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[ES] Debido a sus propiedades mecánicas, químicas y a su biocompatibilidad el titanio se ha convertido en un metal imprescindible en el campo de la medicina. A pesar de ello, su coste es elevado hecho que ha hecho que lo aleemos con otros metales como por ejemplo el Al y V. A la larga estos metales han resultado tóxicos para sus portantes, hecho que ha provocado la búsqueda de nuevas soluciones, en concreto la de los metales Beta-estabilizantes. En nuestro caso elegiremos el niobio, un metal que también presenta excelentes propiedades dentro del campo médico. A nuestra aleación de control Ti-35Nb le añadiremos estaño en diferentes porcentajes para ver como varían sus propiedades, en concreto Ti-35Nb4Sn y Ti-35Nb-6Sn. Este metal, mejora las propiedades mecánicas de nuestras aleaciones, haciendo que se asemejen más a las del hueso humano y evitando así un apantallamiento de tensiones. Las aleaciones las desarrollamos mediante técnicas no convencionales de pulvimetalurgia y posteriormente determinamos sus propiedades por medio de ensayos. Las mecánicas a través de ensayos de dureza, microdureza, obtención del módulo elástico y flexión en voladizo; las microestructurales por difracción de rayos X, por microscopía electrónica de barrido y Arquímedes; y por último sus propiedades químicas con el ensayo de liberación de iones y el de resistencia a corrosión., [EN] Due to its mechanical and chemical properties and its biocompatibility, titanium has become an essential metal in the field of medicine. Despite this, its cost is high, a fact that has led us to alloy it with other metals such as Al and V. In the long run, these metals have been toxic to their carriers, a fact that has led to the search for new solutions, in specifically that of beta-stabilizing metals. In our case we will choose niobium, a metal that also has excellent properties in the medical field. To our control alloy Ti-35Nb we will add tin in different percentages to see how its properties vary, specifically Ti-35Nb-4Sn and Ti-35Nb-6Sn. This metal improves the mechanical properties of our alloys, making them more similar to those of human bone and thus avoiding stress shielding. The alloys are developed using non-conventional powder metallurgy techniques and later we determine their properties through tests. The mechanics through tests of hardness, microhardness, obtaining the elastic modulus and cantilever bending; the microstructural by Xray diffraction, by scanning electron microscopy and Archimedes; and finally its chemical properties with the ion release test and the corrosion resistance test.

[ES] Las aleaciones de Titanio (Ti) tienen una gran importancia en numerosas industrias. En particular, son los metales más utilizados para aplicaciones biomédicas. La aleación más común, Ti6Al4V tiene desventajas de toxicidad y elevado modulo elástico. Para superarlas se usan cada vez más como aleantes el Niobio (Nb) y Molibdeno (Mo). Son elementos estabilizantes de fase β que tiene el módulo elástico más reducido y además son biocompatibles y poco tóxicos. El estaño (Sn) es un elemento neutro (no βestabilizante), no refractario que también es biocompatible y se utiliza mucho como aleante en biomateriales. La obtención de las aleaciones por el método pulvimetalurgico (PM) es una alternativa más económica al método convencional de colada, que además permite obtener formas de componentes difíciles de obtener por otras rutas. Sin embargo, las aleaciones obtenidas por PM presentan un problema de porosidad elevada que reduce la resistencia a compresión y corrosión. Se pretende reducir esta porosidad realizando tratamientos superficiales, uno de los cuales es la refusión con láser. En este tratamiento se funde una pequeña capa del material aportando calor con el rayo del láser a velocidad y potencia determinadas. Al solidificar se forma una capa superficial que puede mejorar las propiedades mecánicas de las piezas. En este trabajo se estudian algunas propiedades mecánicas y la microestructura de las muestras de 30x12x5 mm3 de aleaciones Ti-35Nb-2Sn y Ti-27Nb-8Mo obtenidas por PM después de la refusión superficial con cinco condiciones (potencia y velocidad del láser). En primer lugar, se analiza la porosidad y densidad relativa obtenidas por el método de Arquímedes. Se obtiene el módulo elástico utilizando la técnica de excitación por impulso. Se realiza el ensayo a flexión a cuatro puntos para obtener el módulo elástico a flexión, resistencia máxima y deformación. Se estudian las dimensiones de las zonas refundidas en las imágenes obtenidas mediante microscopia óptica. Mediante las imágenes de microscopia electrónica de barrido se analiza la microestructura tanto de los cordones de refusión como de las superficies refundidas y fracturas. Se evalúa la geometría de las superficies refundidas con un perfilómetro y finalmente se realiza el ensayo de nanoindentación de los cordones de refusión y la ZAC (zona afectada por el calor) para determinar la evolución de la dureza y el módulo de indentación a lo largo de ellos. Analizando los resultados de dichos ensayos podemos concluir que para las aleaciones en cuestión obtenidas por PM se consigue una mejora de algunas propiedades mecánicas superficiales gracias a la refusión superficial con el láser y se establecen algunas correlaciones entre los parámetros del láser y las mejoras. Sin embargo, habría que estudiar el comportamiento químico de las aleaciones para asegurar que no presenten problemas de corrosión. Este trabajo encuadra en los siguientes ODS (objetivos del desarrollo sostenible): -ODS 3, Salud y bienestar: ya que los implantes de las aleaciones estudiadas podrían ayudar a salvar las vidas, por ejemplo, de las víctimas de accidentes de tráfico, como lo propone la meta 3.6 - ODS 4, Educación de calidad: ya que el hecho de que la autora de este trabajo está realizando sus estudios demuestra el acceso igualitario de todos los hombres y las mujeres a una formación técnica, como lo propone la meta 4.3 -ODS 9, Industria, innovación e infraestructuras: ya que aporta a la investigación científica y mejora la capacidad tecnológica del sector industrial, como se propone en la meta 9.5, [CAT] Els aliatges de Titani (Ti) tenen una gran importància en nombroses indústries. En particular, són els metalls més utilitzats per a aplicacions biomèdiques. L'aliatge més comú, Ti6Al4V té desavantatges de toxicitat i elevat mòdul elàstic. Per superar-les usen cada vegada més com a aleants el Niobi (Nb) i Molibdè (Mo). Són elements estabilitzants de fase β que té el mòdul elàstic més reduït i a més són biocompatibles i poc tòxics. L'estany (Sn) és un element neutre (no β-estabilitzant), no refractari que també és biocompatible i s'utilitza molt com a aliant en biomaterials. La obtenció dels aliatges pel mètode pulvimetal·lúrgic (PM) és una alternativa més econòmica al mètode convencional de colada, que a més permet obtenir formes de components difícils d'obtenir per altres rutes. No obstant això, els aliatges obtinguts per PM presenten un problema de porositat elevada que redueix la resistència a compressió i corrosió. Es pretén reduir aquesta porositat fent tractaments superficials, un dels quals és la refusió amb làser. En aquest tractament es fon una petita capa del material aportant calor amb el raig del làser a velocitat i potència determinades. En solidificar es forma una capa superficial que pot millorar les propietats mecàniques de les peces. En aquest treball s'estudien algunes propietats mecàniques i la microestructura de les mostres de 30x12x5 mm3 d'aliatges Ti-35Nb-2Sn i Ti-27Nb-8Mo obtingudes per PM després de la refusió superficial amb cinc condicions (potència i velocitat del làser). A primer lloc, s'analitza la porositat i la densitat relativa obtingudes pel mètode d'Arquimedes. S'obté el mòdul elàstic utilitzant la tècnica d'excitació per impuls. Es realitza l'assaig a flexió a quatre punts per obtenir el mòdul elàstic a flexió, resistencia màxima i deformació. S'estudien les dimensions de les zones refoses a les