https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/7448 Sat, 05 Sep 2026 20:50:32 GMT 2026-09-05T20:50:32Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/274658 Influência da microestrutura de ferros fundidos cinzentos na adesão de zinco em superfícies nitretadas a plasma e revestidas com DLC para aplicações em estampagem automotiva Silveira, João Pedro Vaz Chapas galvanizadas são amplamente empregadas na indústria automotiva devido à resistência à corrosão proporcionada pelo revestimento de zinco; entretanto, durante operações de estampagem, o contato entre chapa e ferramenta pode favorecer a transferência de Zn para a superfície dos ferramentais, promovendo a formação de regiões aderidas, alterações na topografia local, aumento do atrito e instabilidade do processo. Esse fenômeno é particularmente crítico em ferramentas fabricadas em ferros fundidos, os quais a microestrutura, conteúdo de grafita, a rugosidade e o suporte mecânico podem influenciar diretamente a integridade dos tratamentos superficiais e a nucleação da adesão. Nesse contexto, sistemas duplex formados por nitretação a plasma e filmes de carbono tipo diamante (DLC) surgem como alternativas de engenharia de superfície, mas seu desempenho depende da condição do substrato. Este trabalho avaliou a influência da microestrutura de substratos ferrosos na integridade de sistemas nitretação–DLC e na tendência à adesão e transferência de Zn em contato com aço galvanizado. Foram estudados o ferro fundido cinzento G2500, o ferro fundido de fundição contínua FUCO GMI e o aço SAE 1045, além de uma condição revestida com cromo duro utilizada como referência industrial. Os materiais foram caracterizados quanto à microestrutura, incluindo análise das estruturas grafíticas, dureza, topografia, formação de camada nitretada, e dos filmes DLC. O desempenho tribológico foi avaliado por ensaios de cilindros cruzados sob cargas de 5, 50 e 95 N, com análise das marcas por microscopia óptica, MEV-BSE, EDS e binarização de imagens. Os resultados mostraram que, na condição polida, o G2500 apresentou grafita lamelar mais grosseira (76–205 µm²) e maior rugosidade (Sa = 0,163 ± 0,055 µm), enquanto o FUCO GMI apresentou grafita mais refinada (25–58 µm²) e menor rugosidade (Sa = 0,038 ± 0,002 µm). Essa diferença microestrutural refletiu diretamente no comportamento tribológico, com o G2500 apresentando maior tendência à transferência de Zn, atingindo áreas aderidas de até 27,63 ± 7,58 ×10⁻³ mm², enquanto o FUCO GMI apresentou menor área aderida, com valores máximos de 5,26 ± 2,61 ×10⁻³ mm². O SAE 1045 apresentou menor dureza de topo, mas a matriz contínua exibiu menor rugosidade. O cromo duro apresentou a menor área aderida entre as condições avaliadas. Conclui-se que o desempenho dos sistemas nitretação–DLC não foi controlado apenas pela presença do revestimento ou pela dureza de superfície máxima, mas pela interação entre microestrutura, topografia, suporte mecânico em profundidade e integridade local do filme.; Galvanized steel sheets are widely used in the automotive industry due to the corrosion resistance provided by the zinc coating. However, during stamping operations, the contact between the sheet and the tool may promote Zn transfer to the tool surface, leading to formation of adhered regions, changes in local topography, increased friction, and process instability. This phenomenon is particularly critical in tools made of cast irons, whose microstructure, graphite content, surface topography, and mechanical support can directly influence the integrity of surface treatments and the nucleation of adhesion. In this context, duplex systems composed of plasma nitriding and diamond-like carbon (DLC) films emerge as surface engineering alternatives, although their performance depends on the condition of the substrate. This study evaluated the influence of the microstructure of ferrous substrates on the integrity of nitriding– DLC systems and on the tendency for adhesion and Zn transfer in contact with galvanized steel. Gray cast iron G2500, continuous cast iron FUCO GMI, and SAE 1045 steel were investigated, along with a hard chromium-coated condition used as an industrial reference. The materials were characterized in terms of microstructure, including analyses of graphite structures, hardness, topography, nitride layer formation, and DLC films. Tribological performance was evaluated by crossed-cylinder tests under loads of 5, 50, and 95 N, with wear tracks analyzed by optical microscopy, SEM-BSE, EDS, and image binarization. The results showed that, in the polished condition, G2500 presented coarser lamellar graphite (76–205 µm²) and higher roughness (Sa = 0.163 ± 0.055 µm), whereas FUCO GMI exhibited more refined graphite (25– 58 µm²) and lower roughness (Sa = 0.038 ± 0.002 µm). This microstructural difference was directly reflected in the tribological behavior, with G2500 showing a greater tendency for Zn transfer, reaching adhered areas of up to 27.63 ± 7.58 × 10⁻³ mm², while FUCO GMI showed smaller adhered areas, with maximum values of 5.26 ± 2.61 × 10⁻³ mm². SAE 1045 steel exhibited lower near-surface hardness, but its continuous matrix showed lower roughness. Hard chromium presented the lowest adhered area among the evaluated conditions. It is concluded that the performance of nitriding–DLC systems was not governed solely by the presence of the coating or by the maximum surface hardness, but rather by the interaction among microstructure, topography, mechanical support