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Type: Dissertação
Title: Utilização do processo freeze-casting na obtenção de scaffolds de liga de memória de forma Cu-Al-Ni-Mn-Nb
Authors: Miguel Leite Lapér
First Advisor: Eduardo Henrique Martins Nunes
First Co-advisor: Eric Marchezini Mazzer
First Referee: Pedro Henrique Rodrigues Pereira
Second Referee: Manuel Noel Paul Georges Houmard
Third Referee: Douglas Fernandes de Souza
Abstract: Ligas de memória de forma (LMFs) são uma classe de materiais que possuem a capacidade de recuperar sua forma original quando submetidas a estímulos termomecânicos ou magnéticos. Dentre as propriedades apresentadas por esses materiais, se destacam o efeito de memória de forma (EMF) e a superelasticidade. A justificativa de se produzir LMFs porosas é que elas se comportam como compósitos, combinando as características do material com as propriedades de sua estrutura de poros. Dessa maneira, é possível produzir materiais com menor densidade e diferentes capacidades de absorção de energia para aplicação em sistemas de amortecimento. Esse trabalho teve como objetivo principal produzir scaffolds de uma LMF de composição Cu-11,29Al-3,1Ni-2,85Mn-0,345Nb (%p) por meio do processo freeze-casting. A água foi empregada como meio refrigerante, enquanto ácido cítrico e álcool polivinílico foram utilizados como agente dispersante e ligante, respectivamente. O material particulado utilizado nessa pesquisa foi produzido a partir do método de atomização por spray. Ele foi inicialmente separado em dois grupos segundo sua granulometria. Após as etapas de congelamento da suspensão e de liofilização dos cristais de gelo formados, os corpos verdes foram sinterizados em atmosfera de argônio a 980 °C por 6 h, e então submetidos a têmpera dentro do próprio forno. Os scaffolds obtidos foram caracterizados por meio de técnicas como microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDS), difração de raios X (DRX), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microtomografia de raios X (micro-CT), porosimetria intrusiva de mercúrio e ensaios de medidas de porosidade pelo princípio de Arquimedes. O material de partida também foi caracterizado por MEV, EDS, DRX, DSC, além de picnometria por gás hélio e granulometria a laser. As propriedades mecânicas dos scaffolds foram avaliadas através de ensaios de compressão à temperatura ambiente e análise dinâmico-mecânica (DMA). Apesar da baixa resistência à compressão das amostras produzidas, devido à sinterização apenas parcial entre as partículas, e de não ser possível observar orientação de poros, o uso de freeze-casting demonstrou ser uma rota alternativa para produzir LMFs porosas à base de Cu-Al-Ni com boa capacidade de amortecimento em aplicações de alta temperatura.
Abstract: Shape memory alloys (SMAs) can recover their original shape after plastic deformation when exposed to either thermo mechanical or magnetic stimuli. These materials usually show interesting properties, including the shape memory effect and superelasticity. Porous SMAs can act as a two-phase composite, matching the properties of SMA and porous structure. Thus, it is possible to obtain materials showing low densities and distinct energy absorption capacities for use in damping systems. This work deals with the preparation of freeze-casted scaffolds using a Cu-11.29Al-3.1Ni-2.85Mn-0.345Nb (wt%) SMA, water as the freezing vehicle, citric acid and polyvinyl alcohol as dispersing and binding agents, respectively. The starting powder used in this study was initially obtained by spray forming and then separated into two groups according to their granulometry. After the stages of freezing the suspension and freeze-drying the ice crystals formed, the green bodies were sintered in an argon atmosphere at 980 °C for 6 h, and then quenched in the oven itself. The obtained scaffolds were examined by scanning electron microscopy (SEM), X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), X-ray microtomography (micro-CT), mercury intrusion porosimetry, and Archimedes tests. The starting material was also characterized by SEM, EDS, XRD, DSC, as well as helium gas picnometry and laser granulometry. The mechanical properties of the scaffolds were evaluated by dynamic mechanical analysis (DMA) and compression tests conducted at room temperature. Despite the low compressive strenght of the samples produced, due to only partial sintering between the particles, and no pore orientation, the use of freeze-casting proved to be an alternative route to produce porous Cu-Al-Ni based porous SMAs with good damping ability in high temperature applications.
Subject: Materiais
Ciência dos materiais
Amortecimento (Mecânica)
Ligas de memória de forma
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/35978
Issue Date: 17-Feb-2020
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