Estudo da resistência à corrosão do aço inoxidável ferrítico AISI 444 para aplicação como biomaterial

Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear)

Estudo da viabilidade técnica para obtenção de superfície duplex em aço inoxidável martensítico AISI 410 através do processo de deposição a plasma por gaiola catódica

The technique of plasma nitriding by the cathode cage mainly stands out for its ability to produce uniform layers, even on parts with complex geometries. In this study, it was investigated the efficiency of this technique for obtaining duplex surface, when used, simultaneously, to nitriding treatment and thin film deposition at temperatures below 500°C. For this, were used samples of AISI 41 0 Martensitic Stainless Steel and performed plasma treatment, combining nitriding and deposition of thin films of Ti and/or TiN in a plasma atmosphere containing N2-H2. It was used a cathodic cage of titanium pure grade II, cylindrical with 70 mm diameter and 34 mm height. Samples were treated at temperature 420ºC for 2 and 12 hours in different working pressures. Optical Microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM) with micro-analysis by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X-Ray Diffraction (XRD), Atomic Force Microscopy (AFM) and analysis of Vickers Microhardness were used to investigate coating properties such as homogeneity and surface topography, chemical composition, layer thickness, crystalline phase, roughness and surface microhardness. The results showed there is a direct proportionality between the presence of H2 in plasma atmosphere and the quantity of titanium in surface chemical composition. It was also observed that the plasma treatment at lowpressure is more effective in formation of TiN thin film

Caratterizzazione meccanica ad alta temperatura dell'acciaio inossidabile AISI 316L prodotto con processo additivo

Analisi meccanica e microstrutturale a temperatura ambiente e alta temperatura (400 °C) dell'acciaio inossidabile AISI 316L prodotto tramite additive manufacturing (Laser Powder Bed Fusion) e rivestito con un sistema multistrato composto da nichelatura al fosforo e diamond like carbon. Il materiale è stato testato meccanicamente tramite prove di trazione, fatica a basso numero di cicli e durezza. Queste hanno dimostrato come il rivestimento non modifica significativamente le proprietà a trazione del materiale (sia a 20°C che a 400 °C) mentre allunga notevolmente la vita a fatica del provino a temperatura ambiente. Le analisi di durezza hanno evidenziato il diverso comportamento del rivestimento a temperatura ambiente e a 400 °C in quanto, alla temperatura di 300 °C, subisce una ricristallizzazione che ne determina un indurimento. L'analisi microstrutturale ha previsto l'osservazione del materiale al microscopio ottico ed elettronico a scansione FEG-SEM, la quale ha permesso di identificare i melt pool, grani colonnari e struttura cellulare che compongono il materiale. La struttura cellulare scompare a 400 °C mentre i melt pool ed i grani colonnari restano invariati. Oltre a queste analisi sono state svolte anche delle osservazioni per quanto riguarda le superfici di frattura del materiale le quali hanno mostrato una tipologia di frattura duttile nei provini di trazione mentre i campioni a fatica presentano una tipica frattura a fatica, ovvero che comprende un innesco, una zona di propagazione della cricca ed una zona di rottura di schianto. I campioni rivestiti presentavano l'innesco nella zona interfacciale tra substrato e rivestimento a causa delle tensioni residue, nonostante l'adesione del rivestimento con l'acciaio fosse ottimale.

Estudo do mecanismo de corrosão por pites em água do mar de aços inoxidáveis supermartensíticos microligados com Nb e Ti

Os aços inoxidáveis supermartensíticos (SMSS) são usados em ambientes agressivos devido à sua boa soldabilidade, boas propriedades mecânicas em temperaturas elevadas e superior resistência à corrosão sob tensão. Aplicações na exploração de petróleo demandam superior combinação de propriedades e os aços inoxidáveis duplex e superduplex têm sido aplicados nessa área, a despeito de seus custos elevados. Os SMSS consistem numa alternativa técnica e econômica ao uso daqueles aços. Nesse trabalho, adições de Nb e Ti foram realizadas com o intuito de minimizar o efeito de sensitização, promover o refino de grãos e foram estudados os aspectos microestruturais e a resistência à corrosão por pites em água do mar. A formação e a evolução dos pites foram acompanhadas por ensaios de corrosão, microscopia óptica e eletrônica, focalizando suas morfologias. O aço com Ti apresentou o melhor desempenho quanto à corrosão, com o maior potencial de corrosão e menor potencial de pite entre os aços em estudo. O aço com Nb, apesar de apresentar potencial de corrosão superior ao do aço sem adição, teve um potencial de pite inferior ao do mesmo.

