Adesão de filme auto-sustentado de diamante CVD em metal duro

O objetivo deste trabalho foi desenvolver conhecimento científico e tecnológico sobre o mecanismo de adesão de filmes de diamante CVD em metal duro. Foi estudado de forma sistemática o processo de brasagem reativa convencional em vácuo, com liga de AgCuTi, onde foram avaliados os efeitos do tempo, da temperatura e da atmosfera durante o processo de brasagem. O grau de aderência foi avaliado por um ensaio de tração mecânica adaptado. Os melhores resultados foram obtidos para brasagem em vácuo, em temperaturas na faixa de 900 a 920 oC e tempos de 3 a 20 minutos. Tendo em vista as limitações da brasagem em vácuo, relacionadas à reatividade do elemento reativo, o Ti, a baixa resistência da liga (à base de cobre e prata, que são metais macios) e a necessidade de uma atmosfera controlada para evitar a oxidação do próprio diamante na faixa de temperatura utilizada, foi desenvolvido neste trabalho um novo método de Adesão e brasagem de filmes auto-sustentados de diamante CVD em metal duro. Este método utiliza altas pressões e altas temperaturas para promover a adesão, utilizando câmaras simples e de baixo custo. Os resultados obtidos mostraram ser possível unir diamante ao metal duro com ou sem o material de adição, em condições de pressão e temperatura adequadas. As vantagens de utilizar alta pressão relacionam-se à possibilidade de manter o diamante estável em altas temperaturas, minimizar as falhas de preenchimento na interface entre o diamante e o metal duro, facilitar a difusão na interface, através das fronteiras de grão, promover o ancoramento e minimizar a espessura da película de brasagem quando utilizado o material de adição O grau de aderência das amostras foi avaliado através de um ensaio de cisalhamento e os resultados foram excelentes. No caso da adesão direta em altas pressões, sem o material de adição, o mecanismo responsável pela aderência provavelmente está relacionado ao ancoramento induzido pela pressão e à difusão do cobalto, presente no metal duro, para a interface com o diamante, servindo como uma espécie de “cola”. Entretanto, esta “cola” atua como catalisador para o carbono e pode interferir na estabilidade do filme de diamante. De fato, para adesão direta a 2,5 GPa e 1200 oC, observou-se a completa grafitização do filme de diamante. Este grafite apresentou alto grau de cristalinidade e de orientação preferencial, com planos basais não paralelos à superfície de interface. Para adesão direta a pressões dentro da região de estabilidade termodinâmica do diamante, este permaneceu íntegro e, inclusive, observou-se uma melhora na cristalinidade para adesão direta a 7,7 GPa e 1500 oC. Na adesão direta em alta pressão, é preciso levar em consideração a cinética do processo de adesão, relacionada à difusão do cobalto, e a estabilidade de fase do diamante. Na brasagem em alta pressão, foram obtidos resultados positivos para processamentos a 2,5 GPa e 4 GPa, na mesma faixa de temperatura utilizada na brasagem convencional. Como estas temperaturas são menores, não houve grafitização do filme a 2,5 GPa. A 7,7 GPa, a liga ficou completamente aderida ao diamante e não houve a união com o metal duro. Isso ocorreu pela diferença de compressibilidade da liga em relação ao diamante e ao metal duro Foram produzidas algumas ferramentas utilizando a brasagem convencional, as quais foram afiadas e testadas em condições de usinagem, com resultados satisfatórios.

Influência de bolhas de hélio e da microestrutura sobre a evolução térmica de filmes de alumínio implantados com cobre

