lead to lower mechanical properties, but the hBN promotes a higher embrittlement as result of the reduction of matrix continuity. This is a consequence of the hBN agglomerates that are sheared in between the iron particles preventing the formation of metal-metal contacts, and consequently preventing diffusion and densification. The upside of this fact is the introduction of new damping micromechanism, the friction between this loosely bonded interfaces, i.e., particles can rub each other during cyclic loads dissipating mechanical energy. This behavior, associated with the hBN's intrinsic damping capacity lead to an exponential growth of the composite's final damping capacity by the introduction of this lamellar solid. The introduction of 10 % vol. of hBN leads to a damping capacity three times greater than the pure iron samples. However, this amount of hBN leads also to a failure tensile stress of only 31 MPa, with maximum elongation of only 0.4 %. On the other hand, a higher pore percentage do not lead to a representative increase in the damping capacity of sintered iron. Despite acting as stress concentrators, thus favoring amplitude-dependent mechanisms at the adjacent matrix, pores also reduce the effective volume dissipating mechanical energy. The resulting constant damping capacity can be explained as a simultaneous reduction of both storage and loss moduli.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. Esta tese visou o desenvolvimento de um material autolubrificante volumétrico de matriz ferrosa contendo MoS2 como elemento lubrificante majoritário. Estudos demonstram a dificuldade em se produzir este tipo de compósito, devido a reação do MoS2 com a matriz ferrosa durante a sinterização. Desta forma, a pesquisa desenvolvida nesta tese buscou soluções para evitar ou reduzir esta reação, avaliando a influência de parâmetros da matéria-prima da matriz e da fase lubrificante (tamanho de partícula, adição de outros elementos e teor de lubrificantes), bem como parâmetros de processamento (taxa de aquecimento, temperatura, formação de fase líquida, tempo de patamar e atmosfera de sinterização). Os resultados mostraram que a temperatura influiu de forma preponderante na reação, mas não a taxa de aquecimento e que o uso de um pó de Fe de menor tamanho de partícula acelera-a; o melhor desempenho está associado ao MoS2 de maior tamanho de partícula (d50=32µm) e 9% em volume é o teor limite; a adição de grafite ou h-BN retarda a reação, porém apenas compósitos com MoS2+grafite apresentaram coeficiente de atrito abaixo de 0,2 associado a um baixo desgaste. A adição de elementos de liga modificou a forma como o MoS2 reagiu com a matriz ferrosa e o desempenho tribológico do compósito, sendo que alguns apresentaram resultados similares ao Fe puro (Ni misturado e P pré-misturado), outros possuem caráter deletério (Cr e Mo misturados e Mo pré-ligado) e alguns apresentaram caráter benéfico (C e P misturados e Cr pré-ligado). É viável sinterização de amostras em temperaturas entre 800 e 850 °C, porém as abordagens visando a intensificação da densificação e propriedades mecânicas não foram bem sucedidas. Através da definição e controle da matéria prima inicial (nomeadamente tamanho de partícula da matriz e do MoS2), composição do compósito e parâmetros de processamento (temperatura, tempo e atmosfera de sinterização) foi possível a produção de materiais autolubrificantes de matriz ferrosa contendo MoS2 como elemento lubrificante majoritário que apresentam baixo coeficiente de atrito a seco (0,06-0,08) associado a uma baixa taxa de desgaste (2,0-3,5 x 10-6 mm³.N-1.m-1). Abstract : This thesis aimed the development of a self-lubricating composite containing MoS2 dispersed in an iron matrix produced by powder metallurgy. Previous studies demonstrate that MoS2 reacts with iron matrices during sintering, making the production of Fe-MoS2 composites rather difficult. Therefore the research developed within this thesis focused on the possible solutions to avoid or reduce this reaction, evaluating the influence of raw material (particle size, amount and type of lubricants) and processing (heating rate, temperature, dwell time, liquid phase formation and atmosphere) parameters. The results have shown that temperature has a major influence on the reaction, but not the heating rate; the use of a small Fe particle size accelerates the reaction; better performance was achieved by using the d50=32µm MoS2 and 9% in volume is the limit amount; the addition of graphite or h-BN slows the reaction, but only MoS2+graphite composites presents friction coefficient below 0,2 associated with low wear rate. The addition of alloying elements modified how MoS2 interacts with the iron matrix and the composite friction coefficient, some of which had a beneficial effect (admixed C and P, and pre-alloyed Cr alloy), while others (admixed Cr and Mo, and pre-alloyed Mo alloy) are harmful. It is possible to produce iron samples by low temperature sintering (800-850 °C), however the approaches to improve densification and mechanical properties were not successful. By means of defining and adequate control of the raw material (namely particle size of matrix and lubricants), composition and processing parameters (sintering temperature, time and atmosphere) it was possible to produce self-lubricating iron based composites containing MoS2, which presented low dry friction coefficient (0,06-0,08) and low wear rate (2,0-3,5 x 10-6 mm³.N-1.m-1).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. Neste trabalho foi estudada a formação de uma camada de compostos de boro, isolante elétrico, nas partículas de ferro para o desenvolvimento de um compósito magnético mole. Os revestimentos foram obtidos a partir de duas rotas de fabricação, a primeira foi a transformação de ácido bórico em óxido de boro e vapor de água e a segunda foi o tratamento termoquímico de boretação em caixa das partículas de ferro. A formação e a estabilidade das camadas foram estudadas utilizando as caracterizações de microscopia eletrônica de varredura, microscopia ótica, analises térmicas, densidade e propriedades mecânicas. Foram ainda analisadas as propriedades elétricas e magnéticas dos compósitos. Para desenvolver o revestimento a base de óxido de boro, partiu-se de três concentrações diferentes de ácido bórico (1, 2 e 5 % em massa) adicionadas via mistura líquida de uma solução com álcool isopropílico. As análises térmicas mostram que as reações de transformação ocorrem nas temperaturas de 160°C e 180°C. As imagens de microscopia eletrônica de varredura nas partículas de ferro mostram que há uma camada de ácido bórico que varia de acordo com a concentração do ácido. As amostras tratadas à 900°C indicaram camadas homogêneas na metalografia, porém os resultados de resistividade foram próximos aos do Fe-AHC compactado, indicando que há muitos contatos metal-metal entre as partículas de ferro. A partir desses resultados, os compósitos foram tratados a 700°C, mostrando que a resistividade aumentou de 0,31 para 9,1 µ?.m para amostra com 2 % de ácido bórico. O tratamento termoquímico de boretação formou uma camada de boreto de ferro (Fe2B) na superfície das partículas. Esse revestimento mostrou-se estável até 900°C onde foi realizado o tratamento térmico do compósito. No entanto, a mistura boretante não foi separada de forma eficiente, deixando partículas não magnéticas no compósito. As propriedades magnéticas de permeabilidade foram maiores que as amostras com óxido de boro, porém o Fe2B não apresenta elevada resistividade, aumentando as perdas por correntes parasitas. O compósito que apresentou melhores resultados nas propriedades elétricas, magnéticas e mecânicas, neste estudo, foi formado a partir do ácido bórico. As propriedades magnéticas de permeabilidade foram de 160, a uma indução de 300 mT e 60 Hz, para amostra contendo 1% de ácido e 6,74 W/kg de perdas totais, a 800 mT e 60 Hz. Abstract : In this work was studied the formation of boron compounds layer as electric isolated in the iron particles to development of a soft magnetic composite. The coatings were obtained from two productions routes, the first one was the boric acid to boron oxide and water vapor transformation and the second one was the thermochemical treatment of boriding of the iron particles. The coating formation and stability was investigated using the characterizations of scanning electron microscopy, optical microscope, thermal analysis, density and mechanical properties, they were also analyzed the electric and magnetic properties of the composites. For boron oxide coating was split in three different concentrations of boric acid, 1, 2, 5 %wt. in the composite, via the liquid mixture added a solution with isopropyl alcohol. The thermal analysis showed that the transformation reactions occur at temperatures of 160°C and 180°C. The scanning electron microscopy in the iron particles show that there is a boric acid layer varies according to the acid concentration. The samples treated at 900°C indicated the homogeneous layers in metallography, but the resistivity results were close to the compacted pure iron, indicating that there is a lot contacts between the particles. From these results, the composites were treated at 700°C, showing that resistivity increased from 0.31 to 9.1 µO.m for sample with 2% boric acid. The thermochemical treatment of boriding formed an iron boride (Fe2B) layer on the surface of the particles iron. The coating remained stable up to 900°C where it was carried out the heat treatment of the composite. However, boriding mixture was not separated efficiently, leaving non-magnetic particles in the composite. The magnetic permeability properties were higher than the samples containing boron oxide, but the iron boride does not have high resistivity, increasing eddy current losses. The composite demonstrated better results in this study was formed from a boric acid containing 1%. The magnetic permeability properties were 160, at an induction of 300 mT e 60 Hz, for the sample content 1% of acid and 6,74 W/kg of total loss, at 800 mT e 60 Hz.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. Superfícies com propriedades otimizadas e resistentes a falhas, tem impulsionado cientistas e pesquisadores a desenvolver novos materiais e tecnologias ou melhorar e modificar as já existentes. Na década de 70, surgiu uma nova e promissora classe de revestimentos cerâmicos obtidos através da decomposição térmica de precursores poliméricos. Através do projeto molecular do polímero e da correta seleção de cargas a serem adicionadas, é possível gerar propriedades intrínsecas no revestimento. Este trabalho, que está inserido no escopo de um projeto Bragecrim, tem como desafio a união de um aço 95,9%Fe1,5%Mo2%Ni0,6%C produzido por metalurgia do pó, um processo versátil que permite o projeto e obtenção de peças na forma e microestrutura finais com reprodutibilidade, com um revestimento cerâmico derivado de polímero afim de evitar a oxidação do aço na temperatura de 450°C. Para atingir o objetivo, foi aplicado um revestimento com propriedade de barreira, desenvolvido pelo instituto de cerâmica da universidade de Bayreuth, para proteção de aços laminados em temperaturas médias. Os resultados obtidos demonstram que o revestimento PDC com cargas passivas de zircônia e vidros de boro e bário silicato, tratados termicamente em temperaturas de até 800°C, reduzem em até 40% a oxidação do aço gerando um efeito similar a dos óxidos passivadores. As análises químicas e imagens obtidas em MEV não mostram a formação de uma camada reagida entre os dois materiais, levando a conclusão que a adesão observada qualitativamente, pode ser resultado de ancoramento mecânico na porosidade residual do aço sinterizado. Abstract : Surfaces with enhanced properties and resistant to failure has driven scientists and researchers to develop new materials and technologies or to improve and modify existing ones. In 70´s, a new and promising class of ceramic coatings obtained by thermal decomposition of polymeric precursors emerged. Through polymer molecular design and correct selection of fillers to be use, it is feasible to generate intrinsic properties on the surface. This study, which is inserted in a Bragecrim project, has the challenge of coupling a 95.9%Fe 1.5%Mo 2%Ni 0.6%C steel produced by powder metallurgy, a versatile process that enables obtaining parts in its final shape and microstructure, with a ceramic coating derived from polymer precursor in order to avoid the oxidation of the sintered steel in 450°C. To achieve the objective, it was applied a coating with barrier properties, developed by the ceramic institute of Bayreuth University, for medium temperature mild steels protection. The obtained results show that PDC coatings loaded with zirconia, boron and barium silicate glasses fillers, thermally processed at temperatures up to 800°C, can reduce the steel oxidation in approximately 40% by generating an effect similar the passivating oxides. Chemical analysis and SEM images do not show a reacting layer between coating and steel, leading to the conclusion that that the qualitative adhesion observed is result of mechanical anchoring in the surface residual porosity, characteristic of sintered steels.