Estudo eletroquímico comparativo do aço ISO 5832-9 em diferentes meios de interesse biológico

Foi estudado o comportamento eletroquímico a 37°C do aço inoxidável ISO 5832-9, em meios de NaCl 0,9 %, de Ringer Lactato e meio mínimo de Eagle (MEM), por voltametria linear e análises da superfície por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por espectroscopia por dispersão de energia (EDS). Foram feitos ensaios mecânicos e testes de toxicidade. O aço ISO 5832-9 se encontra passivado no potencial de corrosão e não apresenta corrosão por pite nos três meios estudados em toda faixa de potencial investigada, desde o potencial de corrosão até 50 mV acima do potencial de transpassivação. Em meio de MEM, no entanto, as análises por MEV e EDS mostraram que o referido aço, nesse valor mais elevado de potencial, apresentou um comportamento diferente, com perda das inclusões de óxido de manganês. Os potenciais de corrosão, Ecorr (potencial de circuito aberto estacionário) bem como os valores de densidade de corrente de passivação, variaram na seguinte ordem: Ecorr, RL < Ecorr, NaCl < Ecorr, MEM. e jMEM << jRL ≅ jNaCl. No ensaio de citotoxicidade, o aço foi caracterizado como não-tóxico.

X-ray diffraction characterisation of expanded austenite and ferrite in plasma nitrided stainless steels

The S phase, known as expanded austenite, is formed on the surfaces of austenitic stainless steels that are nitrided under low temperature plasma. A similar phase was observed for nitrided ferritic stainless steels and was designed as expanded ferrite or ferritic S phase. The authors treated samples of austenitic AISI 304L and AISI 316L and ferritic AISI 409 stainless steels by plasma nitriding at different temperatures and then studied the structural, morphological, chemical and corrosion characteristics of the modified layers by X-ray diffraction, scanning electron microscopy/energy dispersive spectroscopy and electrochemical tests. For both austenitic AISI 304L and AISI 316L stainless steels, the results showed that a hard S phase layer was formed on the surfaces, promoting an anodic polarisation curve displacement to higher current density values that depend on the plasma nitriding temperature. A layer having a high amount of nitrogen was formed on the ferritic AISI 409 stainless steel. X-ray diffraction measurements indicated high strain states for the modified layers formed on the three stainless steels, being more pronounced for the ferritic S phase.

Structure and properties of low temperature plasma carburized austenitic stainless steels

Austenitic stainless steels cannot be conventionally surface treated at temperatures close to 550 degrees C due to intense precipitation of nitrides or carbides. Plasma carburizing allows introducing carbon in the steel at temperatures below 500 degrees C without carbide precipitation. Plasma carburizing of AISI 316L was carried out at 480 degrees C and 400 degrees C, during 20 h, using CH(4) as carbon carrier gas. The results show that carbon expanded austenite (gamma(c)), 20 mu m in depth, was formed on the surface after the 480 degrees C treatment. Carbon expanded austenite (gamma(c)), 8 mu m in depth, was formed on the surface after the 400 degrees C treatment. DRX results showed that the austenitic FCC lattice parameter increases from 0.358 nm to 0.363 nm for the 400 degrees C treatment and to 0.369 nm for the 480 degrees C treatment, giving an estimation of circa 10 at.% carbon content for the latter. Lattice distortion, resulting from the expansion and the associated compressive residual stresses increases the surface hardness to 1040 HV(0.025). Micro-scale tensile tests were conducted on specimens prepared with the conditions selected above, which has indicated that the damage imposed to the expanded austenite layer was more easily related to each separated grain than to the overall macro-scale stresses imposed by the tensile test. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Abrasion and corrosion resistance of new Ni-based coating deposited by HVOF thermal spray process

Coatings based on NiCrAlC intermetallic based alloy were applied on AISI 316L stainless steel substrates using a high velocity oxygen fuel torch. The influence of the spray parameters on friction and abrasive wear resistance were investigated using an instrumented rubber wheel abrasion test, able to measure the friction forces. The corrosion behaviour of the coatings were studied with electrochemical techniques and compared with the corrosion resistance of the substrate material. Specimens prepared using lower O(2)/C(3)H(8) ratios showed smaller porosity values. The abrasion wear rate of the NiCrAlC coatings was much smaller than that described in the literature for bulk as cast materials with similar composition and one order of magnitude higher than bulk cast and heat treated (aged) NiCrAlC alloy. All coatings showed higher corrosion resistance than the AISI 316L substrate in HCl (5%) aqueous solution at 40 degrees C.

