Modelagem e otimização de experimentos para o tratamento térmico de recozimento: um estudo com o algoritmo simulated annealing

Esta dissertação apresenta um estudo da modelagem de experimentos aplicados a um processo industrial de tratamento térmico. A motivação deste trabalho surgiu diante das dificuldades associadas aos processos de recozimento industrial de aços do tipo baixa liga, na tentativa de encontrar temperaturas nas quais as durezas superficiais dos aços atingissem valores suficientemente baixos, adequados para etapas posteriores de fabricação, em especial a usinagem. Inicialmente forem realizados diversos experimentos com diferentes aços, onde a dureza superficial é obtida em função da temperatura de recozimento e dos teores de carbono e silício das amostras utilizadas. Em seguida propôs-se um modelo quadrático para modelar a dureza superficial como função dessas três variáveis. A estimação de parâmetros do modelo proposto foi realizada com o emprego do algoritmo Simulated Annealing, uma meta-heurística para otimização global que procura imitar o processo de recozimento de um material sólido. Finalmente, usando-se o modelo proposto, foi resolvido o chamado problema inverso, o qual consiste na estimação da temperatura de recozimento em função dos teores de carbono e silício e da dureza desejada.

New transparent Er3+-doped oxyfluoride tellurite glass ceramic with improved near infrared and up-conversion fluorescence properties

Transparent glass ceramics have been obtained by nucleation and growth of Y2Te6O15 or Er2Te5O13 cubic phase in a new Er3+-doped oxyfluoride tellurite glass. Effect of beat treatment on absorption spectra, luminescence and up-conversion properties in the oxyfluoride tellurite glass has been investigated. With heat treatment the ultraviolet absorption edge red shifted evidently for the oxyfluoride telluride glass. The near infrared emission that corresponds to Er3+:I-4(13/2)-> I-4(15/2) can be significantly enhanced after heat treatment. Under 980 nm LD pumping, red and green up-conversion intensity of Er3+ in the glass ceramic can be observed much stronger than that in the base glass. (C) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

热处理对共沉淀法制备YAG纳米粉体性能的影响

以Al（NO3）3和Y（NO3）3为原料，采用共沉淀法制备出粒度大小为60-100nm，颗粒呈球形的纯相YAG纳米粉。研究了前驱物在不同条件下热处理对YAG纳米粉体性能的影响，并对前驱物在焙烧过程中的物相变化进行了观察。发现延长前驱物在低温下的干燥时间会导致晶粒尺寸增大，而采用在晶化温度前后分别进行保温的方法可在较低的温度获得纯相的YAG粉体。对比了焙烧温度和保温时间对产物粒度的影响，结果表明：在保证粉体晶化完全的前提下，升高焙烧温度比延长保温时间对晶粒尺寸有更显著的影响。

Study of hybrid TiO2/ormosil films doped with laser dyes

TiO2/ormosil films doped with laser dyes have been prepared by the sol-gel method. Spectroscopic properties of the entrapped dyes are studied by the absorption and emission techniques. The results indicate that the absorption and fluorescence spectra of kiton red depend strongly on the properties of the ormosil matrices. The heat-treatment of the kiton red-doped film obviously leads to the increasing fluorescence intensity and the largest fluorescence intensity is obtained after heat-treatment of 150 degrees C for 2 h. However, the fluorescence intensity of the rhodamine 6G-doped film decreases with the increase of the heat-treatment temperature. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Preparation and characterization of hybrid ZnO/ormosils films

Hybrid ZnO/ormosils Elms are prepared by the sol-gel method. A FT-IR spectrometer, 900 UV/VIS/NIR spectrophotometer, atomic force microscope, and ellipsometer are employed to investigate microstructure and optical properties of the films fired at different temperatures. The results show that the films with high transmittance and low surface roughness could be obtained at the heat-treatment temperature of 150 degrees C, the refractive index and thickness of the film are 1.413, 2.11 mu m, respectively. Higher temperatures (350 degrees C, 550 degrees C) change the Elm microstructure severely, and then decrease the transmittance of the films.