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. Materiais sinterizados estão se tornando cada vez mais importantes porque suas microestruturas podem ser facilmente controladas e adaptadas, possibilitando o desenvolvimento de materiais com propriedades particulares projetadas para cada aplicação específica. A microestrutura final pode ser alcançada através de reações ?in situ? durante a sinterização, que evoluem em direção ao equilíbrio termodinâmico. Portanto, conhecer o equilíbrio final e a cinética são imprescindíveis para predizer as reações que podem ocorrer durante a sinterização. Com a evolução computacional das últimas décadas, foram desenvolvidos os softwares comerciais Thermo-Calc® e DICTRA® que permitem simular condições de termodinâmica e de cinética e com isso reduzir o número de experimentos para se alcançar a microestrutura desejada. Este trabalho tem como objetivo avaliar a aplicação destes softwares para estudar reações durante a sinterização. Na primeira etapa foram desenvolvidos pares de difusão de Fe/Ni e Fe-3%Si/Ni produzidos por duas rotas, sendo a primeira por dupla compactação de dois pós metálicos seguida de co-sinterização (amostras co-sinterizadas) e a segunda pela união de dois materiais já sinterizados seguida de tratamento térmico (amostras de referência). Após os tratamentos térmicos as composições químicas nas zonas de interdifusão foram avaliadas e comparadas com as simulações do DICTRA® e Thermo-Calc®. Os resultados mostraram que as simulações e os resultados experimentais apresentaram as mesmas tendências. As espessuras das zonas de interdifusão foram maiores nas amostras co-sinterizadas devido a ativação de mecanismos de difusão típicos da metalurgia do pó. As curvas dos perfis de difusão das amostras de referência apresentaram melhor ajuste as simuladas, pois as características destas amostras se assemelham mais ao modelo utilizado pelo DICTRA®. Na segunda etapa, para estudar as reações que ocorreram nas zonas de interdifusão dos pares, foram produzidas novas amostras compostas pela mistura volumétrica dos pós seguidas de sinterização. Os resultados mostraram que durante a interdifusão dos elementos ocorre a geração de porosidade difusional devido a diferença dos coeficientes de difusão dos elementos, as fases formadas durante a sinterização foram as previstas pelo Thermo-Calc®. Os resultados mostraram que os softwares podem se tornar ferramentas valiosas para o desenvolvimento de materiais sinterizados. Abstract: Sintered materials are becoming increasingly important because their microstructure can easily be controlled and tailored. Thus, materials with particular properties designed for each specific application can be developed. The final microstructure can be obtained through reactions "in-situ" during sintering, which occurs in the direction towards the thermodynamic equilibrium. Therefore, knowledge about the final equilibrium and kinetics are essential to predict reactions that may occur during sintering. Computational thermodynamics had a rapid evolution in the last two decades, the commercial software Thermo-Calc® and DICTRA® can simulate thermodynamic and kinetic conditions and thereby reduce the number of experiments required to achieve the desired microstructure. This study aims to evaluate the application of these software to study reactions during sintering. In the first step, the diffusion couple?s Fe/Ni and Fe-3%Si/Ni were produced by two different routes, the first route by double pressing metallic powders followed by co-sintering (co-sintered samples) and the second route by joining two materials already sintered followed by annealing (reference samples). After the heat treatments, the chemical compositions in the interdiffusion zones were assessed and compared with simulations. The results showed that simulations and experimental results presented the same tendencies. The interdiffusion zones were broader in co-sintered samples due to activation of diffusion mechanisms typical from powder metallurgy. The interdiffusion profiles of the reference samples showed better fitting with simulated ones because the characteristics of these samples are more similar to the model used by DICTRA®. In the second step, to study the reactions that occurred in the interdiffusion zones, new samples composed by volumetric mixture of the powders were prepared and sintered. The results showed that diffusional porosity were generated during sintering cause by the different diffusion coefficients of the elements. The phase formed during sintering was the same predicted by Thermo-Calc®. The results showed that both software can become a valuable tools for the development of sintered materials.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. A cementação a plasma tem sido utilizada com o intuito de melhorar a qualidade das propriedades superficiais de diferentes materiais, visto as vantagens desse processo quando comparado aos tratamentos convencionais. Normalmente, os tratamentos de cementação são realizados em altas temperaturas, levando a possíveis perdas nas tolerâncias geométricas das peças. Neste trabalho foram investigados tratamentos individuais de cementação e tratamentos sequenciais de nitretação-cementação a plasma em baixas temperaturas, em amostras de ferro puro produzidas via metalurgia do pó. Os tratamentos de cementação foram realizados a 500 °C em uma atmosfera de 98%H2 + 2%CH4, durante 3 horas. As nitretações, por sua vez, foram realizadas a 500 °C durante 3 horas em três diferentes misturas gasosas: (1%N2 + 99%H2), (10%N2 + 90%H2) e (90%N2 + 9% H2 + 1% CH4), todas seguidas por um tratamento de cementação a plasma. Parâmetros como pressão, fluxo, diferença de potencial (DDP) e tempo de pulso ligado (ton), foram mantidos constantes em todos os tratamentos. A morfologia e as propriedades das camadas cementadas foram avaliadas em função dos diferentes tratamentos de nitretação. A microestrutura das camadas foi avaliada por meio da microscopia óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV). Para a análise de fases foi empregada a difração de raios-x com ângulos rasantes, utilizando 1 e 3° como ângulos de incidência. A caracterização da topografia das camadas foi realizada com o auxílio da técnica de interferometria óptica de luz branca e MEV. E a dureza das camadas foi avaliada através de nanodureza e microdureza Vickers. Os resultados mostram uma influência da mistura gasosa na morfologia, e nas fases das camadas nitretadas. Uma fina camada de cementita foi observada após todos os tratamentos de cementação, tendo seu crescimento e propriedades influenciados pelas diferentes camadas nitretadas. Além disso, o tratamento sequencial de cementação elevou a dureza superficial e aumentou a profundidade de endurecimento das camadas nitretadas. Abstract: Plasma carburizing has been employed in order to improve surface properties of different materials due the many advantages offered by this process when compared to conventional carburizing techniques. Normally, these treatments are realized at high temperatures, which cause loss of dimensional tolerances. In this work plasma carburizing and plasma nitriding-carburizing of sintered pure iron at low temperatures were investigated. The carburizing treatments were performed at 500 °C for 3 hours in a mixed atmosphere of 98% H2 + 2% CH4. The nitriding treatment were perfomed at 500 °C for 3 hours in three different gas mixture: (1%N2 + 99%H2), (10%N2 + 90%H2) and (90%N2 + 9% H2 + 1% CH4) all followed by a plasma carburizing. Parameters as gas pressure and flow, potencial difference and switched-on time (ton) were kept the same in all treatments. Morphology and properties of the carburized layers have been evaluated as a function of the different nitriding treatments. The layer microstrucutures were evaluated by optical (OM) and scan electron microscopy (SEM). For phase identification, glancing angle x-ray diffraction was conducted, using 1 and 3° as incidence angles. Topography was analysed by white light optical interferometry and SEM. The layers hardness were verified by nanohardness and Vickers microhardness. Results show the influence of the gas mixture to the morphology and phase composition of the nitride compounds layers. Plasma carburizing promotes a formation of a thin and massive cementite layer. The growth and the properties of the carburized layer is influenced by the different nitrided layers. Furthemore, nitriding-carburizing treatments promote harder surface and greater case depth than single nitriding treatment.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. Este trabalho avaliou a viabilidade da formação de filmes isolantes a base de óxidos cerâmicos sobre a superfície de partículas ferromagnéticas via mistura de pós a seco, a fim de obter materiais compósitos magnéticos macios. Primeiramente, as partículas de ferro puro passaram por um tratamento de esferoidização, que propicia a diminuição da rugosidade superficial, gerando partículas mais esféricas que auxiliam a formação de filmes contínuos. Sequencialmente, óxidos isolantes são incorporados a mistura, promovendo o recobrimento das partículas ferromagnéticas. Os materiais óxidos utilizados como recobrimento foram NiO2, MnO2, Fe2O3, e uma ferrite soft de manganês. Composições contendo 7% em volume destes óxidos foram estudadas, e suas formações, estabilidades e propriedades foram caracterizadas através de microscopia eletrônica de varredura, microscopia ótica, análises térmicas, densidade e propriedades mecânicas, propriedades elétricas e magnéticas. Pode-se verificar que as composições contendo Fe2O3 são menos estáveis termicamente, e composições contendo MnO2 puro possibilitam a produção de filmes mais contínuos. A influência da temperatura sobre a integridade da camada e sobre as propriedades elétricas e magnéticas foi analisada. Variou-se a temperatura de tratamento térmico em 880, 700 e 500°C, observando-se que, quanto menor a temperatura, menor a degradação da camada isolante e melhores são os resultados de resistividade elétrica e perdas magnéticas dos compósitos desenvolvidos. Para as composições contendo 7% de MnO2 observou-se valores de resisitividade próximos a 25 µ?.m para todas as temperaturas analizadas, no entanto, para composições contendo 7% de Fe2O3 o valor de resistividade variou de 0,3 a 77 µ?.m para as temperaturas de 880 e 500°C, respectivamente. A magnetização inicial, a permeabilidade e as perdas magnéticas dos materiais produzidos foram avaliadas, e a fim de se obter melhores resultados magnéticos um pó de ferro puro com tamanho de partículas maior foi utilizado juntamente com menores percentuais de óxidos isolantes. Todo este estudo utilizou um material comercial como referência, o Somaloy 3P 700 da empresa Höganäs, e verificou-se que para a indução de 800mT, as perdas totais para o Somaloy são de 4,07 W/kg, enquanto para a amostra contendo 4% de MnO2 são de 6,17 W/kg, sendo este o melhor resultado magnético obtido neste trabalho. Abstract : This study evaluated the feasibility of forming ceramic oxides based insulating films on the surface of ferromagnetic particles via dry powder mixture, to obtain soft magnetic composites. First, pure iron particles passed through a spheroidization treatment, which promotes the reduction of surface roughness, generating more spherical particles which promotes the formation of continuous films. Sequentially, insulating oxides are incorporated into the mixture, promoting coating over ferromagnetic particles. The oxides used as coating materials were NiO2, MnO2, Fe2O3 pure and mixed stoichiometrically one with another, and a soft ferrite of manganese. Compositions containing 7% vol. of these oxides were studied, and their formations, stabilities and properties were characterized by scanning electron microscopy, optical microscopy, thermal analysis, density and mechanical properties, electrical and magnetic properties. It can be seen that the compositions containing Fe2O3 are less thermally stable, and compositions containing pure MnO2 and Mn ferrite enable the production of more continuous films. The influence of temperature on the integrity of the layer and on the electrical and magnetic properties was examined by varying the heat treatment temperature (880, 700 and 500°C), observing that a lower temperature, provides a lower degradation of the insulating layer and a better result of electrical resistivity and magnetic losses of the developed composites. For compositions containing 7% of MnO2 was observed resistivity values near 25 µO.m for all temperatures, however, for the compositions containing 7% Fe2O3 the resistivity varied from 0.3 to 77 µO.m for the temperatures of 880 and 500°C respectively. The initial magnetization, permeability and magnetic losses of the produced materials were evaluated, in order to obtain better results magnetic pure iron powder with greater particle size was used with lower percentages of insulating oxides. All this study used a commercial material as a reference, Somaloy 3P 700 from Höganäs company, and it was found that for the induction of 800mT, induction that is usually employed in domestic electric engines, the total losses for Somaloy is 4, 07 W/kg, while for the sample containing 4% of MnO2 are 6.17 W/kg, which is the best magnetic result obtained in this work.