Effect of chemical and plasma DBD treatments on pseudostem plantain fiber properties

Las fibras del seudotallo de plátano (FSP) fueron modificadas mediante epiclorhidrina (EP), anhídrido acético (AA), y su combinación (AA_EP), y con plasma a tres descargas de barrera dieléctrica (DBD) 1, 3 y 6 kW min m-2. Las FSP tratadas y sin tratar fueron caracterizadas mediante espectroscopia infrarroja por la transformada de Fourier (FT-IR), termogravimetría (TGA), microscopía electrónica de barrido (SEM) y pruebas mecánicas de tensión y de humectabilidad. Los espectros FT-IR, las micrografías SEM, y el análisis TGA indicaron pérdidas de lignina, hemicelulosa, impurezas y ceras. Estos efectos en conjunto con las reacciones de grupos OH y -C-C-, con los tratamientos químicos y de plasma respectivamente, incrementaron la hidrofobicidad de las FSP tratadas. Los tratamientos químicos produjeron reacciones de esterificación, eterificación y entrecruzamiento de los grupos OH libres en las FSP, lo que hizo que mostraran mayor rigidez que las expuestas al plasma. Las micrografías SEM mostraron que las FSP expuestas al plasma quedaron con superficie más irregular y rugosa que la de las FSP tratadas químicamente. La humectabilidad de las fibras, medida mediante pruebas de ángulo de contacto, se redujo como consecuencia de ambos tratamientos, característica importante para un relleno en los materiales compuestos.

Origem e dinâmica da deposição dos sedimentos superficiais na Várzea do Lago Grande de Curuai, Pará, Brasil

Este estudo tem por objetivo caracterizar os sedimentos superficiais de um sistema de Várzea do Rio Amazonas, quanto a sua granulometria e ao seu teor orgânico, assim como compreender a origem e a hidrodinâmica destes sedimentos. 51 amostras de sedimento superficial foram coletadas na Várzea do Lago Grande de Curuai, localizada na margem direita do Rio Amazonas à aproximadamente 850km da foz. A granulometria, o teor em carbono orgânico e nitrogênio total, a razão entre o carbono e o nitrogênio (C/N), assim como o isótopo estável do carbono (δ13C) e do nitrogênio (δ15N) foram utilisados para este fim. Este estudo colocou em evidência que os sedimentos da várzea são finos, caracterizados principalmente pela presença de silte (médio à fino), seguido de argila e tem como principal fonte o Rio Amazonas e a Formação Alter do Chão. A presença de areia é pequena e extremamente localizada, próxima as áreas de deságue dos igarapés de terra firme que representam sua maior fonte. O teor de matéria orgânica nestes sedimentos varia entre 1,5 à 37% de carbono. Os resultados do isótopo do carbono (13C) e da razão C/N evidenciam a presença de matéria orgânica composta por diferentes fontes: material orgânico terrígeno, macrofítico, solos, material orgânico transportado pelo rio, e um componente fitoplanctônico.

Tailored deposition of coloured coatings: on the widening of the available colour range

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais

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.

A influência das tensões sobre a difusão de nitrogênio no processo de nitretação a plasma