in depth, and local film integrity. TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Engenharia de Materiais. Fri, 17 Jul 2026 00:00:00 GMT https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/274658 2026-07-17T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/274593 Síntese e caracterização de niobato de sódio utilizando partículas cristalinas e sub micrométricas de Nb₂O₅ Costa Cassio, Amanda A crescente demanda por materiais piezoelétricos livres de chumbo tem impulsionado o desenvolvimento de alternativas ao titanato zirconato de chumbo (PZT), tradicionalmente utilizado em dispositivos eletromecânicos. Nesse contexto, o niobato de sódio (NaNbO₃, NN) destaca-se como um material promissor devido à sua estrutura perovskita e ao potencial de estabilização de fases ferroelétricas. Entretanto, a obtenção dessas fases depende diretamente das condições de processamento e da manutenção da estequiometria durante a síntese. Este trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar o niobato de sódio por reação em estado sólido utilizando partículas cristalinas e submicrométricas de Nb₂O₅, investigando a influência da temperatura, do tempo de tratamento térmico e de desvios estequiométricos de sódio sobre a formação das fases cristalinas do sistema. Inicialmente, o precursor Nb₂O₅ foi submetido a tratamento térmico a 1000 °C para a maximização da presença da estrutura cristalina correspondente à fase monoclínica (H−Nb₂O₅). Em seguida, misturas reacionais de Nb₂O₅ e Na₂CO₃ foram processadas e tratadas termicamente em diferentes condições de tempo e temperatura. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X, refinamento de Rietveld, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, microscopia eletrônica de varredura e análise de área superficial específica. Os resultados obtidos indicaram que a condição de síntese a 600 °C por 24 h foi a mais favorável para a formação da fase ferroelétrica ortorrômbica P2₁ma, apresentando a maior fração desta fase entre as condições avaliadas. Verificou-se também que a correção estequiométrica realizada com base na perda de massa dos precursores promoveu uma deficiência de sódio na mistura reacional, favorecendo a formação da fase intermediária Na₂Nb₄O₁₁. A eliminação dessa correção resultou em uma redução expressiva da fração da fase intermediária para 0,56%, acompanhada do aumento da fração ferroelétrica para 57%. Esses resultados evidenciam a forte influência do controle estequiométrico e dos parâmetros de tratamento térmico na formação e estabilização das fases cristalinas do NaNbO₃, contribuindo para o aprimoramento das rotas de processamento de piezocerâmicas livres de chumbo.; The growing demand for lead-free piezoelectric materials has driven the development of alternatives to lead zirconate titanate (PZT), which is traditionally used in electromechanical devices. In this context, sodium niobate (NaNbO₃, NN) stands out as a promising material due to its perovskite structure and its potential for stabilizing ferroelectric phases. However, the formation of these phases is strongly dependent on processing conditions and the maintenance of stoichiometry during synthesis. This study aimed to synthesize and characterize sodium niobate through a solid-state reaction route using crystalline and submicrometric Nb₂O₅ particles, investigating the influence of temperature, heat-treatment duration, and sodium stoichiometric deviations on the formation of crystalline phases within the system. Initially, the Nb₂O₅ precursor was subjected to heat treatment at 1000 °C to maximize the presence of the monoclinic crystalline structure (H-Nb₂O₅). Subsequently, reaction mixtures of Nb₂O₅ and Na₂CO₃ were processed and heat-treated under different time and temperature conditions. The samples were characterized by X-ray diffraction, Rietveld refinement, Fourier-transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, and specific surface area analysis. The results indicated that the synthesis condition of 600 °C for 24 h was the most favorable for the formation of the orthorhombic ferroelectric P2₁ma phase, yielding the highest fraction of this phase among the evaluated conditions. It was also observed that the stoichiometric correction based on precursor mass loss promoted sodium deficiency in the reaction mixture, favoring the formation of the intermediate Na₂Nb₄O₁₁ phase. Eliminating this correction led to a significant reduction in the intermediate phase fraction to 0.56%, accompanied by an increase in the ferroelectric phase fraction to 57%. These findings demonstrate the strong influence of stoichiometric control and heat-treatment parameters on the formation and stabilization of crystalline phases in NaNbO₃, contributing to the optimization of processing routes for lead-free piezoceramics. TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Engenharia de Materiais. Wed, 08 Jul 2026 00:00:00 GMT https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/274593 2026-07-08T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/274592 Parametrização e qualificação do processo plasma – pó (pta-p) em revestimento duro de liga stellite 6 em válvulas de turbinas a vapor Batista, Felipe O revestimento de componentes de válvulas para turbinas a vapor representa um desafio técnico para setores termoelétrico e de petróleo e gás, nos quais as superfícies operam em condições severas de desgaste e corrosão. O processo de soldagem por Plasma com adição de Pó (PTA-P) apresenta-se como