imatges obtingudes mitjançant microscòpia òptica. Mitjançant les imatges de microscòpia electrònica d'escombrada s'analitza la microestructura tant dels cordons de refusió com de les superfícies refoses i les seues fractures. S'avalua la geometria de les superfícies refoses amb un perfilòmetre i finalment es realitza el assaig de nanoindentació dels cordons de refusió i la ZAC (zona afectada per la calor) per determinar l'evolució de la duresa i el mòdul d'indentació al llarg d'ells. Analitzant els resultats d'aquests assaigs podem concloure que per els aliatges en qüestió obtinguts per PM s'aconsegueix una millora de algunes propietats mecàniques superficials gràcies a la refusió superficial amb el làser i s'estableixen algunes correlacions entre els paràmetres del làser i les millores. No obstant això, caldria estudiar el comportament químic dels aliatges per assegurar que no presenten problemes de corrosió. Aquest treball s'enquadra en els següents ODS (objectius del desenvolupament sostenible): -ODS 3, Salut i benestar: ja que els implants dels aliatges estudiades podrien ajudar a salvar les vides, per exemple, de les víctimes d'accidents de trànsit, com ho proposa la meta 3.6. - ODS 4, Educació de qualitat: ja que el fet que l'autora de aquest treball està fent els estudis demostra l'accés igualitari de tots els homes i les dones a una formación tècnica, com ho proposa la meta 4.3 -ODS 9, Indústria, innovació i infraestructures: ja que aporta resultats a la investigació científica i millora la capacitat tecnològica del sector industrial, com es proposa a la meta 9.5., [EN] The Titanium (Ti) alloys are important for many industries because of their unique properties. In particular, they are the most used metals for biomedical applications. The most common alloy, Ti6Al4V, has the disadvantages of toxicity and high elastic modulus. In order to overcome these disadvantages, the Nb (Niobium) and Mo (Molybdenum) are used as alloying elements in the recent years. They are stabilizing elements of the β phase, the one that offers the lowest elastic modulus. The tin (Sn) is a neutral element (not β-stabilizing) and non-refractory, which also presents great biocompatibility and is commonly used in biomaterials. The powder metallurgy (PM) is a cheaper alternative method of alloy fabrication which also allows creating components with shapes that are hard to achieve by other methods. On the other hand, the components created by PM have the problem of high porosity which leads to poor compression and corrosion resistance. This porosity can be reduced by applying superficial treatments. One of them is laser surface modification, in which a small layer of the material is melted with the laser beam with given power and speed. After solidification, a layer with improved mechanical properties is formed. In this work, some of mechanical properties and microstructure of Ti-35Nb-2Sn and Ti27Nb-8Mo alloys, obtained by PM and treated with laser, are studied. The samples of alloys of 30x12x5 mm3 and five laser conditions (sets of power and speed of the laser) were used. In the first place, the porosity and density obtained with the Archimedes method are analyzed. The elastic modulus is obtained using the pulse excitation technique. The, the four-point flexure test is performed to determine the elastic flexural modulus, resistance and deformation. The dimensions of the remelted zones are studied using the optical microscopy and with electron microscopy images are used to analyze the remelted surfaces as well as the fractures. To study the geometry of the surface, perfilometry is used. And finally, nanoindentation tests of the remelted zones and HAZ (head affected zones) are performed to determine the evolution of the microhardness and nanoindentation modulus. Analyzing the results of the tests described above, the conclusion is, the laser surface modification improves some of the mechanical surface properties of the studied alloys obtained by PM. In addition, the correlations of these improvements with the laser conditions are established. However, the chemical analysis of the alloys should be performed to make sure they do not present significant corrosion problems. This work could be framed in the following SDG (sustainable development goals): -SDG 3, Good health and well-being: as the implants made of the studied alloys could save lives, for example, of the traffic accident victims, as the target 3.6 suggests. - SDG 4, Quality education: as the fact that the author of this work is carrying out her studies demonstrates the equal access opportunities to technical degrees for men and women, as it is stated in the target 4.3. -SDG 9, Industry, innovation and infrastructures: as it contributes to the scientific investigation and improves the technological capacity in the industrial sector, as it is is proposed in the target 9.5.

Pesquisa sem auxílio de agências de fomento Essa tese tem como objetivo analisar a relação trabalho e educação na mineração de nióbio em Catalão e Ouvidor, municípios goianos, nos últimos cinco anos, período de funcionamento da CMOC. Para tanto, optamos por apresentar a elaboração teórico-metodológica em capítulos temáticos: mineração, trabalho e educação, respectivamente. Em um quarto capítulo relacionamos o trabalho com a educação através do uso da categoria “zonas de autossalvamento” e apresentamos a síntese da tese que nos apontou que o trabalho terceirizado na CMOC é mais precarizado devido a terceirização. Verificamos também que a formação destes trabalhadores é precária, inexistindo sequer um plano de formação empresarial elaborado para esse fim. As tarefas de multifunção dentro de formas de trabalho simplificado e alienado potencializam a elevação de acidentes do trabalho e sérios desastres ambientais. O que se verifica é a construção de estratégias e ideologias empresariais voltadas a construir consensos sociais para a aceitação das formas de mineração vigentes que se contrastando com um universo precário de trabalho. This doctoral thesis aims to analyze the relationship between work and education in niobium mining in Catalão and Ouvidor, municipalities in Goiás, in the last five years, the period of operation of the CMOC. Therefore, we chose to present the theoretical-methodological elaboration in thematic chapters: mining, work and education, respectively. In a fourth chapter we relate work with education through the use of the category “self-rescue zones” and we present the synthesis of the thesis that showed us that outsourced work at CMOC is more precarious due to outsourcing, and that there is no training plan for these workers who perform various functions within the industry, which, in turn, is concerned with educating society to accept mining in the current format. We also verified that the education of these workers is precarious, and there is not even a business training plan prepared for this purpose. Multifunction tasks within simplified and alienated forms of work potentiate the increase in work accidents and serious environmental disasters. What is verified is the construction of business strategies and ideologies aimed at building social consensus for the acceptance of the current forms of mining that contrasting with a precarious universe of work Tese (Doutorado)