O objetivo deste trabalho foi verificar a influência das tensões sobre o processo de nitretação a plasma/ difusão do nitrogênio. Amostras do aço AISI M2 e DIN CK45 foram nitretadas apresentando diferentes condições superficiais prévias. Amostras foram nitretadas a plasma a 5000C, com a composição gasosa de 5% de nitrogênio com o balanço em hidrogênio, variando-se o tempo do processo entre 30 e 60, e ainda, 120 minutos para as amostras do aço AISI M2. Estas condições foram produzidas por jateamento controlado e polimento mecânico. Adicionalmente, buscando comparar diferenças entre as tensões mecânicas e residuais, foi utilizado um dispositivo de flexão para promover tensões de carregamento na superfície de uma parte das amostras. As técnicas de análise envolveram medidas de tensões residuais e análise de fases por difração de raios X, caracterização microestrutural por microscopia ótica, perfis de microdurezas e perfis de composição química via espectroscopia ótica de descarga incandescente. Para as amostras do aço AISI M2 não foi detectada a formação da camada de compostos em nenhuma das condições utilizadas. Para amostras do aço DIN CK45, a formação da camada de compostos não pôde ser evitada. Tensões residuais da ordem de 1000 MPa foram medidas nas amostras do aço AISI M2, sendo mais altas para amostras jateadas e polidas que para amostras apenas polidas Os ensaios realizados demonstraram que o nível de tensões do material influencia significantemente a difusão do nitrogênio na matriz. Amostras nitretadas com tensões compressivas apresentaram profundidade de camada da ordem de 45µm, enquanto amostras com tensões zero ou tensões de tração apresentaram camadas da ordem de 50µm. Amostras polidas apresentaram em geral zonas de difusão mais profundas que as amostras jateadas e polidas previamente, obtendo-se uma diferença em profundidade de camada nitretada de até 100%, como se observou nas amostras do aço AISI M2 tratadas por 120 minutos.

Estudo do crescimento de filmes de carbono sobre silício devido à irradiação com feixes de H e He

É bem conhecido que técnicas experimentais que fazem uso de feixes iônicos induzem sobre a superfície dos alvos irradiados o depósito de diversos tipos de impurezas. Este depósito é causado pelas interações entre o feixe de íons, as moléculas de gás residual no interior das câmaras de irradiação e a superfície da amostra. Apesar do fato deste processo poder alterar significativamente os parâmetros de irradiações, bem como afetar a análise de materiais tratados, os parâmetros experimentais que influenciam na deposição das impurezas ainda não são bem conhecidos e nem o depósito se encontra suficientemente quantificado. No presente trabalho relatamos um estudo quantitativo da deposição de carbono sobre amostras de Si (100) irradiadas com feixes de He e H. A deposição de carbono foi determinada em função da fluência de irradiação, variando diversos parâmetros experimentais, tais como: pressão na câmara de irradiação, temperatura do alvo, densidade de corrente do feixe, energia do feixe e o estado da carga do íon. Em todos os casos a análise das amostras irradiadas foi feita pela técnica de Retroespalhamento de Rutherford em direção Canalizada (RBS/C) e através da reação nuclear ressonante 12C(a, a´)12C na energia de 4265 keV. Os resultados experimentais mostram que se consegue minimizar a deposição de C através: a) da redução do tempo de irradiação, b) da redução da pressão na câmara de irradiação, c) do aumento da temperatura do alvo durante a irradiação e d) minimização do poder de freamento do íon no alvo.

Adição de plastificante à polianilina sintetizada quimicamente e avaliação dos filmes plastificados como proteção contra a corrosão do aço AISI 1010

Filmes de polianilina (PAni) puros não apresentam propriedades mecânicas satisfatórias quando depositados sobre metais e mergulhados em soluções aquosas. Propriedades mecânicas melhoradas podem ser obtidas adicionando um plastificante ao polímero. Neste caso foi utilizado o dodecilfenol (DDPh) e as condições mais adequadas de adição do DDPh a PAni previamente solubilizada em N-metilpirrolidinona (NMP) foram determinadas a partir da avaliação das propriedades dos filmes depositados sobre eletrodos metálicos de aço carbono. As melhores condições foram: adição de 5% de DDPh á PAni seguido de aquecimento sob vácuo a 200o C durante uma hora. A PAni sintetizada quimicamente foi utilizada nas condições dedopada e dopada com 5% de ácido para-toluenosulfônico (TSA). Também foi preparada uma mistura de PAni com poli(orto-metóxianilina) (POMA) em diversas proporções e igualmente dedopadas e dopadas com 5% de TSA. Os filmes obtidos nestas condições foram analisados por técnicas variadas (espectroscopia infravermelho, Raman e de massa), testados por técnicas eletroquímicas (voltametria cíclica e medida do potencial de corrosão ao longo do tempo) e ensaios acelerados de corrosão (névoa salina e câmara úmida) O melhor desempenho como filme protetor contra a corrosão foi apresentado pela PAni plastificada com 5% de DDPh e dopada com 5% de TSA. No ensaio de potencial de corrosão contra o tempo, este filme foi capaz de manter o potencial do sistema PAni-DDPh-TSA / aço carbono durante sete dias num valor positivo. Filmes da mistura PAni-POMA plastificados e dopados com TSA também atuaram conforme um mecanismo do mesmo tipo, porém por um período de tempo inferior, demonstrando a influência da POMA nas propriedades da PAni. Os ensaios acelerados de corrosão mostraram que os filmes de PAni plastificados com 5% de DDPh e dopados com 5% de TSA são muito superiores na proteção contra a corrosão do aço quando comparados ao filme de PAni pura. No ensaio de névoa salina o aço revestido pelo filme de PAni plastificado com 5% de DDPh e dopado com 5% de TSA, não apresentou corrosão por um período de sete dias.

