Formation of ω-Al7Cu2Fe phase during laser processing of quasicrystal-forming Al-Cu-Fe alloy

The formation of an ω-Al7Cu2Fe phase during laser cladding of quasicrystal-forming Al65Cu23.3Fe11.7 alloy on a pure aluminium substrate is reported. This phase is found to nucleate at the periphery of primary icosahedral-phase particles. A large number of ω-phase particles form an envelope around the icosahedral phase. On the outer side, they form an interface with an agr-Al solid solution. Detailed transmission electron microscopic observations show that the ω phase exhibits an orientation relationship with the icosahedral phase. Analysis of experimental results suggests that the ω phase forms by precipitation on an icosahedral phase by heterogeneous nucleation and grows into the aluminium-rich melt until supersaturation is exhausted. The microstructural observations are explained in terms of available models of phase transformations.

Temperature Dependence of the Tribological Properties of Laser Re-Melted Al-Cu-Fe Quasicrystalline Plasma Sprayed Coatings

The aim of this study was to investigate the effect of temperature on tribological properties of plasma-sprayed Al-Cu-Fe quasicrystal (QC) coating after laser re-melting treatment. The laser treatment resulted in a more uniform, denser and harder microstructure than that of the as-sprayed coatings. Tribological experiments on the coatings were conducted under reciprocating motion at high frequency in the temperature range from 25 to 650 degreesC. Remarkable influence of temperature on the friction behavior of the coating was recorded and analyzed. Microstructural analysis indicated that the wear mechanisms of the re-melted QC coatings changed from abrasive wear at room temperature, to adhesive wear at 400 degreesC and severe adhesive wear at 650 degreesC owing to the material transfer of the counterpart ball. It was also observed that the ratio of the icosahedral (i)-phase to beta-Al-50(Fe,CU)(50) phase in the coating was higher after test at 400 'C than that at 650 'C. The variation of the ratio UP of coating and of the property of the counterpart ball and coating with the temperature are the two main factors influencing the wear mechanisms and value of the friction coefficient.

Análise da influência dos solutos Zr e Ti sobre as propriedades mecânica, elétrica e de termorresistência de uma liga Al-Cu-Fe-Si destinada a Tx e a Dx de energia elétrica

O contexto energético mundial apresenta um aumento constante do consumo de energia elétrica no último século, desta forma exigindo a pesquisa de novos materiais para a aplicação em cabos e fios condutores de eletricidade. A partir destas demandas por novos materiais, desenvolveu-se uma análise da influência dos solutos zircônio e titânio na modificação de características importantes de uma liga Al-Cu-Fe-Si, destinada a ser o meio condutor de energia elétrica, almejando obter propriedades termorresistentes. Para a realização deste estudo, as ligas foram obtidas por fundição direta em lingoteira metálica em formato “U”, a partir do Al-EC, fixando-se na liga-base os teores de 0,05% Cu, [0,24 a 0,28]% Fe e 0,7% de Si, e em seguida, inserindo-se os teores de 0,26% Zr e 0,26% Ti. O experimento foi dividido em duas etapas, ETAPA A e ETAPA B, respectivamente, com o intuito de se avaliar as características mecânicas, elétricas e estruturais das ligas. Os corpos de prova após laminação a frio (nos diâmetros 2,7; 3,0; 3,8 e 4,0 mm) foram analisados sem tratamento térmico (STT) e com tratamento térmico (CTT): 230 ºC por uma hora, de acordo com o protocolo COPEL, 310 ºC e 390 ºC por uma hora, visando avaliar a ermorresistência em temperaturas mais elevadas, a estabilidade térmica e analisar as microestruturas desenvolvidas em tais tratamentos térmicos (TT). Verificou-se que o Ti tem maior capacidade de refinar o grão em relação ao Zr, que apresenta grãos menos refinados, porém com melhores propriedades físicas e apresentando-se termorresistente.