Este trabalho apresenta os resultados de um estudo sistemático sobre as influências do tamanho de grão de filmes finos de Al e da implantação de íons de He sobre a evolução térmica de distribuições de átomos de Cu e formação de precipitados de Al-Cu. Filmes finos de Al depositados sobre substrato de SiO2/Si através de dois processos diferentes foram implantados com íons de Cu+ e He+ produzindo uma solução sólida supersaturada de Al-Cu (≈ 2,5 a 3,5 at. %) e nano-bolhas de He. Os valores de energia dos íons foram escolhidos de tal forma a produzirem uma camada rica em Cu e He na região a aproximadamente 100nm da superfície. Tais filmes foram tratados termicamente em alto-vácuo nas temperaturas de 200ºC e 280ºC por tempos de 0,5h e 2h. Os filmes foram analisados por Retroespalhamento Rutherford, para determinação do perfil de concentração dos átomos de Cu, e por Microscopia Eletrônica de Transmissão, para determinação da microestrutura do Al e dos sistemas de nano-partículas Al-Cu e Al-He. Os resultados experimentais mostraram que a evolução térmica da distribuição dos átomos de Cu e a formação de precipitados de Al-Cu são significativamente afetadas pela configuração e tamanho de grão do filme de Al e pelas implantações de He. O presente estudo mostrou que existe uma forte correlação entre o fluxo de vacâncias e a estabilidade da microestrutura de filmes finos de Al (Al/SiO2/Si) implantados com íons de Cu+ e He+ e tratados termicamente. A possibilidade de controlar os fluxos de vacâncias através de configurações da microestrutura dos filmes de Al é, portanto, um tema de grande interesse tecnológico relacionado a durabilidade das interconexões metálicas de dispositivos microeletrônicos.

O forjamento de ligas de alumínio : um estudo para a liga ABNT 6061

Este trabalho pretende, na visão de novas tecnologias, discutir o processo de forjamento das ligas de alumínio (ABNT 6061), buscando propor uma metodologia baseada na ciência da engenharia. Deseja-se minimizar os procedimentos de tentativa e erro no desenvolvimento de processos de conformação. Para tanto, novas tecnologias disponíveis atualmente, tais como o Projeto Assistido por Computador (CAD), a Fabricação Assistida por Computador (CAM) e a Simulação do Processo (CAE) são empregadas. Resultados experimentais mostrando o comportamento da liga ABNT 6061 através das curvas de escoamento bem como o estabelecimento da condição do atrito no processo de conformação, avaliando dois lubrificantes comerciais disponíveis (Deltaforge 31 e Oildag) para aplicações nas ligas de alumínio, são reportados neste trabalho. A comparação dos resultados obtidos de um experimento prático de forjamento com a simulação pelo “Método dos Elementos Finitos” usando o código “QForm” é apresentada para uma peça de simetria axial em liga de alumínio. Finalmente, os resultados obtidos no forjamento de um componente automotivo em liga de alumínio (ABNT 6061), desenvolvido em parceria com a empresa Dana, são analisados e comparados com as simulações computacionais realizadas usando o código “Superforge”.

Tratamento superficial DUPLEX com TiN e CrN de aços ferramenta da classe AISI H13 para matrizes de injeção de ligas de alumínio

Este trabalho apresenta um estudo de camada “duplex” em aços para trabalho à quente da classe AISI H13, com enfoque em matrizes de injeção de ligas de alumínio, visando otimizar a vida das matrizes atuando tanto sobre os mecanismos de ataque superficial da matriz pelo alumínio como sobre a formação de trincas por fadiga térmica. O tratamento duplex consistiu em nitretação à plasma, com gás contendo 5% de nitrogênio e diferentes parâmetros de tempos e temperaturas, sendo as amostras posteriormente revestidas com nitreto de titânio (TiN) ou nitreto de cromo (CrN). As camadas nitretadas foram avaliadas através de análises metalográficas, perfis de dureza e difração de raios X, buscando caracterizar e qualificar a camada nitretada. Tendo sido observado na difração de raios X a presença de camada de compostos (nitretos de ferro ε e γ’) mesmo com a utilização de gás pobre em nitrogênio, foram também avaliados substratos nitretados sem a remoção mecânica dos nitretos e com um polimento para remoção destes antes da deposição. A rugosidade dos substratos nitretados com e sem a realização do polimento mecânico também foram determinados, buscando relação deste parâmetro com os resultados obtidos. O conjunto camada nitretada e depósitos (TiN ou CrN) com e sem o polimento mecânico após-nitretação foram avaliados em termos de adesão com ensaios de indentação Rockwell C com análise em microscopia eletrônica de varredura (qualitativamente) e com o teste do risco (quantitativamente) avaliando tanto as cargas críticas para a falha do filme como o modo de falha também em microscopia eletrônica de varredura. Além disso, foram realizados testes de fadiga térmica em banho de alumínio para simulação e avaliação do desempenho da camada “duplex” em condições de trabalho, bem como foram testadas duas condições de nitretação com TiN ou CrN em regime industrial. Os resultados mostram ganhos de adesão crescentes com o aumento dos tempos e das temperaturas de nitretação, além de maiores ganhos com a remoção mecânica (polimento) do substrato nitretado antes da deposição dos filmes. O comportamento, frente às condições de trabalho também foi superior para condições de nitretação com maiores tempos e temperaturas, tanto nos ensaios de laboratório com nos testes em regime industrial.