Adição de nanopartículas de Ti em matriz de Fe através da deposição por magnetron sputtering

Microalloyed steels constitute a specific class of steel with low amount of carbon and microalloying elements such as Vanadium (V), Niobium (Nb) and Titanium (Ti). The development and application of microalloyed steels and steels in general are limited to the handling of powders with particles of submicron or nanometer dimensions. Therefore, this work presents an alternative in order to construction of microalloyed steels utilizing the deposition by magnetron sputtering technique as a microalloying element addiction in which Ti nanoparticles are dispersed in an iron matrix. The advantage of that technique in relation to the conventional metallurgical processes is the possibility of uniformly disperse the microalloying elements in the iron matrix. It was carried out deposition of Ti onto Fe powder in high CH4, H2, Ar plasma atmosphere, with two deposition times. After the deposition, the iron powder with nanoparticles of Ti dispersed distributed, were compacted and sintered at 1120 ° C in resistive furnace. Characterization techniques utilized in the samples of powder before and after deposition of Ti were Granulometry, Scanning Electron Microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and X-ray diffraction (DRX). In the case of sintered samples, it was carried out characterization by SEM and Vickers Microhardness assays. The results show which the deposition technique by magnetron sputtering is practicable in the dispersion of particles in iron matrix. The EDX microanalysis detected higher percentages of Ti when the deposition were carried out with the inert gas and when the deposition process was carried out with reactive gas. The presence of titanium in iron matrix was also evidenced by the results of X-ray diffraction peaks that showed shifts in the network matrix. Given these results it can be said that the technique of magnetron sputtering deposition is feasible in the dispersion of nanoparticles of iron matrix in Ti.

Estudo da molhabilidade de tecidos 100% poliéster tratados em plasma N2/O2 em função do seu envelhecimento natural

This work reports the influence of the poly (ethylene terephthalate) textile surface modification by plasmas of O2 and mixtures (N2 + O2), on their physical and chemical properties. The treatment was carried out in a vacuum chamber. Some parameters remained constant during all treatment, such as: Voltage 470 V; Pressure 1,250 Mbar; Current: 0, 10 A and gas flow: 10 cm3/min. Other parameters, such as working gas composition and treatment time, were modified as the following: to the O2 plasma modified samples only the treatment time was changed (10, 20, 30, 40, 50 and 60 minutes). To the plasma with O2 and N2 only the chemical concentrations were changed. Through Capillary tests (vertical) an increase in textile wettability was observed as well as its influence on aging time and its consequence on wettability. The surface functional groups created after plasma treatments were investigated using X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). The surface topography was examined by scanning electron microscope (SEM)

