Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis
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- DissertaçãoAdsorção e difusão de lítio em polissulfeto de nióbio bidimensional (NbxSy)Sobottka, Victor Lima (2022-08-04)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
As buscas por novos materiais para baterias de íon-lítio são essenciais para atender a demanda de armazenamento de energia na sociedade atual, portanto este trabalho investigou diferentes fases do material NbxSy por meio da teoria do funcional da densidade (DFT). Nosso estudo mostrou uma forte ligação do lítio aos materiais bidimensionais, mesmo com o aumento da quantidade de íons de lítio. A energia de barreira para a difusão de um Li+ variou de ~ 0,74 eV à ~ 0,01 eV. O estado eletrônico apresentou comportamento metálico para materiais pristinos e foi mantido com o aumento da litiação. Os estudos indicam que entre as diferentes fases NbxSy a fase Nb2S demonstrou através das propriedades de difusão que são bons candidatos para aplicação em eletrodos de baterias de íon-lítio. - DissertaçãoAnálise multivariada de sinais SERS para a detecção de moléculas sobre nanocompósito de tetraóxido de tricobalto e nanopartículas de prataTieppo, Kamila (2024-02-20)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Diagnosticar doenças precocemente resulta em uma probabilidade maior de sucesso no tratamento e em prognósticos positivos, no entanto, envolve também a detecção de ana litos em baixa concentração e o uso de ensaios demorados para detectar analitos ligados a uma doença específica. Por outro lado, métodos aplicados em laboratórios de pesquisa, como a espectroscopia Raman intensificada por superfície (ou SERS), são ultra-sensíveis, altamente seletivos e podem detectar instantaneamente a presença de um ou mais analitos diferentes. A espectroscopia SERS se baseia na interação entre o analito e uma superfície, que normalmente consiste em nanopartículas metálicas. Consequentemente, a eficiência do SERS é diretamente dependente da superfície, e selecionar os materiais que a constituem e sintetizá-los tornam-se etapas cruciais para obtenção de sinais magnificados e reprodutíveis. As nanopartículas de prata (AgNPs) têm sido amplamente aplicadas como constituintes de plataformas SERS e, ao combiná-las a materiais bidimensionais (2D), resultam em nanocompósitos com propriedades plasmônicas superiores às dos materiais isolados. Além disso, os materiais 2D podem atuar como suporte para as AgNPs e estabilizá-las durante o processo de síntese. Ainda assim, apesar da obtenção de substratos SERS eficientes e baseados no nanocompósito, ao aplicá-los para a detecção de analitos em amostras complexas, a extração das informações do sinal SERS, correspondentes a cada analito, se torna um processo complexo também. Uma maneira de lidar com tal complexidade é implementar modelos de Machine Learning para análise multivariada dos sinais. O modelo aprende com base na similaridade dos sinais e pode relacioná-los a analitos específicos. A Análise de Componentes Principais (ou PCA) é um dos métodos de análise multivariada e, portanto, uma alternativa de aumentar a interpretabilidade e reduzir a complexidade de um conjunto de sinais SERS, preservando o máximo de informações estatísticas do sinal original. Em vista disso, este trabalho dispõe os resultados da (i) síntese de um nanocompósito baseado em óxido de cobalto (Co3O4) e AgNPs, por meio de uma rota de síntese interfacial, em que o nanocompósito se forma em uma interface água/tolueno; (ii) obtenção dos substratos SERS ao pescar o nanocompósito da interface com um substrato de Si/SiO2; e (iii) implementação de um modelo de análise multivariada dos sinais SERS baseado no PCA, para detecção e classificação de soluções de moléculas-modelo, como a rodamina 6G e o azul de metileno, de concentração 1×10−4 mol L−1 . Em (iii), as moléculas-modelo foram analisadas individualmente ou misturadas entre si e, no caso das misturas, foram preparadas em proporções de 1:1, 1:2 e 1:3 (v/v, R6G:MB). Ao alcançar (i)-(iii), medidas SERS estarão mais próximas da aplicação final, não somente difundidas no ambiente de pesquisa, e o modelo poderá ser aplicado na detecção de analitos reais. - DissertaçãoArgamassa de cimento Portland com adição de Barita (BASO4)Acosta, Yonaikel Josuhe Contreras (2020-01-21)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
In the construction industry, Portland cement (CP) is the fundamental component in the preparation of mortars and concretes, also to being mixed with additives can improve its performance in different structural applications. This work aims to evaluate the properties in the fresh and solid state of CP mortar with addition of barite (BaSO4) in different dosages between 15 and 25% by weight and with a water/cement ratio of 0.7. The barite was characterized by water pycnometer, thermal analysis and X-ray dispersive energy spectroscopy (EDS). The consistency index (CI) or workability of the mortar was determined with the slump test on flow table. The specific gravity calculated in the pycnometer test was 4.2. The thermal analysis of the barite showed a total mass loss of 1.47% and presented an endothermic transition at 1188ºC. The thermal analysis of the commercial sand-barite mixture showed a mass loss of 0.49% and presented an endothermic peak at 265.2°C and another at 1183.4°C corresponding to the polymorphic transformation of barite. The mortar slump test showed an approximate 10% decrease in the formulation with the addition of 20% by weight baryte. The mass percentage of barium was 38.30% recorded in the EDS analysis. The experimental density of standard, with barite and commercial mortars showed values between 1.89 and 2.06 g/cm3. The micrographs obtained by scanning electron microscopy (SEM) showed the morphology