Obtenção e caracterização de estruturas reofundidas e tixofundidas da liga de alumínio AA7075

A obtenção de ligas metálicas em forma de pasta, com propriedades tixotrópicas apropriadas para serem utilizadas em processos de tixoconformação, pode ser realizada através de vários processos metalúrgicos. Destacam-se os processos de reofundidos obtidos a partir do líquido com a agitação mecânica do banho, ao longo da solidificação. Esses processos utilizam-se de rotores e propulsores, agitação mecânica usando o processo de duplo-parafuso e a agitação magneto hidrodinâmica. Outros procedimentos para a obtenção de pastas reofundidas a partir do líquido são o processo SCR (Shearing Cooling Roll), refino químico, ultra-som, processo spray, a nova reofundição NCR (New Rheocasting) e a reofundição elementar. As estruturas tixofundidas são obtidas a partir do metal sólido no qual, utiliza-se a refusão parcial de estruturas dendríticas, a fusão parcial de estruturas dendríticas deformadas (SIMA) e a fusão parcial sob pressão de estruturas dendríticas. No Trabalho em questão foram estudados os dois métodos para a obtenção de estruturas com propriedades tixotrópicas (Reofundição e Tixofundição). O primeiro processo explorado foi a agitação mecânica da liga AA7075 em seu estado semi-sólido, através de uma haste propulsora com pás recobertas por carbeto de cromo e contida em um cadinho especial de grafite. O segundo, foi a aplicação de tratamento isotérmico usando diversos patamares de tempos de aplicação e temperaturas. Este processo foi realizado por aquecimento indutivo na mesma liga AA7075, deformada anteriormente por extrusão direta. As microestruturas foram caracterizadas através dos diâmetros e formas dos glóbulos, utilizando o fator de forma específico em um programa de análise de imagens.

Análise numérica e experimental da solidificação das ligas Al 3,5% Cu e AA36

A formação interna da estrutura de uma peça fundida deve determinar as características mecânicas dessa peça, quando em serviço. Dessa forma, torna-se fundamental conhecer e parametrizar os elementos que influem na formação da estrutura do componente sólido, para o desenvolvimento adequado de sistemas de solidificação que permitam conduzir a melhoria da qualidade de uma peça no processo de solidificação. Modelos numéricos podem ser empregados para a determinação da formação estrutural, entretanto estes devem ser aferidos adequadamente para garantir sua aplicabilidade. No trabalho em questão, desenvolveu-se uma metodologia que permitiu a aferição de um modelo numérico para a previsão das condições de resfriamento de ligas de alumínio. Elaborou-se um conjunto de coquilhas e moldes que permitiram o acoplamento e verificação da estrutura formada na solidificação em diferentes situações de resfriamento, observando principalmente a direção de extração de calor e a taxa de resfriamento associada. O modelo numérico aplicado respondeu coerentemente aos resultados obtidos permitindo a previsão da estrutura solidificada pela observação dos resultados de evolução das isotermas solidus e liquidus no interior dos sistemas.