In the present work, we sought to approach the solvent extraction technology for the separation and purification of niobium and tantalum, promoting a reflection in order to expand the chosen theme. Even in the face of a variety of solvents that have been investigated for the extraction and separation of niobium and tantalum, it was possible to find in the literature that only four were used commercially in the production of niobium and tantalum from their raw materials. Solvents commercially used in the extraction were: methyl iso-butyl ketone (MIBK), tri-butyl phosphate (TBP), cyclohexanone (CHN) and 2-octanol (2-OCL). Another verified aspect is that the extraction, separation and purification by solvents of niobium and tantalum used in the industry always occur in the presence of fluoride ions. This study presents the selective removal of niobium (Nb) and tantalum (Ta) by liquid-liquid extraction using an aqueous acid digestion solution composed of commercial grade niobic acid, hydrofluoric acid and sulfuric acid. Solvent extraction assays were tested for three types of extractants, 2-Octanol, TBP and Cyanex 923. A delineated review of the variables of the methodology involved in the separation and purification of niobium and tantalum, as well as the techniques involved, were discussed. En el presente trabajo, buscamos abordar la tecnología de extracción por solventes para la separación y purificación de niobio y tantalio, promoviendo una reflexión con el fin de ampliar el tema elegido. Incluso frente a una variedad de solventes que han sido investigados para la extracción y separación de niobio y tantalio, fue posible encontrar en la literatura que solo cuatro fueron utilizados comercialmente en la producción de niobio y tantalio a partir de sus materias primas. Los solventes comercialmente utilizados en la extracción fueron: metil isobutil cetona (MIBK), fosfato de tributilo (TBP), ciclohexanona (CHN) y 2-octanol (2-OCL). Otro aspecto verificado es que la extracción, separación y purificación por solventes de niobio y tantalio utilizados en la industria siempre ocurren en presencia de iones fluoruro. Este estudio presenta la remoción selectiva de niobio (Nb) y tantalio (Ta) por extracción líquido-líquido utilizando una solución acuosa de digestión ácida compuesta por ácido nióbico, ácido fluorhídrico y ácido sulfúrico de calidad comercial. Se probaron ensayos de extracción con solvente para tres tipos de extractantes, 2-Octanol, TBP y Cyanex 923. Se discutió una revisión delineada de las variables de la metodología involucrada en la separación y purificación de niobio y tantalio, así como las técnicas involucradas. No presente trabalho desenvolvido, buscou-se abordar a tecnologia de extração por solventes para a separação e purificação de nióbio e tântalo, promovendo uma reflexão com o intuito de ampliar o tema escolhido. Mesmo diante de uma variedade de solventes que tenham sido investigados para a extração e separação de nióbio e tântalo, foi possível encontrar nas literaturas que apenas quatro foram usados comercialmente na produção de nióbio e tântalo partindo de suas matérias-primas. Os solventes utilizados comercialmente na extração foram: metil iso-butil cetona (MIBK), tri-butil fosfato (TBP), cicloexanona (CHN) e 2-octanol (2- OCL). Outro aspecto verificado é que a extração, separação e purificação por solventes de nióbio e tântalo utilizadas na indústria ocorrem sempre na presença de íons fluoretos. Neste estudo é apresentada a remoção seletiva de nióbio (Nb) e tântalo (Ta) por extração líquido-líquido, utilizando uma solução aquosa por digestão ácida, composta de ácido nióbico de grau comercial, ácido fluorídrico e ácido sulfúrico. Os ensaios de extração por solvente foram testados três tipos de extratantes o 2-Octanol, o TBP e o Cyanex 923. Uma revisão delineada das variáveis da metodologia envolvida na separação e purificação de nióbio e tântalo, bem como as técnicas envolvidas, foram discutidas.

High refractive index glasses are essential for old and new optical systems, such as microscopes, telescopes and novel augmented reality lenses and micro projectors. However, a fair portion of these glasses use toxic components, such as PbO, BaO, As2O3, and TeO2, which lead to high refractive indexes and facilitate the melting operation, but are harmful for human beings and the environment. On the other hand, it is known that niobium significantly increases the refractive index and is a non-toxic element. The objective of this paper was to develop new optical glass compositions containing Nb2O5 with a relatively high refractive index (nd > 1.65), intermediate Abbe number (35 < Vd < 55) and fair glass transition temperature, Tg. To this end, we used a machine learning algorithm titled GLAS, which was recently developed at DEMA-UFSCar to produce new optical glasses composition. After running the algorithm 13 times, two of the most promising compositions were chosen and tested for their glass forming ability and other properties. The best composition was analyzed in respect to the refractive index, glass transition temperature and chemical durability. A comparison between the laboratory results and predictions of the artificial neural network indicates that the GLAS algorithm provides adequate formulations and can be immediately used for accelerating the design of new glasses, substantially reducing the laboratory testing effort. Also, the results indicate that niobium glasses might offer some advantages over its main competitor (La2O3). Vidrios de alto índice de refracción son esenciales para antiguos y nuevos sistemas ópticos, como los microscopios, los telescopios y las nuevas lentes de realidad aumentada y microproyectores. Sin embargo, la mayoría de estos vidrios utilizan componentes tóxicos, como PbO, BaO, As2O3 y TeO2 que llevan a altos índices de refracción y facilitan el proceso de fusión, pero son perjudiciales para el ser humano y para el medio ambiente. Por otro lado, se sabe que el niobio aumenta significativamente el índice de refracción y es un elemento que no es tóxico. El objetivo de este trabajo fue desarrollar nuevas composiciones de vidrio óptico que contengan Nb2O5 con un índice de refracción relativamente alto (nd > 1,65), un número Abbe intermediario (35 < Vd < 55) y una temperatura de transición vítrea razonable, Tg. Para ello, utilizamos un algoritmo de machine learning, GLAS, que fue desenvuelto recientemente en DEMa – UFSCar para la producción de nuevas formulaciones de vidrios ópticos. Tras ejecutar el algoritmo 13 veces, se eligieron dos de las composiciones más prometedoras y se comprobó su capacidad de formación de vidrio y otras propiedades. La mejor composición fue analizada con respecto al índice de refracción, la temperatura de transición vítrea y la durabilidad química. Una comparación entre los resultados de laboratorio y las predicciones de la red neural artificial muestra que el algoritmo GLAS proporciona formulaciones adecuadas y puede ser usado inmediatamente para acelerar el proyecto de nuevos vidrios, reduciendo sustancialmente el número de pruebas de laboratorio. Además de eso, los resultados indican que los vidrios de niobio pueden ofrecer algunas ventajas ante su principal competidor (La2O3). Vidros de alto índice de refração são essenciais para antigos e novos sistemas óticos, como microscópios, telescópios e novas lentes de realidade aumentada e microprojetores. No entanto, boa parte desses vidros utilizam componentes tóxicos, como PbO, BaO, As2O3 e TeO2, que levam a altos índices de refração e facilitam o processo de fusão, mas são prejudiciais ao ser humano e ao meio ambiente. Por outro lado, sabe-se que o nióbio aumenta significativamente o índice de refração e é um elemento que não é tóxico. O objetivo deste trabalho foi desenvolver novas composições de vidro ótico contendo Nb2O5 com índice de refração relativamente alto (nd > 1,65), número Abbe intermediário (35 < Vd < 55) e temperatura de transição vítrea razoável, Tg. Para tanto, utilizamos um algoritmo de machine learning, GLAS, que foi desenvolvido recentemente no DEMa - UFSCar para produção de novas formulações de vidros óticos. Depois de rodar o algoritmo 13 vezes, duas das composições mais promissoras foram escolhidas e testadas por sua capacidade de formação de vidro e outras propriedades. A melhor composição foi analisada em relação ao índice de refração, temperatura de transição vítrea e durabilidade química. Uma comparação entre os resultados laboratoriais e as previsões da rede neural artificial indica que o algoritmo GLAS fornece formulações adequadas e pode ser usado imediatamente para acelerar o projeto de novos vidros, reduzindo substancialmente o número de testes laboratoriais. Além disso, os resultados indicam que os vidros de nióbio podem oferecer algumas vantagens sobre seu principal concorrente (La2O3).