Perfis de tensão residual do aço duplex UNS S32304 submetido a diferentes processos de soldagem TIG e condições de tratamento térmico

Visando a aplicação do aço UNS S32304 em embalados para transporte de material radioativo, amostras soldadas por processo TIG, com diferentes gases de proteção, foram submetidas a tratamentos térmicos nas temperaturas de 475°C, 600°C e 750°C por 8 horas, seguidas de resfriamento ao ar, a fim de analisar o efeito de temperaturas críticas no perfil de tensões residuais e microestrutura. A difratometria de raios X foi utilizada para determinação das tensões residuais, em diferentes condições (amostras como recebidas e apenas tratadas termicamente) e o perfil de tensões residuais total das amostras soldadas é apresentado para cada fase (austenita e ferrita). As tensões residuais das fases foram determinadas pela técnica sen2ψ, utilizando um difratômetro com fonte de radiação CuKα (<λ

O efeito da carga normal no comportamento tribológico de uma superliga de cobalto no ensaio pino-disco

O coeficiente de atrito e o desgaste nas superligas de cobalto são fortemente influenciados pela transformação de fase de CFC para HC que ocorre devido ao trabalho mecânico, conforme já reportado pela literatura. Após essa transformação, os valores de μ costumam se situar na faixa de 0,15 a 0,20. Este trabalho apresenta o comportamento do atrito e do desgaste em um ensaio de deslizamento sem lubrificação utilizando uma configuração pino-disco, sendo o pino feito de aço inoxidável supermartensítico e o disco de uma superliga de cobalto fundida, num tribômetro PLINT TE67. Os ensaios foram conduzidos em temperatura ambiente, com uma velocidade e variando-se a carga normal de deslizamento entre 5 e 500 N. O coeficiente de atrito e o potencial elétrico de contato foram monitorados durante os ensaios. Utilizou-se a MEV e a perfilometria 3D para caracterizar o volume e o mecanismo de desgaste. Para as cargas de 350, 400 e 450 N, após atingir condições de regime estacionário, um valor de coeficiente de atrito não usual (μ<0,01) e uma baixa taxa de desgaste foram encontradas. A análise da difração de raios-X revelou a presença de transformação de fases.

Ocorrência de carbamato de etila em cachaças de alambique e em aguardentes industriais

Este trabalho teve como objetivo verificar a ocorrência de carbamato de etila, o grau alcoólico e a acidez volátil em cachaças e aguardentes de cana. As amostras foram obtidas de fabricantes de São Paulo, Minas Gerais, Rio de Janeiro, Espírito Santo e Ceará, de sistema de produção em destilador de cobre ou coluna de aço inoxidável, e de estabelecimentos registrados ou não. As análises de acidez volátil e de grau alcoólico foram realizadas conforme metodologia descrita pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Os teores de carbamato de etila foram determinados pelo método de padronização externa, em sistema de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa (CG/EM), utilizando-se o modo MSI (Monitoramento Seletivo de Íons) para a quantificação. Os valores obtidos para o grau alcoólico variaram de 32,4 a 49,2 ºGL, sendo o teor médio de 40, 4 ºGL. Observou-se que 17 (22,7%) das bebidas apresentaram o grau alcoólico abaixo de 38 ºGL, que representa o valor mínimo imposto pela legislação vigente. Somente uma cachaça apresentou o grau alcoólico acima de 48 ºGL, limite máximo para esta bebida. Dentre as bebidas analisadas, 24 (32%) apresentaram acidez volátil acima do limite máximo. Os valores obtidos das 75 bebidas para o carbamato de etila variaram de 20 a 948 µg/L, apresentando um teor médio de 378, 25 µg/L. Somente 10 das 75 bebidas apresentaram teores de carbamato de etila abaixo de 150 µg/L, que é o limite máximo permitido pela Instrução Normativa nº 13 de 21 de junho de 2005.