Estudo do efeito inibidor do solicato de sódio na corrosão de uma liga de ali-mg-si, em meio de diferentes concentrações de cloreto

No presente trabalho, estudou-se o efeito inibidor do silicato de sódio na corrosão de uma liga de AI-Mg-Si em meio arejado e desarejado, contendo quantidades variadas de Ion cloreto no pW = 10,O . Nos diferentes tipos de ensaios realizados, tais como, traçado de curvas de polarização, ensaios galvanostáticos e com par galvânico, utilizou-se corpos de prova anodizados ou polidos. Os resultados experimentais mostraram que 1 g/l de silicato de sódio neutro de composição Na2O : 3.3 SiO2, demonstrou total efeito inibidor da corrosão da liga de A1-Mg-Si, em solução contendo até 60 p.p.m. de NaC1. Em concentrações de 1060 p.p,m. e maiores de NaC1, o silicato mostrou apenas efeito retardador da corrosão, com diminuição da incidência de pites. A análise dos produtos de corrosão, formadas sobre a superficie dos pites, feita usando-se raio-X e espectroscopia de infravermelho, mostrou que esses produtos têm estrutura amorfa e contêm silicato e grupos hidroxila. Finalmente, medidas de capacitância da dupla camada, confirmaram a existência de uma película que se forma sobre a superfície da liga de alumínio, quando em solução de silicato.

Introdução ao forjamento isotérmico

Pretende este trabalho dar início ao estudo do processo de forjamento isotérmico de uma peça de uma liga de alumínio (Al Mg Sil) através de alguns parâmetros como curva de escoamento, influência de lubrificantes e modelos de cálculo de força. Para a análise da curva de escoamento da liga Al Mg Sil foram realizados testes alterando-se tanto a temperatura de ensaio como a velocidade de prensagem. Os resultados obtidos foram comparados com os resultados de duas referências bibliográficas. Em relação ao forjamento apresenta-se a ferramenta utilizada nos testes e descreve-se sobre as influências de alguns lubrificantes testados. Finalizando, mostra-se os resultados obtidos experimentalmente e os resultados obtidos através da aplicação de três modelos teóricos extraídos da literatura. Conclusões e sugestões para futuros trabalhos são também apresentados.

Herança genética e mapeamento molecular da tolerância à toxidade do alumínio em aveia (Avena sativa L.)

A toxicidade do alumínio é um fator limitante para a obtenção de maior produtividade na cultura da aveia (Avena sativa L.). O desenvolvimento de genótipos tolerantes a altos níveis de toxidez ao alumínio é uma alternativa mais barata e viável para o cultivo em solos com subsolo ácidos. Os objetivos deste estudo foram avaliar genótipos de aveia quanto à reação ao alumínio tóxico em três soluções nutritivas, bem como, determinar a ação gênica, o número de genes, a herdabilidade do caráter e identificar marcadores moleculares associados a tolerância ao alumínio tóxico em genótipos de aveia. Oito genótipos foram avaliados em soluções nutritivas quanto à tolerância ao alumínio tóxico. A utilização de solução nutritiva foi eficiente para a discriminação dos genótipos de aveia quanto à tolerância ao alumínio. Os genótipos apresentaram variabilidade, sendo classificados como tolerantes, intermediários e sensíveis. A ação gênica aditiva foi a de maior importância, tanto na análise de média de gerações de oito cruzamentos, quanto na análise de um dialélico parcial envolvendo quatro genótipos. Em oito cruzamentos para determinação do número de genes envolvidos no caráter, através da análise do recrescimento da raiz principal de plantas em solução nutritiva, a segregação foi de apenas um gene com alelos múltiplos, sendo dois para tolerância (A1 e A2) e um para sensibilidade (a). A herdabilidade da característica foi alta, evidenciando que este caráter pode ser selecionado em programas de melhoramento, nas gerações iniciais. Na análise por microssatélites e AFLP, considerando as condições avaliadas, não foram identificados marcadores moleculares associados ao caráter.