Submitted by Giovana Collombaro Cardoso (giovana.collombaro@unesp.br) on 2022-06-29T23:19:24Z No. of bitstreams: 1 dissertação_giovana_2022_0628.docx: 32199249 bytes, checksum: 3f822b17049b7f154068ace5b3ce27b2 (MD5) Rejected by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br), reason: Favor refazer a submissão seguindo as orientações abaixo: 1 - O arquivo deve ser enviado em formado PDF. Agradecemos a compreensão. on 2022-06-30T12:29:30Z (GMT) Submitted by Giovana Collombaro Cardoso (giovana.collombaro@unesp.br) on 2022-06-30T12:55:25Z No. of bitstreams: 1 dissertação_giovana_2022_0628.pdf: 7131090 bytes, checksum: ffc73a2b90d091c5667fa45b8fe30e38 (MD5) Approved for entry into archive by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br) on 2022-06-30T15:35:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cardoso_gc_me_bauru.pdf: 7131090 bytes, checksum: ffc73a2b90d091c5667fa45b8fe30e38 (MD5) Made available in DSpace on 2022-06-30T15:35:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cardoso_gc_me_bauru.pdf: 7131090 bytes, checksum: ffc73a2b90d091c5667fa45b8fe30e38 (MD5) Previous issue date: 2022-04-28 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O titânio e suas ligas são amplamente utilizados em implantes cardiovasculares, odontológicos e ortopédicos devido ao excelente conjunto de propriedades que esses materiais possuem, como módulo de elasticidade mais baixo, alta resistência à corrosão e biocompatibilidade, comparados com outros biomateriais metálicos. A liga de titânio mais utilizada atualmente é a Ti-6Al-4V, porém problemas em relação à citotoxidade do vanádio e a associação da liberação de íons de alumínio no corpo com o desenvolvimento de desordens neurológicas, vem incentivando o desenvolvimento de novas ligas com outros elementos que melhorem ainda mais as boas propriedades do titânio e que não sejam prejudiciais ao organismo, como o molibdênio e o nióbio. Assim, nesse trabalho, novas ligas do sistema Ti-5Mo-xNb (x = 0, 10, 20 e 30 %p) foram desenvolvidas e caracterizadas química, estrutural, microestrutural e mecanicamente. Os lingotes foram fundidos em um forno a arco-voltaico, com atmosfera inerte de argônio. Após a fusão, as amostras foram tratadas termicamente para garantir a homogeneização dos elementos de liga, laminadas a quente e recozidas. A análise química envolveu medidas de densidade, composição química semiquantitativa por Espectroscopia por Dispersão de Energia de Raios X (EDS) e mapeamento químico. A estrutura e microestrutura das amostras foram analisadas por difração de raios X, com refinamento pelo método de Rietveld, e com imagens de microscopia óptica e eletrônica de varredura. Ensaios de módulo de elasticidade dinâmico e microdureza foram efetuados para a caracterização mecânica e testes de viabilidade e adesão celular avaliaram a citotoxidade in vitro das ligas produzidas. Os resultados mostraram que a adição de nióbio promoveu aumento da fase β do titânio. A quantidade dos elementos substitucionais e os diferentes tratamentos termomecânicos influenciaram na microestrutura e propriedades mecânicas das ligas. A liga Ti-5Mo-30Nb mostrou melhor potencial para futuras aplicações biomédicas. Titanium and its alloys are widely used in cardiovascular, dental, and orthopedic implants due to their excellent properties, such as lower elastic modulus, high corrosion resistance, and biocompatibility, compared to other metallic biomaterials. The most used titanium alloy today is Ti-6Al-4V. However, problems related to the cytotoxicity of vanadium and the association of the release of aluminum ions in the body with the development of neurological disorders have encouraged the development of new alloys with other elements that further improve the good properties of titanium and that are not harmful to the body, such as molybdenum and niobium. Thus, in this work, new alloys of the Ti-5Mo-xNb system (x = 0, 10, 20, and 30 wt%) were developed and characterized chemically, structurally, microstructurally, and mechanically. The ingots were arc melted in argon gas atmosphere. After melting, the samples were heat-treated to ensure homogenization of the alloying elements, hot rolled, and annealed. The chemical analysis involved density measurements, semi-quantitative chemical composition by energy-dispersive X-ray spectrometry (EDS), and chemical mapping. The structure and microstructure of the samples were analyzed by X-ray diffraction, with refinement by the Rietveld method, and with optical and scanning electron microscopy images. Young's modulus and microhardness tests were performed for mechanical characterization, and cell viability and adhesion tests evaluated the in vitro cytotoxicity of the produced alloys. The results showed that the addition of niobium promoted an increase in the β phase of titanium. The amount of substitutional elements and the different thermomechanical treatments influenced the microstructure and mechanical properties of the alloys. Ti-5Mo-30Nb alloy showed better potential for future biomedical applications. CAPES Finance Code 001

The visibility of material reuse, subproducts and coproducts has been gaining more and more space in academical researches, industrial uses and innovation, therefore, the present study purpose are the possibilities of use of the sodium silicate solution from rice husk ash (RHA). In addition, Ionic Liquid (LI) and different ratios of silicon and niobium were added to seek improvements in the physicochemical properties of the elastomers. By means of X-Ray Diffraction (XRD) it was proved the obtaining of pure MCM-48 mesoporous material and, when employed varied molar ratios of Si/Nb, Nb-MCM-48. When applying in elastomers, concluded through maximum and minimum torque, great time and scorch, that the IL add and the MCM too caused effects in the performances, as scorch time acceleration and mechanical properties improvement. La visibilidad de la reutilización de materiales, subproductos y coproductos ha ido ganando cada vez más espacio en la investigación académica, el uso industrial y la innovación, con ello, el propósito del presente estudio son las posibilidades de aprovechamiento de la solución de silicato de sodio a partir de la ceniza de la corteza de arroz (CCA). Además, se adicionó Líquido Iónico (LI) y diferentes proporciones de silicio y niobio para buscar mejoras en las propiedades fisicoquímicas de los elastómeros. Mediante Difracción de Rayos X (XRD) se comprobó la obtención de material mesoporoso MCM-48 puro y, al emplearse relaciones molares variadas de Si/Nb, Nb-MCM-48. Cuando se aplicaba a los elastómeros, se concluía mediante par máximo y mínimo; tiempo óptimo y chamuscado, que la adición de LI y también de MCM provocó efectos en sus desempeños, tales como aceleración del tiempo de chamuscado y mejoras en las propiedades mecánicas. A visibilidade de reaproveitamento de materiais, subprodutos e coprodutos vem ganhando cada vez mais espaço em pesquisas acadêmicas, utilização industrial e inovação, com isso, o propósito do presente estudo são as possibilidades de utilização da solução de silicato de sódio proveniente da cinza da casca de arroz (CCA). Além disso, adicionou-se Líquido Iônico (LI) e diferentes relações de silício e nióbio para buscar melhorias nas propriedades físico-químicas dos elastômeros. Por meio de Difração de Raios X (DRX) comprovou-se a obtenção do material mesoporoso do tipo MCM-48 pura e quando empregada variadas relações molares de Si/Nb, Nb-MCM-48. Ao aplicar em elastômeros, concluiu-se por meio de torque máximo e mínimo; tempo ótimo e scorch, que o acréscimo de LI e também da Nb-MCM causaram efeitos nos seus desempenhos, como aceleramento do tempo de scorch e melhorias nas propriedades mecânicas.