Efeito de adições de Ni e Mg sobre o comportamento térmico, mecânico e elétrico de ligas Al-Cu-Fe solidificadas unidirecionalmente

Este trabalho estudou a influência dos teores dos solutos Mg e Ni na modificação das propriedades térmicas, elétricas e mecânicas de uma liga Al-Cu-Fe para aplicação como condutor de energia elétrica. Para a realização do presente estudo, as ligas foram obtidas por fundição unidirecional horizontal, a partir da base do alumínio de pureza comercial com adição dos teores 0,05%p Cu e [0,24 a 0,28]%p Fe. Tal base foi modificada em uma primeira etapa com teores de 0,45, 0,60 e 0,80%p Mg. As ligas obtidas com estes teores tiveram suas propriedades estudadas para que se selecionasse um teor de Mg para posterior adição de Ni à liga. O estudo destas propriedades na primeira etapa passou pela análise das propriedades térmicas: velocidade de solidificação (V_L) e taxa de resfriamento (Ṫ). A caracterização elétrica estudou a propriedade condutividade elétrica (φ) e o levantamento das propriedades mecânicas: limite de resistência à tração (σ) e microdureza Vickers (HV). A liga com adição de Ni passou por tratamentos térmicos de envelhecimento, por 1, 4 e 8h. Estas amostras foram analisadas em um microscópio eletrônico de varredura - MEV pelos sinais de elétrons retroespalhados – ERE e espectroscopia de energia dispersiva – EDS. Como resultados do estudo, encontrou-se que adições de Mg influenciaram significativamente a viscosidade das ligas, elevando as velocidades de solidificação nos instantes finais. Os ensaios de microdureza das amostras envelhecidas mostraram que houve um acréscimo significativo de dureza na quarta hora de envelhecimento, da mesma forma que as análises de EDS mostraram que a concentração de Ni também elevou-se nesta condição de tratamento.

Nanoscale embedded alloy particles through rapid solidification: the case of Al-Pb-In and Cu-Fe-Si

Rapid solidification techniques can be used to produce the embedded nanoparticles in a desired matrix. The origin and morphology of these small particles and their transformation behaviour are still not fully understood. In this paper, we discuss the issues involved and present some interesting results in Al-Pb-In and Cu-Fe-Si systems.

Quantificação de metais (Al, Fe, Mn, Pb, Zn e Cu) nos sedimentos do sistema estuarino das Ilhas de Tinharé-Boipeba (Bahia - Brasil)

O sistema estuarino das Ilhas de Tinharé-Boipeba está inserido na região do Baixo Sul baiano (Bahia Brasil), costa nordeste brasileira, e conectam-se com o oceano através de três saídas principais, Morro de São Paulo, Boipeba e Barra dos Carvalhos. Informações relacionadas à presença de metais no sedimento são quase inexistentes para a região. Nestes estuários foram coletadas 40 amostras de sedimento, onde analisou-se a concentração de metais (Al, Cu, Fe, Mn, Pb e Zn) através da extração com água-régia, segundo o protocolo do material de referência BCR-701 (RAURET et al., 2001). Baixas concentrações de metais foram registradas nas proximidades das saídas para o mar e no Canal de Garapuá e Rio Grande. Altas concentrações, porém praticamente dentro dos valores de referência na CONAMA 344/04, foram registradas no Rio Una, na maior parte do Rio Cairu, Rio das Almas, em quase todas as estações, no braço leste do Rio Cairu e na porção intermediária do Rio dos Patos. As concentrações dos metais (mg.kg1) apresentaram valores entre os seguintes intervalos, Al (3,57 x 104 a 3,19 x 102), Cu (1,02 x 102 a 0,35), Fe (4,33 x 104 a 2,05 x 102), Mn (1,44 x 103 a 2,73), Pb (6,67 x 101 a 2,66) e Zn (5,08 x 102 a 3,18). Através da análise estatística ACP (Análise dos Componentes Principais) e dos gráficos de correlação entre a granulometria do sedimento (areia, silte e argila) e os metais, observou-se maiores concentrações de metais com o aumento do percentual de silte e diminuição do percentual de areia. Também se identificou uma forte correlação entre a ocorrência do fósforo e a presença de metais. Acredita-se que a principal espécie química em questão seja o fosfato (PO43 ou P2O5) que é uma base dura, onde a ligação com os metais se dá pelo oxigênio, sendo o caráter iônico relevante. Não foi identificada uma correlação entre a presença de metais e a argila, fato atribuído ao baixo teor dessa granulometria para todas as amostras do estudo e a composição da argila desses estuários