Transparent Ni2+-doped MgO-Al2O3-SiO2 glass ceramics with broadband infrared luminescence

We report on transparent Ni2+-doped MgO-Al2O3-SiO2 glass ceramics with broadband infrared luminescence. Ni2+-doped MgO-Al2O3-SiO2 glass is Prepared by using the conventional method. After heat treatment at high temperature, MgAl2O4 crystallites are precipitated, and their average size is about 4.3nm. No luminescence is detected in the as-prepared glass sample, while broadband infrared luminescence centred at around 1315nm with full width at half maximum (FWHM) of about 300nm is observed from the glass ceramics. The observed infrared emission could be attributed to the T-3(2g)(F-3) -> (3)A(2g)(F-3) transition of octahedral Ni2+ ions in the MgAl2O4 crystallites of the transparent glass ceramics. The product of the fluorescence lifetime and the stimulated emission cross section is about 1.6 X 10(-24) s cm(2).

飞秒激光所致金纳米粒子析出的玻璃非线性吸收

依据Z-scan技术，使用波长532nm的纳秒脉冲，研究了通过聚焦的飞秒脉冲诱导并辅以热处理得到的金纳米粒子析出的玻璃的非线性吸收．观察到金纳米粒子析出的玻璃具有饱和吸收特性．根据局域场效应，对实验结果拟合，得到在接近表面等离子体共振激发情况下，金纳米粒子三阶极化率虚部分别为Imχm^(3)=5．7×10^-7esu．玻璃样品中金纳米粒子的非线性响应主要起源于热电子贡献。

Direct synthesis and intense luminescence of Y2O3 : Eu nanophosphors by complexation combustion

In this paper, we report the synthesis of high-luminance Y2O3:Eu nanocrystal through a citrate-nitrate complexation combustion method at a low temperature of 200-280 degrees C. The as-combusted Y2O3:Eu phosphors are almost equiaxed crystallites with an average size of 30-40 run, and have an intense red luminescence. The present fuel-deficient method suggests that by control of the ratio of citric acid to nitrates, it is valuable for the fabrication of Y2O3 nanoparticles without heat treatment. This process should be applicable to a wide range of nanocrystal oxides.

Eu:Y2O3 nano-phosphor prepared by novel energy-saving solution combustion method

A novel energy- and time-saving solution combustion method has been developed to prepare Eu:Y2O3 nano-crystal line phosphor. This novel method employs anhydrous ethanol as solvent and fuel. The prepared nano-crystals after heat-treatment own narrow size distribution, well dispersibility and sinterability, confirmed by XRD, TEM and FTIR. The emission spectra of nano-Eu:Y2O3 Samples show clear nano-size related phenomena. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Influência de tratamentos térmicos nas propriedades mecânicas e metalúrgicas em liga odontológica à base de níquel-cromo.

É crescente a preocupação com o desenvolvimento de materiais adequados a trabalharem interagindo com o corpo humano. Diversas pesquisas têm sido realizadas no desenvolvimento de biomateriais aplicáveis na odontologia, este empenho é justificável pelo grande número de intervenções cirúrgicas para extração de dentes realizadas em todo o mundo. Durante o processo de fabricação de reconstruções dentárias, que utilizam sistemas metalocerâmicos, é utilizado um tratamento térmico que tem a função de promover a adesão da porcelana ao metal. Entretanto, sabe-se que tratamentos térmicos podem alterar a microestrutura do material metálico, modificando suas propriedades. Este trabalho avaliou as modificações causadas em propriedades mecânicas e microestruturais da liga à base de níquel (FIT CAST-SB) utilizada para fins odontológicos, quando a mesma é submetida ao tratamento térmico para adesão da porcelana (denominado de queima). A liga foi inicialmente fundida através da técnica de centrifugação e cera perdida. Posteriormente, um grupo de amostras (grupo TT) foi submetido ao tratamento térmico de queima para adesão da porcelana e o outro grupo (grupo F), permaneceu apenas submetido ao processo de fundição. Os grupos F e TT foram submetidos a ensaio de tração. Nos grupos F e TT, e no material como recebido pelo fabricante (grupo CR), foram realizados ensaios de microdureza e caracterização microestrutural, esta ultima através da técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os grupos F e CR foram submetidos à análise química quantitativa (em um espectrômetro de emissão atômica) e semi-quantitativa por um sistema de Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) acoplado ao MEV, sendo que esta ultima técnica também foi aplicada ao grupo TT. A técnica de tratamento digital de imagem foi aplicada às micrografias dos grupos F e TT, para a determinação de possíveis modificações quantitativas nas fases presentes, antes e após o tratamento térmico. Todos os resultados dos ensaios foram submetidos ao teste de hipótese nula (H0), para a distribuição t de Student. Concluiu-se que, para as amostras testadas, o limite de resistência foi superior ao fornecido pelo fabricante, respectivamente 559,39 e 545,55 MPa para os grupos F e TT, contra 306 MPa do fabricante. Enquanto o limite de escoamento foi ligeiramente inferior, 218,71 e 240,58 MPa para os grupos F e TT, respectivamente, contra 258 MPa do fabricante. Os resultados de microdureza ficaram entorno de 70HV, superior aos 21HV fornecido pelo fabricante. Pode-se afirmar, com 95% de confiabilidade, que não houve variação nas propriedades mecânicas e na microestrutura (quantidades de fases presentes e tamanho) antes e após a queima para adesão da porcelana, para os corpos de prova testados. A microestrutura da liga, quando observada em MEV no modo elétrons retroespalhados (modo BSE), é formada por uma matriz de estrutura dendrítica e coloração cinza, uma segunda fase interdendrítica de coloração branca e aspecto rendilhado, e precipitados de coloração preta, apresentando também porosidades.