Simulação da transferência de calor em amostras aquecidas por plasma

The processing of materials through plasma has been growing enough in the last times in several technological applications, more specifically in surfaces treatment. That growth is due, mainly, to the great applicability of plasmas as energy source, where it assumes behavior thermal, chemical and/or physical. On the other hand, the multiplicity of simultaneous physical effects (thermal, chemical and physical interactions) present in plasmas increases the complexity for understanding their interaction with solids. In that sense, as an initial step for the development of that subject, the present work treats of the computational simulation of the heating and cooling processes of steel and copper samples immersed in a plasma atmosphere, by considering two experimental geometric configurations: hollow and plane cathode. In order to reach such goal, three computational models were developed in Fortran 90 language: an one-dimensional transient model (1D, t), a two-dimensional transient model (2D, t) and a two-dimensional transient model (2D, t) which take into account the presence of a sample holder in the experimental assembly. The models were developed based on the finite volume method and, for the two-dimensional configurations, the effect of hollow cathode on the sample was considered as a lateral external heat source. The main results obtained with the three computational models, as temperature distribution and thermal gradients in the samples and in the holder, were compared with those developed by the Laboratory of Plasma, LabPlasma/UFRN, and with experiments available in the literature. The behavior showed indicates the validity of the developed codes and illustrate the need of the use of such computational tool in that process type, due to the great easiness of obtaining thermal information of interest

Deposição de A/N por sputtering não reativo

In this work we deposit via non-reactive magnetron sputtering of radio-frequency nanofilmes of nitreto of aluminum(AlN). The nanofilms aluminum nitride are semiconductors materials with high thermal conductivity, high melting point, piezoelectricity and wide band gap (6, 2 eV) with hexagonal wurtzite crystal structure, belonging to the group of new materials called III-V nitrides in which together with the gallium nitride and indium nitride have attracted much interest because they have physical and chemical properties relevant to new technological applications, mainly in microelectronic and optoelectronic devices. Three groups were deposited with thicknesses nanofilms time dependent on two substrates (glass and silicon) at a temperature of 25 ° C. The nanofilms AlN were characterized using three techniques, X-ray diffraction, Raman spectroscopy and atomic force microscopy (AFM), examined the morphology of these. Through the analysis of X-rays get the thickness of each sample with its corresponding deposition rate. The analysis of X-rays also revealed that nanofilms are not crystalline, showing the amorphous character of the samples. The results obtained by the technique, atomic force microscopy (AFM) agree with those obtained using the technique of X-rays. Characterization by Raman spectroscopy revealed the existence of active modes characteristic of AlN in the samples

Crescimento de filmes nanométricos monocristalinos de Fe/MgO(100) por "SPUTTERING" DC

The research behind this master dissertation started with the installation of a DC sputtering system, from its first stage, the adaptation of a refrigerating system, passing by the introduction of a heating system for the chamber using a thermal belt, until the deposition of a series of Fe/MgO(100) single crystal nanometric film samples. The deposition rates of some materials such as Fe, Py and Cu were investigated through an Atomic Force Microscope (AFM). For the single crystal samples, five of them have the same growth parameters and a thickness of 250Å, except for the temperature, which varies from fifty degrees from one to another, from 100ºC to 300ºC. Three other samples also have the same deposition parameters and a temperature of 300ºC, but with thickness of 62,5Å, 150Å, and 250Å. Magneto-optical Kerr Effect (MOKE) of the magnetic curves measurements and Ferromagnetic Resonance (FMR) were made to in order to study the influence of the temperature and thickness on the sample s magnetic properties. In the present dissertation we discuss such techniques, and the experimental results are interpreted using phenomenological models, by simulation, and discussed from a physical point of view, taking into account the system s free magnetic energy terms. The results show the growth of the cubic anisotropy field (Hac) as the sample s deposition temperature increases, presenting an asymptotic behavior, similar to the characteristic charging curve of a capacitor in a RC circuit. A similar behavior was also observed for the Hac due to the increase in the samples thicknesses. The 250˚A sample, growth at 300°C, presented a Hac field close to the Fe bulk value

Estudo do comportamento térmico e da luminescência de filmes de quitosana com os íons Eu3+ e Tb3+