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. O presente trabalho estuda a influência das condições iniciais (características da matéria prima e composição química) e dos parâmetros de processamento visando o desenvolvimento de materiais porosos metálicos a partir de pós de óxidos utilizando pó de grafita como material de sacrifício. Os corpos de prova são moldados a partir de misturas dos pós, por compactação em matriz flutuante. A grafita é removida via tratamento térmico de oxidação pela passagem de um fluxo de ar atmosférico. O esqueleto poroso cerâmico formado pela sinterização dos componentes produzidos pela compactação do pó de óxido durante o tratamento térmico de oxidação é convertido em esqueleto poroso metálico pela redução em fluxo de gás contendo hidrogênio (mistura de 95% gás argônio + 5% de hidrogênio). Foi verificada uma dependência da temperatura de início da reação de oxidação da grafita com o oxigênio do ar (eliminação da grafita por oxidação) com o tamanho de partícula da grafita e do tipo de óxido no qual a grafita se encontra misturada. Um estudo sistemático da dependência da temperatura de início de oxidação da grafita mostrou que esta depende de forma linear da variação energia livre molar deformação dos óxidos presentes na mistura. Foi também verificado que a taxa de perda de massa na reação de oxidação depende do tamanho de partícula do óxido misturado; além disso, depende do tamanho físico do componente em tratamento (tamanho da peça). Isto se justifica em função da variação da capacidade de percolação do gás oxidante e dos produtos gasosos da reação através da amostra em tratamento. A permeabilidade da amostra varia com o tamanho de partícula dos pós e as dimensões da amostra. Varia também ao longo do tempo de tratamento de oxidação da grafita devido à gradativa diminuição da rede de poroso comunicantes resultante da sinterização das partículas de pó em curso durante o tratamento. Esta é mais intensa e se inicia em temperaturas mais baixas a medida que são utilizados pós com menor tamanho de partícula. Desta forma, a adição de certa parcela de óxidos mais refratários, como o pó de alumina, que dificulta a sinterização entre as partículas de óxido da matriz do esqueleto poroso, mostra-se efetiva para diminuir a taxa de sinterização e as decorrentes dificuldades de percolação citadas. Abstract: This following research studies the initial conditions influence (characteristics of raw materials and chemical composition) and processing parameters for the metal porous materials development using powder oxides and graphite as a space holder. Samples are molded frompowder mixtures through matrix compaction. Graphite was removed through oxidation heat treatment in air. The sintered body during oxidation heat treatment is converted into a porous metallic body through reduction treatment in hydrogen (95% argon + 5% hydrogen). A relation between the initial oxidation reactions with the graphite particle size and the oxide type, in which the graphite is mixed, was observed. It was also verified, an approximate linear relationship of the initial oxidation reaction temperature with the oxides mixture free molar energy. It was also found that the mass loss rate in the oxidation reactiondepends on the particle size of the mixed oxide; moreover depends onthe physical size of the component under treatment (part size). This is explained through the variation of the percolating ability of the oxidizing gas and gaseous reaction products through sample. The permeability of the sample varies with the powder particle size and the sample dimensions. Also varies throughout the graphite oxidation treatment period due to the gradual decrease of the network interconnecting resulting porous sintering of powder particles on going during treatment. This is more intense and starts in lower temperatures when are used as powders with smaller particle size. As a result, theaddition of more refractory oxides, such as alumina powder, whichdisturbs the porous body oxide particles sintering, is effective to lower the sintering rate and the related percolation problems mentioned above.

Tese (doutorado)- Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. Aços sinterizados contendo lubrificante sólido incorporado ao volume são materiais potencialmente interessantes para o controle de atrito e desgaste nos modernos sistemas mecânicos, onde são predominantes os regimes de lubrificação mista ou, até mesmo, lubrificação limite. Neste trabalho, partículas de grafita foram geradas in situ no volume de aços Hadfield via dissociação de carboneto de silício durante a sinterização. Estes aços foram processados via moldagem de pós por injeção, sendo o estudo dividido em três etapas: i) desenvolvimento da matriz do aço Hadfield; ii) geração de grafita no volume de aços Hadfield; iii) caracterização de aços Hadfield processados em forno tubular. As duas etapas iniciais foram realizadas com o objetivo de entender a influência dos pós e parâmetros de sinterização na formação microestrutural destes novos materiais. O uso de pó de ferromanganês de elevado teor de Mn e tamanho de partícula superior ao do pó de ferro resultou em porosidade secundária. Atmosfera de sinterização com baixo potencial químico de oxigênio foi recomendado para evitar a oxidação das partículas ricas em Si/Mn. Além disto, foi recomendado o resfriamento do forno a uma taxa maior que 50 ºC/min para evitar a precipitação de fase secundária em contorno de grão. Em termos de geração de grafita, observou-se que o elevado potencial químico causado pela mistura dos diversos pós de elementos de liga contribuiu para a rápida difusão dos átomos de C, provenientes da dissociação do SiC, na matriz metálica. Assim, a formação da grafita aparenta estar associado a um processo de solubilização e precipitação, o que faz com que a grafita gerada no volume dos aços Hadfield apresente características similares a do ferro fundido. Abstract : Sintered steels containing embedded solid lubricants in the volume are potential interesting materials to control friction and wear in modern mechanical systems, where regimes of mixed lubrication or even boundary lubrication are predominant. In this work, graphite particles were generated in situ in the volume of Hadfield steels via dissociation of silicon carbide during the sintering. These steels were processed by powder injection molding, and the study divided in three stages: i) development of the Hadfield steel matrix; ii) generation of graphite in the volume of the Hadfield steels; iii) characterization of Hadfield steels sintered in a tubular furnace. First two stages were carried out with the goal of understanding the influence of powders and sintering parameters on the microestrutural formation of these new materials. The use of high Mn content iron-manganese powder and with particle size bigger than the iron powder resulted in secondary porosity. Low oxygen chemical potential sintering atmosphere was recommended to avoid oxidation of the Si/Mn rich particles. Moreover, the ratio of furnace cooling was recommended to be over 50 ºC/min to avoid grain boundary precipitation of secondary phases. In terms of graphite generation, it has been observed that the high chemical potential caused by the mixture of several alloying powders contributed to the fast diffusion of C atoms, dissociated from SiC, into the metallic matrix. Thus, graphite formation is apparently associated to a solubilization and precipitation process, which meant that the graphite generated in the volume of the Hadfield steels presented similar characteristics to cast iron.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015 O Cobre é um material bem conhecido e amplamente utilizado em componentes com a função de trocador ou extrator de calor. Entretanto, o cobre possui resistência mecânica e limite de temperatura de operação considerados baixos. Desta forma há uma oportunidade de desenvolvimento de materiais que aliem a capacidade de extração de calor do cobre com uma maior resistência mecânica. Neste trabalho, foi estudada a sinterabilidade e analisadas as propriedades térmicas e microestruturais de um material composto por ferro e cobre produzidos pelas técnicas da metalurgia do pó. A rota de fabricação foi a mistura de pós, simples compactação e sinterização na presença e na ausência de fase líquida, dependendo da temperatura de sinterização selecionada. A quantidade de cobre nas amostras variou de 20 a 80% em volume. O principal objetivo do desenvolvimento do trabalho foi o desenvolvimento de um material ferroso sinterizado condutor térmico. Com este material visou-se alcançar uma condutividade térmica maior que em ferro puro produzido pela mesma rota. Para atingir tal objetivo, era desejado obter-se microestruturas onde o cobre formasse uma fase contínua pela qual, pressupõe-se, que o calor pudesse fluir de forma facilitada. Para obter a microestrutura desejada estudaram-se as reações e a sinterabilidade de misturas de pós de Fe-Cu durante a fase de aquecimento e sinterização isotérmica através de análises térmicas diferenciais (DTA+TG) e a sinterização de amostras em um dilatômetro. As amostras produzidas foram caracterizadas via microscopia óptica e eletrônica, análise química por EDS, medidas de microdureza e medida de difusividade térmica utilizando a técnica Laserflash para posterior cálculo da condutividade térmica. As amostras com percentuais de cobre igual ou superior a 40% apresentaram fase contínua de cobre em sua microestrutura. A condutividade térmica dos materiais contendo cobre foi maior que do ferro puro produzido sob as mesmas condições e a amostra contendo 40% de Cobre apresentou resultados promissores com valores de condutividade similares a amostra contendo 80% de Cobre. Os resultados indicam que não apenas o teor de Cobre, mas também o tipo de sinterização realizada e, portanto,a microestrutura final, especialmente a relação entre as fases do material e a porosidade, possuem um efeito determinante sob a condutividade térmica dos mesmos. Abstract : Copper is a well known material and largely used in components as heat exchangers or heat sinks. However, the mechanical strength and operation temperature of copper are considerably low. Therefore, there is an opportunity to develop materials that combine the copper ability of heat exchange with higher mechanical resistance. During this work, it was studied the sintering behavior, microstructures and thermal properties of Fe-Cu materials produced by powder metallurgy. The production route was powder mixing, single pressing and both liquidphase sintering and solid state sintering depending on the sintering temperature. The copper amount varied from 20% to 80% in volume. The main objective of this study was to acquire the first knowledge about these composites, and verify the possibility of producing them by powder metallurgy. It was desired to obtain Fe-Cu composites that achieve higher thermal conductivity than pure iron produced by the same route. To achieve this goal it is desired microstructures where copper is a continuous phase and its believed that the heat can easily flow through this phase. In order to produce this microstructure, the reactions and sintering capacity of the composites were studied through thermal analysis (DTA+TGA) and online dimensional variation on dilatometer during sintering cycle. The produced samples were characterized via optical and electronic microscopy, EDS chemical analysis, micro hardness measurements and thermal diffusivity analysis using the Laserflash technique for then calculate the thermal conductivity. It was observed the formation of a copper continuous phase on the samples with 40% or more of copper. The thermal conductivity of all the samples were higher than the pure iron produced by the same route and the sample containing 40% of copper presented as good thermal conductivities values as the sample containing 80% of copper. The results indicate that not only the copper amount, but the type of sintering performed and thus the final microstructure, especially the relation between the phases and porosity, have an determinant effect over the thermal conductivity.