Submitted by Fernanda de Freitas Quadros (ff.quadros@unesp.br) on 2022-04-08T17:27:01Z No. of bitstreams: 1 Estudo da influência de processamentos termomecânicos e do nióbio na estrutura, microestrutura e propriedades mecânicas selecionadas de novas ligas do sistema Ti-25Ta-Nb visando aplicações biomédicas.pdf: 4964909 bytes, checksum: a3ac76be70eaf0e284e0d5b609353a34 (MD5) Approved for entry into archive by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br) on 2022-04-11T11:14:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 quadros_ff_me_bauru.pdf: 4964909 bytes, checksum: a3ac76be70eaf0e284e0d5b609353a34 (MD5) Made available in DSpace on 2022-04-11T11:14:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 quadros_ff_me_bauru.pdf: 4964909 bytes, checksum: a3ac76be70eaf0e284e0d5b609353a34 (MD5) Previous issue date: 2022-03-09 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) No Brasil há um crescimento constante na demanda de próteses ortopédicas, decorrente do aumento da expectativa de vida. A liga mais utilizada atualmente como biomaterial é a Ti-6Al-4V (114 GPa), porém, estudos indicam que o alumínio e o vanádio podem causar reações adversas ao organismo. Outro problema a ser ressaltado é a diferença do módulo de elasticidade que é 2 a 4 vezes maior que o osso (35 GPa), ocasionando a reabsorção óssea. Logo, a necessidade de se desenvolver novas ligas de Ti que sejam inofensivas ao organismo, e que melhorem a qualidade de vida dos pacientes se torna eminente. O presente trabalho tem como objetivo desenvolver novas ligas de Ti com a presença de elementos β-estabilizadores como tântalo e nióbio, o sistema Ti-25Ta-xNb (x=10,20,30,40% em peso) foi analisado a partir da influência de tratamentos termomecânicos, como de homogeneização e solubilização, realizados respectivamente após o processo de fusão, e após o processamento de laminação. Em paralelo, será verificada a influência do nióbio como elemento substitucional. Para estudar diferentes fatores das ligas, foram realizadas caracterizações química, estrutural, microestrutural e mecânica, além da biocompatibilidade do sistema desenvolvido. A caracterização química indicou que ligas apresentam boa homogeneidade e estequiometria adequada. Os difratogramas de raios X e as micrografias eletrônicas de varredura e ópticas apresentam resultados que corroboram entre si e indicam a presença das fases martensíticas α’, α” e fase β nas ligas com Ti-25Ta-10Nb e Ti-25Ta-20Nb. As ligas Ti-25Ta-30Nb e Ti-25Ta-40Nb apresentam exclusivamente picos característicos e grãos equiaxiais da fase β, com isso estas ligas consideradas β apresentam menores valores de dureza em comparação às demais ligas do sistema. Todas as composições desenvolvidas neste trabalho são atóxicas ao organismo e apresentam baixo módulo de elasticidade quando comparadas ao Ti-cp e a liga Ti-6Al-4V. A liga Ti-25Ta-20Nb na condição solubilizada a liga que apresenta menor valor de módulo de elasticidade (66 GPa). Ao fim pode-se considerar que o sistema Ti-25Ta-xNb apresenta resultados promissores e pode ser utilizado para fins biomédicos. In Brazil, there is a constant growth in the demand for orthopedic prostheses due to life expectancy. The alloy most used today as a biomaterial is Ti-6Al-4V (114 GPa); however, studies indicate that aluminum and vanadium can cause adverse reactions to the body. Another problem to be highlighted is the difference in the modulus of elasticity around 2 to 4 times greater than that of bone (35 GPa), which causes bone resorption. Therefore, the need to develop new Ti alloys that are harmless to the organism and improve patients' quality of life becomes imminent. Thus, the present work aims to create new Ti alloys with the presence of β-stabilizing elements such as tantalum and niobium, the Ti-25Ta-xNb system (x=10,20,30,40% by weight) was analyzed at from the influence of thermomechanical treatments, such as homogenization and solubilization, carried out respectively after the melting process, and after the lamination process. Together, the influence of niobium as a substitutional element will be verified. In order to study different factors of the alloys, chemical, structural, microstructural, and mechanical characterizations were carried out, in addition to the biocompatibility of the developed system. The chemical characterization indicated that alloys present good homogeneity and adequate stoichiometry. X-ray diffractograms and scanning electron and optical micrographs present results that corroborate each other and indicate the presence of martensitic α', α” and β phases in alloys with Ti-25Ta-10Nb and Ti-25Ta-20Nb. The Ti- 25Ta-30Nb and Ti-25Ta-40Nb alloys have exclusively characteristic peaks and equiaxed grains of the β phase, so these alloys considered β have lower hardness values than the other alloys in the system. All the compositions developed in this work are non-toxic to the organism and have a low modulus of elasticity when compared to Ti-cp and Ti-6Al- 4V alloy. The solubilized alloy Ti-25Ta-20Nb has the lowest modulus (66 GPa). In the end, it can be considered that the Ti-25Ta-xNb system presents promising results and can be used for biomedical purposes.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Nanopartículas magnéticas (MNPs) têm recebido especial interesse pelo amplo escopo de aplicações tecnológicas tais como nanoadsorventes magnéticos eficientes e de baixo custo para remoção de metais contaminantes na água. No presente trabalho, nanoferritas e nanoferritas nióbio foram sintetizadas pelo método de co-precipitação, caracterizadas e avaliadas como materiais nanoadsorventes na remoção de íons metálicos de Pb+2, Fe+3, Al+3, Mn+2 de soluções aquosas e em condições reais com água do Rio Doce. Foi realizado um estudo de prospecção tecnológica da tecnologia com o uso das nanopartículas de ferritas nióbio em aplicações de remoção de metais na água com o fim de avaliar a maturidade da tecnologia quando comparado com os outros nanoadsorventes magnéticos e encontrou-se que o nanomaterial não tem alto grau de maturidade, porém a novidade do material na remoção de metais na água. As nanopartículas preparadas foram caracterizadas por FTIR, DRS, medições de tamanho e potencial zeta, fluorescência de raios X por reflexão total – TXRF, espectroscopia raman, difração de raios X, termogravimetria, microscopias de transmissão e varredura TEM e MEV, medidas de magnetização, espectroscopia de ressonância paramagnética electrónica - EPR, espectroscopia Mössbauer e análise de adsorção gasosa de Nitrogênio. Os resultados mostraram partículas magnéticas de dimensões nanométricas, morfologias esféricas variáveis com diâmetros entre 3 e 20 nm e comportamento superparamagnético a temperatura ambiente. O recobrimento com citrato e β-ciclodextrina, mostrou uma diminuição na agregação das nanopartículas. Os resultados de adsorção de metais, mostraram a remoção de 100% dos íons de Pb+2 e de 63% dois íons de Fe+3 em solução aquosa. A prova de conceito feita com a água do Rio Doce, mostra a remoção de 74,8% de íons de Mn+2 e 38,9% de íons de Pb+2. Em função dos resultados obtidos nesse trabalho, concluiu-se que as nanoferritas de nióbio apresentam um grande potencial tecnológico como material magnético nanoadsorvente de alta eficiência na remoção de íons como Pb+2, Fe+3 e Mn+2 de águas contaminadas. Magnetic nanoparticles (MNPs) have received special interest due a wide range of technological applications, including efficient and low-cost magnetic nanoadsorbents for the removal