Uma abordagem analítica para a solução de problemas multidimensionais de secagem baseados no modelo de Luikov

Este trabalho pretende, na visão de novas tecnologias, discutir o processo de forjamento das ligas de alumínio (ABNT 6061), buscando propor uma metodologia baseada na ciência da engenharia. Deseja-se minimizar os procedimentos de tentativa e erro no desenvolvimento de processos de conformação. Para tanto, novas tecnologias disponíveis atualmente, tais como o Projeto Assistido por Computador (CAD), a Fabricação Assistida por Computador (CAM) e a Simulação do Processo (CAE) são empregadas. Resultados experimentais mostrando o comportamento da liga ABNT 6061 através das curvas de escoamento bem como o estabelecimento da condição do atrito no processo de conformação, avaliando dois lubrificantes comerciais disponíveis (Deltaforge 31 e Oildag) para aplicações nas ligas de alumínio, são reportados neste trabalho. A comparação dos resultados obtidos de um experimento prático de forjamento com a simulação pelo "Método dos Elementos Finitos" usando o código "QForm" é apresentada para uma peça de simetria axial em liga de alumínio. Finalmente, os resultados obtidos no forjamento de um componente automotivo em liga de alumínio (ABNT 6061), desenvolvido em parceria com a empresa Dana, são analisados e comparados com as simulações computacionais realizadas usando o código "Superforge".

Hidrogenação de catalítica de acetileno sobre catalisadores de paládio e catalisadores bimetálicos de paládio e prata

Nesse estudo, prepararam-se catalisadores de paládio e catalisadores de paládio e prata que foram avaliados, juntamente com o catalisador comercial G58H para a reação de hidrogenação seletiva de acetileno. Foram preparados materiais com 0,03% e 0,1% de Pd depositados sobre α-Al2O3 e α-Al2O3 impregnada com 0,2% de Ag. A superfície dos catalisadores foi analisada por quimissorção de CO, TPR de H2 e medidas de área superficial pelo método BET. Os catalisadores de paládio e paládio/prata mostraram-se bastante ativos e seletivos para a reação de hidrogenação de acetileno. Os resultados dos ensaios de quimissorção de CO indicaram que os catalisadores monometálicos preparados a partir do precursor Pd(NO3)2 possuem maior dispersão e que esta diminui com o aumento do conteúdo metálico. A adição da prata diminui a dispersão do paládio nos catalisadores bimetálicos. As análises de redução a temperatura programada (TPR) indicaram que os catalisadores monometálicos de paládio preparados a partir do precursor Pd(NO3)2 apresentam um número maior de espécies redutíveis. No caso dos catalisadores bimetálicos, as análises de TPR permitiram a identificação de fases metálicas onde o paládio interage com a prata. prata. As medidas de área superficial sugeriram que a adição da fase metálica reduz a área superficial dos catalisadores. Os ensaios de atividade catalítica mostraram que os catalisadores mono e bimetálicos preparados a partir do precursor Pd(NO3)2 são mais ativos que os preparados a partir do complexo [Pd(acac)2]. A atividade aumenta com percentual de paládio, porém, as menores seletividades foram obtidas para os catalisadores com maior percentual de paládio. Os catalisadores bimetálicos de Pd/Ag mostraram-se menos ativos que os monometálicos de paládio, entretanto foram mais seletivos na formação de etileno.

Filmes finos dielétricos para a tecnologia do silício : processamento térmico e caracterização

O rápido avanço tecnológico coloca a tecnologia do Si diante de um grande desafio: substituir o dielétrico de porta utilizado por mais de 40 anos em dispositivos MOSFET (transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor), o óxido de silício (SiO2), por um material alternativo com maior constante dielétrica. Nesse contexto, vários materiais têm sido investigados. Nesta tese concentramos nossa atenção em três candidatos: o óxido de alumínio (Al2O3), o silicato de zircônio (ZrSixOy) e o aluminato de zircônio (ZrAlxOy). Nossos resultados experimentais baseiam-se em técnicas de análise com feixes de íons ou raios-X e de microscopia de força atômica. No caso do Al2O3, investigamos a difusão e reação de oxigênio através de filmes relativamente espessos (35 nm) quando submetidos a tratamento térmico em atmosfera oxidante, e os efeitos que esses processos provocam em filmes finos (6,5 nm) de Al2O3 depositados sobre uma estrutura SiO2/Si. Observamos que o processo de difusão-reação em filmes de Al2O3 é diferente do observado em filmes de SiO2: no primeiro caso, oxigênio difunde e incorpora-se em todo o volume do filme, enquanto que em filmes de SiO2, oxigênio difunde através do filme, sem incorporar-se em seu volume, em direção à interface SiO2/Si, onde reage. Além disso, quando oxigênio atinge a interface Al2O3/Si e reage com o Si, além da formação de SiO2, parte do Si migra em direção ao Al2O3, deslocando parte dos átomos de Al e de O. Modelos baseados em difusão e reação foram capazes de descrever qualitativamente os resultados experimentais em ambos os casos. A deposição de filmes de Al2O3 sobre Si por deposição química de camada atômica a partir de vapor também foi investigada, e uma nova rotina de deposição baseada em préexposição dos substratos de Si ao precursor de Al foi proposta. As estruturas ZrSixOy/Si e ZrAlxOy/Si (ligas pseudobinárias (ZrO2)z(SiO2)1-z e (ZrO2)z(Al2O3)1-z depositadas sobre Si) foram submetidas a tratamentos térmicos em oxigênio ou vácuo com o objetivo de investigar possíveis instabilidades. Os tratamentos térmicos não provocaram instabilidades na distribuição de Zr, mas migração e incorporação de Si no filme dielétrico foram observadas durante os dois tratamentos para ambos os materiais.