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, Florianópolis, 2015. No presente trabalho foi estudado o processo de metalização da alumina como preparação para a formação de uma união metal-cerâmica via difusão no estado sólido. Demonstraram-se as influências dos parâmetros do processo de metalização da cerâmica produzidas por pulverização catódica em reator a plasma com aquecimento auxiliar resistivo. Foram avaliados os parâmetros mais adequados para a metalização da superfície cerâmica para a formação de filme de molibdênio ou ferro. A caracterização das metalizações realizadas apresentaram variações significativas quanto à textura e o recobrimento entre os filmes de molibdênio e o de ferro. Análises de EDS indicam que o filme de ferro não recobre completamente a superfície cerâmica. Também se observou a dependência das características dos filmes depositados com os parâmetros de metalização de tempo, de tensão aplicada e de temperatura. Ensaios de união aço SAE 1020 e alumina foram realizados em forno resistivo a vácuo a temperatura de 1280°C, por um tempo de 2 horas, sendo estudado o efeito do uso ou não do metal de adição. Nos casos verificados, os metais de adição foram o pó de ferro ou a mistura de pó de ferro e níquel. Todos os ensaios realizados com alumina metalizada com molibdênio não resultaram na formação da união. Os ensaios que usaram cerâmicas metalizadas com ferro e sem o uso de metal de adição também não apresentaram a formação de união. Dos demais casos estudados, com uso de metal de adição, o melhor resultado de formação de união ocorreu nos conjuntos ensaiados com mistura dos pós de ferro e níquel como metal de adição. Abstract : The process of alumina metallization for the formation of a metal/ceramic joint through diffusion bonding was studied in the present work. The influences of the parameters of the process of metallization of ceramic produced by sputtering in a plasma chamber with an auxiliary electrical resistive heating system were demonstrated. The most adequate parameters for the metallization of the ceramic surface for the formation of molybdenum or iron film were evaluated. The characterization of the metallizations done presented significant variations related to the texture and re-covering between the films of molybdenum and iron. The dependence of the characteristics of the films deposited with the parameters of metallization was also observed: time, voltage applied to the electrodes and the temperature of the baseline. The tests of SAE 1020 steel and alumina joint were conducted in an oven resistive to vacuum at a temperature of 1280°C during a period of 2 hours. Here the effect of the use or not of filler metals was studied. In these cases the filler metals were iron powder or a mixture of iron and nickel powder. All of the tests conducted with metallized alumina with molybdenum did not result in the formation of the joint. The tests that used metallized ceramics with iron and without the use of a filler metal did not also present the formation of the joint. In all of the other cases studied with the use of a filler metal the best result of the formation of the joint occurred in the groups tested with mixture of iron and nickel powder as a filler metal.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. Ligantes alternativos têm sido extensivamente estudados para substituir, total ou parcialmente, o tradicional ligante de cobalto em metais duros. Entre os ligantes comumente adotados, o níquel tem recebido maior atenção devido aos seus aspectos econômicos e similares propriedades mecânicas. Neste trabalho, duas rotas de processamento foram desenvolvidas, envolvendo níquel na forma de óxido e de pó metálico. Os efeitos de adições de molibdênio, ferro e cromo no comportamento de sinterização e nas propriedades mecânicas de metais duros à base de níquel foram investigados. Os compósitos foram processados por metalurgia do pó convencional. As amostras foram sinterizadas em temperaturas de 1400 a 1500 °C. Os sinterizados foram caracterizados microestruturalmente e tiveram seus valores de dureza Vickers e tenacidade à fratura determinados. A composição WC-10Ni desenvolvida apresentou valores de propriedades mecânicas compatíveis com os descritos na literatura. Análises dilatométricas revelaram pequena influência do molibdênio no comportamento de sinterização do metal duro à base de níquel. A adição de ferro e cromo mostrou um deslocamento significativo do início da retração para maiores temperaturas, reduzindo a contribuição da sinterização no estado sólido para a retração total da amostra. A adição combinada de molibdênio, ferro e cromo, também deslocou significantemente o início da retração para temperaturas maiores e indicou maior inibição do crescimento de grão. A presença de carbono em excesso nas composições apresentou forte influência no aumento da densificação. O molibdênio promoveu endurecimento por solução sólida, assim como o ferro e o cromo, mas manteve valores mais elevados de tenacidade à fratura. Dentre as amostras estudadas, as composições WC-9Ni-1Mo e WC-9Ni-0,5Mo-0,5(Fe,Cr) levaram ao melhor compromisso entre o par de propriedades dureza-tenacidade à fratura. Os valores de dureza destes materiais, em torno de 1300 HV10, expressaram-se abaixo do esperado, mas com elevada tenacidade à fratura, potencializando-os para aplicações nos setores de mineração e engenharia civil. Abstract : Alternative binders have been extensively studied to replace, totally or partially, the traditional cobalt binder in cemented carbides. Among the commonly adopted binders, nickel has received the most attention due to its economic aspects and comparable mechanical properties. In this work, two processing routes have been developed, involving nickel oxide and metallic nickel powder. The effects of Mo and Fe-Cr pre-alloyed additions on sintering behavior and mechanical properties of Ni-based cemented carbides were investigated. The composites were processed by conventional powder metallurgy. The samples were sintered at temperatures ranging from 1400 to 1500 °C. Sintered compacts were characterized microstructurally and had their Vickers hardness and fracture toughness determined. The WC-10Ni composition presented values of mechanical properties compatible with those described in literature. Dilatometric analyses revealed little influence of molybdenum on the sintering behavior of nickel-based cemented carbide. The addition of iron and chromium showed a significant shift in the onset of shrinkage for higher temperatures, decreasing the contribution of solid state sintering to the total shrinkage of the sample. The combined addition of molybdenum, iron and chromium, also significantly shifted the onset of shrinkage for higher temperatures and showed greater inhibition of grain growth. High carbon contents had a strong influence on increasing densification. Molybdenum promoted solid solution strengthening, as well as iron and chromium, but molybdenum also maintained higher values of fracture toughness. Among the samples studied, the WC-9Ni-1Mo and WC-9Ni-0,5Mo-0,5(Fe,Cr) compositions led to the better relation between hardness and toughness fracture. The hardness of these materials, around 1300 HV10, was lower than expected, but high fracture toughness was achieved, showing potential for applications in mining and civil engineering sectors.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, Florianópolis, 2014. Devido a suas propriedades de alta resistência mecânica e baixo coeficiente de atrito, os aços sinterizados autolubrificantes a seco desenvolvidos no Labmat se tornaram foco de estudo para melhor compreender os fenômenos envolvidos na sua obtenção.Este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito do teor de carbono nas propriedades de amostras de aços sinterizados autolubrificantes produzidas via moldagem de pós por injeção. Análises Térmicas Diferenciais de amostras de aço com teores variados de carbono mostraram variação na temperatura de dissociação do carbeto de silício em temperaturas de 1049 ? 1089 °C. As amostras sinterizadas apresentaram uma menor formação de nódulos de grafita e uma maior formação de perlita, para as composições com menores teores de carbono,efeito este similar ao que ocorre com ferros fundidos nodulares.A composição com a adição de 0,3 % em massa de carbono, apresentou as melhores propriedades mecânicas e tribológicas entre os materiais estudados,possuindo baixo coeficiente de atrito (µ = 0,1), durabilidade média de 1313 N.m e tensão de escoamento média de 358 MPa. Abstract : Due to its properties, high tensile strength and low values for the coefficient of friction, self-lubricating sintered steels developed in Labmat became the aim of this study to analyze and understand the metallurgical phenomena to obtaining them. This study had as aim to evaluate the effect of carbon content on the properties of sintered self-lubricating steel samples produced by powder injection molding. Differential Thermal differentials different carbon contents demonstrated change in dissociation temperature of the silicon carbide. The sintered samples presented a lower formation of graphite nodules and high formation of pearlite, for compositions with lower carbon content. A comparable effect happens with ductile (nodular) iron. The samples with the addition of 0.3 weight percent of carbon showed the best mechanical and tribological properties for the studied materials. This sample has a low coefficient of friction (µ = 0.1) and high strength (635 MPa).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 1996 A ferroxidação ou tratamento a vapor é um processo termoquímico largamente utilizado na indústria de componentes ferrosos sinterizados, com o objetivo de melhorar suas propriedades, tais como: resistência ao desgaste, resistência à corrosão, resistência à compressão e promover o selamento da rede comunicante de poros. Neste trabalho realizou-se um estudo com o objetivo de avaliar a influência do processo de ferroxidação sobre o limite de resistência à tração, o alongamento, a dureza aparente e a adesividade da camada superficial, de componentes sinterizados em ferro puro. Tomando-se como material dois tipos de pó de ferro, um atomizado (ANCOR 1000C) e outro reduzido (ANCOR MH-100), produziu-se corpos de prova do tipo cotonete (MPA), em diferentes níveis de densidade. As amostras foram sinterizadas e ferroxidadas em condições industriais. Através dos resultados obtidos constatou-se que os níveis de oxidação atingido pelas amostras é função de sua densidade inicial e do tipo de pó de ferro utilizado. O limite de resistência a tração e a dureza aparente aumentam em todas as densidades ensaiadas, independente do tipo de pó de ferro. O alongamento tem seus valores severamente reduzidos após a ferroxidação. As amostras de média densidade produzidas com o pó de ferro atomizado (ANCOR 1000C), apresentaram os melhores resultados quanto a desividade da camada superficial. The steam treatment is broadly a process thermochemical used in the industry of components ferrous sinterizados, with the objective of improving its properties, such as: resistance to the wear, resistance to the corrosion, resistance to the compression and to promote the sealing of the communicating net of pores. In this work it was made a study with the objective of evaluating the influence of the steam treatment process on the resistance limit to the traction, the prolongation, the apparent hardness and the adhesiveness of the superficial layer, of component sinterizados in pure iron. Using as material, two types of powder of iron, an atomized (ANCOR 1000C) and another reduced (ANCOR MH-100), it was produced bodies of test of the type "swab " (MPA), in different density levels. The samples were sinterizadas and steam treatment in industrial conditions. Through the obtained results it was verified that, the level of oxidation of the samples is function of your initial density and of the type of powder of used iron. The resistance limit to the traction and the apparent hardness increase in all the rehearsed densities, independent of the type of powder of iron. The prolongation has your values severely reduced after the steam oxidation The samples of medium density produced with the powder of atomized iron (ANCOR 1000C), presented the best results as the adhesiveness of the superficial layer.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013. O trabalho mostra uma forma de reduzir o índice de devoluções de chuveiros elétricos devido à itens relacionados à ruptura da resistência elétrica (ou resistor elétrico). Atualmente, o chuveiro elétrico está presente em 90% das residências dos brasileiros. O início do seu desenvolvimento deu-se em meados da década de 40. A resistência elétrica, elemento fundamental que proporcionou o advento do chuveiro elétrico, tem como função aquecer a água para proporcionar um banho a uma temperatura adequada à temperatura do corpo humano, gerando uma sensação agradável. A empresa ThermoSystem, fabricante de duchas e torneiras mecânicas e eletrônicas, enfrentou alguns problemas referentes à queima prematura de resistências. Por isso, duas possibilidades de melhorias em termos de materiais para a fabricação das mesmas foram experimentadas neste trabalho. A primeira avaliou a viabilidade de produção de resistências com substituição de material do terminal (um de seus componentes) de latão para aço inoxidável. A segunda rota analisou a possibilidade de aplicação de uma camada de material sobre o produto. Dois tipos de camadas foram estudados: banho em solução de níquel (niquelação) e banho em solução contendo polisilazanas (material polimérico).Como metodologia experimental e caracterização foram realizados: pesquisa na literatura sobre o processo de fabricação do componente e sobre o fenômeno de corrosão em geral, planejamento dos experimentos, testes de vida útil, teste de corrosão em imersão, análises via microscopia eletrônica de varredura e teste de névoa salina. Finalmente, o melhor resultado foi aplicado em algumas etapas do fluxograma de desenvolvimento de melhorias e novos produtos da ThermoSystem(testes em campo e lote piloto) e, como aprovados, culminaram na alteração de projeto dos produtos da organização. Análises estatísticas foram empreendidas para acompanhamento da melhor solução (segundo os testes preliminares) no mercado. Abstract : This study shows a way to reduce the rate of returns of electric showers due to items related to disruption of electrical resistance (or electrical resistor). Currently, the electric shower is present in 90% of households in Brazil. The early development occurred in themidof1940. The electrical resistance (or electrical resistor), the key element which gave rise of the electrical shower, serves to heat the water to provide a ba that a suitable temperature to body temperature, creating a pleasant sensation. ThermoSystem, a factory manufacturer of mechanic and electronic showers and taps, had some problems related due to premature failure of resistances. Therefore, in this work two routes for improvements of the materials to fabrication of the electrical resistances was studied. The first evaluated the feasibility of producing resistors with substitution of the contactor (one of its components): brass to stainles ssteel. The second route assesses the possibility of applying a layer of material on the surface of the product. Two types of layers will be studied: bath in a solution of nickel and bath solution containing poly-salaams (polymeric material). As experimental methodology and characterization were performed: bibliographic review on the manufacturing process of the component and on the phenomenon of corrosion in general, planning of experiments, life test, immersion corrosion test, analysis via scanning electron microscopy and salt spray test. Finally, the best result was used in some steps of the flowchart development of new products and improvements of ThermoSystem (field tests and pilot batch) and, as approved, it changed the structure of the products. Statistic analyzes were undertaken to monitor the best solution (according to preliminary tests) on the market.