of contaminating metals in water. In the present work, nanoferrites and niobium nanoferrites were synthesized by co-precipitation method, characterized, and evaluated as nanoadsorbent materials in the removal of Pb+2, Fe+3, Al+3, Mn+2 metal ions from aqueous solutions and under real-world conditions with water from the Rio Doce. The use of niobium ferrite nanoparticles in metal removal applications in water were compared to other magnetic nanoadsorbents to assess the maturity of the technology, and it was discovered that the nanomaterial lacks technological maturity, nevertheless the novelty of the material is metal removal in water. To characterize the nanoparticles, researchers used FTIR, DRS, size and zeta potential measurements, total reflection X-ray fluorescence - TXRF, Raman spectroscopy, X-ray diffraction, thermogravimetry, transmission and scanning microscopy TEM and SEM, magnetization measurements, electron paramagnetic resonance spectroscopy - EPR, Mössbauer spectroscopy, and nitrogen gas adsorption analysis. The findings revealed magnetic particles with nanometric dimensions, variable spherical morphologies with diameters ranging from 3 to 20 nm, and superparamagnetic behavior at room temperature. The aggregation of nanoparticles was reduced when they were coated with citrate and β-cyclodextrin. The metal adsorption results showed that 100% of Pb+2 ions and 63% of two Fe+3 ions were removed in aqueous solution, The proof of concept using Rio Doce water demonstrate the removal of 74.8% of Mn+2 ions and 38.9% of Pb+2 ions. According to the result of this research, niobium nanoferrites have significant technological potential as a high efficiency nanoadsorbent magnetic material for removing ions such as Pb+2, Fe+3, and Mn+2 from contaminated water.

Political pressure to expand mining to protected areas in near-pristine regions urges strategic-level anticipation of the impacts of infrastructure provision necessary to support mining development. Undeveloped niobium deposits in Northwestern Amazon were broadcasted as of primary interest of Brazilian politicians, what called attention to the risks to ecosystem conservation and indigenous people in this key biodiversity area. Given this current threat, we investigated different scenarios of mining expansion in the region and found that it would entail significant cumulative forest loss, affecting biodiversity and ecosystem services. If conciliation of niobium exploitation and conservation is possible, it would require strengthening the assessment of cumulative impacts under the current environmental impact assessment process by: (i) providing terms of reference with straightforward requirements and criteria; (ii) produce a public database and standardize procedures for data acquisition; (iii) use and development of retrospective and prospective investigative protocols. These ingredients are lacking in the current political trend of weakening environmental legislation and governance, therefore Amazon niobium should be kept in the ground.

Introduction: The so-called nanomaterials are considered by many, materials that have their structure restricted to dimensions from 1 to 100 nm. Nanomaterials have a wide range of applications in biomedicine, food and agriculture, drugs and vaccines, and especially in catalysis. Objective: to show the applications of graphene and niobium nanomaterials in medicine, highlighting their promising results in this field. Methodology: This is a descriptive research of the narrative literature review type. The search was carried out through online access in the National Library of Medicine (PubMed MEDLINE), Scientific Electronic Library Online (Scielo), Cochrane Database of Systematic Reviews (CDSR), Google Scholar, Virtual Health Library (BVS) and EBSCO databases Information Services, November 2021. Results and discussion: Reduced graphene oxide has been shown to be an excellent photothermal agent, allowing the efficient elimination of tumors in in vivo experiments, as well as, due to the excellent electrical conductivity of graphene, it promises to improve the conversion of synapses into motion. Furthermore, the use of niobium is growing in the medical field as an alloying element to increase the mechanical strength of biocompatible orthopedic implants. Final considerations: Thus, it is possible to say that there are many benefits that graphene and niobium, interconnected with nanotechnology, will generate to humanity, and especially to medical advances. Introducción: Los denominados nanomateriales son considerados por muchos, materiales que tienen su estructura restringida a dimensiones de 1 a 100 nm. Los nanomateriales tienen una amplia gama de aplicaciones en biomedicina, alimentación y agricultura, medicamentos y vacunas, y especialmente en catálisis. Objetivo: mostrar las aplicaciones de los nanomateriales de grafeno y niobio en medicina, destacando sus prometedores resultados en este campo. Metodología: Se trata de una investigación descriptiva del tipo revisión de literatura narrativa. La búsqueda se realizó mediante acceso online en la Biblioteca Nacional de Medicina (PubMed MEDLINE), Scientific Electronic Library Online (Scielo), Cochrane Database of Systematic Reviews (CDSR), Google Scholar, Virtual Health Library (BVS) y bases de datos EBSCO Information Services. , Noviembre de 2021. Resultados y discusión: Se ha demostrado que el óxido de grafeno reducido es un excelente agente fototérmico, permitiendo la eliminación eficiente de tumores en experimentos in vivo, así como, debido a la excelente conductividad eléctrica del grafeno, promete mejorar la conversión de sinapsis en movimiento. Además, el uso de niobio está creciendo en el campo médico como un elemento de aleación para aumentar la resistencia mecánica de los implantes ortopédicos biocompatibles. Consideraciones finales: Así, se puede decir que son muchos los beneficios que el grafeno y el niobio, interconectados con la nanotecnología, generarán a la humanidad, y especialmente a los avances médicos. Introdução: Os chamados nanomateriais são considerados por muitos, materiais que possuem sua estrutura restrita a dimensões de 1 a 100 nm. Os nanomateriais apresentam uma extensa faixa de aplicações como na biomedicina, na área de alimentos e agricultura, drogas e vacinas e principalmente na catálise. Objetivo: evidenciar as aplicações dos nanomateriais grafeno e nióbio na medicina, ressaltando seus resultados promissores nesse campo. Metodologia: Trata-se de uma pesquisa descritiva do tipo revisão narrativa da literatura. A pesquisa foi realizada através do acesso online nas bases de dados National Library of Medicine (PubMed MEDLINE), Scientific Electronic Library Online (Scielo), Cochrane Database of Systematic Reviews (CDSR), Google Scholar, Biblioteca Virtual em Saúde (BVS) e EBSCO Information Services, no mês de novembro de 2021. Resultados e discussão: O óxido de grafeno reduzido tem se mostrado um excelente agente fototérmico, permitindo a eliminação eficiente de tumores em experimentos in vivo, bem como, devido a excelente condutividade elétrica do grafeno promete melhorar a conversão das sinapses em movimento. Além disso, o uso de nióbio cresce no campo da medicina como elemento de liga para aumento de resistência mecânica para implantes ortopédicos biocompatíveis. Considerações finais: Assim, é possível afirmar que são muitos os benefícios que o grafeno e o nióbio, interligados com as nanotecnologias, gerarão à humanidade, e, principalmente aos avanços da medicina.