of the hydrated calcium silicate (C-S-H) and BaSO4 compounds present in the composite material. In the compression tests, the strength of the mortar increased proportionally with the addition of barite. The mortar with 25% by weight of barite registered the highest values of mechanical strength and speed of wave propagation with 28 days of curing. The X-ray diffraction spectra of barite, standard mortar and mortars with additives showed the typical crystalline phases of Portland cement and the characteristic peaks of barite are in agreement with those reported in the literature. In tests with gamma ionizing radiation, the linear attenuation coefficient decreased with the addition of barite and presented the lowest value for the mortar prepared with the commercial mixture. The results of the research showed that the addition of barite improved the strength of the mortar in the hardened state and did not positively modify the properties of attenuation to gamma radiation. - DissertaçãoAvaliação das propriedades mecânicas e metalúrgicas de tubo de aço carbono com costura para aplicações industriaisSouza, Sebastião José de (2023-08-10)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Tubos de aço são utilizados em diversas aplicações, como na indústria moveleira, construção civil, sucroalcooleira, autopeças, entre outras. Os tubos, dependendo de sua aplicação, devem atender às exigências para o uso, especialmente para suportar tensões mecânicas a que a estrutura será submetida. No processo de fabricação dos tubos, após a conformação, os tubos são soldados, em geral pelo processo por resistência elétrica (ERW), em que uma corrente elétrica necessária para o aquecimento é transmitida para o metal a ser soldado por meio de uma bobina de indução, que envolve o metal sem tocá-lo. Neste trabalho, foram avaliadas três diferentes condições de soldagem para a fabricação de tubos de aço a partir de chapa AMT TUB 235. Os resultados mostraram que a condição de maior potência e maior velocidade apresentou os melhores resultados nas propriedades mecânicas. - DissertaçãoAvaliação do aumento da resistência à abrasão do ferramental de estampagem com folhas metálicasAugusto, Arnaldo (2019-02-14)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O desgaste é o fator que causa a maior parte das falhas e a redução na vida útil de ferramentas de conformação, além de resultar em produtos com condições superficiais intoleráveis. A crescente demanda da indústria por menores custos, maior produtividade e melhor qualidade estão entre as justificativas para que se busquem maneiras de incrementar o desempenho nos ferramentais de conformação (punções, matrizes, relevos e extratores). Neste contexto, o trabalho teve como objetivo avaliar superfícies projetadas para resistência ao desgaste, observando características necessárias para seu uso em ferramentas de conformação a frio. O foco na resistência ao desgaste se deve ao fato que ao fazer ranhuras na ferramenta, a mesma deve ser retirada para polimento, afiação e correção do raio, reduzindo sua vida útil. Para isso, fez-se um estudo comparativo de caracterização e comportamento ao desgaste abrasivo de dois tipos de aço o AISI D6 e o S790 Microclean®. O aço AISI D6 é produzido por metalurgia convencional, tendo sido temperado e revenido para faixa de dureza HRC 60-62, não recebendo nenhum tratamento a posteriori. A liga S790 Microclean® é um aço sinterizado e produzido por HIP (prensagem isostática a quente), com microestrutura inicial temperada e revenida para a dureza na faixa de HRC 61-63. Esta liga recebeu tratamento superficial em duas etapas, inicialmente nitretação gasosa de baixa pressão, seguido da aplicação de um revestimento de AlCrN (nitreto de cromo e alumínio) pelo processo de deposição física de vapor assistida por plasma. A esta tecnologia dá-se o nome de processo Duplex. O processo de estampagem utilizou como matéria prima a folha metálica cromada utilizada na fabricação de tampas para embalagens de vidro. A folha cromada consiste de uma “folha” laminada de aço de baixo teor de carbono, com deposição de cromo pelo processo eletrolítico. Esta superfície não possui grande resistência à corrosão, mas é muito resistente a sulfuração apresentando excelente aderência a certos vernizes e comparada a folha de flandres é de menor custo para produtos de baixa acidez como por exemplo tampas metálicas para potes de vidro para ervilhas e legumes em geral. Inicialmente foi testado o aço VF800AT fornecido em estado recozido, para comparação ao aço AISI D6. O aço VF800AT é aplicado em ferramentas para estampagem, prensagem, extrusão, corte, rolos laminadores de rosca, conformação a frio e todas as aplicações de processamento de materiais abaixo de 250°C, especialmente à temperatura ambiente, onde estejam envolvidas elevadas tensões. O aço VF800AT tem uma composição química especialmente desenvolvida para proporcionar boa resistência ao desgaste associada à elevada tenacidade. Tem elevada temperabilidade, podendo ser temperado ao ar ou em óleo, inclusive com aquecimento em forno a vácuo. Em comparação aos aços da série D o VF800AT é menos propenso a trincas induzidas por usinagem ou processo de eletroerosão, pois graças a seu menor teor de carbono e cromo, apresenta carbonetos primários menores e em fração volumétrica mais reduzida. Esta liga foi submetida ao tratamento térmico de têmpera dentro da faixa 1.020ºC à 1.040ºC, seguida de dois revenimentos de uma hora na temperatura de 520ºC. Na sequência foi realizada nova usinagem para correções dimensionais, seguido de aplicação de revestimento através do processo PVD (Physical Vapor Deposition). Nesta etapa de fabricação constatou-se que o aço VF800AT não apresentava boa estabilidade dimensional variando em torno de 0,015mm, após o tratamento térmico e depois de um período de