Simultaneous determination of Al, As, Cu, Fe, Mn, and Ni in fuel ethanol by GFAAS

A method has been developed for the simultaneous determination of Al, As, Cu, Fe, Mn, and Ni in fuel ethanol by graphite furnace atomic absorption spectrometry (GFAAS) using a transversely heated graphite atomizer (THGA) with longitudinal Zeeman-effect background correction. The thermal behavior of analytes during the pyrolysis and atomization stages using the mixture Pd(NO3)(2) + Mg(NO3)(2) as the chemical modifier was investigated in 0.028 mol L-1 HNO3, 0.14 mol L-1 HNO3, and diluted ethanol (1 + 1, v/v) containing different nitric acid concentrations. With 5 rhog Pd + 3 mug Mg as the modifiers, pyrolysis and atomization temperatures of the heating program of the atomizer were fixed at 1200 C and 2200degreesC respectively. For 20 muL of diluted sample (10 muL ethanol + 10 muL of 0.28 mol L-1 HNO3) dispensed into the graphite tube, analytical curves in the 2.0 - 50 mug L-1 Al, As, Cu, Fe, Mn, Ni ranges were established. The calculated characteristic masses were - 37 pg Al, 73 pg As, 31 pg Cu, 16 pg Fe, 9 pg Mn, and 44 pg Ni, and the lifetime of the tube was around 2 50 firings. The limits of detection (LOD) based on integrated absorbance were 1.2 mug L-1 Al, 2.5 mug L-1 As. 0.22 mug L-1 Cu, 1.6 L-1 Fe 0.20 mug L-1 Mn 1.1 mug L-1 Ni. The relatively standard deviations (n = 12) were less than or equal to 3%, less than or equal to 6%, less than or equal to 2%, less than or equal to 3.4%, less than or equal to 1.3%, and less than or equal to 2% for Al, As, Cu, Fe, Mn, and Ni, respectively, the recoveries of Al, As, Cu, Fe, Mn and Ni added to fuel ethanol samples varied from 77% to 112%, 92% to 114%, 104% to 113%, 73% to 116%, 91% to 122% and 93% to 116%, respectively. Accuracy was checked for Al, As, Cu, Fe, Mn, and Ni determination in 20 samples purchased at local gas stations in Araraquara city, Brazil. A paired t-test showed that the results were in agreement at the 95% confidence level with those obtained by single-element GFAAS.

Direct determination of Al, As, Cu, Fe, Mn, and Ni in fuel ethanol by simultaneous GFAAS using integrated platforms pretreated with W-Rh permanent modifier together with Pd plus Mg modifier

A method is proposed for the simultaneous determination of Al, As, Cu, Fe, Mn, and Ni in fuel ethanol by electrothermal atomic absorption spectrometry (ETAAS) using W-Rh permanent modifier together with Pd(NO3)(2) + Mg(NO3)(2) conventional modifier. The integrated platform of a transversely heated graphite atomizer (THGA) was treated with tungsten, followed by rhodium, forming a deposit containing 250 mug W + 200 mug Rh. A 500-muL, volume of fuel ethanol was diluted with 500 muL, of 0.14 mol L-1 HNO3 in an autosampler cup of the spectrometer. Then, 20 muL, of the diluted ethanol was introduced into the pretreated graphite platform followed by the introduction of 5 mug Pd(NO3)(2) + 3 mug Mg(NO3)(2). The injection of this modifier was required to improve arsenic and iron recoveries in fuel ethanol. Calibrations were carried out using multi-element reference solutions prepared in diluted ethanol (1 + 1, v/v) acidified to 0. 14 mol L-1 HNO3. The pyrolysis and atomization temperatures of the heating program were 1200degreesC and 2200degreesC, respectively, which were obtained with multielement reference solutions in acidic diluted ethanol (1 + 1, v/v; 0. 14 mol L-1 HNO3). The characteristic masses for the simultaneous determination in ethanol fuel were 78 pg Al, 33 pg As, 10 pg Cu, 14 pg Fe, 7 pg Mn, and 24 pg Ni. The lifetime of the pretreated tube was about 700 firings. The detection limits (D.L.) were 1.9 mug L-1 Al, 2.9 mug L-1 As, 0.57 mug L-1.Cu, 1.3 mug L-1 Fe, 0.40 mug L-1 Mn, and 1.3 mug L-1 Ni. The relative standard deviations (n = 12) were 4%, 4%, 3%, 1.5%, 1.2%, and 2.2% for Al, As, Cu, Fe, Mn, and Ni, respectively. The recoveries of Al, As, Cu, Fe, Mn, and Ni added to the fuel ethanol samples varied from 81% to 95%, 80% to 98%, 97% to 109%, 85% to 107%, 98% to 106% and 97% to 103%, respectively. Accuracy was checked for the Al, As, Cu, Fe, Mn, and Ni determination in 10 samples purchased at a local gas station in Araraquara-SP City, Brazil. A paired t-test showed that at the 95% confidence level the results were in agreement with those obtained by single-element ETAAS.

