Efeito de teores de Zr sobre as propriedades mecânicas e elétricas de ligas Al-Ec-Si aplicadas na elaboração de ligas para Tx e Dx de energia elétrica

Este trabalho objetiva desenvolver uma análise da influência do Zr na modificação de características importantes em ligas de Al-EC-Si para aplicação como condutor de energia elétrica, almejando obter-se 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 base o teor de 0,7% de Si, e em seguida, variando-se diferentes teores de Zr. Com o intuito de precipitar as partículas de segunda fase chamadas de dispersóides, que tem como principal característica a retenção da microestrutura deformada quando exposta a altas temperaturas, foi necessário submeter as ligas a um tratamento térmico de 310 ºC durante 24 horas afim de provocar o surgimento dos finos dispersóides de Al₃Zr. Foram estabelecidas duas etapas para obtenção dos resultados: A ETAPA I composta da solidificação, usinagem e deformações obtidas com as ligas, gerando os fios que foram utilizados em todos os ensaios. A ETAPA II repete os mesmos procedimentos adotados na ETAPA I, porém é feito um tratamento térmico de 310ºC por 24 horas antes da deformação. A caracterização das amostras dos fios de cada liga quanto à termorresistividade, que obedeceu a exigência da COPEL (Companhia Paranaense de Energia), sendo submetidos à temperatura de 230 ºC por uma hora e foram feitos também tratamentos térmicos na temperatura de 310 e 390ºC, com a finalidade de se avaliar a estabilidade térmica das ligas estudadas. Verificou-se de maneira geral que teores crescentes de Zr provocam um refinamento de grão e aumentam o LRT e a estabilidade térmica da liga, tanto na ETAPA I quanto na ETAPA II. Foi observado ainda que na ETAPA I, a condutividade foi bastante afetada pelos teores de Zr, e que a inserção do tratamento térmico da ETAPA II melhorou a capacidade de conduzir energia elétrica na liga, particularmente para o diâmetro que sofreram maior deformação.

Influência da convecção termossolutal na transição colunar/equiaxial em ligas Al-Si sob condições unidirecionais e transitórias de extração de calor

A relação entre macroestrutura e propriedades mecânicas de um material tem sido objeto de intensa investigação pois o tamanho dos grãos, a orientação cristalina e a distribuição dos mesmos exercem influência direta no comportamento mecânico dos produtos acabados. Assim, o entendimento dos fatores que influenciam a formação das zonas estruturais coquilhada, colunar e equiaxial nos materiais fundidos como, por exemplo, o sistema de liga, composição da liga, temperatura de vazamento, temperatura do molde, material do molde, coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde, taxa de resfriamento, gradientes térmicos, dimensão da peça, presença de convecção no líquido, transporte de soluto, etc é de fundamental importância para a melhoria da eficiência do processo de fundição envolvido. Com base no conhecimento dos princípios termofísicos em que essas zonas são formadas, é possível manipular de forma bastante razoável a estrutura dos produtos fundidos e, conseqüentemente, as propriedades mecânicas dos mesmos. Tendo como principal foco a análise da mudança da zona colunar para a equiaxial, este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental sobre a transição colunar/equiaxial (TCE) das ligas hipoeutéticas Al- 3%Si, Al-7%Si Al-9%Si solidificadas unidirecionalmente em um dispositivo horizontal refrigerado a água sob condições transientes de fluxo de calor. A condição de contato térmico na superfície de extração de calor foi padronizada como sendo polida. Os perfis térmicos foram medidos em diferentes posições do lingote e os dados foram armazenados automaticamente. Um método numérico é utilizado na determinação de variáveis térmicas de solidificação como coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde (h_i), velocidades das isotermas liquidus (V_L), gradientes térmicos (G_L) e taxas de resfriamento (T_R) que influenciam diretamente a referida transição estrutural. Os resultados teóricos e experimentais apresentaram boa concordância. Um estudo comparativo entre os resultados obtidos neste trabalho e valores propostos na literatura para analisar a TCE durante a solidificação unidirecional vertical ascendente sob condições transientes de extração de calor das ligas investigadas, também é apresentado.

Correlação entre microestrutura e comportamento de corrosão em duas ligas do sistema Al-Fe-Si produzidas pelos processos industriais de lingotamento contínuo e semi-contínuo.

As chapas de ligas de alumínio trabalháveis são produzidas atualmente por dois processos, o método de vazamento contínuo conhecido TRC (Twin Roll Continous Casting) ou pelo método tradicional de vazamento de placas DC (Direct Chill). A fabricação de ligas de alumínio pelos dois processos confere características microestruturais diferentes quando comparadas entre si, o que se reflete em suas propriedades. Além disto, ocorrem variações microestruturais ao longo da espessura, especialmente nas chapas produzidas pelo processo TRC. Neste sentido, é importante estudar a evolução microestrutural que ocorre durante o seu processamento e sua influência com relação à resistência à corrosão. Dessa forma foi realizado neste trabalho um estudo comparativo do comportamento de corrosão, bem como das microestruturas do alumínio de alta pureza AA1199 (99,995% Al) e das ligas de alumínio AA1050 (Fe+Si0,5%) e AA4006 (Fe+Si1,8%) produzidas pelos processos industriais de lingotamento contínuo e semi-contínuo. Os resultados obtidos evidenciaram que as microestruturas das ligas AA4006 DC e AA4006 TRC são distintas, sendo observada maior fração volumétrica dos precipitados na liga fabricada pelo processo TRC comparativamente ao DC. Para caracterizar o comportamento de corrosão foram realizados ensaios de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica e Polarização Potenciodinâmica, que mostraram a maior resistência à corrosão localizada para a liga fabricada pelo processo TRC em comparação ao processo DC. Além disso, foi verificada, em ordem decrescente, uma maior resistência à corrosão do alumínio AA1050, seguida pela superfície da liga AA4006 e por fim, pelo centro da chapa desta última. Os resultados obtidos por espectroscopia de impedância eletroquímica para as ligas AA4006 fabricadas pelo processo TRC apresentaram melhor desempenho que o processo DC, principalmente em intervalos de 2 a 12 horas de imersão na solução de sulfato de sódio contaminada com íons cloreto. Para tempos de imersão acima de 4 horas foi observado comportamento indutivo em baixas frequências para os dois tipos de processamento investigados, o que foi associado à adsorção de espécies químicas, principalmente íons sulfato e oxigênio, na interface metal/óxido. As curvas de polarização anódica mostraram maior resistência à corrosão localizada para a liga fabricada pelo processo viii TRC em comparação ao processo DC. Este comportamento foi associado às diferentes características microestruturais, observadas para liga AA4006 obtida pelos dois processos.

Characterization of the Al-3wt.%Si alloy in unsteady-state horizontal directional solidification

The main purpose of this paper is to investigate both the columnar to equiaxed transition and primary dendritic arm spacings of Al-3wt.%Si alloy during the horizontal directional solidification. The transient heat transfer coefficient at the metal-mold interface is calculated based on comparisons between the experimental thermal profiles in castings and the simulations provided by a finite difference heat flow program. Simulated curve of the interfacial heat transfer coefficient was used in another numerical solidification model to determine theoretical values of tip growth rates, cooling rates and thermal gradients that are associated with both columnar to equiaxed transition and primary dendritic arm spacings. A good agreement was observed between the experimental values of these thermal variables and those numerically simulated for the alloy examined. A comparative analysis is carried out between the experimental data of this work and theoretical models from the literature that have been proposed to predict the primary dendritic spacings. In this context, this study may contribute to the understanding of how to manage solidification operational parameters aiming at designing the microstructure of Al-Si alloys.

Efeito do Estrôncio (Sr) no tratamento de modificação do eutético da liga Al-1%Si

This study aimed to analyze the cooling curves, micro and macrograph alloy Al-1 %Si without the addition of strontium modifier and with the addition of the same. One of the ways of improving mechanical properties of alloy Al -Si is through the modification process. For the experiments two billets of the alloy Al-1%Si cast iron mold in a billet with addition of 0.02% strontium by weight, and the other billet without the addition of modifier were fused. In the solidification process of billet temperature was monitored and recorded every second for later plotting in Origin 8 program and analyzes the cooling curves obtained. The billets were cut and passed by grinding and polishing to perform the macrograph and micrographs. The results concerning the macrograph indicated that billet without the addition of Strontium particle size obtained was more refined than the billet where the strontium modifier was added. Regarding the micrograph, photos stemmed from the optical microscope didn´t show the expected modification effect by the addition of Strontium. This suggests that the low amount of silicon (1 %) present in the alloy used in this study interfered in the change process, because according to the literature review, Strontium 0.022 % by weight is sufficient to fully modify an alloy with 7% Silicon. The results from the cooling curve showed that both the eutectic temperature and the solidification time remained unchanged with the addition of strontium

Caracterização estrutural da Liga Al-1% Si

The aim of this study is to characterize the macrostructure and microstructure of Al - 1%Si alloy obtained in sand and metallic molds. Aluminium has good mechanical properties, but adding silicon, even in small quantities, can change the microstructure and improves mechanical behavior. Workpieces were castings in metallic and sand molds and one can see a difference in their cooling curve, macroscopic and microscopic structures. The sand mold casting has lower cooling rate and so its grains are larger. Due to the lower concentration of grain boundary, the hardness is lower compared to that found in metallic molds, which has smaller grains and a higher hardness. Therefore, it can be concluded that the cooling rate and alloying elements affect the final microstructure of the workpiece

Solidification thermal parameters and dendritic growth during the horizontal directional solidification of Al-7wt.%Si alloy

O principal objetivo desse trabalho é investigar a influência dos parâmetros térmicos velocidade de solidificação (V_L) e taxa de resfriamento (T_R), nos espaçamentos dendríticos primários (λ₁) da liga hipoeutética Al-7%Si, durante a solidificação direcional horizontal, em regime transiente. Os valores de λ₁ foram medidos ao longo do comprimento do lingote e correlacionados com esses parâmetros. A variação dos espaçamentos dendríticos estudados é expressa por meio de funções na forma de potência de V_Le T_Rdadas, respectivamente, por λ₁= 55(V_L)^-1.1e λ₁= 212 (T_R)^-0.55. Um estudo comparativo é realizado entre os resultados encontrados nesse trabalho e aqueles obtidos para a mesma liga quando solidificada direcionalmente nos sistemas verticais ascendente e descendente, sob as mesmas condições assumidas. Finalmente, os resultados experimentais obtidos são comparados com valores fornecidos por alguns modelos teóricos propostos na literatura para analisar espaçamentos dendríticos primários.

A new low temperature synthesis route of fraipontite (Zn,Al)3(Si,Al)2O5(OH)4

A low temperature synthesis method based on the decomposition of urea at 90°C in water has been developed to synthesise fraipontite. This material is characterised by a basal reflection 001 at 7.44 Å. The trioctahedral nature of the fraipontite is shown by the presence of a 06l band around 1.54 Å, while a minor band around 1.51 Å indicates some cation ordering between Zn and Al resulting in Al-rich areas with a more dioctahedral nature. TEM and IR indicate that no separate kaolinite phase is present. An increase in the Al content however, did result in the formation of some SiO2 in the form of quartz. Minor impurities of carbonate salts were observed during the synthesis caused by to the formation of CO32- during the decomposition of urea.

Quasicrystals, crystals and multiple twins in rapidly solidified Al-Cr-Si, Al-Mn-Si and Al-Mn-Cr-Si alloys

The coexistence of quasicrystals and rational approximant structures (RAS) has been observed in melt-spun Al80Cr14Si6, Al80Mn14Si6 and Al75Mn10Cr5Si10 alloys. The presence of a b.c.c. alpha-AlMnSi phase in Al-Mn-Si and alpha-AlMnSi(Cr) phase in Al-Mn-Cr-Si has been seen. A multiple twinning around an irrational axis of the RAS has been reported in an aggregate of fine size cubic crystallites in all three alloys. Selected area diffraction patterns show that the crystalline aggregate symmetry is linked to the icosahedral point group symmetry (m35). Various ways of expressing the twin relationship in the cubic crystalline aggregates have been discussed. The thermal stability of the icosahedral phase at high temperatures reveals that the icosahedral phase in Al-Mn-Si and Al-Mn-Cr-Si alloys transforms to alpha-AlMnSi at temperatures of 690 and 670 K, respectively. In Al-Cr-Si alloy, heating to a high temperature (615 K) leads to the transformation of the icosahedral phase into a new metastable phase having an ordered cubic structure equivalent to alpha-AlMnSi. The occurrence of multiple twinning leading to icosahedral symmetry in the as-spun Al-Cr-Si alloy is presumably due to this metastable phase. Copyright (C) 1996 Acta Metallurgica Inc.

Optimization of hot workability of an Al-Mg-Si alloy using processing maps

The hot workability of an Al-Mg-Si alloy has been studied by conducting constant strain-rate compression tests. The temperature range and strain-rate regime selected for the present study were 300-550 degrees C and 0.001-1 s(-1), respectively. On the basis of true stress data, the strain-rate sensitivity values were calculated and used for establishing processing maps following the dynamic materials model. These maps delineate characteristic domains of different dissipative mechanisms. Two domains of dynamic recrystallization (DRX) have been identified which are associated with the peak efficiency of power dissipation (34%) and complete reconstitution of as-cast microstructure. As a result, optimum hot ductility is achieved in the DRX domains. The strain rates at which DRX domains occur are determined by the second-phase particles such as Mg2Si precipitates and intermetallic compounds. The alloy also exhibits microstructural instability in the form of localized plastic deformation in the temperature range 300-350 degrees C and at strain rate 1 s(-1).

Structural, electrical and dielectric properties of sputtered TiO2 films for Al/TiO2/Si capacitors

Metal-oxide semiconductor capacitors based on titanium dioxide (TiO2) gate dielectrics were prepared by RF magnetron sputtering technique. The deposited films were post-annealed at temperatures in the range 773-1173 K in air for 1 hour. The effect of annealing temperature on the structural properties of TiO2 films was investigated by X-ray diffraction and Raman spectroscopy, the surface morphology was studied by atomic force microscopy (AFM) and the electrical properties of Al/TiO2/p-Si structure were measured recording capacitance-voltage and current-voltage characteristics. The as-deposited films and the films annealed at temperatures lower than 773 K formed in the anatase phase, while those annealed at temperatures higher than 973 K were made of mixtures of the rutile and anatase phases. FTIR analysis revealed that, in the case of films annealed at 1173 K, an interfacial layer had formed, thereby reducing the dielectric constant. The dielectric constant of the as-deposited films was 14 and increased from 25 to 50 with increases in the annealing temperature from 773 to 973 K. The leakage current density of as-deposited films was 1.7 x 10(-5) and decreased from 4.7 X 10(-6) to 3.5 x 10(-9) A/cm(2) with increases in the annealing temperature from 773 to 1173 K. The electrical conduction in the Al/TiO2/p-Si structures was studied on the basis of the plots of Schottky emission, Poole-Frenkel emission and Fowler-Nordheim tunnelling. The effect of structural changes on the current-voltage and capacitance-voltage characteristics of Al/TiO2/p-Si capacitors was also discussed.

Post-deposition annealing influenced structural and electrical properties of Al/TiO2/Si gate capacitors

Titanium dioxide (TiO2) thin films are deposited on unheated p-Si (100) and quartz substrates by employing DC reactive magnetron sputtering technique. The effect of post-deposition annealing in air at temperatures in the range 673-973 K on the structural, electrical, and dielectric properties of the films was investigated. The chemical composition of the TiO2 films was analyzed with X-ray photoelectron spectroscopy. The surface morphology of the films was studied by atomic force microscope. The optical band gap of the as-deposited film was 3.50 eV, and it increased to 3.55 eV with the increase in annealing temperature to 773 K. The films annealed at higher temperature of 973 K showed the optical band gap of 3.43 eV. Thin film capacitors were fabricated with the MOS configuration of Al/TiO2/p-Si. The leakage current density of the as-deposited films was 1.2 x 10(-6) A/cm(2), and it decreased to 5.9 x 10(-9) A/cm(2) with the increase in annealing temperature to 973 K. These films showed high dielectric constant value of 36. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Influence of sputter power on structural and electrical properties of TiO2 films for Al/TiO2/Si gate capacitors

Titanium dioxide (TiO2) thin films were deposited onto p-Si substrates held at room temperature by reactive Direct Current (DC) magnetron sputtering at various sputter powers in the range 80-200W. The as-deposited TiO2 films were annealed at a temperature of 1023K. The post-annealed films were characterized for crystallographic structure, chemical binding configuration, surface morphology and optical absorption. The electrical and dielectric properties of Al/TiO2/p-Si structure were determined from the capacitance-voltage and current-voltage characteristics. X-ray diffraction studies confirmed that the as-deposited films were amorphous in nature. After post-annealing at 1023K, the films formed at lower powers exhibited anatase phase, where as those deposited at sputter powers >160W showed the mixed anatase and rutile phases of TiO2. The surface morphology of the films varied significantly with the increase of sputter power. The electrical and dielectric properties on the air-annealed Al/TiO2/p-Si structures were studied. The effect of sputter power on the electrical and dielectric characteristics of the structure of Al/TiO2/p-Si (metal-insulator-semiconductor) was systematically investigated. Copyright (c) 2014 John Wiley & Sons, Ltd.

Al/a-Si:H界面反应和热处理行为光发射研究

国家自然科学基金

Au、Al/a-Si:H热退火行为研究

于2010-11-23批量导入