Avaliação de catalisadores à base de estanho visando à produção de biodiesel

Atualmente, existe um crescente interesse por fontes de energia renováveis e o desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de biocombustíveis. O biodiesel é uma fonte alternativa de combustível bastante atrativa em relação ao diesel em decorrência de seus benefícios ambientais. A obtenção de biodiesel é geralmente realizada através de reações de transesterificação de óleos vegetais com álcool de cadeia curta. Entretanto, também se pode produzi-lo através da esterificação de ácidos graxos livres utilizando-se matérias-primas de baixa qualidade como rejeitos industriais, domésticos ou gorduras animais. O estudo de catalisadores que melhorem os resultados destas reações tem importante papel no desenvolvimento da produção de biodiesel. Normalmente, utilizam-se catalisadores básicos como o NaOH, nas reações de transesterificação. No entanto, o uso destes catalisadores causa impactos ambientais, além de promover a reação de saponificação quando a matéria-prima apresenta teores significativos de acidez, reduzindo o rendimento e dificultando a separação de fases. Este trabalho apresenta o estudo de catalisadores ácidos, à base de estanho, com ênfase especial no sulfato de estanho II, voltados para utilização na reação de esterificação de cargas contendo elevados teores em ácidos graxos. Avaliou-se a influência das variáveis: temperatura, concentração do catalisador, tipo de sistema reacional, quantidade de etanol, tipo de álcool, acidez, natureza dos ácidos graxos e temperatura de calcinação. Uma comparação entre os catalisadores, a questão da reutilização do catalisador e das mudanças proporcionadas pelo tratamento térmico ao qual foram submetidos também foram analisadas. Dentre os catalisadores estudados, os de sulfato de estanho mostraram maior atividade catalítica frente à reação estudada, os mais promissores sendo os calcinados até a temperatura de 500C. O principal motivo para os altos rendimentos encontrados foi associado ao comportamento pseudo-homogêneo do SnSO4, que se solubiliza, acidificando o meio reacional durante as reações de esterificação

Efeito da temperatura de secagem de dois tipos de silano e da supressão ou redução do tempo de condicionamento com ácido hidrofluorídrico na resistência de união entre uma cerâmica de dissilicato de lítio e um cimento resinoso