alternativa tecnologicamente superior ao processo TIG manual atualmente empregado na indústria nacional, porém carece de parametrização e qualificação documentadas para a aplicação específica em chanfros de geometria confinada com liga de cobalto. Este trabalho parametrizou e qualificou o processo PTA-P para o revestimento de hastes de válvulas de controle fabricadas em aço martensítico X22CrMoV12-1 com liga Stellite 6 (DURMAT S-6 PTA), utilizando o sistema automatizado DURWELD PW2500-300-T-R. Quatro configurações paramétricas foram avaliadas em duas hastes (A1 e A2), variando-se a corrente principal por camada (80 a 110 A), a vazão de pó (6,4 a 10,8 g/min), a amplitude de oscilação da tocha e os tempos de rampa de descida de corrente e alimentação. As variáveis mantidas fixas foram o pré-aquecimento de 350 °C, a corrente piloto de 20 A e a velocidade de soldagem de 75 cm/min. A qualificação foi conduzida por análise macrográfica, quantificação de diluição, análise dimensional do revestimento em relação ao chanfro, microscopia óptica e ensaios de microdureza Vickers HV 0,1. Os valores de diluição nas seções de regime variaram entre 17,6% e 24,3%, com média de 20,5%, compatíveis com a literatura para soldagem de deposição. A profundidade de penetração apresentou desvios inferiores a 0,4% em relação ao nominal de 4,20 mm em todas as configurações, enquanto a largura excedeu consistentemente o valor nominal de 11,71 mm, indicando espaço para otimização paramétrica futura. A análise microestrutural avaliou zona fundida, zona termicamente afetada e metal de base, com defeitos de solidificação concentrados nas regiões de fechamento de arco, atribuídos ao ajuste dos tempos de rampa de corrente e alimentação de pó. Tal ajuste na configuração A2-H2 eliminou os defeitos volumétricos aparentes, produzindo linha de fusão contínua e geometria constante entre regime e encerramento do arco. Os perfis de microdureza confirmaram revestimentos com dureza média entre 339 ± 56 HV e 389 ± 79 HV em todas as configurações, superiores ao limite do metal de base (~325 HV) e dentro do intervalo típico do Stellite 6 depositado por PTA-P, com pico de 518 HV na zona termicamente afetada de grãos grosseiros da configuração de maior corrente, o que reforça a necessidade de tratamento térmico pós-soldagem. Os resultados demonstram que o processo PTA-P é tecnicamente viável para a aplicação industrial em revestimento de válvulas de turbinas a vapor, com controle paramétrico direto sobre diluição e integridade metalúrgica do revestimento.; The coating of valve components for steam turbines represents a technical challenge for the thermoelectric and oil and gas sectors, in which surfaces operate under severe wear and corrosion conditions. The Plasma Transferred Arc with Powder addition process (PTA-P) presents itself as a technologically superior alternative to the manual TIG process currently employed in the national industry; however, it lacks documented parameterization and qualification for the specific application of cobalt alloy deposition in confined-geometry grooves. This work parameterized and qualified the PTA-P process for the hardfacing of control valve stems manufactured in martensitic steel X22CrMoV12-1 with Stellite 6 alloy (DURMAT S-6 PTA), using the automated system DURWELD PW2500-300-T-R. Four parametric configurations were evaluated on two stems (A1 and A2), varying the main current per layer (80 to 110 A), powder flow rate (6.4 to 10.8 g/min), torch oscillation amplitude, and current and feed ramp-down times. Fixed variables included a preheating temperature of 350 °C, a pilot current of 20 A, and a welding speed of 75 cm/min. Qualification was conducted through macrographic analysis, dilution quantification, dimensional analysis of the coating relative to the groove, optical microscopy, and Vickers microhardness testing at HV 0.1. Dilution values in steady-state cross-sections ranged from 17.6% to 24.3%, with a mean of 20.5%, consistent with the literature for deposition welding. Penetration depth showed deviations of less than 0.4% relative to the nominal value of 4.20 mm across all configurations, while width consistently exceeded the nominal value of 11.71 mm, indicating possibility for future parametric optimization. Microstructural analysis evaluated the fusion zone, heat-affected zone, and base metal, with solidification defects concentrated in arc-closing regions, attributed to the adjustment of current and powder feed ramp times. Such adjustment in the A2-H2 configuration eliminated apparent volumetric defects, producing a continuous fusion line and consistent geometry between the steady-state and arc-closing regions. Microhardness profiles confirmed coatings with mean hardness values between 339 ± 56 HV and 389 ± 79 HV across all configurations, exceeding the base metal limit (~325 HV) and falling within the typical range for Stellite 6 deposited by PTA-P, with a peak of 518 HV in the coarse-grained heat-affected zone of the highest-current configuration, reinforcing the need for post-weld heat treatment. The results demonstrate that the PTA-P process is technically viable for industrial application in the hardfacing of steam turbine valve components, with direct parametric control over dilution and the metallurgical integrity of the coating. TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Engenharia de Materiais. Mon, 13 Jul 2026 00:00:00 GMT https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/274592 2026-07-13T00:00:00Z