uma semana em operação o revestimento apresentou trincas e começou a ceder e desplacar, ficando inviável a utilização desta liga nesta aplicação. Para atingir o objetivo em termos de desempenho das ferramentas, foi necessário um material no qual houvesse boa adesão do revestimento escolhido, além de uma elevada estabilidade dimensional, pois a cada afiação o material é submetido a 450℃ para nova aplicação do revestimento PVD. A opção foi o aço S790 Microclean®, aço fabricado por sinterização, com alta resistência ao desgaste e tenacidade, resistência à compressão e que tivesse uma boa estabilidade dimensional, conseguida com o ciclo térmico de têmpera e revenimento empregado neste estudo. A escolha deste material levou em conta também problemas operacionais como presença de fuligens ou corpos estranhos aderidos a folha metálica, com grande potencial para a geração de riscos no produto acabado. O aumento da dureza superficial da ferramenta foi conseguido através de aplicação de revestimento pelo processo PVD bem aderido à superfície nitretada. A nitretação seguida de deposição pelo processo PVD, leva o nome de duplex, sendo que a maior dureza da camada nitretada em relação ao metal base faz com que diminua a diferença de dureza entre a camada depositada e seu substrato. O punção de S790 Microclean® se mostrou eficaz para o objetivo pretendido, reduzindo o desperdício de produção que era de ± 10 horas em um período de 24 horas, para ± 1 hora em um período de 16 horas e o número de peças defeituosas que era 0,3% da produção (± 1.600) para 0,1% (±620), a manutenção preventiva dos punções passou de bimestral para semestral e a mão de obra para classificação dos produtos não conforme também foi reduzida em torno de 38%. - DissertaçãoAvaliação do efeito da incorporação de derivados de grafeno nas propriedades eletroquímicas de resina poliuretânica a base de água visando o desenvolvimento de tintasFernandes, Rafael Ferreira (2024-08-23)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A corrosão é um processo eletroquímico em que um metal é deteriorado naturalmente com o tempo e exposição ao ambiente. Este fenômeno é responsável por grande impacto na economia global, e além de degradar a fisionomia do material, também compromete suas propriedades, causando risco a segurança de construções. Dentre diversas formas a se evitar a corrosão, destaca-se o uso de revestimentos, estes são economicamente mais viáveis e de fácil aplicação. A produção de tintas cada vez mais resistentes, duráveis, com propriedades anticorrosivas e procurando estar de acordo com os princípios da Química Verde, atualmente é um desafio emergente e uma demanda do mercado. Assim, o presente trabalho tem por objetivo avaliar o efeito da inserção de nanomateriais de carbono, como óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido (rGO) na matriz polimérica de resinas poliuretanas a base de água (do inglês WPU, waterbone polyurethane), visando o desenvolvimento de tintas com propriedades anticorrosivas para recobrimento de superfícies metálicas. Inicialmente foi otimizado o processo de dispersão dos derivados de grafeno na resina de WPU, onde foram avaliadas as seguintes concentrações WPU-GO 0,013%(m/m), WPU-GO-EDA 0,013%(m/m), WPU-rGO 0,064%(m/m), WPU-GO 0,13%(m/m) e WPU-GO 1,28%(m/m). Em seguida, as suspensões obtidas foram analisadas por técnicas espectroscópicas como, espectroscopia Raman e Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier. Para averiguar o potencial de proteção à corrosão das placas metálicas, pela aplicação das tintas desenvolvidas, foram realizados ensaios de curvas de polarização hidrodinâmica. Foi avaliado o efeito da etilenodiamina (EDA) na resina WPU modificada com 0,013% (m/m) de GO para melhorar a dispersabilidade na matriz polimérica, onde obteve-se um ótimo comportamento de resistência a corrosão, em solução 3,5% (m/v) em NaCl, atingindo-se baixíssimos valores de densidade de corrente, da ordem de 10-9 A cm-2 e potenciais de corrosão de -0.118 V, próximos de 0 V. A combinação do elevado tamanho lateral das folhas de GO e a funcionalização com EDA promoveu uma interação eficiente entre a matriz polimérica e os grupos funcionais do GO, resultando em uma resposta eletroquímica favorável para a proteção anticorrosiva. - DissertaçãoAvaliação tribológica de filmes de TiN dopados com cobre 4. depositados pela técnica magnetron sputteringPereira, Felipe Muniz do Amaral (2023-02-16)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Revestimentos superduros vêm sendo estudados há algum tempo, e entre os quais os filmes finos de TiN têm recebido especial atenção por apresentarem características mecânicas aprimoradas e ao mesmo tempo serem economicamente viáveis. Estudos apontam que, ao serem dopados com outros elementos, como o Cu, Ag, Au, Ni, Si e B, tais revestimentos apresentam a formação de um nanocompósito que pode ocasionar a modificação de suas características. Assim, neste trabalho, uma série de filmes finos de TiN foram depositados sobre aço 4340 pela técnica magnetron sputtering, variando a polarização do substrato entre +30 e -30 V. Foram produzidas amostras com e sem a incorporação de cobre em sua composição No processo de deposição foi usado um alvo de Ti (com pureza de 99,99%) e, simultaneamente, um alvo de Cu (com 99,99% de pureza). Além dos processos químicos de limpeza, as amostras foram submetidas ao processo conhecido como plasma etching, para a remoção de óxidos na superfície e imediatamente antes de se iniciar o processo de deposição. O alvo de Ti foi acoplado a uma fonte RF enquanto o alvo de Cu a uma fonte DC, as potências utilizadas foram de 70W e 3W, respectivamente. Como gases de trabalho foram utilizados o Ar (99,999% de pureza) e o N2 (99,999% de pureza) e a pressão total das deposições foi de 7,0 mTorr em média, com tempo