Este estudo avaliou o efeito de diferentes métodos de silanização e aplicação do ácido hidrofluorídrico (HF) sobre a resistência à microtração de uma cerâmica de dissilicato de lítio a um cimento resinoso. Quarenta blocos de IPS e.max Press /Ivoclar Vivadent (5x5x6mm) foram cimentados a blocos de resina Z250/3M ESPE (5x5x6mm) usando o cimento resinoso RelyX ARC/3M ESPE de acordo com os seguintes métodos de tratamento superficial: G1: 20s de ácido fluorídrico (HF) + silano não hidrolisado Primer-Activactor/Dentsply (SNH) seco à temperatura ambiente; G2: 20s HF + silano pré-hidrolisado RelyX Ceramic-Primer/3M ESPE (SPH) seco à temperatura ambiente; G3: 10s HF + SNH seco com ar quente (50oC-2min); G4: 10sHF + SPH seco com ar quente (50oC-2min); G5: sem ácido, SNH seco com ar quente (50oC-2min); G6: sem ácido, SPH seco com ar quente (50oC-2min); G7: sem ácido, SNH seco à temperatura ambiente; G8: sem ácido, SPH seco à temperatura ambiente. Antes de cada método de silanização, os blocos cerâmicos receberam acabamento com lixas de carbeto de silício (220-600) e limpeza com ácido fosfórico 37% (1min). A cimentação foi realizada com carga vertical de 1kg por 10min. Os conjuntos de cerâmica/cimento/resina foram armazenados em água destilada (37C) por 24 horas e depois seccionados em máquina de corte Isomet 1000 a fim de obter palitos (n = 40) de 1mm2 de área da seção transversal, que foram submetidos ao teste de microtração em máquina de ensaio universal Emic (v = 0,5mm/min). O modo de fratura foi avaliado em microscópio eletrônico de varredura. A análise estatística foi realizada utilizando ANOVA / Dunnett (p-valor = 0,000). As médias MPa e desvio padrão foram: G1-21,5 (8,9) BC; G2-30,5 (7,2) A; G3-19.4 (9.1) BC; G4-24,0 (9,0) B; G5-8.1 (3.2) D; G6 -18,0 (6,2) C; G7-7.8 (2,6) D; G8-6.3 (2,5) D. Grupos 2, 3, 4 e 6 não tiveram falhas prematuras dos palitos contra os grupos 1, 5, 7 e 8, que apresentaram 2,2; 44,4; 75,6 e 33,3% de perdas prematuras, respectivamente. O teste de correlação foi realizado apresentando significância estatística, com valor de -0,736 (p-valor = 0,000), mostrando que, a medida que o percentual de perda prematura aumenta, a média da MPa diminui. Quanto ao modo de fratura, observou-se 44,97% de falhas do tipo mista, 51,70% de falhas do tipo adesiva, 3,33% de falhas do tipo coesiva do cimento. Quando é realizada a supressão do condicionamento com HF como pré-tratamento da superfície cerâmica IPS e.max Press, a aplicação de silano SPH, associada ao seu tratamento térmico, deve ser o método de silanização recomendado, embora os valores mais elevados de resistência de união tenham sido os obtidos quando utilizado o condicionamento com HF por 20s. Quando é realizada a redução do tempo de condicionamento com HF para 10s, a aplicação do silano (SPH ou SNH) deve ser sempre associada ao seu tratamento térmico. O SNH só deve ser usado se as superfícies das cerâmicas IPS e.max Press forem tratadas com HF.

Estudo da desativação hidrotérmica de catalisadores automotivos comerciais

O vapor dágua está presente na exaustão veicular em quantidades significativas e, nas condições de operação do catalisador automotivo, essa espécie pode promover uma série de fenômenos térmicos que podem reduzir a vida útil do sistema. Dentro desse contexto, essa dissertação tem como objetivo estudar os efeitos da desativação hidrotérmica nas propriedades físico-químicas e estruturais, e no desempenho de três catalisadores automotivos comerciais à base de Pd/Rh, designados A, C e E. Esses sistemas foram submetidos a tratamento térmico a 1000C por 12 horas, sob três tipos de correntes gasosas, com a seguinte composição: N2, 14% H2O/N2 e 18% H2O/N2. A caracterização dos catalisadores consistiu das seguintes técnicas: FRX, ICP-OES, ATG-ATD, fisissorção de N2, TPD-H2 e TPR. A partir dos resultados obtidos para as amostras envelhecidas, foram constatados vários fenômenos característicos da degradação térmica, como sinterização da alumina e do óxido misto CeO2-ZrO2, transições de fases cristalina na alumina e segregação de fases no óxido misto. A avaliação da atividade catalítica foi realizada com base na reação de redução do NO pelo CO, e nas reações de oxidação do CO e do C3H8. Para os catalisadores C e E, os envelhecimentos acarretaram em perda de atividade, e os resultados da avaliação catalítica apresentaram uma boa correlação com as propriedades texturais e a redutibilidade desses catalisadores. Em contrapartida, para o catalisador A, os tratamentos térmicos o ativaram para todas as reações. Apesar de os três sistemas terem apresentado boa atividade frente à redução do NO pelo CO, foi observada, para todas as amostras, a formação indesejável de N2O em quantidades significativas, indicando que eles foram pouco seletivos na faixa de temperatura analisada