Higienização de utensílios alimentares em estabelecimentos de ensino pré-escolar: um estudo em duas instituições de ensino

A transmissão de microrganismos patogénicos pode ocorrer através da sua presença em resíduos de alimentos ou água depositados sobre os utensílios que se encontram em deficientes condições de higienização. Para que seja assegurada a higiene alimentar torna-se essencial a conservação e higienização dos utensílios, desempenhando os manipuladores de alimentos um papel determinante no que diz respeito à execução de um eficaz protocolo de higienização, uma correcta manipulação e a adopção de normas higiénicas que evitem a contaminação dos utensílios. Da totalidade das amostras realizadas aos utensílios alimentares provenientes das duas instituições de ensino pré-escolar analisados neste estudo, 27% encontravam-se contaminadas e num insuficiente estado de higienização devido à presença de microrganismos mesófilos aeróbios a 30ºC em número superior a 100 UFC/peça. Foi verificado a presença de fungos e a pesquisa positiva de enterobactérias e bactérias presumíveis de E. coli. Em ambos os estabelecimentos de ensino, os utensílios constituídos por material plástico apresentaram níveis de contaminação na generalidade superiores em relação aos constituídos por aço inoxidável. O tipo de material e o estado dos utensílios são também aspectos relevantes que podem influenciar o processo de adesão microbiana e consequente formação de biofilme, pelo que na aquisição dos utensílios devem ser consideradas as características inerentes aos diferentes materiais, devendo os mesmos ser substituídos periodicamente devido ao desgaste causado pelo seu frequente uso. Para além disso, os utensílios devem passar constantemente por uma avaliação microbiológica para controlo da eficiência do processo de higienização, contribuindo para a garantia da higiene alimentar e segurança do alimento. A garantia da higiene alimentar constitui uma base importante em idades de maior vulnerabilidade.

Contribuição para a caracterização da emissão de nanopartículas em processos de soldadura e avaliação de riscos decorrentes do processo

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica Ramo de processos químicos

Avaliação da exposição a fungos e partículas em explorações avícolas e suinícolas: estudo