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013. Este trabalho apresenta uma proposta de formação de materiais metálicos de baixa densidade através da sinterização de particulados, com perspectiva de aplicação em produtos de engenharia. Estes materiais na forma de esferas ocas nanoestruturadas de níquel são sintetizados por duas rotas distintas; a rota R1 utiliza vesículas de dodecil sulfato de sódio (SDS) como máscaras de sacrifício e hipofosfito de sódio como agente redutor, para formar esferas ocas e lisas de Ni-P com diâmetro médio de 1,4 µm; já a rota R2 utiliza a hidrazina como agente redutor para depositar níquel metálico puro e nanoestruturado sobre máscaras de sacrifício de polietileno glicol (PEG) para formar esferas ocas com diâmetro médio de 0,55 µm. Um estudo preliminar da sinterização destes dois materiais através da dilatometria é comparado com o de uma amostra de níquel comercial com granulometria de 6 µm. A caracterização dos materiais particulados produzidos é feita por DRX, MEV, MEVEC e CDV; enquanto o estudo do processo da sua sinterização é realizado através da dilatometria, sendo os produtos sinterizados analisados por MO, MEV, EED e medidas de densidade. Abstract : This work presents a proposal of formation of low density metalic materials through sintering of powders, with expectation of application on engineering products. These materials in the form of nanostructured hollow spheres of nickel are synthesized by two distinct routes; route R1 uses sodium dodecyl sulfate (SDS) vesicles as sacrificial templates and sodium hypophosphite as reducing agent, to form smooth hollow spheres of Ni-P alloy and mean diameter of 1,4 µm; route R2 uses hydrazine as reducing agent to deposit pure metallic nickel nanostructured over sacrificial templates of polyethilene glycol (PEG) to form hollow spheres with mean diameter of 0,55 µm. A preliminary study of the sintering of these two materials through dilatometry is compared with a sample of commercial nickel with 6 µm average size. The characterization of the produced particulate materials is made with XRD, SEM, SEM-FEG and DSC; while the study of the sintering process is conducted through dilatometry, being the sintered products analyzed by OM, SEM, EDS and density measurements.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013. A metalurgia do pó ferrosa é um processo que oferece inúmeras soluções na indústria, principalmente devido a economia de escala. Este processo tem algumas limitações, como o tamanho e a geometria dos corpos a serem produzidos. No intuito de investigar outras soluções para a metalurgia do pó, principalmente no condicionante a componentes, tem-se o processo de brasagem, que é a união de dois ou mais corpos, de modo a formar um corpo final único. O intuito deste trabalho é realizar a união durante a sinterização, em processo definido como sinterbonding. Para tal, estudou-se ligas de ferro cobre, com percentuais de 0 a 20% de adição de cobre, no intuito de formar fase líquida durante o processo descrito anteriormente e promover a junção de dois sólidos através do posicionamento de topo, em condições de processamento semelhantes as já aplicadas na indústria (pressão de compactação e temperatura). No intuito de caracterizar a união as amostras foram preparadas metalograficamente, para verificar a continuidade da linha da junção e também comparadas mecanicamente através de ensaio uniaxial de tração em relação a uma amostra padrão. Para melhorar os resultados também utilizou- se a técnica de recompactação. Foram obtidos tensões de ruptura 20% inferiores em relação a amostra de referência, porém com significativa redução da capacidade de deformação, de 70 a 90%. Abstract : Metal powder metallurgy is a process that offers numerous solutions in the industry, mainly due economies of scale. But this process has some limitations, such as the size and geometry of the green bodies to be produced. In order to determinate other solutions for this process, especially concerning into the geometry, it has been applied the brazing process which is the union of two or more bodies, so as to form a single body end. The aim of this work is to provide the union during the sintering process, which is defined as sinterbonding. Iron-copper alloys, with a range from 0-20% of copper where studied, in order to form a liquid phase during the process and promote the joining by top-of-body positioning, under similar conditions of those already applied in industry (pressing pressure and temperature). To characterize the union, samples were prepared metallographically to verify the continuity of the junction and also compared mechanically through tensile-strength test in reference to a standard sample. To improve the results the double pressing technique also was used. It was observed that to the samples with higher content of copper and double-pressed it was obtained better results, but if compared with a standard sample, lower mechanical strenght, a great loss in elongation and low impact resistance were obtained.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2011 Determinados componentes mecânicos possuem uma alta complexidade geométrica, necessitando serem produzidas em diversas etapas e em partes separadas. Para a junção dessas partes existem diversos processos de união que garantem uma boa integração, por exemplo, a união por sinterização também conhecida como sinterbonding. Este trabalho experimental teve por objetivo estudar a união de dois componentes de ligas ferrosas, em particular a influência dos parâmetros de sinterização nas características da interface de junção e na resistência mecânica do componente unido. Foram estudadas quatro composições diferentes de uma mistura de pó de ferro e cobre (Fe puro, Fe+2%Cu, Fe+4%Cu e Fe+6%Cu), obtidos corpos de prova cilíndricos por compactação a 500 MPa, e sinterizados com diferentes tempos e temperaturas (1120 °C: 30 e 60 min; 1150°: 30 e 60 min) sob ação de uma carga (0,1 MPa). Parte das amostras foram sinterizadas com um filme de cobre aplicado na interface a ser unida por sinterização. Por meio da análise da interface de junção e ensaios de flexão foi possível observar que as amostras sinterizadas em maiores tempos, temperaturas e teor de cobre apresentaram uma interface de junção mais homogênea e uma resistência mecânica mais alta. Foi também observado a ocorrência de união sem a adição de filme de cobre na interface quando as misturas de pós apresentarem quantidades superiores a 4% de cobre em peso na composição química, devido à formação de fase líquida transiente durante a sinterização.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 O presente estudo visa contribuir para o aperfeiçoamento do processo de extração de ligantes orgânicos assistida por plasma de componentes produzidos via moldagem de pós metálicos por injeção. Trata especificamente da etapa de extração dos ligantes orgânicos assistida por plasma de sistema de ligante multicomponente do tipo polímero-parafina, dando atenção especial a extração dos componentes de baixa massa molar do sistema ligante. Os experimentos foram conduzidos para estudar a influência individual de cada um dos principais parâmetros do processo de extração assistida por plasma na cinética da extração. Os parâmetros variados sistematicamente nos experimentos foram: a área catódica (Acat) de forma a variar a relação área catódica sobre volume útil do equipamento, temperatura de processamento (T) e a espessura da amostra processada (e). As razões entre área catódica e volume útil do reator utilizados nos experimentos foram: 25, 50 e 75.10-3mm2/mm3. As temperaturas de processamento utilizadas foram: 90, 120 e 150ºC e as espessuras de amostra utilizadas foram de 6, 12 e 18mm. Quando a câmara do reator atingiu a temperatura programada, foi mantida nesta temperatura durante uma hora para todos os experimentos do presente estudo. Foram processadas amostras com ligante multicomponente em temperaturas distintas, porém todas baixas, em patamares onde não ocorre a fusão e extração térmica do polipropileno. Após o processamento, as amostras foram caracterizadas quanto à integridade física (visualmente) e, quanto ao percentual perda de massa dos ligantes. Os resultados mostram que a taxa de extração do ligante de baixa massa molar é muito baixa na faixa de temperatura estudada. No entanto, temperaturas mais elevadas que poderiam aumentar a taxa de extração não podem ser utilizadas porque é necessário manter o polipropileno (componente "backbone" do sistema ligante) rígido de forma a manter a estabilidade dimensional dos componentes injetados. Assim, melhorias adicionais nas características do equipamento e nos parâmetros do processo fazem-se necessárias.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2009 No presente trabalho foram desenvolvidos aços sinterizados autolubrificantes a seco, produzidos via moldagem de pós por injeção, nos quais o lubrificante sólido é gerado "in situ" durante a sinterização pela dissociação de carboneto de silício (SiC). O carboneto de silício é introduzido ao material na forma de partículas na etapa de preparação da massa de injeção. Na fase inicial do trabalho foi estudada a cinética de dissociação das partículas de SiC em função da temperatura e do tempo, quando misturadas a pó de ferro puro e a pó de ferro+0,8% de carbono. Nestas misturas foram adicionados teores crescentes de carboneto de silício (1 até 5% em massa). O elemento químico Si resultante da dissociação do carboneto de silício enriquece a matriz ferrosa e estabiliza a fase , na qual a solubilidade de carbono é muito baixa (menor que 0,02%); em decorrência, o carbono é retido no local de origem da partícula de carboneto em dissociação. Os estudos da cinética de dissociação mostraram ainda que esta é lenta e que depende, da temperatura, da composição química da matriz e do tamanho de partícula de ambos os componentes da mistura (pó de carboneto de silício e pó de ferro). Tamanhos de partícula da ordem de 10 m se mostraram mais adequados para promover a total dissociação em tempos e temperaturas normais de sinterização. Utilizando estas informações, foram produzidas amostras de aço sinterizado via moldagem de pós por injeção para o estudo do comportamento mecânico e tribológico. Conforme esperado, grande parte do carbono liberado na dissociação das partículas de carboneto de silício é retido no volume originalmente ocupado por estas, levando a obtenção de um aço sinterizado autolubrificante a seco durante a sua sinterização. O carbono resultante da dissociação apresenta-se na forma de folhas finas, com espessura na escala nanométrica, relativamente espaçadas entre si. Grande parte das ligas estudadas possuem um coeficiente de atrito especialmente baixo ( 0,1) associado a uma resistência à tração elevada (de 400 a 1000MPa). Considerando esta larga faixa de propriedades, pode-se dizer que é possível projetar o aço sinterizado especificamente para cada aplicação particular de engenharia demandada, ou seja, de acordo com a função de engenharia particular do componente.