Determinação direta e simultânea de 'AL', 'AS', 'CU', 'FE', 'MN' e 'NI' em álcool etílico hidratado combustível por espectrometria de absorção atômica em forno de grafite

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Reaproveitamento de lama vermelha na obtenção de compostos do tipo hidrotalcita do sistema (Zn-Ni-Cu/Fe-Al)-SO4

Compostos do tipo hidrotalcita, também conhecidos como hidróxidos duplos lamelares (HDLs), do sistema (Zn-Ni-Cu/Fe-Al)-SO₄ foram obtidos por meio de co-precipitação a pH variável (crescente) utilizando lama vermelha (LV) como material de partida devido a sua elevada porcentagem de Fe³⁺ e Al³⁺. Para tal estudo, a LV, previamente caracterizada por FRX e DRX, foi submetida à abertura ácida com HCl_conc. e H₂SO₄ 2N. Para os HDLs obtidos, foram avaliados a influência do tipo de cátion bivalente, da variação do pH de síntese (pH 5, 7, 8, 9, 10 e 12) e da variação de razão molar teórica r = M^II/M^III (2, 3 e 4) na sua estrutura cristalina mediante as seguintes técnicas de caracterização: DRX, FT-IR, MEV/EDS, TG/ATD. Os resultados FRX revelaram que a LV é composta principalmente por Fe₂O₃ (32,80%), Al₂O₃ (19,83%), SiO₂ (18,14%) e Na₂O (11,55%). DRX corrobora os resultados da análise química, visto que foram identificados os minerais: hematita, goethita, gibbsita, sodalita, calcita, anatásio e quartzo. Zn-HDLs mostraram que a o aumento de pH de síntese colabora para um melhor ordenamento cristalino do material, uma vez que os picos se tornam melhor definidos, culminando com a melhor condição experimental em pH 9 e r = 3, cujo HDL foi identificado como o mineral natroglaucocerinita (d~11 Ǻ). Nesses valores de pH, a incorporação de SO₄^2- no espaçamento interlamelar foi favorecida apesar da competição com o CO₂ presente no ar atmosférico no momento da síntese. FT-IR também indica a presença do sulfato. As análises por MEV revelam a presença de cristais muito finos e pequenos, > 2μm, de forma hexagonal que pela análise via EDS indicaram, em sua composição, os elementos Na, Zn, Fe, Al, S, C e O. TG/ATD evidenciaram quatro etapas de perda de massa: desidratação, desidroxilação, desoxidenação e dessulfatação, para os HDLs com melhor ordenamento cristalino. Para os materiais menos cristalinos, as duas primeiras etapas ocorrem simultaneamente. Ni-HDLs apresentaram três picos com posições próximas às do mineral carrboydita a partir de pH igual a 7. No entanto, a partir de pH 9, surge hematita como uma fase acessória. Também há disputa entre os ânions SO₄^2- e CO₃^2- no espaço interlamelar, visto que os valores de espaçamento basal d diminuem (de aproximadamente 9,5 até 7,8 Ǻ). Tal fato também foi observado pelo FT-IR. As análises por MEV mostraram aglomerados de minerais anédricos menores que 2μm que, via EDS indicaram composição Ni, Fe, Al, S, C e O. As análises de TG/ATD apresentaram o mesmo comportamento do sistema anterior, evidenciaram as etapas de desidratação, desidroxilação, desoxigenação e dessulfatação e, para os materiais menos cristalinos, as duas primeiras etapas também ocorrem simultaneamente. Cu-HDLs, em valores de pH entre 7 e 10, não cristalizaram a fase HDL tal qual verificada para os sistemas contendo zinco ou níquel. O cobre distorce a estrutura do octaedro causando o chamado Efeito Jahn-Teller: distorção tetraédrica no ambiente octaédrico. As análises por FT-IR apresentaram o mesmo comportamento dos sistemas anteriores, apesar de o material se apresentar amorfo via DRX. O MEV também revela aglomerados amorfos que, de acordo com o EDS, indicaram em sua composição os elementos Cu, Fe, Al, S, C e O. As análises de TG/ATD apresentaram o mesmo comportamento que os materiais menos cristalinos dos dois sistemas anteriores, para os quais as etapas de desidratação e desidroxilação ocorreram simultaneamente. Mt-HDLs (mistura de Zn²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺), apresentaram comportamento semelhante aos HDLs de níquel, com quatro picos em posições próximas aos da carrboydita a partir de pH igual a 7. A disputa entre sulfato e carbonato também se repete, visto que os valores de espaçamento basal d diminuem (de aproximadamente 9,5 até 7,9 Ǻ), o que também pode ser notado nos espectros de FT-IR. O MEV dessas amostras também apresentaram aglomerados com tamanhos menores que 2μm e, via EDS, indicaram em sua composição os elementos Zn, Cu, Ni, Fe, Al, S, C e O. Aqui também o comportamento das curvas TG/ATD foi semelhante aos materiais pouco cristalinos obtidos anteriormente.