total de deposição de 90 minutos para cada amostra. Os resultados indicam que quando uma estrutura cristalina de cobre está ligada ao nitreto de titânio há um aumento das características mecânicas do filme depositado. - DissertaçãoBiossensor eletroquímico não enzimático, modificado por Cdots-F-S e nanoestrutura híbrida de óxido de cobre, aplicado na determinação simultânea de biomoléculas em plasmaSouza, Octavio Pereira Lopes de (2024-06-13)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Esta pesquisa descreve a síntese, caracterização e aplicação de uma nanoestrutura híbrida obtida por meio da interação entre nanopartículas de óxido de cobre (CDFSEtCuO) e pontos quânticos de carbono dopados com flúor (CDFSEt), produzidos em laboratório. Essa nanoestrutura híbrida desempenhou um papel fundamental no desenvolvimento de biossensores eletroquímicos não enzimáticos multifuncionais personalizados, usados para quantificar analitos específicos, como dopamina, ácido ascórbico, ácido úrico e NADH (Nicotinamida adenina dinucleotídeo ou nucleotídeo difosfohialina). As nanopartículas de óxido de cobre foram obtidas por meio da mistura direta da solução de nitrato de cobre (II) com CDFSEt, que foram previamente sintetizados usando a técnica eletroquímica de cronoamperômetria. A caracterização detalhada do nanomaterial híbrido sintetizado incluiu Espectroscopia de absorção na região ultravioleta – visível (UV-Vis), Espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) com refletância atenuada (ATR), Microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HR-TEM) e Espectroscopia fotoeletrônica de Raios X (XPS). Técnicas eletroquímicas, como voltametria cíclica, espectrometria de impedância eletroquímica, voltametria de pulso diferencial foram empregadas para a caracterização eletroanalítica do material e para a quantificação dos analitos estudados. Os biossensores eletroquímicos foram desenvolvidos por meio da modificação da superfície dos eletrodos (Dropsens DRP 110 – eletrodos de carbono impresso) com a nanoestrutura híbrida obtida e foram utilizados para estudar os analitos selecionados em soluções tampão e amostras reais. Os biossensores eletroquímicos apresentaram desempenho satisfatório com relação a detecção simultânea de NADH, dopamina, ácido úrico e ácido ascórbico, obtendo valores para os limites, respectivamente de 30,71 nM, 102,52 nM e 1008,67 nM, sem a presença de nenhum sinal interferente do ácido ascórbico. O biossensor eletroquímico também foi utilizado para a detecção dos analitos estudados em plasma humano, obtendo um resultado satisfatório com a separação dos sinais eletroanalíticos do NaDH e dopamina. - DissertaçãoCaracterização da microestrutura e propriedades mecânicas do aço 1080 patenteado e laminado a frioVasconcelos, Marcelo Gomes De (2023-02-02)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Atualmente tiras de aço 1080 são utilizadas como matéria prima para uma série de pro dutos. Exemplos disso são serras e molas retráteis que precisam apresentar valores de dureza e resistência mecânica elevados, mas em contrapartida precisam ter um nível de ductilidade suficiente para o material se deformar. Após pesquisas realizadas sobre o mercado de tiras de aço 1080 foi verificado que essas tiras são quase que exclusivamente produzidas no exterior o que acarreta uma série de questões para a sua aquisição como taxas de importações, longos períodos para chegada do material, entre outros fatores. O presente trabalho aborda o processo de obtenção de uma tira de aço 1080 com microestrutura política fina, encruada para ser possivelmente aplicada em serras e molas planas de força constante. Bobinas de aço alto carbono foram submetidas a laminação a quente, recozimento e patenteamento com o objetivo fazer com que o aço tivesse uma microestrutura final de perlita fina. No total foram analisados três lotes de chapas de aço 1080, com foco no estudo dos lotes 2 e 3, fabricados nacionalmente, submetidos a etapas de laminação a frio com o objetivo de aumentar a dureza do produto além de se atingir as espessuras necessárias para atender as aplicações citadas anteriormente, par tindo de 2,0 mm de espessura até atingir aproximadamente 0,25 mm de espessura. Além disso foram analisadas amostras importadas referentes a serras e a molas planas que são utilizadas atualmente no mercado para efeito de comparação. As amostras do aço 1080 importado e do aço 1080 nacional obtido pelo processo descrito anteriormente foram ca racterizadas por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e difratometria de raios x além de passar por ensaios de dureza e tração. Os resultados de dureza e de limite de resistência a tração das amostras nacionais mais encruadas foram de 511,65 HV e 1919,10 MPa para o lote 2 e 521,40 HV e 2709,16 MPa para o lote 3. O aumento destas propriedades após a laminação a frio ocorreu devido ao encruamento do material. As micrografias revelaram uma microestrutura perlítica fina com a presença de carbone tos em ambos os lotes. Analisando a fibra alfa por meio do DRX, aumento do grau de redução na laminação a frio fez com que ocorresse um aumento acentuado das orientações preferenciais (001)< 110 >, (121)< 110 > e (113)< 110 > e a diminuição da orientação (110)< 110 >. Ao se verificar a fibra gama foi possível ver que os materiais importados apresentaram maior orientação cristalográfica em comparação com os materiais nacionais. - DissertaçãoCaracterização de falha em discos de freio em ferro fundido cinzento aplicado em veículos de competição e testes de bancada em discos convencionais para melhora de material pela adição de nióbioHenriquez, Timóteo Nathan Macedo (2023-02-27)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O principal material utilizado nos sistemas de frenagem é o ferro fundido cinzento, devido às suas propriedades