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2008 Com o advento da tecnologia Moldagem de Pós por Injeção (MPI) a fabricação de peças pequenas, complexas, com alta precisão e baixo custo ganhou uma importância comercial crescente nos setores metálicos das principais indústrias tais como a automobilística, médica, aeroespacial e defesa. Usando pós, misturados com ligantes orgânicos apropriadas, MPI transfere flexibilidade, facilidade do uso, e o custo relativamente baixo da moldagem por injeção de plástico aos setores metálicos e cerâmicos. O longo tempo de processamento para obter o produto acabado é, entretanto, uma das principais limitações da utilização mais difundida dessa tecnologia, para a qual uma das principais limitações é a fase de extração, que consiste em remover o ligante orgânico das peças que foram moldadas. A necessidade de extrair com cuidado o ligante, e ao mesmo tempo evitar a deformação devido ao rompimento das partículas do pó, é uma das razões do longo tempo de processamento. Este trabalho de pesquisa demonstra a possibilidade de se utilizar o processo de extração e sinterização assistida por plasma (PADS) como uma adição ao estágio de extração. O sistema ligante utilizado foi baseado em parafina (PW), etil vinil acetato (EVA) e polipropileno (PP). Os experimentos de extração foram realizados variando sistematicamente o tempo de extração, temperatura e a área catódica, de 50 a 100 cm². Os resultados mostraram que a incorporação da extração e sinterização em um mesmo forno traz vantagens relativas à economia de energia, consumo de gás e tempo de processamento. O PADS pode ser usado para extração total do sistema ligante, mas algumas mudanças precisam ser feitas a respeito do sistema de ligante para se obter resultados apropriados de extração. Além disso, os resultados mostram que a taxa de extração da parafina, presente no sistema de ligante atual, pode ser melhorada aumentando a quantidade de elétrons presentes no ambiente do plasma. Tal aumento na geração do elétron pode ser promovido aumentando-se a área catódica. With the advent of Powder Injection Molding (PIM) technology the anufacturing of small, complex, high-precision and low-cost parts has gained increasing commercial importance in the metallic sectors of major industries such as automobile, medical, aerospace and defense . By using powders, mixed with appropriate organic binders, PIM transfers flexibility, ease of use, and relatively low cost of plastic injection molding to the metallic and ceramic worlds. The long processing time to get a finished product is, however, one of the main restrictions to a more widespread use of this technology, for which a crucial step is the debinding phase, that consists of removing the organic binders from the parts once they have been molded. The need to carefully extract the binder, and at the same time avoid part deformation due to disruption of powder particles, is one of the reasons of such long processing times. This research works demonstrate the possibility of using plasmaassisted debinding and sintering (PADS) process as an add to the debinding stage. The binder system used was constituted of paraffin wax (PW), ethylenevinyl acetate (EVA) and polypropylene (PP). The debinding experiments were carried out varying systematically debinding time, temperature and cathodic area, from 50 to 100 cm². Results have shown that the incorporation of debinding and sintering in the same furnace bring advantages regarding energy savings, gas consumption and processing time. PADS can be extended to full-debinding of feedstocks, but some hanges must be undertaken regarding the binder system in order to obtain proper results in terms of binder extraction. Moreover results show that the debinding rate of paraffin wax, present in the actual binder system, can be improved by increasing the amount of electrons present in the plasma environment. Such an increase in electron generation can be promoted by increasing the cathodic area.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Nickel alloys are frequently used in applications that require resistance at high temperatures associated with resistance to corrosion. Alloys of Ni-Si-C can be obtained by means of powder metallurgy in which powder mixtures are made of metallic nickel powders with additions of various alloying carriers for such were used in this study SiC, Si3N4 or Si metal with graphite. Carbonyl Ni powder with mean particle size of 11 mM were mixed with 3 wt% of SiC powders with an average particle size of 15, 30 and 50 μm and further samples were obtained containing 4 to 5% by mass of SiC with average particle size of 15 μm. Samples were also obtained by varying the carrier alloy, these being Si3N4 powder with graphite, with average particle size of 1.5 and 5 μm, respectively. As a metallic Si graphite with average particle size of 12.5 and 5 μm, respectively. The reference material used was nickel carbonyl sintered without adding carriers. Microstructural characterization of the alloys was made by optical microscopy and scanning electron microscopy with semi-quantitative chemical analysis. We determined the densities of the samples and measurement of microhardness. We studied the dissociation of carriers alloy after sintering at 1200 ° C for 60 minutes. Was evaluated also in the same sintering conditions, the influence of the variation of average particle size of the SiC carrier to the proportion of 3% by mass. Finally, we studied the influence of variation of the temperatures of sintering at 950, 1080 and 1200 ° C without landing and also with heights of 30, 60, 120 and 240 minutes for sintering where the temperature was 950 °C. Dilatometry curves showed that the SiC sintered Ni favors more effectively than other carriers alloy analyzed. SiC with average particle size of 15 μm active sintering the alloy more effectively than other SiC used. However, with the chemical and morphological analyzes for all leagues, it was observed that there was dissociation of SiC and Si3N4, as well as diffusion of Si in Ni matrix and carbon cluster and dispersed in the matrix, which also occurred for the alloys with Si carriers and metallic graphite. So the league that was presented better results containing Si Ni with graphite metallic alloy as carriers, since this had dispersed graphite best in the league, reaching the microstructural model proposed, which is necessary for material characteristic of solid lubricant, so how we got the best results when the density and hardness of the alloy Ligas de Níquel são freqüentemente utilizadas em aplicações que requerem resistência mecânica a elevadas temperaturas associada à resistência à corrosão. Ligas de Ni-Si-C podem ser obtidas por meio de metalurgia do pó em que são realizadas misturas de pós de níquel metálico com adições de pós de diferentes portadores de liga, para tal foram utilizados neste trabalho SiC, Si3N4 ou Si metálico com grafita. Pós de Ni carbonila com tamanho médio de partículas de 11 μm foram misturados a 3% em massa de pós de SiC com tamanho médio de partículas de 15, 30 e 50 μm e foram obtidas ainda amostras contendo 4 e 5% em massa de SiC com tamanho médio de partículas de 15 μm. Também foram obtidas amostras variando-se o portador de liga, sendo estes pós de Si3N4 com grafita, com tamanho médio de partículas de 1,5 e 5 μm, respectivamente. Assim como Si metálico com grafita, com tamanho médio de partículas de 12,5 e 5 μm, respectivamente. O material de referência adotado foi níquel carbonila sinterizado sem adição de portadores. A caracterização microestrutural das ligas foi feita por microscopia óptica e eletrônica de varredura com análise química semi-quantitativa. Foram determinadas as densidades das amostras e obtidas medidas de microdureza Vickers. Foi estudada a dissociação dos portadores de liga após sinterização em 1200 ºC durante 60 minutos. Foi avaliada, ainda, para as mesmas condições de sinterização, a influencia da variação do tamanho médio de partículas do portador SiC, para a proporção de 3% em massa. Por fim, foi estudo a influencia da variação das temperaturas de sinterização em 950, 1080 e 1200 ºC sem patamar e, ainda, com patamares de 30, 60, 120 e 240 minutos para sinterização cuja temperatura foi de 950 ºC. As curvas de dilatometria mostraram que o SiC favorece a sinterização do Ni de forma mais eficaz que os demais portadores de liga analisados. O SiC com tamanho médio de partículas de 15 μm ativa a sinterização da liga de forma mais eficaz que os demais SiC utilizados. Porém, com as análises química e morfológica para todas as ligas, foi possível observar que houve dissociação do SiC e do Si3N4, assim como difusão do Si na matriz de Ni e carbono aglomerado e disperso na matriz, o que também ocorreu para as ligas com portadores Si metálico e grafita. Portanto, a liga que apresentou melhores resultados foi de Ni contendo Si metálico com grafita como portadores de liga, já que esta apresentou grafita melhor dispersa na liga, atingindo o modelo microestrutural proposto, do qual é necessário para material com característica de lubrificante sólido, assim como obteve os melhores resultados quando a densidade e dureza da liga

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais Materiais porosos são aqueles que possuem espaços vazios funcionais, chamados de poros, distribuídos regularmente no interior da matriz. Em relação ao tipo de poros, podem ser divididos em materiais com poros fechados, uso como suporte estrutural, ou poros abertos, que encontram aplicação principalmente onde o transporte de fluidos é necessário, como na filtragem, suporte de catalisadores, isolamento térmico e acústico, depósito de lubrificante, entre outros. O processo particular utilizado para produzir os materiais porosos define suas propriedades e sua estrutura porosa, como tipo de porosidade (aberta ou fechada), percentual volumétrico de poros, dimensão e formato dos poros, uniformidade e conectividade. O presente trabalho descreve uma rota de processamento desenvolvida especificamente para a fabricação de um material poroso de baixo custo, projetado para a absorção acústica. O material é produzido via processo de compactação a partir de uma mistura de pó de oxido de ferro (Fe2O3) com pó de grafita. A grafita (space holder) misturada ao pó de óxido tem como função a geração de poros secundários. Na fase inicial do trabalho foram estudadas duas formas distintas de remoção térmica da grafita, a primeira, pela reação com o oxigênio do ar atmosférico, e a outra pela sua reação com oxigênio contido nas partículas de oxido. Quando da utilização da sinterização em ar atmosférico, há a total remoção da grafita a temperatura de 850 °C, resultando em um esqueleto poroso formado pela sinterização das partículas de óxido de ferro. O esqueleto poroso foi subseqüentemente reduzido para ferro metálico por tratamento termoquímico em hidrogênio, em diferentes temperaturas, resultando em microestruturas distintas e porosidade podendo variar de 34 a 54 %, para a mesma quantidade de space holder adicionado (42 vol%), devido à retração do material durante a sinterização/redução e poros remanescente do processo de compactação (poros primários). A distribuição de tamanho e o formato dos poros podem ser ajustados pelo controle do cisalhamento das partículas de grafita, ou reduzido pelo recobrimento das partículas com material polimérico, gerando estruturas porosas diferenciadas. Esse método mostra-se eficiente na produção de estruturas porosas especificas para a aplicação de engenharia pretendida, com alta porosidade e conectividade dos poros.

Thermal recovery methods, especially steam injection, have been used to produce heavy oils. However, these methods imply that the metallic casing-cement sheath interface is submitted to thermal cycling. As a consequence, cracking may develop due to the thermal expansion mismatch of such materials, which allows the flow of oil and gas through the cement sheath, with environmental and economical consequences. It is therefore important to anticipate interfacial discontinuities that may arise upon Thermal recovery. The present study reports a simple alternative method to measure the shear strength of casing-sheath interfaces using pushthrough geometry, applied to polymer-containing hardened cement slurries. Polyurethane and recycled tire rubber were added to Portland-bases slurries to improve the fracture energy of intrinsically brittle cement. Samples consisting of metallic casing sections surrounded by hardened polymer-cement composites were prepared and mechanically tested. The effect of thermal cycles was investigated to simulate temperature conditions encountered in steam injection recovery. The results showed that the addition of polyurethane significantly improved the shear strength of the casing-sheath interface. The strength values obtained adding 10% BWOC of polyurethane to a Portland-base slurry more than doubled with respect to that of polyurethane-free slurries. Therefore, the use of polyurethane significantly contributes to reduce the damage caused by thermal cycling to cement sheath, improving the safety conditions of oil wells and the recovery of heavy oils Atualmente, os métodos com maior índice de sucesso de recuperação de óleos pesados são os térmicos, principalmente a injeção de vapor. Este método de recuperação coloca a interface entre o revestimento metálico e a bainha de cimento em ciclagem térmica, que devido à diferença de coeficientes de expansão entre os dois materiais pode provocar o surgimento de trincas, possibilitando a passagem de fluidos pela bainha de cimento. Isto ocasiona sérios riscos sócio-econômicos e ambientais. Para minimizar este problema, foi realizado um estudo que consiste em mensurar a resistência ao cisalhamento entre um tubo de aço e uma bainha de cimento. Ao material cimentante foram adicionados polímeros, como poliuretana e borracha reciclada triturada de pneus. A adição de polímeros visa melhorar a plasticidade do material cimentante e, assim, aumentar a aderência da pasta endurecida sobre o revestimento, bem como a energia de ruptura do conjunto. Diante disso, a meta principal desse estudo foi avaliar a aderência de compósitos cimentantes para poços de petróleo com revestimentos