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.

Análise da solidificação para o projeto de molde e a relação com as propriedades mecânicas na fundição da liga de latão 60/40

As propriedades metalúrgicas e mecânicas de uma liga metálica dependem fundamentalmente do fenômeno de solidificação e dos parâmetros associados a este. O trabalho proposto analisa a solidificação em uma primeira etapa para o projeto e otimização de moldes de fundição em areia. Nessa etapa utilizou-se como ferramenta um software comercial e resultados experimentais obtidos na indústria. Em uma segunda etapa do trabalho foi investigado as características de solidificação e suas influencias nas propriedades mecânicas e metalúrgicas de ligas de latão. A liga de latão 60/40, foi vazada em molde de areia com base de cobre objetivando uma condição de solidificação unidirecional. O monitoramento de temperaturas foi realizado utilizando-se termopares do Tipo K posicionados ao longo da altura do lingote. O lingote solidificado foi dividido em várias secções ao longo de sua altura, e para cada secção foram retirados corpos de provas e ensaiados segundo as normas ASTM E 8M-97 e ASTM E 18 – 94 para os ensaios mecânicos (σu, HRB e HV) e ASTM E112 para análise metalográfica. Os resultados da solidificação, como por exemplo o espaçamento dendritico secundário foram correlacionados com o comportamento da transferência de calor no sistema, tomando como parâmetros o gradiente térmico, a velocidade da interface (S/L) e a taxa de resfriamento, os quais foram obtidos experimentalmente. Estas características do processo metalúrgico e os resultados da solidificação foram relacionados com as propriedades mecânicas como a resistência à tração (σu) e a dureza (HRB e HV). Foram obtidas, empiricamente, expressões do tipo σu = f( λ2), HRB = f( λ2) , HV = f( λ2) e σu = f( HRB). Os resultados se mostraram coerentes com os dados da literatura e a relação de Hall-Petch que associa a dureza HRB com o espaçamento dendritico secundario. Palavras Chaves: modelagem em areia, microestrutura, propriedades mecânicas, liga de latão, solidificação, EDS.

Reciclagem de cobre de sucatas de placas de circuito impresso

O crescimento constante na geração de resíduos sólidos em todo o mundo tem estimulado estudos para os mais variados tipos de resíduos. As sucatas eletrônicas fazem parte deste universo de materiais obsoletos e/ou defeituosos que necessitam ser dispostos de maneira mais adequada ou então reciclados. Neste trabalho foram estudadas as Placas de Circuito Impresso que fazem parte das sucatas eletrônicas e que são encontradas em quase todos os equipamentos eletro-eletrônicos (computadores, televisores, VCR´s, DVD´s, telefones celulares, impressoras, etc.). Para realizar esse estudo foram coletadas placas de circuito impresso (PCI) obsoletas ou defeituosas de computadores pessoais que são atualmente a maior fonte deste tipo de resíduo. As PCI são compostas de uma maneira geral de polímeros, cerâmicos e metais, o que dificulta o seu processamento. Por outro lado a presença de metais base (como cobre) e metais preciosos estimulam estudos quanto a sua reciclagem. Também a presença de metais pesados como Pb e Cd, que tornam as placas resíduos perigosos, demonstram a necessidade de pesquisar soluções para este tipo de resíduo, a fim de que possam ser dispostos adequadamente, sem prejudicar o meio ambiente. Na primeira etapa deste trabalho foi utilizado processamento mecânico, como moagem, separação granulométrica, separação magnética e separação eletrostática para obter uma fração concentrada em metais (principalmente Cu, Pb e Sn) e uma outra fração contendo polímeros e cerâmicos. Ao final deste processo foi possível obter nas frações concentradas em metais uma concentração média de cobre de 50%. Na segunda etapa a fração concentrada em metais foi dissolvida com ácidos e enviada para uma eletro-obtenção a fim de recuperar os metais separadamente, neste primeiro momento o cobre. Por eletro-obtenção foram obtidos cátodos com teores de cobre acima de 96% Os resultados obtidos demonstram a viabilidade técnica de se recuperar o cobre utilizando processamento mecânico seguido de uma técnica eletrometalúrgica.