Estudo da carburização de tubos de ligas de Fe-Cr-Ni aplicadas em fornos de pirólise

Durante sua utilização, tubos que operam na pirólise de substâncias orgânicas sofrem degradação estrutural resultante dos mecanismos de carburização que, em geral, levam à falha dos tubos. A carburização decorre da quantidade de carbono disponível na pirólise, que chega a formar uma camada intensa de coque no interior dos tubos. Para a retirada do coque, é introduzido vapor no intuito de queimá-lo que, adicionalmente, deixa carbono na superfície para a carburização. Este trabalho analisa os aspectos metalúrgicos envolvidos no ataque das liga Fe-Cr- Ni através da carburização, onde falhas catastróficas podem ocorrer devido às tensões térmicas geradas nas paradas de retirada do coque formado. Os tubos usados são fabricados com as ligas HP40 e HPX. Ligas ricas em cromo e níquel são utilizados; no caso do níquel a estabilização da estrutura austenítica e do cromo pela formação de uma camada protetora de óxido. No entanto, tempos prolongados de emprego da liga pode gerar quebra da barreira protetora e, então, proporcionar a difusão do carbono para o material, causando mudanças microestuturais que irão afetar as propriedades metalúrgicas Neste trabalho foram analisadas microestruturas de ligas com 25% Cr e 35% Ni que operaram por 20.000 e 37.000 horas, bem como a realização de uma série de tratamentos térmicos com ligas 25% Cr 35% Ni e 35% Cr 45% Ni sem uso, a fim de se estabelecer à relação existente entre a difusão do carbono e a microestrutura resultante. De posse destes dados, foram realizadas análises em microscopia, ensaios mecânicos, dilatometria e modelamento das tensões térmicas geradas nas paradas de decoking. Foi, também, desenvolvido uma metodologia capaz de relacionar a espessura da camada difundida de carbono com o magnetismo existente na superfície interna causada pela formação de precipitados magnéticos.

Avaliação da utilização de transdutores magnéticos para determinação de cementação em ligas HP40

Ligas da classe HP40 e similares são empregados em ambientes petroquímicos on-de a agressividade do meio provém da atividade do carbono a altas temperaturas. Normal-mente a pirólise de metano, etileno ou nafta apresentam como subproduto formação de carbono na forma de coque. Com a elevação de temperatura local, ocasionada pela baixa condutividade térmica do coque, a camada de óxido de cromo interna torna-se instável, eliminando a barreira à difusão de carbono. O carbeto de cromo criado pela difusão de car-bono apresenta dilatação térmica diferente da matriz causando tensões internas que em caso extremo ocasiona o rompimento do tubo. Este rompimento pode comprometer a ativi-dade do forno e a segurança da unidade petroquímica.. Neste trabalho foram criados transdutores magnéticos capazes de medir espessura de camada cementada. A determinação da porcentagem de material cementado, através de instrumentos precisos é primordial ao planejamento da manutenção e estudo de custo-benefício à substituição destes materiais. Sua confecção visou empregar materiais de baixo custo, facilidade de manuseio e adequação ao ambiente petroquímico.