metálicos após ciclagens térmicas, simulando as condições de variação de temperatura a que poços de petróleo são submetidos durante a recuperação de óleos pesados por métodos térmicos. Observou-se que com a adição de poliuretana houve uma melhoria significativa da aderência da interface revestimento metálica - bainha de cimento com relação à pasta padrão, sem polímeros. Os melhores resultados obtidos foram com pastas contendo 10% de poliuretana, que apresentaram aumento de mais de 100% na resistência ao cisalhamento, em relação à pasta padrão. A adição de poliuretana à pasta de cimento contribui de forma significativa para reduzir o dano causado pela ciclagem térmica a bainhas de cimento, melhorando a segurança e as condições de produção de poços de petróleo sujeitos à recuperação secundária por métodos térmicos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais Componentes com dois materiais vêm crescentemente sendo mais solicitados pela indústria como uma oportunidade para combinar diferentes propriedades em um único componente. Recentemente a Moldagem de Pós por Injeção (MPI) mostrou ser uma técnica viável para o processamento destes modernos componentes em uma única rota de processamento. Devido a vasta gama de pós disponíveis no mercado, diversos materiais podem vir a ser co-sinterizados para uma específica aplicação de engenharia. Neste contexto, o foco do presente trabalho experimental foi o estudo da fabricação de componentes sinterizados contendo dois distintos tipos de aços, um deles apresentando características autolubrificantes (baixo atrito e alta resistência mecânica/desgaste), mas possuindo resistência mecânica semelhante ao outro. Como materiais de alto desempenho tribológico foram utilizados as ligas autolubrificantes, recentemente desenvolvidas no LabMat da UFSC, onde nódulos de grafita são gerados "in situ" durante a sua sinterização via dissociação de carboneto de silício em uma matriz ferrosa. Estes materiais foram co-sinterizados com aços baixa liga típicos da MPI. Possivelmente, a combinação de um material que apresente promissoras características tribológicas com outro que tenha propriedades inferiores é uma grande alternativa aos caros conhecidos processos de tratamentos superficiais. Assim, o trabalho foi dividido em três etapas onde primeiramente procurou-se estudar a compatibilidade de sinterização de diferentes aços autolubrificantes com aços baixa liga via técnicas de sinterização em dilatômetro. Na sequência, foram estudadas a qualidade das interfaces em termos de defeitos e microestruturas obtidas. Por fim, a resistência dos corpos de prova multimateriais foi observada no ensaio de tração a fim de avaliar quantitativamente o desempenho mecânico das interfaces. Como resultados foram obtidos componentes multimateriais isentos de defeitos e com propriedades tão elevadas quanto a de componentes de apenas um único material.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Uma série de novos revestimentos de MoS2 tem sido desenvolvida, tanto para aplicações nas indústrias, aeroespacial, automotiva, médica e alimentícia, principalmente onde a aplicação de lubrificação liquida é dificultada ou impossibilitada. Este trabalho apresenta o estudo da obtenção e caracterização de filmes de dissulfeto de molibdênio (MoS2), via descarga luminescente anormal. Duas configurações de eletrodos foram utilizadas: cátodo e ânodo-cátodo confinado. Objetivando avaliar o efeito das diferentes condições no tratamento de sulfetação foram variados parâmetros da descarga e do processamento, tais como, tensão aplicada ao cátodo, temperatura de sulfetação, taxa de fluxo gasoso, concentração de H2S e tempo no patamar de sulfetação. As fontes de enxofre utilizadas foram ou na forma de enxofre puro no estado sólido ou através de um gás contendo enxofre (H2S). A caracterização dos filmes obtidos foi realizada usando microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de espalhamento Raman e difração de raios X. Os ciclos de sulfetação realizados utilizando-se enxofre sólido não foram bem sucedidos devido à instabilidade na descarga gerada pelo excesso de enxofre na atmosfera da câmara. O processo foi obtido com sucesso somente nos casos em que foi utilizado H2S como fonte de enxofre. As camadas obtidas na configuração cátodo não são uniformes ao longo da amostra, devido à pulverização da mesma. As camadas formadas a partir da configuração ânodo-cátodo confinado são homogêneas. Os parâmetros que mais influenciaram na formação da camada de MoS2 obtida na configuração ânodo-cátodo confinado foram a tensão e o tempo de patamar. Variando estes parâmetros pode-se variar a espessura de camada. Este trabalho mostrou que é viável a obtenção de MoS2 usando descarga luminescente anormal na configuração ânodo-cátodo confinado.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais O titânio e suas ligas constituem um conjunto de materiais que tem sido muito estudado desde a década de 50. A sua principal característica é a elevada relação resistência x peso. Atualmente, a maior utilização das ligas de titânio tem sido na indústria aeronáutica. Porém, diversos outros ramos da engenharia estão descobrindo nestas ligas outras propriedades de interesse específico como por exemplo, na fabricação de implantes. Desta forma, uma gama elevada de processos de fabricação de peças vem sendo desenvolvida, buscando o controle e a otimização das características encontradas nestas ligas. Em função do alto custo de produção dos componentes produzidos com este material, processos de fabricação alternativos têm sido estudados. Um exemplo destes processos é a metalurgia do pó (MP). A MP permite bom aproveitamento do material base, elevado controle dimensional e redução nas etapas de fabricação, reduzindo assim, os custos operacionais para fabricação de componentes à base de ligas de titânio. No entanto, a elevada reatividade do titânio dificulta o processamento a partir desta técnica. Neste viés, a tecnologia de plasma combinada com o processo de sinterização, torna-se um método atraente no processamento de componentes contendo Ti como material base, por apresentar elevado controle da composição química da atmosfera de trabalho, que pode conter espécies desoxidantes. Os resultados apresentados neste trabalho demonstram uma forte correlação entre os parâmetros envolvidos no processo de compactação e a microestrutura apresentada pelas amostras sinterizadas em plasma. Além disso, também é possível observar que a configuração (posicionamento da amostra no reator em relação aos eletrodos) utilizada afeta sensivelmente os parâmetros que caracterizam a geometria e o tamanho dos poros. Nota-se que o fator de forma e o fator de achatamento dos poros determinados para as amostras sinterizadas no catodo indicam uma porosidade um pouco menos irregular e mais arredondada que as amostras sinterizadas no anodo. Porém, quando sinterizadas no catodo, as amostras apresentam poros fechados e uma fina camada densificada na sua superfície, enquanto as amostras sinterizadas no anodo apresentam porosidade aberta na sua superfície.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de compósitos autolubrificantes de níquel utilizando lubrificante sólido como 2ª fase. O trabalho foi dividido em 4 etapas. Na primeira etapa foi realizada o desenvolvimento de ligas de níquel sinterizadas utilizando Cr, Al, Si, P, W, Fe e C como elementos de liga, com objetivo de obter uma liga para matriz de material compósito. Foram avaliadas a microestrutura, dureza e resistência obtidas. Pós de materiais contendo os elementos de liga na forma de portadores foram previamente misturados com pós de níquel carbonila. Os melhores resultados foram obtidos quando elementos na forma de portadores de liga (ferro-ligas) de Fe-Cr e Fe-P foram utilizados, alcançando-se dureza de 400 HV e microestrutura com elevada densidade relativa (94%) para uma liga de composição Ni-Fe-Cr-P. A liga de composição Ni-Fe-Cr-Si apresentou dureza de aproximadamente 450 HV, elevada densidade relativa, porém, sem dissolução total do portador de liga Fe-Si nas condições de processamento. Em uma segunda etapa foi realizado o estudo da sinterabilidade/compatibilidade termodinâmica entre a matriz da liga de níquel e aditivos de lubrificantes sólidos (Dissulfeto de molibdênio, Grafite e Nitreto de Boro Hexagonal). Os resultados demonstraram uma estabilidade termodinâmica durante sinterização para os compósitos contendo as fases de Grafite e Nitreto de Boro Hexagonal. A presença da fase de Dissulfeto de Molibdênio possibilita a reação com matriz e formação de fase líquida de Sulfeto de Níquel e solubilização do molibdênio na matriz. Em uma terceira etapa, foram desenvolvidos compósitos contendo Nitreto de Boro e Grafite, como fase lubrificante, até percentuais de 30% v/v para o lubrificante sólido h-BN. A dureza, a porosidade residual e a microestrutura foram comprometidas quando quantidades maiores de lubrificante sólido estavam presentes na matriz, principalmente em concentrações superiores a 10% v/v. O coeficiente de atrito para os compósitos contendo Nitreto de Boro Hexagonal (10% v/v) foram de aproximadamente 0,7, e para os compósitos contendo a fase de grafite (1% v/v), foi abaixo de 0,1. Os resultados sugerem não adicionar teores maiores que 10% v/v de partículas de lubrificante sólido, para não comprometer as propriedades mecânicas do compósito. Em uma quarta etapa, foi estudado o comportamento da liga de níquel (matriz) e do compósito via moldagem de pós por injeção. Os resultados demonstraram a necessidade de maior quantidade de matéria orgânica para o desenvolvimento da massa de injeção (feedstock: 15% m/m de polímero) para os tipos de pós metálicos utilizados (níquel carbonila do tipo INCO 123) se comparado ao feedstock de ligas comerciais que normalmente utilizam uma quantidade menor de matéria orgânica (feedstock: 9% m/m de polímero). A maior quantidade de matéria orgânica resultou na retenção de carbono durante o processo de extração de ligantes, o que levou à necessidade da otimização do ciclo de extração térmica e sinterização. Ciclos mais lentos e a baixa temperatura promoveram a total retirada dos ligantes. A liga injetada apresentou contração de aproximadamente 50%, além de teor elevado de poros quando comparado ao material compactado, o que influenciou também na dureza aparente do material. Em seguida, foram realizados ensaios preliminares com compósitos de níquel/lubrificante sólido por injeção, variando-se o teor da fase lubrificante de 2,5 até 10% v/v de Nitreto de Boro Hexagonal, Grafite e mistura de ambos. Em função da maior quantidade de porosidade nos injetados, pouco pôde-se avaliar em relação as propriedades mecânicas. Os compósitos com fase de lubrificante sólido de grafite apresentaram melhor microestrutura, com maior grau de continuidade da matriz metálica quando comparado aos compósitos contendo como fase de lubrificante sólido o Nitreto de Boro Hexagonal.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais Este trabalho é um estudo da remoção de ligantes poliméricos seguida pela sinterização em ciclo único, via plasma, de componentes produzidos pelo processo de moldagem de pós por injeção, MPI. Foi realizado o projeto de um reator em escala piloto capaz de variar todos os parâmetros da descarga individualmente ou combinados, sem interferência no ciclo térmico. As variáveis adotadas para a descarga foram: tensão de pico, razão de tempo ligado, pressão da atmosfera e composição da atmosfera. Para obtenção de um ciclo térmico estável foi introduzido no projeto um sistema resistivo o qual foi dimensionado de forma a atender às rigorosas exigências do ciclo de remoção e em seguida o de sinterização. As taxas de aquecimento podem variar de 0,15 °C/min a 30 °C/min. A temperatura máxima pode alcançar 1400 °C e o carregamento pode atingir 5 kg. O equipamento foi caracterizado em relação às descargas elétricas e em relação ao aquecimento auxiliar resistivo. O desenvolvimento do reator resultou em uma patente internacional do mesmo. Para a realização dos experimentos foram produzidas amostras por injeção de pós de aço inoxidável ABNT 316L (AISI 316L). Para estudar a remoção de ligantes foram realizados ciclos combinando os níveis das variáveis de processo: tensão de pico (440, 540 e 640 V), razão de tempo ligado (50, 70 e 90% de tempo ligado), pressão (0,5 - 0,9 e 1,3 Torr), teor de argônio na atmosfera Ar - H2 (1%, 8% e 16% de Ar), carregamento do reator (0,5 - 1,0 - 1,5 e 2,0 kg) e a taxa de aquecimento durante a extração (0,5 - 2,0 - 3,5 e 5,0 °C/min). Os ensaios avaliaram a perda de massa de ligante, a corrente elétrica do plasma e as condições internas do reator como depósito de resíduos ou formação de fuligem. A sinterização (efetivamente remoção de ligante conforme ciclo específico seguida de sinterização) foi realizada a 1350 °C por uma hora sob atmosfera inicial de 99% H2 + 1% Ar e 0,9 Torr, 5% de RTL (razão de tempo ligado) e 440 V. Após a sinterização foi avaliada a densificação das amostras e o teor de carbono residual. O equipamento desenvolvido mostrou-se adequado para a realização das pesquisas tendo apresentado excelente controle de todas as variáveis e robustez frente às rigorosas exigências do ciclo de remoção do ligante e às severas condições da etapa de sinterização. Os experimentos mostraram que para os níveis testados e em tensões mais baixas o teor de argônio não apresenta influência significativa sobre o processo de remoção, mas sob tensões mais elevadas intensifica a extração do ligante. Pressões mais altas aumentam a remoção e reduzem os resíduos no reator, mas tendem à formação de fuligem. O aumento da razão de tempo ligado conduz à redução da quantidade de resíduos no reator. O aumento da tensão de pico melhora o processo de extração. De um modo geral, condições que geram aumento da corrente elétrica do plasma tendem a intensificar o processo de remoção e reduzir a quantidade de resíduos. Alguns fatores que aceleram o processo de remoção podem, no entanto, induzir a formação de fuligem. O processo mostrou-se eficiente e rápido. Após a sinterização as amostras apresentaram boa densificação e o teor de carbono residual ficou bastante abaixo do valor máximo permitido para este material.