Metalogenese dos depositos hidrotermais de metais-base e au do ciclo brasiliano no bloco São Gabriel, RS

Os depósitos de metais-base (Camaquã, Santa Maria e na Formação Passo Feio), e Au (Bossoroca) mais importantes do Rio Grande do Sul foram gerados durante o Ciclo Brasiliano ao longo de três eventos distintos, relacionados ao magmatismo e metamorfismo contemporâneos (700, 594 e 562 Ma); os metais foram derivados de fontes relacionadas à crosta juvenil e ao embasamento antigo. O depósito de ouro da Bossoroca (700 Ma) consiste de veios de quartzo com Au e subordinadamente pirita, calcopirita, galena e teluretos, sendo classificado como um depósito orogênico epizonal. Os filões de quartzo aurífero são hospedados por rochas, piroclásticas calcico-alcalinas de composição andesítica, dacítica com basaltos e epiclásticas subordinadas, pertencentes a Formação Campestre. Estudos do zircão através do método U-Pb via SHRIMP mostram que as rochas vulcânicas encaixantes foram geradas a cerca de 760 Ma atrás, no início do Ciclo Brasiliano, e sofreram metamorfismo regional de baixa pressão na transição entre os facies xistos verdes e anfibolito a cerca de 700 Ma. Os depósitos de metais-base do sistema Camaquã Cu (Au, Ag) e Santa Maria Pb-Zn (Cu, Ag) são hidrotermais magmáticos distantes, provavelmente ligados à intrusões graníticas, e foram gerados há cerca de 594 Ma durante o magmatismo pós-colisional do final da Orogenêse Dom Feliciano. As mineralizações de Cu (Au) e Pb hospedados pela Formação Passo Feio são hidrotermais epigenéticas e foram gerados há 562 Ma durante a intrusão do Granito Caçapava. A composição isotópica do Pb dos sulfetos dos depósitos de Camaquã-Santa Maria indica que os metais foram derivados de uma fonte crustal com Pb muito primitivo no final do Ciclo Brasiliano. A composição isotópica do enxofre dos sulfetos desses depósitos (~ 0‰ CDT) indica uma origem magmática para o enxofre. Os metais dos depósitos hidrotermais epigenéticos da Formação Passo Feio foram também derivados do embasamento antigo, com contribuição importante das rochas meta-vulcanosedimentares da Formação Passo Feio. O enxofre dessas mineralizações possui origem mista, originada pela mistura de fluidos magmáticos (Granito Caçapava) com enxofre derivado da lixiviação das meta-vulcanosedimentares da Formação Passo Feio. Os metais concentrados no depósito de Au da Bossoroca foram mobilizados durante o metamorfismo regional dinamotermal através da interação de fluidos de origem profunda que ascenderam através da pilha vulcanosedimentar extraindo Au e outros metais, e depositando-os em níveis crustais mais rasos em sítios estruturalmente favoráveis. A fonte do Pb determinada para o depósito de Au da Bossoroca é de origem profunda e corresponde a mesma fonte do magma de arco juvenil gerador das rochas vulcânicas do arco. Os isótopos de C-O mostram assinaturas compatíveis com uma fonte profunda para estes fluidos mineralizadores.

Híbridos à base de anilina/sílica obtidos através do processo sol-gel: síntese, caracterização e propriedades

Neste trabalho inicialmente foi sintetizado o precursor organoalcoxisilano 3- anilinapropiltrimetoxisilano, APTMS, a partir da reação entre a anilina e o 3- cloropropiltrimetoxisilano, CPTMS, usando hidreto de sódio, NaH, como ativador de base. O precursor inorgânico tetraetilortosilicato, TEOS, foi polimerizado na presença do precursor orgânico, e catalisador. Durante a etapa de polimerização dos precursores alcóxidos, foram investigadas as influências da temperatura, do tipo e concentração do catalisador e da concentração de precursor orgânico adicionado nas propriedades finais dos híbridos anilinapropilsilica resultantes. Os materiais híbridos foram caracterizados através das técnicas: espectroscopia no infravermelho (FT-IR), técnica de espalhamento de Raios-x a baixos ângulos (SAXS), microscopia eletrônica de varredura (SEM), isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, análise elementar, espectroscopia de aniquilação de pósitrons (PALS), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de elétrons dispersos (EDS). A potencialidade de aplicação dos híbridos obtidos como materiais adsorventes na extração dos cátions Cu(II), Zn(II), Cd(II) e Co(II), em solução, foi investigada usando-se isotermas de adsorção pelo método batelada. Através das técnicas de caracterização foi possível observar que as propriedades morfológicas dos materiais como área superficial, distribuição do tamanho de poros, forma e tamanho das partículas, além da estabilidade e grau de incorporação orgânica podem ser controladas em maior ou menor grau, dependendo da variável usada durante a polimerização dos precursores alcóxidos. O material apresentou propriedades promissoras como adsorvente seletivo para o cobre.