Identificação da fase sigma em uma junta soldada pelo processo TIG manual autógeno de um aço hiperduplex SAF 2707HD (UNS S32707) por difração de raios-x.

O aço inoxidável hiperduplex possui alta resistência a corrosão por pite em ambientes contendo cloretos, quando comparado a outros aços inoxidáveis comercialmente conhecidos. Possui boas propriedades mecânicas, com limite de escoamento superior a 700MPa e limite de resistência a tração em torno de 1000MPa. Essas propriedades o tornam muito atrativos para aplicações em ambientes contendo cloretos, e por isso tem tido destaque na indústria de óleo e gás, refinarias, plataformas offshore, etc. A liga hiperduplex é composta por uma estrutura bifásica, contendo proporções aproximadamente iguais de ferrita e austenita. Esse material possui boa soldabilidade, mas por ser termodinamicamente metaestável, em altas temperaturas pode ocorrer a precipitação de fases intermetálicas não desejáveis, o que resulta em perda de propriedades mecânicas e diminuição da resistência a corrosão. A fase sigma tem sido fortemente estudada, pois é comum sua precipitação nos aços inoxidáveis da família duplex durante o procedimento de soldagem se este não for muito bem controlado. A fase sigma precipita preferencialmente na fase ferrítica, devido a maior concentração de Cr e Mo, que são os elementos formadores da fase. A resistência a corrosão é reduzida e as propriedades mecânicas do material são alteradas o tornando frágil devido a presença da fase sigma. É formada entre 600C e 1000C e possui uma estrutura tetragonal complexa. O objetivo do trabalho foi identificar a possível presença da fase sigma na junta soldada do aço inoxidável hiperduplex SAF 2707 HD (UNS S32707) pelo processo TIG autógeno manual através da difração de raios-x. Nessa pesquisa, foram analisadas uma junta soldada do material pelo processo TIG autógeno manual com arco pulsado. Complementando o estudo foram analisadas seis amostras do aço inoxidável superduplex, sendo que cinco amostras sofreram tratamento térmico para a proposital formação da fase sigma. O refinamento do resultado da difração das amostras foi feito utilizando o método de Rietveld no software Topas Academic versão 4.1. O resultado da amostra soldada de hiperduplex apresentou as fases austenita, ferrita e alguns prováveis óxidos. Os resultados das amostras de superduplex tratadas termicamente apresentaram a fase sigma, conforme esperado na pesquisa, e as fases austenita e ferrita.

On the selective removal of steel by laser-assisted vortex machining

Of all laser-based processes, laser machining has received little attention compared with others such as cutting, welding, heat treatment and cleaning. The reasons for this are unclear, although much can be gained from the development of an effcient laser machining process capable of processing diffcult materials such as high-performance steels and aerospace alloys. Existing laser machining processes selectively remove material by melt shearing and evaporation. Removing material by melting and evaporation leads to very low wall plug effciencies, and the process has difficulty competing with conventional mechanical removal methods. Adopting a laser machining solution for some materials offers the best prospects of effcient manufacturing operations. This paper presents a new laser machining process that relies on melt shear removal provided by a vertical high-speed gas vortex. Experimental and theoretical studies of a simple machining geometry have identifed a stable vortex regime that can be used to remove laser-generated melt effectively. The resultant combination of laser and vortex is employed in machining trials on 43A carbon steel. Results have shown that laser slot machining can be performed in a stable regime at speeds up to 150mm/min with slot depths of 4mm at an incident CO2 laser power level of 600 W. Slot forming mechanisms and process variables are discussed for the case of steel. Methods of bulk machining through multislot machining strategies are also presented.