O projeto “Avaliação da Exposição a Fungos e Partículas em Explorações Avícolas e Suinícolas” contemplou um elevado número de colheitas ambientais e biológicas e respectivo processamento laboratorial, sendo apenas possível a sua concretização graças ao financiamento disponibilizado pela Autoridade para as Condições de Trabalho. Foi realizado um estudo transversal para avaliar a contaminação causada por fungos e partículas em 7 explorações avícolas e 7 explorações suinícolas. No que concerne à monitorização biológica, foram medidos os parâmetros espirométricos, utilizando o espirómetro MK8 Microlab, avaliada a existência de sintomas clínicos associados com a asma e outras doenças alérgicas, através de questionário adaptado European Community Respiratory Health Survey e, ainda, avaliada a sensibilização aos agentes fúngicos (IgE). Foram ainda adicionados dois objetivos ao estudo, designadamente: aferir a existência de três espécies/estirpes potencialmente patogénicas/toxinogénicas com recurso à biologia molecular e avaliar a exposição dos trabalhadores à micotoxina aflatoxina B1 por recurso a indicador biológico de exposição. Foram colhidas 27 amostras de ar de 25 litros nas explorações avícolas e 56 de 50 litros nas explorações suinícolas através do método de impacto. As colheitas de ar e a medição da concentração das partículas foram realizadas no interior e no exterior dos pavilhões, sendo este último considerado como local de referência. Simultaneamente, a temperatura e a humidade relativa também foram registadas. As colheitas das superfícies foram realizadas através da técnica de zaragatoa, tendo sido utilizado um quadrado de metal inoxidável de 10 cm de lado, de acordo com a International Standard ISO 18593 – 2004. As zaragatoas obtidas (20 das explorações avícolas e 48 das explorações suinícolas) foram inoculadas em malte de extract agar (2%) com cloranfenicol (0,05 g/L). Além das colheitas de ar e de superfícies, foram também obtidas colheitas da cama das explorações avícolas (7 novas e 14 usadas) e da cobertura do pavimento das explorações suinícolas (3 novas e 4 usadas) e embaladas em sacos esterilizados. Cada amostra foi diluída e inoculada em placas contendo malte extract agar. Todas as amostras foram incubadas a 27,5ºC durante 5 a 7 dias e obtidos resultados quantitativos (UFC/m3; UFC/m2; UFC/g) e qualitativos com a identificação das espécies fúngicas. Para a aplicação dos métodos de biologia molecular foram realizadas colheitas de ar de 300 litros utilizando o método de impinger com a velocidade de recolha de 300 L/min. A identificação molecular de três espécies potencialmente patogénicas e/ou toxinogénicas (Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus e Stachybotrys chartarum) foram obtidas por PCR em tempo real (PCR TR) utilizando o Rotor-Gene 6000 qPCR Detection System. As medições de partículas foram realizadas por recurso a equipamento de leitura direta (modelo Lighthouse, 2016 IAQ). Este recurso permitiu medir a concentração (mg/m3) de partículas em 5 dimensões distintas (PM 0.5; PM 1.0; PM 2.5; PM 5.0; PM10). Nas explorações avícolas, 28 espécies/géneros de fungos foram isolados no ar, tendo Aspergillus versicolor sido a espécie mais frequente (20.9%), seguida por Scopulariopsis brevicaulis (17.0%) e Penicillium sp. (14.1%). Entre o género Aspergillus, Aspergillus flavus apresentou o maior número de esporos (>2000 UFC/m3). Em relação às superfícies, A. versicolor foi detetada em maior número (>3 × 10−2 UFC/m2). Na cama nova, Penicillium foi o género mais frequente (59,9%), seguido por Alternaria (17,8%), Cladosporium (7,1%) e Aspergillus (5,7%). Na cama usada, Penicillium sp. foi o mais frequente (42,3%), seguido por Scopulariopsis sp. (38,3%), Trichosporon sp. (8,8%) e Aspergillus sp. (5,5%). Em relação à contaminação por partículas, as partículas com maior dimensão foram detectadas em maiores concentrações, designadamente as PM5.0 (partículas com a dimensão de 5.0 bm ou menos) e PM10 (partículas com a dimensão de 10 bm ou menos). Neste setting a prevalência da alteração ventilatória obstrutiva foi superior nos indivíduos com maior tempo de exposição (31,7%) independentemente de serem fumadores (17,1%) ou não fumadores (14,6%). Relativamente à avaliação do IgE específico, foi apenas realizado em trabalhadores das explorações avícolas (14 mulheres e 33 homens), não tendo sido encontrada associação positiva (p<0.05%) entre a contaminação fúngica e a sensibilização a antigénios fúngicos. No caso das explorações suinícolas, Aspergillus versicolor foi a espécie mais frequente (20,9%), seguida por Scopulariopsis brevicaulis (17,0%) e Penicillium sp. (14,1%). No género Aspergillus, A. versicolor apresentou o maior isolamento no ar (>2000 UFC/m3) e a maior prevalência (41,9%), seguida por A. flavus e A. fumigatus (8,1%). Em relação às superfícies analisadas, A. versicolor foi detetada em maior número (>3 ×10−2 UFC/m2). No caso da cobertura do pavimento das explorações suinícolas, o género Thicoderma foi o mais frequente na cobertura nova (28,0%) seguida por A. versicolor e Acremonium sp. (14,0%). O género Mucor foi o mais frequente na cobertura usada (25,1%), seguido por Trichoderma sp. (18,3%) e Acremonium sp. (11,2%). Relativamente às partículas, foram evidenciados também valores mais elevados na dimensão PM5 e, predominantes nas PM10. Neste contexto, apenas 4 participantes (22,2%) apresentaram uma alteração ventilatória obstrutiva. Destes, as obstruções mais graves encontraram-se nos que também apresentavam maior tempo de exposição. A prevalência de asma na amostra de trabalhadores em estudo, pertencentes aos 2 contextos em estudo, foi de 8,75%, tendo-se verificado também uma prevalência elevada de sintomatologia respiratória em profissionais não asmáticos. Em relação à utilização complementar dos métodos convencionais e moleculares, é recomendável que a avaliação da contaminação fúngica nestes settings, e, consequentemente, a exposição profissional a fungos, seja suportada pelas duas metodologias e, ainda, que ocorre exposição ocupacional à micotoxina aflatoxina B1 em ambos os contextos profissionais. Face aos resultados obtidos, é importante salientar que os settings alvo de estudo carecem de uma intervenção integrada em Saúde Ocupacional no âmbito da vigilância ambiental e da vigilância da saúde, com o objetivo de diminuir a exposição aos dois factores de risco estudados (fungos e partículas).

Estudo de uma central hidroeléctrica com base em turbina hidráulica reversível

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica