Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais
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Resultados da Pesquisa
- Development of additive manufacturing polymer resins with improved thermal conductivity for use in injection moulding hybrid tooling(2025-09-11) Moritz, Vicente Fróes; Crespo, Janaina Silva; Devine, Declan M.; Lyons, Sean G.; Demori, Renan; Geever, Joseph; Souza, Adriano Fagali de; Syed, Tofail
- Avaliação dos parâmetros de deposição de intercamada derivada de tetrametilsilano para a adesão de a-C:H em substratos de Ti6Al4V(2025-07-30) Goldbeck, Michael Cristian; Figueroa, Carlos Alejandro; Aguzzoli, Cesar; Trava-Airoldi, Vladimir Jesus; Boeira, Carla DanielaDiamond-like carbon (DLC) é um material constituído de carbono nas hibridizações sp2 e sp3, podendo conter ou não hidrogênio. Suas propriedades de baixo coeficiente de atrito, alta dureza e inércia química o tornam um material de interesse para aplicações tecnológicas. No entanto, a adesão de filmes de DLC em algumas ligas metálicas é prejudicada pela fraca força de ligação interfacial e a alta tensão residual do filme. Nesse caso, uma intercamada pode ser utilizada para contornar esse problema. A intercamada é um filme que vincula o DLC e o substrato, e tem a função de aumentar a força de ligação e reduzir a tensão residual do revestimento, aumentando a adesão. O objetivo da pesquisa atual foi buscar correlações entre os parâmetros de deposição, as propriedades do plasma, as propriedades físico-químicas da intercamada e adesão do filme de DLC, com ênfase na produção de filmes bem aderidos. Para a produção dos filmes, a técnica de deposição química de vapor assistida por plasma (PECVD) com confinamento eletrostático foi utilizada. Na câmara de deposição, substratos de Ti6Al4V foram submetidos a etching, deposição da intercamada de a-SiCx:H a partir de tetrametilsilano (TMS), e deposição do filme DLC. Na 1° série de amostras, os parâmetros alterados foram a presença de hidrogênio na etapa de etching e a temperatura de deposição da intercamada. Na 2° série de amostras, o parâmetro alterado foi o potencial elétrico aplicado na deposição da intercamada. Na 3° série de amostras, o parâmetro alterado foi a proporção de fluxos de Ar/H2 no etching. Em todas as etapas, o plasma foi monitorado por espectroscopia de emissão óptica (OES). A estrutura e morfologia dos filmes de DLC foram avaliados por espectroscopia Raman e microscopia óptica. A espessura dos filmes foi determinada por microscopia eletrônica de varredura com fonte por emissão de campo (FEG-SEM) e espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS). As intercamadas de a SiCx:H foram avaliadas quimicamente por espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente (GDOES), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). A adesão dos filmes foi determinada por ensaios de riscamento e as trilhas foram analisadas por EDS. Os filmes de DLC depositados são do tipo carbono amorfo hidrogenado (a C:H). Uma maior temperatura de deposição da intercamada resultou em um menor conteúdo de oxigênio que foi associado à maior adesão do filme de a C:H. A tensão de deposição da intercamada afetou sua taxa de crescimento, de forma a produzir a intercamada mais espessa, com (344 ± 1) nm, ao aplicar 600 V. Esse fenômeno foi atribuído a dois mecanismos concorrentes: ionização/dissociação e re-sputtering. Altas tensões elétricas geraram intercamadas com mais carbono e menos silício. As concentrações de carbono e silício passaram de (44,83 ± 0,92) %at. e (41,74 ± 0,80) %at. em 400 V para (69,59 ± 0,70) %at. e (21,42 ± 0,61) %at. em 700 V, respectivamente. A tensão de deposição não provocou mudanças significativas na adesão dos filmes de a-C:H. Aumentar o fluxo relativo de H2 até 40 % no etching melhorou a adesão dos filmes de a-C:H. Em fluxos relativos maiores, a adesão é constante. Sugere-se que o hidrogênio atômico promoveu a eficiência da remoção de oxigênio na interface a-SiCx:H/Ti6Al4V, até que uma saturação fora alcançada. [resumo fornecido pelo autor]
- Avaliação da migração de metais e outros elementos provenientes de frigideiras para simulantes aquosos ácidos e gordurosos(2025-03-20) Tascheto, Leticia; Giovanela, Marcelo; Teixeira, Cristiano da Silva; Telli, Giovani Dambros; Michels, Alexandre FassiniA interação entre utensílios culinários e alimentos pode ser benéfica ou prejudicial à saúde, tornando indispensáveis estudos para garantir níveis seguros de exposição a elementos potencialmente tóxicos. Entre os materiais utilizados na fabricação desses utensílios estão o aço inoxidável, alumínio e ferro fundido, além de superfícies revestidas com polímeros, como o poli(tetrafluoroetileno) (PTFE), ou revestimentos cerâmicos. Nesse contexto, este trabalho teve por objetivo principal avaliar a interação de frigideiras confeccionadas com essas matérias-primas com simulantes de alimentos ácidos e gordurosos, com o intuito de verificar a conformidade com as exigências das legislações nacionais e realizar comparações entre os diferentes tipos de amostras analisadas. Para tanto, foram empregadas técnicas de caracterização e análise química, a fim de verificar a composição das frigideiras e quantificar os elementos que eventualmente poderiam migrar dessas amostras para simulantes alimentares, após testes de exposição. O estudo também analisou a influência do desgaste das frigideiras na migração de elementos para esses simulantes. De maneira geral, os resultados mostraram que todas as frigideiras analisadas atenderam aos limites de migração estabelecidos pela regulamentação brasileira, conforme os critérios da Agência de Vigilância Sanitária. Nos ensaios comparativos, nenhuma das amostras apresentou migração total acima do limite de detecção do método (21,89 mg/kg), antes ou após o desgaste. Em relação aos ensaios de migração específica, foram identificados os seguintes elementos: (i) Al, Cu, Cr e Fe na frigideira de aço inoxidável, com Fe apresentando a maior migração (1,96 mg/kg de simulante); (ii) Al, Cd, Cu, Fe e Mn na frigideira de alumínio, destacando-se Al, cuja migração alcançou 26,8 mg/kg de simulante; (iii) Al, Cd, Pb, Cu, Cr, Sn, Fe e Mn na frigideira de ferro fundido, sendo Fe o elemento de maior migração (6157,61 mg/kg de simulante); (iv) Al, Cd, Pb, Cu e Fe na frigideira de alumínio com revestimento polimérico de PTFE, com predominância de Al, (1,46 mg/kg de simulante); e (v) Al, Cd, Cu, Fe e Mn na frigideira de alumínio com revestimento cerâmico, sendo Al o elemento com maior migração (2,12 mg/kg de simulante). Como conclusão, foi possível verificar que estudos dessa natureza são essenciais para definir limites seguros de exposição diária a elementos potencialmente tóxicos, contribuindo para a mitigação de riscos à saúde pública e o aprimoramento dos critérios regulatórios aplicáveis a utensílios destinados ao contato com alimentos. [resumo fornecido pelo autor]
- Processamento na álcali-ativação da escória de alto-forno: efeito da granulometria e sua repercussão na água residual e na confiabilidade mecânica final(2024-12-10) Camargo, Willian Ferreira de; Cruz, Robinson Carlos Dudley; Martinez, Erich David Rodriguez; Matos, Paulo Ricardo de; Telli, Giovani Dambros; Webber, Jaíne
- Estudo de revestimentos aplicados em um bocal de minifoguete a propelente sólido utilizando a técnica de ion plating(2024-11-29) Rui, Gabriel; Michels, Alexandre Fassini; Poletto, Matheus; Izola, Dawson TadeuA escolha de materiais para fabricação de bocais utilizados em motores de foguete é um tema complexo, pois os bocais são submetidos a elevadas temperaturas que causam deformação plástica, até mesmo desintegração do bocal. Neste sentido, este trabalho tem como objetivo mitigar a variação dimensional nos bocais proveniente da deformação plástica, utilizando revestimentos e material de substrato que ampliem a vida útil dos bocais como um todo. Neste sentido, a solução apresentada neste trabalho, inclui a utilização do processo de deposição por ion plating, sendo esta uma técnica ambientalmente correta para realizar a deposição dos revestimentos. Como materiais de revestimento utilizou-se a zircônia parcialmente estabilizada com 3% em mol de ítria (3Y-PSZ) e o carbeto de boro (B4C) sendo a espessura aproximada de ambos os revestimentos de 500 nm. Como materiais de substrato foram empregados o AISI 304 e o Thermodur 2367 EFS. Foram fabricados 18 bocais, sendo 9 para cada substrato, onde foram realizadas 6 configurações distintas: 3 bocais de AISI 304 revestidos de B4C, 3 bocais de AISI 304 revestidos de 3Y-PSZ, 3 bocais de AISI 304 sem revestimento, 3 bocais de Thermodur 2367 EFS revestidos de B4C, 3 bocais de Thermodur 2367 EFS revestidos de 3Y-PSZ e 3 bocais de Thermodur 2367 EFS sem revestimento. Foram realizados 54 ensaios estáticos sendo 3 para cada configuração. Com a realização do estudo, evidenciou-se que a utilização do Thermodur 2367 EFS como material de substrato se mostrou competente frente ao AISI 304 uma vez que impôs uma variação dimensional 85,37% menor, deste modo a sua utilização como material de substrato para fabricação de bocais em minifoguetes experimentais se torna promissora. A utilização dos revestimentos se mostrou eficaz na diminuição da variação dimensional em ambos os substratos no primeiro ensaio. A partir do segundo ensaio o carbeto de boro apresentou perca no desempenho, em contrapartida o revestimento 3Y-PSZ demonstrou a partir do segundo ensaio, um desempenho superior ao carbeto de boro. Ao final dos terceiros ensaios, em ambos os substratos o desempenho é similar ao nível estatístico, porém em virtude da perda de desempenho do carbeto de boro, acarreta em um indicativo que torna a utilização da 3Y-PSZ mais promissora em ambos os substratos, neste sentido, a melhor configuração observada neste estudo é o Thermodur 2367 EFS como substrato e a zircônia parcialmente estabilizada com 3% em mol de ítria (3Y-PSZ) como revestimento. [resumo fornecido pelo autor]
- Avaliação da influência da mistura de elastômeros nas propriedades físico-químicas e mecânicas de formulações elastoméricas(2023-06-29) Negri, Daiane Omizzollo; Crespo, Janaina da Silva; Catafesta, Jadna; Carpenedo, Gelsa; Guerra, Nayrim BrizuelaO presente trabalho teve por objetivo avaliar a influência da mistura de diferentes polímeros como a borracha natural ((poli(cis-2-metil-buta-1,4-dieno)) (NR), copolímero de estireno butadieno (poli(buta-1,3-dieno-co-estireno)) (SBR) e polibutadieno (poli(cis-buta-1,4-dieno)) (BR), nas propriedades físico-químicas e mecânicas de formulações elastoméricas. Foram preparadas seis formulações, variando-se os polímeros utilizados, e realizando diferentes misturas entre eles. As formulações não vulcanizadas foram caracterizadas através de ensaios reométricos e reológicos. As formulações vulcanizadas foram avaliadas em relação às propriedades de dispersão, calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise térmica dinâmico-mecânica (DMA), microscopia eletrônica de varredura (MEV), resistência à tração e ao rasgamento antes e após o envelhecimento acelerado em estufa, desgaste por abrasão, dureza, resiliência e inchamento em solvente antes e após envelhecimento. Os resultados obtidos foram avaliados comparativamente entre as formulações desenvolvidas. Os resultados de temperatura de transição vítrea (Tg) obtidos, indicam que as blendas elastoméricas NR/SBR e SBR/BR são imiscíveis, e que a blenda NR/BR é miscível. A blenda com NR/SBR apresentou melhores resultados de resistência à tração e ao rasgamento. No teste de desgaste por abrasão, a blenda com SBR/BR apresentou o melhor desempenho. No envelhecimento acelerado em estufa, a blenda lastomérica de SBR/BR apresentou os melhores resultados de retenção das propriedades de resistência à tração, enquanto a blenda com NR/BR apresentou melhor retenção na propriedade de resistência ao rasgamento. Para o teste de inchamento em solvente a blenda polimérica SBR/BR apresentou menor percentual de inchamento, e consequentemente uma maior quantidade de ligações cruzadas. Os resultados obtidos indicam que tanto a miscibilidade quanto a imiscibilidade que foram apresentadas pelas blendas estudadas não influenciaram nos resultados das propriedades avaliadas, visto que as blendas apresentaram resultados intermediários aos seus respectivos polímeros puros. [resumo fornecido pelo autor]
- Composições elastoméricas reforçadas com fibras para o revestimento de superfícies metálicas(2022-12-09) Scarton, Camila Taliotto; Crespo, Janaina da Silva; Nunes, Regina Celia Reis; Bischoff, Eveline; Machado, Izabel; Carli, Larissa Nardini; Farias, Maria Cristina MoreO uso de materiais poliméricos para o revestimento de dutos de transporte, compreende uma técnica muito utilizada para a proteção dos materiais metálicos, principalmente contra o desgaste abrasivo. Além da necessidade de a camada de revestimento de borracha ser suficientemente resistente ao atrito causado pela passagem dos materiais, como minérios, também é requerido uma boa adesão entre a borracha e o metal. A incorporação de materiais fibrosos à matriz polimérica, considerados elementos de reforço, levam a formação de um compósito. Assim, neste trabalho, diversas fibras sintéticas e naturais, com e sem tratamento, em diferentes proporções, foram incorporadas em compostos de borracha natural vulcanizados por enxofre. Primeiramente as fibras foram caracterizadas através de técnicas de Termogravimetria (TGA), Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)e apresentaram perdas de massa, picos de absorção e elementos presentes característicos de cada fibra. Uma formulação padrão, sem a adição de fibra, foi utilizada e partir dela outras misturas foram realizadas com o objetivo de avaliar as possíveis interferências nas propriedades mecânicas, tribológicas, e na adesão borracha-metal. As composições foram processadas em misturador fechado, tipo Banbury, e após a homogeneização foi completada em misturador aberto, tipo cilindro. As características dos compostos não vulcanizados foram avaliadas por um eômetro de disco oscilatório e por um viscosímetro Mooney. Ensaios mecânicos de dureza, resistência à tração e ao rasgamento e adesão (peel-test) foram aplicados em todas as composições. O comportamento de resistência ao desgaste abrasivo à dois e à três corpos também foi avaliado. As fibras inorgânicas de vidro e basalto, e as fibras orgânicas de origem sintética, como a poliamida, de origem mineral como o basalto, e de origem vegetal como a juta apresentaram propriedades mecânicas semelhantes ao padrão, pouco contribuindo com as propriedades de reforço esperadas. Contudo, a fibra de juta tratada por um processo químico apresentou resultados satisfatórios, tanto na resistência às forças e cargas aplicadas na adesão borracha-metal, quanto nas características e propriedades tribológicas de desgaste abrasivo. Dessa forma, além de contribuir para o sistema de reforço, a fibra de juta tratada contribui para uma cadeia mais sustentável. [resumo fornecido pelo autor]
- Otimização da adesão de filmes de DLC sobre aço SAE 4140 utilizando intercamadas contendo silício depositadas a partir de tetrametilsilano(2022-08-26) Piroli, Vanessa; Figueroa, Carlos Alejandro; Michels, Alexandre Fassini; Cemin, Felipe; Fukumasu, Newton KiyoshiFilmes de carbono tipo diamante (DLC) vêm ganhando espaço na indústria automotiva, aeronáutica, biomédica e decorativa devido ao seu baixo coeficiente de atrito e elevada resistência ao desgaste. Entretanto, a baixa adesão entre o filme de DLC e ligas ferrosas representa um obstáculo para sua aplicação. O uso de intercamadas contendo Si visa melhorar a adesão dos filmes. Contudo, a necessidade de elevadas temperaturas na deposição das intercamadas inviabiliza aplicações tecnológicas. Nesse sentido, o etching de H2 é utilizado para melhorar a adesão geral dos filmes, através da limpeza química da superfície da intercamada com plasma de H2. O etching de H2 é aplicado após a deposição da intercamada contendo Si. Esse trabalho tem como objetivo avaliar o efeito do etching de H2 na adesão de filmes de DLC sobre o aço SAE 4140, em sistemas com intercamadas contendo Si, obtidas a partir de tetrametilsilano (TMS) e depositadas em baixas temperaturas (iniciando em 85 °C). Foram depositadas duas séries de amostras, denominadas (1) série com etching de H2 e (2) série sem etching de H2, que diferem entre si somente pela presença do etching de H2. Variou-se a temperatura de deposição da intercamada nas duas séries. Os resultados dos testes de riscamento mostraram adesão dos filmes de DLC para todas as temperaturas de deposição da série sem etching de H2, com cargas críticas variando de 4 N a 6 N. A série com etching de H2 apresentou delaminação parcial em algumas condições de deposição. De acordo com os resultados de espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente (GDOES), o etching de H2 retirou considerável teores de elementos como C, Si e O da interface entre o filme de DLC e a intercamada contendo Si. Isso contribuiu para a redução da espessura da intercamada. Análises de espectroscopia Raman e espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) caracterizaram os filmes de DLC e as intercamadas contendo Si como filmes de carbono amorfo hidrogenado (a-C:H) e carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-SiCx:H), respectivamente. Teores inferiores a ~5% de oxigênio foram medidos por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) nas interfaces e no interior da intercamada da série sem etching de H2. Concluiu-se que a boa adesão dos filmes de DLC das amostras da série sem etching de H2 (em temperaturas tão baixas como 85 °C) é consequência do baixo teor de oxigênio presente na estrutura e do uso de baixa pressão de base (~0,8 Pa) no sistema de deposição. Esse trabalho observou que (1) a aplicação do etching de H2 não é fundamental para a adesão de filmes de DLC em processos com baixas temperaturas de deposição de intercamadas contendo Si, formadas a partir do precursor TMS e depositas em sistemas com pressão de base tão baixas como ~0,8 Pa; (2) é possível depositar filmes de DLC bem aderidos, em sistemas com intercamadas contendo Si (formadas a partir de TMS) depositadas em temperaturas tão baixas quanto 85 °C. [resumo fornecido pelo autor]
- Avaliação da lignina como aditivo estabilizante em formulações de borracha natural(2019-05-22) Carpenedo, Gelsa Adriana; Crespo, Janaina da Silva; Nunes, Fernanda Trindade Gonzales; Dias, Fernanda Trindade Gonzales; Francisquetti, Edson; Aguzzoli, Cesar
- Efeito do pó de casca de noz pecan nas propriedades de bandas de rodagem de pneus(2019-05-31) Abatti, Lisandra; Crespo, Janaina da Silva; Aquim, Patrice Monteiro de; Birriel, Eliena Jonko; Dias, Fernanda Trindade G.A utilização de materiais orgânicos naturais em produtos poliméricos tem atraído grande atenção nos últimos anos por questões econômicas, ambientais e por reduzir a dependência dos derivados do petróleo. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo substituir parte do negro-de-fumo por pó de casca de noz-pecan em composições de borracha para aplicação em bandas de rodagem de pneus. As cascas de nozes, obtidas dos produtores rurais da região, possuem uma composição baseada em celulose, hemicelulose e lignina, foram moídas e secas em estufa até umidade 1%. Na primeira etapa do estudo foram avaliadas formulações substituindo-se parte do negro-de-fumo por 5, 10, 20, 40 e 50 phr de pó de casca de nozes e comparada com uma formulação somente com negro-de-fumo. Os resultados de análise dinâmico-mecânica (DMA) demonstram que o pó de casca de nozes eleva a tan a 0 °C em até 6%, favorecendo a frenagem no molhado. Através dos testes de tempo de indução a oxidação (OIT), observa-se que o pó de casca de nozes promove excelentes propriedades antioxidantes. Na segunda etapa do estudo, foram selecionadas as formulações com melhores propriedades (5 e 10 phr de casca de nozes), e utilizou-se o agente de acoplamento Tetrasulfeto bis(trietoxisililpropil) (TESPT) nas proporções de 10 e 20%. Os resultados obtidos no DMA demonstram que o uso de TESPT promove economia de combustível através da redução na resistência ao rolamento, melhora a frenagem no molhado e favorece as propriedades físico-mecânicas das formulações.