térmicas, lubrificação sólida e resistência mecânica. Com as contínuas mudanças das exigências do mercado consumidor quanto à eficiência energética e a emissão de gases poluentes somados a evolução do desempenho de veículos automotores, é necessário que seja apresentado uma alternativa para a redução de massa dos discos de freio sem que se tenha perda de eficiência de frenagem, durabilidade do produto e que atendam os requisitos técnicos exigidos pelos órgãos governamentais, ou as condições severas de funcionamento nas pistas de corrida. Como contribuição para o entendimento da resposta dos materiais com os quais se fabricam os discos de freio, realizou-se um estudo de caso em disco falhado em competição da Stock Car Pro Series Brasil, monitorado por telemetria abrangendo condições dinâmicas bem como acompanhamento da temperatura do disco ao longo de toda competição. Estudou-se a topografia na pista de frenagem do disco (contato com a pastilha de freio) além de análise da microestrutura tanto por microscópio óptico como eletrônico de varredura e raio-x da superfície atritada e não atritada. A partir destas técnicas experimentais, constatouse que na região atritada ocorria um processo de transformação de fases produzindo um microconstituinte, denominado nanoperlita. Realizaram-se também testes tecnológicos de fadiga térmica em material similar ao do disco analisado, apoiando-se também na literatura técnica industrial com resultados de ensaio acelerado de desgaste em ensaio Krauss. A análise dos resultados destas condições de carregamento (disco falhado; ensaio Krauss; fadiga térmica), indicam que a falha do disco em competição foi decorrente principalmente de carregamento mecânico cíclico associado à mudança de fase no aquecimento e resfriamento (mudança localizada de volume), mesmo assim a trinca não apresentava ramificação o que se traduz por menor colaboração da fadiga térmica na falha. Para o ensaio Krauss percebem-se ramificações da trinca principal, o que sugere uma maior contribuição da ciclagem térmica ao carregamento mecânico na formação da trinca. No teste tecnológico de fadiga térmica a superfície apresentou uma superfície com rendilhado de trincas. Os testes de fadiga térmica foram realizados em ferro fundido cinzento perlítico similar ao disco falhado, e o mesmo material com adição de 0,8 % de nióbio, não apresentaram diferenças perceptíveis, o que aumenta a chance de se utilizar o nióbio em teor mais elevado do que o praticado na indústria para redução da taxa de desgaste sem prejuízo em termos de fadiga térmica. Por fim sugere-se um aumento de porcentagem de silício para se evitar a ocorrência de austenitização nos discos utilizados em aplicações severas. - DissertaçãoCaracterização microestrutural de um componente de aço inoxidável 316L fabricado pelo processo de moldagem de pós metálicos por injeçãoCosta, Shalan Ariel Nobrega da (2016-12-09)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Através da metalurgia do pó (MP), foram desenvolvidas outras técnicas que combinam os mesmos princípios de conformação e processamento com outras tecnologias, como, por exemplo, a prototipagem rápida e a moldagem por injeção, permitindo, assim, a obtenção de peças acabadas de pequenas dimensões com alta complexidade geométrica, garantindo competitividade em comparação com outros processos. A moldagem de pós metálicos por injeção combina técnicas da injeção de polímeros com a metalurgia do pó, aliando versatilidade com repetitividade, garantindo bom acabamento superficial e ótima resistência mecânica. Este trabalho teve como objetivo a caracterização microestrutural de um componente obtido através de moldagem de pós metálicos por injeção do aço inoxidável 316L (austenítico), que é o material mais utilizado por essa técnica. Foram utilizados particulados (pós) com a mesma morfologia e tamanho médio, obtidos por atomização a gás e fornecidos por três fabricantes diferentes. Utilizou-se a microscopia óptica e a microscopia eletrônica de varredura em conjunto com a espectroscopia de raios X por dispersão de energia e, a técnica de difração de raios X, para caracterização microestrutural e química da matéria-prima e dos materiais sinterizados. Após o processamento do material e de acordo com os particulados metálicos disponíveis para fabricação, concluiu-se que o tamanho de partícula influencia diretamente na sinterização e no crescimento de grão, e que o controle da extração dos ligantes deve ser bem definido para que não haja formação de intermetálicos. Os parâmetros de sinterização foram definidos em comum acordo entre o autor e a empresa de moldagem por injeção. - DissertaçãoCaracterização micromecânica de propriedades de tenacidade à fratura de ligas de alumínio estruturaisTrovato Neto, Euclydes (2019-02-12)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Este trabalho objetiva investigar aplicar metodologias numéricas para caracterização micromecânica de parâmetros de tenacidade à fratura de ligas de alumínio estruturais. Tem-se por perspectiva que o crescente uso de sistemas de estruturas de alumínio, de múltiplas tipologias construtivas, torna relevante e necessário garantir níveis adequados de segurança e confiabilidade estruturais. Com esse propósito programas estratégicos de pesquisas científicas e industriais se dedicam a investigações relacionadas a caracterização das propriedades materias, e do comportamento mecânico das ligas de alumínio estruturais. Resulta pertinente desenvolver metodologias robustas de avaliação de parâmetros característicos de tenacidade, destinados a Avaliações Críticas de Integridade, consistentes com padrões reológicos desses materiais. São revistas metodologias de Mecânica Computacional as quais admitem formulações representativas das condições micromecânicas e microestruturais intrínsecas das ligas de aluminio, para avaliação numérica de parâmetros de tenacidade da Integral J (Rice, J.R.