Films of chitosan with trivalent lanthanides ions Eu3+ and Tb3+ were respectively prepared in the ratio of 3:1 m/m (chitosan: lanthanide) and 6:1 m/m (chitosan: lanthanide). There were no formations of films in a ratio of 1:1 m/m (chitosan: lanthanides). The films of chitosan with the Tb3+ ion have the same transparent appearance than the pure chitosan films. The film of chitosan with Eu3+ ion has a muddy appearance. These films present good resistance to tear. The appearance of the compounds prepared in ratio 1:1m/m is a white powder. The films and compounds of chitosan were characterized by Elementary Analysis (CHN), Thermal Analysis (TG/DTG) and Spectroscopy of Luminescence. The CHN analysis was made only for compounds prepared in ratio 1:1m/m, suggesting that these compounds possess the formula QUILn.6H2O, where QUI = Chitosan and Ln = Lanthanide. The results of the curves TG/DTG indicated that there are strong interactions between Eu3+ or Tb3+ and chitosan, causing a lesser lost of mass in the films. The luminescence analysis showed that the films of chitosan with the ions Eu3+ and Tb3+ present emissions in the region of the visible one, with bands of the chitosan and of the Eu3+ ion. The luminescence analysis of the compounds of chitosan with the Eu3+ and Tb3+ ions suggest that the chitosan does not transfer into energy to the ions lanthanides, however the chemical neighborhood around of the ion lanthanides breaks the selection rules and, conseqüently the 4f-4f transitions of the lanthanide ions are observed

Estudo das ligas titânio-zircônio resultantes do processo de fundição plasma-skull para aplicações como biomateriais

The aim of this work was to study a series of 11 different compositions of Ti-Zr binary alloys resistance to aggressive environment, i. e., their ability to keep their surface properties and mass when exposed to them as a way to evaluate their performance as biomaterials. The first stage was devoted to the fabrication of tablets from these alloys by Plasma-Skull casting method using a Discovery Plasma machine from EDG Equipamentos, Brazil. In a second stage, the chemical composition of each produced tablet was verified. In a third stage, the specimen were submitted to: as-cast microstructure analysis via optical and scanning electron microscopy (OM and SEM), x-ray dispersive system (EDS) chemical analysis via SEM, Vickers hardness tests for mechanical evaluation and corrosion resistence tests in a 0.9% NaCl solution to simulate exposition to human saliva monitored by open circuit potential and polarization curves. From the obtained results, it was possible to infer that specimens A1 (94,07 wt% Ti and 5,93% wt% Zr), A4 (77,81 wt % Ti and 22,19 wt % Zr) and A8 (27,83 wt% Ti and 72,17 wt% Zr), presented best performance regarding to corrosion resistance, homogeneity and hardness which are necessary issues for biomaterials to be applied as orthopedic and odontological prosthesis

Confecção e caracterização físico-química de filmes compósitos autossustentáveis NaAlg-TiO2-WO3

A new self-sustainable film was prepared through the sol-gel modified method, previously employed in our research group; sodium alginate was used as the polymer matrix, along with plasticizer glycerol, doped with titanium dioxide (TiO2) and tungsten trioxide (WO3). By varying WO3 concentration (0,8, 1,6, 2,4 and 3,2 μmol) and keeping TiO2 concentration constant (059 mmol), it was possible to study the contribution of these oxides on the obtained films morphological and electrical properties. Self-sustainable films have analyzed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction (XDR), Scanning Electron Microscope (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). By the IR specters, it was possible identify the TiO2, and posteriorly WO3, addition has provided dislocation of alginate characteristics bands to smaller vibrations frequencies indicating an electrostatic interaction between the oxides and the polymer matrix. Diffractograms show predominance of the amorphous phase in the films. SEM, along with EDX, analysis revealed self-sustainable films showed surface with no cracks and relative dispersion of the oxides throughout the polymer matrix. From Impedance analysis, it was observe increasing WO3 concentration to 2,4 μmol provided a reduction of films resistive properties and consequent improvement of conductive properties