Characterisation of a Natural Quartz Crystal as a Reference Material for Microanalytical Determination of Ti, Al, Li, Fe, Mn, Ga and Ge

A natural smoky quartz crystal from Shandong province, China, was characterised by laser ablation ICP-MS, electron probe microanalysis (EPMA) and solution ICP-MS to determine the concentration of twenty-four trace and ultra trace elements. Our main focus was on Ti quantification because of the increased use of this element for titanium in- quartz (TitaniQ) thermobarometry. Pieces of a uniform growth zone of 9 mm thickness within the quartz crystal were analysed in four different LA-ICP-MS laboratories, three EPMA laboratories and one solution-ICP-MS laboratory. The results reveal reproducible concentrations of Ti (57 ± 4 lg g-1),Al (154 ± 15 lg g-1), Li (30 ± 2 lg g-1), Fe (2.2 ± 0.3 lg g-1), Mn (0.34 ± 0.04 lg g-1), Ge (1.7 ± 0.2 lg g-1) and Ga (0.020 ± 0.002 lg g-1) and detectable, but less reproducible, concentrations of Be, B, Na, Cu, Zr, Sn and Pb. oncentrations of K, Ca, Sr, Mo, Ag, Sb, Ba and Au were below the limits of detection of all three techniques. The uncertainties on the average concentration determinations by multiple techniques and laboratories for Ti, Al, Li, Fe, Mn, Ga and Ge are low; hence, this quartz can serve as a reference material or a secondary reference material for microanalytical applications involving the quantification of trace elements in quartz.

Structural and electrical transport properties of Al-Cu-Cr quasicrystals

Transport properties of quasicrystals in rapidly solidified as well as heat-treated Al65CU20Cr15 alloys were studied over a wide temperature range as a function of structure and microstructure. The characterization was done using x-ray diffraction, transmission electron microscopy and differential scanning calorimetry. Particular attention was paid to primitive to face-centered quasicrystalline transformation which occurs on annealing and the effect of microstructures on the transport behavior. The temperature dependence of resistivity is found to depend crucially on the microstructure of the alloy. Further, ordering enhances the negative temperature coefficient of resistivity. The low-temperature (T less than or equal to 25 K) resistivity of Al65Cu20Cr15 has been compared with that of Al63.5Cu24.5Fe12 alloy. In this region p(T) can be well described by a root T contribution arising from electron-electron interaction. We discuss our results in view of current theories.