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais Neste trabalho foi inicialmente caracterizado e avaliado o desempenho tribológico de duas fases distintas de nitreto de ferro (fases e '), utilizando componentes industriais fabricados em ferro puro sinterizado. A nitretação foi realizada em reator a plasma de escala industrial projetado e construído no LabMat/UFSC. Foram realizadas caracterizações microestruturais, através de microscopia ótica e análise de fases por difração de raios X, topográficas através de interferômetro a laser e tribológicas através de ensaio de deslizamento alternado a seco e microabrasão utilizando SiC como abrasivo. Durante os ensaios de desgaste por deslizamento alternado foram monitorados o coeficiente de atrito e o potencial de contato. O desgaste das peças foi determinado através de perda volumétrica da marca de desgaste pelo uso dos dados de topografia fornecidos por um interferômetro a laser. Também foi avaliado o desgaste do contra-corpo. Os mecanismos de desgaste dos ensaios de deslizamento alternado e microabrasão foram avaliados via microscopia eletrônica de varredura. Após a avaliação da fase de nitreto de melhor desempenho tribológico para este sistema, foram realizados três ciclos de nitretação com carga completa (5.000 peças/ciclo) para certificação do reator. Com o objetivo de verificar possíveis variações nas peças tratadas ao longo da carga, foram analisadas peças de doze regiões diferentes pré-definidas da carga. As análises realizadas foram microestruturais, espessura de camada e fase de nitreto e dimensionais, diâmetro e circularidade das peças. Após a verificação da homogeneidade do tratamento de nitretação ao longo da carga e entre ciclos foram realizadas análises topográficas e tribológicas (ensaios de deslizamento alternado e microabrasão) por amostragem comparando os resultados com peças nitretadas em equipamento comercial importado. Em uma última etapa, peças foram montadas em compressores para testes acelerados e novamente comparadas às peças nitretadas em equipamento comercial importado. Em relação ao desempenho tribológico, a camada de fase possui uma resistência ao desgaste, para o ensaio de deslizamento alternado, cerca de 2,5 vezes maior em relação a camada de fase '. As peças nitretadas no equipamento LabMat/UFSC apresentaram desempenho levemente superior quando comparadas com as peças nitretadas em equipamento comercial importado. O ensaio de deslizamento alternado mostrou-se eficiente para reproduzir o mecanismo de desgaste das peças apresentando resultados similares aos ensaios acelerados em compressores.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais Esta dissertação descreve o desenvolvimento de um novo reator de plasma, projetado especificamente para o uso da pulverização catódica que ocorre em descarga elétrica em regime anormal, para promover a modificação da composição química da superfície de peças (enriquecimento da camada da superfície com elementos de liga). No caso de componentes obtidos via metalurgia do pó, é possível processar o enriquecimento durante a etapa de sinterização ou, também, em um tratamento específico após a sinterização. Em um reator de plasma é gerado calor em consequência da colisão de íons e átomos neutros rápidos contra o cátodo da descarga. Quando a única fonte de geração de calor no reator é a descarga elétrica, a temperatura alcançada é função dos Parâmetros da descarga, isto é, a voltagem aplicada, a pressão do gás (ou mistura gasosa), a densidade de corrente e outros parâmetros do processo. Para possibilitar variar a temperatura independentemente dos parâmetros de condução da descaraga elétrica, o equipamento projetado e construído possui, dentro da mesma câmara, o sistema de eletrodos na geometria de ânodo-cátodo confinado para a geração do plasma e um sistema de aquecimento resistivo auxiliar. Uma vez que a voltagem aplicada às resitências elétricas é baixa (10 a 60 V), não ocorre interferência do sistema de aquecimento resisitivo na descarga elétrica gerada entre cátodo e ânodo. O trabalho compreendeu estudos teóricos sobre metalurgia do pó, plasma e metodologia de projetos, bem como a aplicação dos mesmos para a elaboração do projeto. Adotou-se uma metodologia de projetos de produtos industriais baseada nos conceitos implementados por Pahl & Beitz, que corresponde à seqüência de fases: projeto informacional, a partir do qual se obtêm informações necessárias no processo de tomada de Decisões; projeto conceitual, no qual a concepção do produto é escolhida de forma a melhor atender às necessidades requeridas; e na fase do projeto detalhado são elaborados os desenhos técnicos, com suas tolerâncias, bem como são definidas as instruções para a execução do mesmo. Foram também realizados estudos sistemáticos do processo de enriquecimento da superfície com molibdênio de amostras de ferro puro durante sinterização a plasma ou após sinterização. Foram avaliados os efeitos da energia de bombardeamento dos íons, da temperatura de tratamento, da configuração do potencial de plasma na deposição de Mo. Os resultados demonstram que o equipamento desenvolvido é adequado para o uso da pulverização catódica de descarga elétrica anormal para produzir modificação da composição química da superfície de peças, quando os parâmetros do processo são variados de forma controlada. This dissertation describes the development of a new plasma reactor, specifically projected for cathodic sputtering using abnormal glow discharge in order to promote the chemical composition modification on the surface of components (outer layer enrichment with alloying elements). In the case of components produced by powder metallurgy, it is possible achieve the enrichment during the sintering step or else, in a specific treatment after sintering. In a plasma reactor, the cathode is heated by the bombardment of ions and fast neutral atoms. When the only source of heat in the reactor is the electrical discharge, the reached temperature is function of the discharge parameters, i.e., the applied voltage, the gas pressure (or gaseous mixture), the current density and other plasma parameters. In order to vary the temperature independently from plasma discharge parameters, the projected and constructed equipment has, in the same reactor chamber, the electrode system in the anode-cathode confined geometry to generate the plasma and an auxiliary electrical resistive heating system. Since the voltage applied to the resistive heating elements is low (10 the 60 V), there is no interference of the resistive heating system in electrical discharge generated between cathode and anode. The work involved theoretical studies on powder metallurgy, plasma and project methodology, as well as the application of the same ones for the elaboration of the project. A project methodology of industrial products based in the concepts implemented for Pahl & Beitz was adopted. Such a methodology corresponds to the sequence: informational project, essential to taking decisions; conceptual project, in which the product concept is chosen with the aim of attending the required necessities; in the detailed project the drawings are elaborated, with its tolerances, and instructions for the execution of project are defined. Also, systematic studies of the surface molybdenum enrichment process of iron samples had been carried out during plasma sintering or after sintering. The effect of ion bombardment energy, treatment temperature and plasma potential configuration in the Mo deposition had been evaluated. The results demonstrate that the developed equipment is appropriate for cathodic sputtering in abnormal electric discharge to produce modification of the surface chemical composition of parts, controlling the process parameters.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Um sistema de ligantes contendo alumina para moldagem por injeção foi testado com diferentes teores de carga sólida. O sistema de ligantes contendo três componentes, ácido esteárico (AE), polietilenoglicol (PEG) e polivinilbutiral (PVB) foi utilizado numa proporção de 2:1 de PEG:PVB e 25:1 de Al2O3:AE. As misturas foram caracterizadas por meio de reometria capilar. A mistura com melhores características para moldagem por injeção foi escolhida para o estudo de remoção de ligantes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais No presente trabalho estudou-se a sinterização de misturas de pó de ferro com pó de sulfetos como aditivos visando a obtenção de material compósito contendo lubrificante sólido na forma de partículas de segunda fase em seu volume. Foram misturados ao pó de ferro os seguintes sulfetos isoladamente: sulfeto de manganês (MnS) e bissulfeto de molibdênio (MoS2). Estudou-se a influência dos sulfetos, para diversos teores, sobre a evolução microestrutural e a variação dimensional durante a sinterização, bem como, sobre algumas propriedades mecânicas (tensão de escoamento em tração, resistência a tração e módulo de Young) após sinterização. O pó de ferro utilizado foi o Ancorsteel 1000B produzido pela Höganaes. O pó de ferro foi misturado com o sulfeto de manganês ou o sulfeto de molibdênio em frações volumétricas de 3, 6, 9, 12 e 15%, sendo avaliadas as propriedades tecnológicas dessas misturas (escoabilidade, densidade aparente, compressibilidade). Para a análise da sinterização e da evolução microestrutural foram preparados corpos de prova, utilizando as frações intermediárias de cada mistura (Fe + 9%MnS e Fe + 9%MoS2), na forma de cilindros de com 10 mm de diâmetro e aproximadamente 10 mm de altura. Essas amostras foram sinterizadas em dilatômetro possibilitando verificar a variação dimensional ocorrida durante o aquecimento e sinterização isotérmica. Ensaios de termogravimetria (TG) e análise térmica diferencial (DTA) contribuíram na identificação de possíveis reações entre os componentes da mistura durante a fase de aquecimento e sinterização. A evolução microestrutural das amostras foi analisada por microscopia ótica e eletrônica, análise química pontual por raios-x de energia dispersiva (EDX) e difração de raios-x. Como referencial de propriedades e para a análise de resultados utilizou-se sempre as propriedades e o desempenho do ferro puro sinterizado. Os resultados mostraram que sulfeto de manganês não reage com o ferro, mantendo-se na forma de partículas de segunda fase dispersas na matriz. No entanto, ocorre perda parcial de enxofre e uma pequena parcela do sulfeto é convertido em óxido de manganês (MnO). O bissulfeto de molibdênio reage integralmente com a matriz ferro do compósito durante a fase de aquecimento formando sulfeto de ferro (FeS). O Molibdênio, após a perda do enxofre, se dissolve na matriz ferrosa, provocando endurecimento por solução sólida.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais Neste trabalho foi estudada a utilização de plasma (descarga luminescente anormal de corrente contínua - DLA) para a extração de ligantes e a sinterização de metal duro, WC - 10% Co. A pesquisa iniciou-se com a obtenção de amostras de metal duro, através da compactação uniaxial em matriz e da moldagem por injeção. Objetivando a definição das diversas variáveis da descarga, foi realizada uma caracterização do processo de aquecimento por plasma, obtendo-se as condições para viabilizar os processos térmicos estudados. Também, foi estudada a viabilidade da extração de ligantes por plasma, avaliando a influência dos parâmetros: temperatura e tempo da extração, mistura gasosa e taxa de aquecimento. Posteriormente foi estudada a sinterização em plasma (DLA) em diversos estágios da fase de aquecimento, até a temperatura de 13800C, caracterizando o processo através do parâmetro de densificação, análises por microscopia ótica e eletrônica e difração de raios X. Concomitantemente, estudou-se o efeito da utilização de distintos materiais como cátodo e ânodo da descarga, bem como de distintas misturas gasosas. Observou-se a formação de filmes sobre o metal duro, devido ao depósito de átomos provenientes do cátodo ("sputtering"). Finalmente, foi medido o teor de carbono no metal duro durante o seu processamento, e foi estudada, no plasma, a manutenção do teor de carbono estequiométrico usando uma mistura gasosa de Ar-H2-CH4. Nestes estudos constatou-se a formação de cristais de diamante na superfície do metal duro, concomitantemente a sua sinterização. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que a utilização de plasma (DLA) para o processamento térmico do metal duro, em um ciclo único, é viável e eficaz.