-1966). As correlações consideram um conjunto de dados experimentais de parâmetros característicos de tenacidade de ligas de Alumínio-Magnésio AL-5XXX (DRDC, 2007): AL-5083 H321; AL-5086 H116 e AL-5383 H116, conforme critérios (ASTM E 1820, 2001). A Metodologia de análise micromecânica (XIA, L. and SHIH, 1995), aplicada para caracterização da tenacidade ao fraturamento critico JIc, e utiliza células computacionais para representar a distribuição de defeitos microestruturais. Considera formulações constitutivas de plasticidade dilatante (GURSON, A.L., 1981), e comportamento reológico elasto-plástico não-linear (RAMBERG-OSGOOD,1943). Através de recursos do Sistema WARP3D V 17.8.2 de elementos finitos, foram analisados modelos discretos representativos de corpos extensos (SSY-MBL), e corpos de prova de dimensões finitas de tipo (C(T)). Visualização da geometria e resultados é obtida por meio do sistema PARAVIEW, definida com recursos PYTHON. Resultados chave evidenciam que a metodologia micromecânica utilizada conduz a caracterização dos parâmetros de tenacidade da Integral J, e permitiram estabelecer correlação experimental com parâmetros de caracterização de tenacidade JIc. Os procedimentos numéricos permitiram obter a calibração de parâmetros micromecânicos, associados ao índice de vazios microestuturais fo. - DissertaçãoCaracterização tecnológica de minerais lamelares para obtenção de materiais bidimensionaisSouza, Leonardo Antônio Custódio (2019-08-15)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O grafeno foi o material bidimensional (2D) precursor para o desenvolvimento de nanomateriais 2D, advento que revelou as excepcionais propriedades óticas, físicas, elétricas e térmicas desse material inovador. A comunidade científica ao redor do mundo, atenta a este fato, vislumbrou o desenvolvimento de novas aplicações e tecnologias em diversos ramos da ciência. Impulsionados pela descoberta do grafeno, vários estudos demostraram que outros tipos de materiais 2D também podem ter excelentes propriedades, sejam elas similares, complementares ou antagônicas às do grafeno. O propósito desta pesquisa foi a busca por exemplares de substâncias químicas naturais (minerais) com potencial para serem delaminados a fim de se obter materiais 2D. Por meio da observação das estruturas cristalinas e clivagens foi possível selecionar e classificar cinquenta e seis exemplares de acordo com o potencial para esfoliação e obtenção de materiais bidimensionais. Dos minerais apontados, obtiveram-se três amostras, caracterizadas por meio de: microscopia ótica; microscopia de força atômica e eletrônica de varredura; espectroscopia Raman e microssonda. A microscopia ótica e a eletrônica de varredura indicaram que os minerais foram esfoliados segundo seus planos de clivagem. As partículas esfoliadas exibiram espessura média de 2nm, fato este certificado por microscopia de força atômica. Informações obtidas por espectroscopia Raman denotam que houve significativa alteração na estrutura cristalina do clinocloro e da teluronevskita pela esfoliação, apresentando espectros bem distintos entre a amostra primitiva e a esfoliada. Já a kermesita mostrou uma boa correspondência entre estes dois espectros, assinalando uma esfoliação onde a composição química se manteve. Dados obtidos por meio de microssonda indicaram a real composição química das amostras. Teores mais elevados em ferro apontaram que o exemplar supostamente indicado como clinocloro trata-se, de fato, de chamosita. Dentre os três minerais estudados, a kermesita apresentou, de forma geral, os melhores resultados, viabilizando estudos complementares para esse espécime. O uso da base de dados da International Mineralogical Association – IMA mostrou ser uma fonte útil para selecionar espécimes com estrutura cristalina em camadas. Heteroestruturas e clivagem dos minerais mostraram ser atributos facilitadores para a esfoliação e obtenção de estruturas bidimensionais. - DissertaçãoComparação da microestrutura e das propriedades mecânicas do aço sae 4140 submetido a tempera e revenimento convencional e por indução por meio de uma simulação por dilatometriaSilva, Bryan Miyahara Moraes (2023-08-03)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
No processo de fabricação de rolamentos para turbinas eólicas, a etapa de tratamento térmico exige controle minucioso de parâmetros, a fim de se obter um produto com propriedades específicas e adequadas para sua aplicação, sendo a dureza uma das principais propriedades consideradas. Entre os métodos de tratamentos térmicos um que vem recebendo destaque na indústria é o tratamento térmico por indução, por apresentar aquecimento simétrico, uniforme e rápido das peças, promovendo ganho em tempo de produção, consequentemente, quantidade de peças produzidas. O presente trabalho tem como objetivo geral desenvolver e avaliar um processo para realizar a têmpera e o revenimento por indução do aço SAE 4140, comparando as microestruturas e propriedades mecânicas entre os processos de têmpera e revenimento por meio de uma simulação de tratamento térmico convencional e por indução por dilatometria. A caracterização do aço foi realizada por meio de microscopia ótica, ensaio mecânico de microdureza (HV), difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. As caracterizações das amostras sub-zero proporcionaram a escolha da taxa de resfriamento utilizada nas demais amostras somente temperadas e temperadas e revenidas. Nas quais mostraram picos característicos do aço SAE 4140 nos difratogramas de todas as amostras, uma microsestrutura constituída de martensita em forma de ripas para as amostras temperadas e martensita revenida nas amostras temperadas e revenidas e uma microdureza igual ou muito semelhante