Estudo da passividade da Liga 600 em meio ácido

A passividade da Liga 600 (76Ni 16Cr 8Fe), em Na2SO4 0,5 M, pH=2,0, em atmosfera desarejada e à temperatura ambiente, foi estudada empregando-se diferentes métodos eletroquímicos e não eletroquímicos. A voltametria cíclica, com eletrodo rotatório de disco, revelou um comportamento típico ativo-passivo, com valores para a densidade de corrente anódica bastante baixos, na ordem de alguns poucos mA/cm2. Dois picos de corrente anódica pouco resolvidos foram observados e atribuídos à provável dissolução ativa de níquel, cromo e ferro. A ausência de picos catódicos e a existência de uma histerese na região de potenciais negativos sugerem que o filme passivo formado na varredura direta não é totalmente reduzido na varredura inversa, permanecendo sempre algum tipo de filme residual sobre a superfície da liga. A região passiva se estende de aproximadamente 100 a 700 mV e corresponde à região onde níquel e cromo puros também encontram-se passivos nas condições experimentais empregadas. Na região de potenciais mais positivos do que 700 mV tem início o processo de dissolução transpassiva da liga. Constatou-se, também, que o comportamento ativo-passivo da liga é essencialmente influenciado pelo comportamento do cromo, o qual é conhecido ser bastante complexo. Através das medidas de impedância eletroquímica foi possível sugerir três circuitos equivalentes para o sistema liga/filme/solução, um para cada região de potencial (de dissolução ativa, passiva e transpassiva). Através dos mesmos pôdese caracterizar a composição química e transformações mais importantes apresentadas pelos filmes passivos formados sobre a Liga 600. As espectroscopias eletrônicas (Auger e XPS) revelaram que os filmes passivos formados são extremamente finos, na faixa de 1,2 a 1,8 nm, e que apresentam uma estrutura duplex, com uma região interna (em contato com a liga) enriquecida em cromo e uma região externa (em contato com a solução) rica em níquel e ferro. Além disso, com base nos resultados obtidos e no modelo previamente proposto para filmes passivos formados sobre o aço inoxidável 304 em solução de borato, é sugerida uma representação esquemática das prováveis estruturas dos óxidos e dos possíveis processos de transporte, para os filmes passivos formados sobre a liga. O comportamento capacitivo dos filmes passivos foi estudado empregando-se a equação de Mott-Schottky. Os resultados obtidos mostram que os filmes formados se comportam como semicondutores degenerados do tipo n e do tipo p, na região de potenciais situada maiores e menores do que o potencial de banda plana, respectivamente. Esse comportamento é considerado conseqüência das propriedades semicondutoras dos óxidos de ferro (tipo n) e cromo (tipo p) presentes nos filmes passivos. Essa interpretação é fortalecida pelos resultados obtidos através das espectroscopias eletrônicas, as quais possibilitam o estabelecimento de uma relação direta entre a composição química das duas regiões de óxidos e a análise de Mott-Schottky. O comportamento dos filmes formados na região de potenciais próximos ao potencial de banda plana é essencialmente controlado pelo óxido de níquel, cujo comportamento pode ser comparado ao de um dielétrico, sem alterar a semicondutividade do óxido de ferro, quando ambos encontram-se misturados. O alto grau de degenerescência se deve ao valor elevado da densidade de doadores e aceptores (~ 1021 cm-3). Baseado nos resultados obtidos, o modelo da estrutura eletrônica previamente proposto para explicar a semicondutividade de filmes passivos e térmicos crescidos sobre o aço inoxidável 304, pode também ser aplicado no presente estudo. Segundo tal modelo, a estrutura eletrônica dos filmes formados pode ser comparada a de uma heterojunção do tipo p–n, onde as regiões de carga espacial encontram-se localizadas nas interfaces liga-filme e filme-solução.