independente dos diferentes parâmetros utilizados nas amostras temperadas e revenidas. - DissertaçãoComparação entre a microestrutura bainítica e martensítica em termos de resistência ao impacto Charpy em mesmo nível de dureza para o aço AISI 1070Schincariol, Vanessa (2022-02-18)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O aço é um material amplamente utilizado e estudado, mas ainda hoje existem dúvidas quanto ao melhor comportamento de tenacidade quando comparados os tratamentos térmicos de têmpera e revenimento com austêmpera. Este trabalho visa comparar a tenacidade por meio do ensaio de impacto Charpy, entre as microestruturas bainíticas superior e inferior com a martensítica revenida em mesmo nível de dureza, e avaliar a fragilização do aço SAE 1070, na faixa de temperatura da fragilização da martensita revenida. A partir de uma chapa laminada de aço carbono SAE 1070, foram feitos corpos de prova que passaram por tratamento de austêmpera e têmpera seguido de diferentes temperaturas de revenimento, até a obtenção das mesmas durezas. Por fim, foram avaliadas as energias absorvidas e as durezas de cada corpo de prova, e observadas as superfícies de fratura por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia óptica. Como resultado, foi obtida uma queda na dureza em função do aumento da temperatura de revenimento, assim como o aumento da energia absorvida, cumprindo a função do revenimento no aço. Além disso, não foi identificada de forma clara a fragilização da martensita revenida no aço carbono utilizado, podendo ser atribuída a baixa quantidade de elementos fragilizantes neste aço. Foi também obtida uma maior energia absorvida nos corpos de prova temperados e revenidos, resultando em melhor comportamento de tenacidade da martensita revenida em comparação com a bainita superior e inferior. - DissertaçãoComportamento mecânico e caracterização microestrutural de um aço DP laminado a frio com revestimento de Zn para estampagemSilva, Carlos Henrique Ferreira da (2019-02-11)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Duas chapas de aços DP (Dual Phase), ambas com espessura de 2,0mm, composição química e resistência mecânica semelhantes e produzidos por duas usinas siderúrgicas distintas, foram utilizados no processo de estampagem a frio. Uma das chapas apresentou problemas de trincamento durante o processo de estampagem a frio e a outra não. O objetivo deste trabalho é comparar a microestrutura e as propriedades mecânicas em tração visando compreender o que causou a falha em uma das chapas. Diante disto, foram realizadas análise da composição química, caracterização por microscopia óptica e determinação da textura cristalográfica por difração de raios x. Ensaios de tração nas direções de 0°, 45° e 90° em relação à direção de laminação foram também realizados. Todos os ensaios realizados retornaram resultados muito semelhantes entre os dois materiais. O principal aspecto de diferenciação entre os aços foi a maior intensidade da fibra α no material que trincou. A origem das intensidades das fibras α e 𝛾 são oriundas do tratamento da matéria prima e do processo de laminação do material. Este fato justifica os resultados de estampagem a frio, pois a presença da fibra α é prejudicial para materiais em processo de estampagem. - DissertaçãoConcreto de cimento Portland com adição de pseudoboemitaEmilio, Romualdo (2019-01-24)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O cimento Portland (CP) é a principal matéria-prima para a produção do concreto armado, componente estrutural de grande prestígio por contribuir na tradução do requinte e conforto das edificações urbanas. Patenteado há pouco menos de 200 anos, o CP pode receber diversas adições com componentes que auxiliam em seu desempenho e melhoram suas propriedades aglomerantes, resistência e impermeabilidade. Este trabalho inédito apresenta a síntese em laboratório do nanomaterial pseudoboemita, em grande quantidade, onde, parte da qual foi utilizada na forma de gel úmido e outra liofilizada. O nanomaterial foi adicionado ao CP nas seguintes porcentagens em massa: 5,0% na forma gel, 2,5% e 5,0% gel liofilizado para obtenção de corpos de prova de concreto. Esses corpos-de-prova moldados com e sem adição, utilizando o mesmo traço de concreto, foram avaliados quanto ao calor de hidratação, plasticidade (slump), resistência à compressão (fck) e propagação de onda ultrassônica aos 7, 14, 21 e 28 dias. Os resultados mostram que a adição de pseudoboemita no CP que melhora as propriedades do concreto é 5,0% na forma de gel, pois no caso da adição na forma liofilizada, a água de amassamento compete entre a reação química do concreto e a reidratação da pseudoboemita, necessitando maior fator água/cimento no concreto de CP que recebe adição na forma liofilizada. - DissertaçãoConstrução de filtros utilizando nanoarquiteturas híbridasLieb, Laura Chaluleu (2022-12-06)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Este trabalho descreve o desenvolvimento de uma membrana de matriz mista (MMM) constituída por nanoarquiteturas híbridas, a base de nanomaterial de carbono (ponto quântico de carbono), óxido de zircônio (ZrO2) e sílica (SiO2). O estudo de eficiência de membrana contou como analitos os corantes azul de metileno e alaranjado de metila, o cátion cobre e o desregulador endócrino bisfenol A. Os nanomateriais híbridos foram produzidos via método sol-gel, utilizando de base conjugada de fluoreto (F-) como catalisador (ácido fluorídrico ou fluoreto de sódio), juntamente com a incorporação de pontos quânticos de carbono ricos em álcool (Cdot(A)) e óxido de zircônio, diretamente na síntese do material de sílica. A produção da membrana foi feita a partir da modificação de método de polimerização interfacial, adicionando o material de sílica na fase aquosa, juntamente com açúcar (glicose) e, reagindo com cloreto de trimesoíla (TMC); em cima de um suporte de polietersulfona. A caracterização dos materiais produzidos foi realizada por técnicas espectroscópicas como UV-vis, infravermelho com módulo ATR; técnicas microscópicas como MEV e MET-HR e difração de raios X. A capacidade de retenção da membrana de matriz mista foi estudada via espectroscopia ultravioleta no caso dos corantes azul de metileno e alaranjado de metila; para o analito de cátions de cobre, a espectroscopia de absorção atômica; e no caso do bisfenol A, utilizou-se a espectrometria de massas. Para o analito azul de metileno, a inserção de óxido metálico na produção do material de sílica se fez interessante, demonstrando retenção de 90,0%, observando o λ = 664 nm; o alaranjado de metila teve máxima retenção pela membrana com material catalisado por NaF, em condição de protonação do corante, 52,0% de retenção, observando o λ = 463 nm; os cátions de cobre tiveram melhor retenção pela membrana catalisada por NaF, demonstrando 40.0% de retenção; o bisfenol A foi acompanhado pela m/z 227, obtendo sua máxima retenção de 70,0% pela membrana de HF com pontos quânticos de carbono. A pesquisa teve sua melhor retenção, comparando com os limites estabelecidos por agências regulamentadoras, para bisfenol A, uma vez que a concentração final alcançada pós filtração foi de 2,27 μg.L-1. Após o estudo, pode-se produzir uma membrana de matriz mista, utilizando de nanomateriais híbridos de sílica, a fim de remover agentes nocivos em água. - DissertaçãoDesenvolvimento de membranas poliméricas baseadas em materiais híbridos de oxido de grafeno e zeolita para tratamentos de águasAlmeida , Robson Pereira de (2021-01-27)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A fornecimento de água potável é uma preocupação crescente de sociedades em diferentes regiões do mundo. O crescimento populacional, a industrialização e as mudanças climáticas são fatores quem têm contribuído para a escassez destes recursos hídricos. De forma a enfrentar esse problema, o desenvolvimento de tecnologias eficientes e sustentáveis para explorar fontes de água não convencionais, como por exemplo a água do mar e água salobra, torna-se um fator importante. Nesse sentido, esse trabalho foi balizado no estudo e desenvolvimento de membranas para aplicações em tratamento de águas, com o objetivo de promover a dessalinização da água para os mais diversos usos industriais, utilizando óxido de grafeno e zeólita A, obtida de cinzas de biomassa. Para o preparo das membranas utilizouse a polissulfona (PSF) solubilizada em clorofórmio como polímero de suporte e formação do compósito polimérico com o óxido de grafeno (GO) e a zeólita A (ZeoA). Testou-se dois tipos de GO oxidados por dois períodos distintos, sendo um de 2 horas e outro de 48 horas de oxidação. As amostras de GO foram dispersas em etanol e N-metil-pirrolidona com auxílio de sonicação e, posteriormente, incorporados à PSF solubilizada em clorofórmio. A ZeoA foi dispersa diretamente com a PSF em clorofórmio. O material foi aplicado sobre uma lâmina de vidro e por inversão de fase em água deionizada houve a formação de membranas de filme fino. A avaliação da remoção de sais por estas membranas foi feita por cromatografia de íons com soluções padrões de Na+, K+, Ca2+ e Mg2+. Os resultados com membranas de PSF/GO indicaram reduções de 49,5% para sódio, 38,5% para potássio, 60,2 % para cálcio e 59 % para magnésio. Com as membranas híbridas de PSF/GO/ZeoA, obteve-se redução de 43,4% de K+, 90,3% de Ca2+ e 87,5% de Mg2+ utilizando-se processos de filtração, em comparação à membrana polimérica que não possui os nanomateriais incorporados em sua formulação. Além dos testes experimentais, também foram realizadas simulações de dinâmica molecular que confirmam que a presença de GO mais oxidado na membrana, proporcionam melhores resultados de remoção para os íons K+, Ca2+, Mg2+. Os resultados obtidos demonstraram a potencialidade dos compósitos poliméricos sintetizados com nanomateriais, na remoção de espécies iônicas que, além da facilidade de seu preparo, podem ser escalonados para uso industrial. - DissertaçãoDesenvolvimento de nanocarreadores à base de nanoarquiteturas constituídas por carbon dots, nanopartículas de zinco e cúrcumaSilva, Mariana Munik da (2024-02-05)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Este estudo teve como objetivo estabelecer uma abordagem inovadora utilizando nanopartículas de óxido de zinco (ZnONPs), pontos quânticos de carbono (Cdots) e aprimorar a disponibilidade da curcumina nesta nanoarquitetura híbrida, juntamente com o aumento da solubilidade da curcumina para o desenvolvimento de um sistema complexo como um nanocarreador de fármaco. A nanoarquitetura ZnONPs/Cdot-N foi sintetizada e caracterizada por meio de técnicas como Espectroscopia Ultravioleta-Visível (UV-Vis), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia Eletrônica de Transmissão de alta resolução(HRTEM), Espectroscopia Raman, Espectroscopia de Infravermelho com módulo ATR (FTIRATR) e Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios X (XPS). A curcumina foi incorporada na nanoarquitetura híbrida e em seguida foi conduzido um estudo para aumentar sua solubilidade utilizando vários solventes, incluindo DMSO, etanol, álcool n-propílico, água, Cdot (N) e Cdot (A), observando-se uma melhora na solubilidade da curcumina com Cdot (A). A interação resultou em um aumento significativo da solubilidade da curcumina, alcançando 4,9 x 10-4 mg/mL em contraste com a solubilidade em água limitada a 1,21 x 10-4 mg/mL. Além disso, foi observada uma interação notável entre as nanopartículas e os pontos quânticos de carbono (Cdot-N), evidenciando uma sinergia que resultou na formação de nanoestruturas com características distintivas em forma de agulhas/lâminas.