The need to replace fossil fuels with biofuels is not a fresh topic in the academic community. Researchers have been studying and developing alternative fuels for decades and, as a result, fuels such as biodiesel and first-generation ethanol have been consolidated on the market. However, these first-generation biofuels compete with the food industry, which affects their supply and price. On the other hand, second-generation fuels are produced from lignocellulosic biomass and organic waste from urban and agro-industrial activities, not competing with the food industry. Nevertheless, most of these processes are still economically unfeasible. Two of the main contributions to this unfeasibility are the low performance of the processes (low conversion of raw material and low selectivity of products of interest) and the high cost of catalysts, which are often made of noble metals of little availability. Niobium is a metal with several applications, but still little explored industrially as a catalyst, despite having interesting properties for this purpose. This review article compiles works involving the use of niobium and its compounds as a catalyst in various biofuel production processes, such as esterification, pyrolysis, liquefaction, Fischer-Tropsch synthesis, deoxygenation, among others. In addition to the literature review, this paper presents a critical analysis regarding the applications of each process and technology as well as the research developed by the authors. A necessidade de substituir combustíveis fósseis por biocombustíveis não é um tema recente na comunidade acadêmica. Pesquisadores estudam e desenvolvem combustíveis alternativos há décadas e, com isso, combustíveis como o biodiesel e o etanol de primeira geração se consolidaram no mercado. No entanto, esses biocombustíveis de primeira geração competem com a indústria de alimentos, o que afeta sua oferta e preço. Por outro lado, os combustíveis de segunda geração são produzidos a partir de biomassa lignocelulósica e resíduos orgânicos de atividades urbanas e agroindustriais, não competindo com a indústria de alimentos. No entanto, a maioria desses processos ainda não é economicamente viável. Duas das principais contribuições para essa inviabilidade são o baixo desempenho dos processos (baixa conversão da matéria-prima e baixa seletividade dos produtos de interesse) e o alto custo dos catalisadores, que muitas vezes são feitos de metais nobres de pouca disponibilidade. O Nióbio é um metal com diversas aplicações, mas ainda pouco explorado industrialmente como catalisador, apesar de possuir propriedades interessantes para essa finalidade. Este artigo de revisão compila trabalhos envolvendo o uso do nióbio e seus compostos como catalisador em diversos processos de produção de biocombustíveis, como esterificação, pirólise, liquefação, síntese Fischer-Tropsch, desoxigenação, entre outros. Além da revisão da literatura, este artigo apresenta uma análise crítica a respeito das aplicações de cada processo e tecnologia, bem como das pesquisas desenvolvidas pelos autores.

Orientador: Hudson Giovani Zanin Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O desenvolvimento de dispositivos armazenadores de energia tem grande importância no cenário mundial atual, que cada vez mais demanda por produtos e por fontes de geração de energia que utilizam supercapacitores e baterias, tais como os carros elétricos e a energia eólica. Supercapacitores sofrem com baixa densidade de energia, porém são dispositivos que disponibilizam alta densidade potência e que podem ser carregados e descarregados centenas de milhares de vezes. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho foi desenvolver um dispositivo que combinasse processos não-faradaicos de dupla camada elétrica (típico de supercapacitores) e processos pseudocapacitivos faradaicos (típicos de baterias). Eletrodos flexíveis e autossuportados de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM) foram produzidos e funcionalizados por plasma de oxigênio. Esses eletrodos com e sem funcionalização foram estudados por métodos eletroquímicos em configuração simétrica e utilizando eletrólito aquoso neutro. NTCPMs também foram utilizados como estrutura suporte de eletrodos flexíveis e autossuportados de carvão ativado (CA), material capacitivo poroso de alta área superficial, e de pentóxido de nióbio ortorrômbico (T-Nb2O5), material pseudocapacitivo devido a rápida intercalação de íons Li+. Ambos os eletrodos foram estudados por métodos eletroquímicos em configuração assimétrica e utilizando eletrólito orgânico. O desenvolvimento desses dispositivos também depende de avanços na compreensão dos fenômenos químicos da superfície dos eletrodos e da interface entre eletrodo/eletrólito. Por esse motivo, análises de espectroscopia Raman in situ e em operação foram feitas com foco no processo de pseudocapacitância do eletrodo de T-Nb2O5 (eletrodo negativo). Os resultados do presente trabalho confirmam que eletrodos de carbono de alta superficial podem melhorar as características elétricas de supercapacitores. Especialmente os NTCPMs, os quais propiciam altas densidades de potência e têm excelentes propriedades eléctricas, demostraram ser um ótimo material de suporte para outros materiais, e justamente por isso eles foram utilizados em conjunto com CA e T-Nb2O5. Embora fosse esperado um aumento maior no armazenamento de energia por meio da funcionalização, também foi notado que NTCPMs per se sofrem de baixa densidade de energia devido as suas paredes múltiplas internas não serem eletricamente ativas. Contudo, o estudo destes dispositivos permitiu propor um modelo teórico para representar o comportamento da capacitância distribuída e da influência da resistência ôhmica do eletrólito no interior dos poros do material no processo de armazenamento da carga. A interação entre reações faradaicas e não-faradaicas, i.e., entre capacidade (Coulomb) e capacitância (Farad), precisa considerar as constantes de tempo envolvidas em cada processo. A capacitância distribuída aplicada a dispositivos e eletrodos pseudocapacitivos se mostrou um ótimo meio de avaliar e viabilizar essa interação complexa. O T-Nb2O5 permite uma rápida reação faradaica de difusão de íons de lítio através da estrutura do material ativo. Neste sentido, a análise Raman in situ e em operação foi crucial para esclarecer os mecanismos eletroquímicos do material e da sua superfície, assim como as voltagens de intercalação do Li+ no dispositivo assimétrico. Foi possível combinar elétrodos típicos de bateria e eletrodos essencialmente capacitivos. A reação pseudocapacitiva de intercalação do T-Nb2O5 foi suficientemente rápida para viabilizar um armazenador de energia de alta potência que armazena 45% e ~2,5 vezes mais energia que um supercapacitor com eletrodos de CA, considerando tempos de carga e descarga entre 5 segundos e 2 minutos, respectivamente, nas mesmas condições e com capacidades de potência semelhantes Abstract: The development of energy storage devices is vital nowadays. There is an increasing demand for products and energy generation sources using supercapacitors and batteries, such as electric vehicles and wind power. Supercapacitors suffer from low energy density, but they provide high power density and can be charged and discharged hundreds of thousands of times. In this sense, this work aims at developing a device that combines non-faradaic double-layer reactions (typical of supercapacitors) and faradaic pseudocapacitive reactions (typical of batteries). Flexible and self-supporting multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) electrodes were produced and functionalized by oxygen-plasma (OPF) treatment. The as-prepared and OPF treated electrodes were studied by electrochemical methods in a symmetric configuration using a neutral aqueous electrolyte. The MWCNTs were also used as a scaffold for flexible and self-supported activated carbon (AC) electrodes, a capacitive porous material with a high surface area, and orthorhombic niobium pentoxide (T-Nb2O5), a pseudocapacitive material due to the rapid intercalation of Li+ ions. These two types of electrodes were analyzed by electrochemical methods in asymmetric configuration and using an organic electrolyte. These devices' development also depends on advances in understanding the chemical phenomena at the electrodes' surface and the electrode/electrolyte interface. For this reason, in situ and operando Raman spectroscopy studies were performed, focusing on the T-Nb2O5 pseudocapacitance reactions (negative electrode). Results of the present study confirm that high surface area carbon electrodes can improve the electrical characteristics of supercapacitors. Especially MWCNTs, which provide high power densities and present excellent electrical properties, have been proved a great scaffold. That is why they were used together with AC and T-Nb2O5. Although a higher increase in energy storage was initially expected with the plasma-induced surface changes, MWCNTs per se suffer from low energy density because their inner multiples walls are not electrically active. However, a theoretical model was proposed to understand the distributed capacitance behavior and the influence of the electrolyte resistance inside the different pores on the charge-storage process. Time constants involved in each process need to be considered in the interaction between faradaic and non-faradaic reactions, i.e., between capacity (Coulomb) and capacitance (Farad). The distributed capacitance applied to pseudocapacitance devices and electrodes has been proved an excellent way to assess and enable this complex interaction. The T-Nb2O5 allows a fast faradaic reaction of lithium-ion diffusion throughout the bulk of the active material. The operando Raman analysis was crucial for clarifying the electrochemical mechanisms of the material and its surface, as well as the Li+ intercalation potentials at asymmetric configuration. Typical battery electrodes and essentially capacitive electrodes were successfully combined. The T-Nb2O5 intercalation pseudocapacitance reaction was fast enough to enable a high-power energy storage device. It stores 45% and ~2.5 times more energy than an AC based supercapacitor, considering charge-discharge times between 5 seconds and 2 minutes, respectively, in the same conditions and with similar power capabilities Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica FAPESP 2017/19222-4

O aumento do uso de energia, com seu consequente aumento no uso de combustíveis fósseis tem gerado grandes interesses de estudo na atualidade. Destacando os processos fotocatalíticos, que tem como objetivo a realização de processos químicos através do uso de ondas eletromagnéticas como fonte de energia. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de novos catalisadores à base de nióbio para uso na síntese fotocatalítica de hidrocarbonetos, utilizando como matéria prima dióxido de carbono (CO2), e água. Através da síntese sol-gel, foram sintetizados niobato de potássio (KNbO3), e niobato de potássio com prata. As amostras de KNbO3 foram tratadas termicamente entre 500 e 800 °C para cristalização do material. Com base nos resultados de DRX, definiu-se a melhor temperatura de tratamento térmico. Essa temperatura foi utilizada para o tratamento das amostras com adição de prata (5, 10, 15 e 20%). Os catalisadores foram caracterizados via Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia Raman, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios X (EDS). Os materiais foram avaliados na forma de pó para a produção dos hidrocarbonetos, analisando a produção via cromatografia gasosa. Analisando o resultado da DRX, observa-se a temperatura de 700 ºC como ideal para tratamento térmico, que também resultou em uma maior produção do metanol. Em concentração de 1,53 mg.L-1. Os materiais com percentuais de prata adicionados à sua estrutura, tiveram sua produção de metanol reduzida, indicando mudanças na reação inicialmente proposta. The constant increase in energy consumption has led humanity to maximize nonrenewable fuel usage. Hence, significant studies have been developing over the years to create alternative energy sources. Therefore, photocatalytic processes, whose main objective is to generate chemical products using light as activation energy, highlight the advancements in this field of study. This work aims to develop new niobium-based photocatalysts to generate hydrocarbons through photocatalysis, using only carbon dioxide (CO2) and water. The catalysts, potassium niobate and silver-potassium niobate, were synthesized through the sol-gel method, with thermal treatment at 500 to 800 ºC. Optimal synthesis conditions were evaluated through XRD, concluding that the 700 ºC heat-treated catalysts were better, só. This temperature was used as a thermal treatment for the material synthesized with silver (5, 10, and 20 %). Those materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive X-Ray spectroscopy (EDS). The powdered materials were evaluated to produce hydrocarbons using gaschromatography, resulting in the 700 ºC treated catalyst, without silver addition, as the best for this process. When silver was present in the structure, the methanol production was reduced, indicating possible shifts in the synthesis direction to another hydrocarbon.

Ligas de alumínio são utilizadas em diversas aplicações devido à baixa densidade e versatilidade graças a adição de elementos de liga, tratamentos térmicos, trabalho a frio e técnicas de conformação. Entretanto, estão susceptíveis à corrosão localizada quando expostas em ambientes com cloreto. Processos de pré e pós-tratamento para aumentar a resistência à corrosão dessas ligas metálicas foram estudados ao longo das últimas décadas, especialmente em busca por processos isentos de compostos de cromo hexavalente (tóxico e carcinogênico), como a anodização de alumínio com eletrólitos livres de cromo. O objetivo deste trabalho foi caracterizar o óxido anódico de alumínio produzido pela anodização dupla da liga de alumínio AA1100 em soluções aquosas de ácido cítrico e complexo oxalato amoniacal de nióbio hidratado (NbO-ANO). A anodização dupla foi feita em duas etapas principais: a primeira consistiu em uma anodização porosa padrão em ácido sulfúrico e a segunda consistiu na reanodização da amostra em um eletrólito capaz de promover o espessamento da camada barreira do óxido anódico. Em um processo inovador, o eletrólito a base de NbO3+ foi utilizado objetivando, além do espessamento da camada barreira, a simultânea incorporação de possível inibidor de corrosão. Além dos transientes de anodização, foi realizada a análise da morfologia, por Microscopia Eletrônica de Varredura, do óxido anódico produzido e a sua composição química foi determinada por Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por raios X. O comportamento eletroquímico foi estudado com os resultados de Polarização Linear e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica. Verificou-se na segunda etapa da anodização dupla ser possível promover o espessamento da camada barreira até cerca de 350 nm por polarização galvanostática até ser atingida a tensão de célula de 300 V, ainda que em algumas condições tenha ocorrido quebra do dielétrico. A incorporação de nióbio nas amostras anodizadas a base de NbO3+ foi comprovada, sendo que o nióbio se encontra provavelmente como Nb5+. Foi comprovado o aumento da resistência à corrosão de amostras pela anodização dupla, tanto pelo espessamento da camada barreira do óxido anódico quanto pela incorporação de inibidor. Aluminum alloys are used in many applications because of their low density and versatility due to alloying elements, heat treatment, cold working, and forming methods. However, they are susceptible to localized corrosion when exposed to environments with chloride. Processes of pretreatment and post-treatment to increase the corrosion resistance of these metal alloys have been studied over the last decades, especially in search of processes free of hexavalent chromium compounds (toxic and carcinogenic), such as anodizing aluminum with chrome-free electrolytes. The objective of this dissertation was to characterize the anodic aluminum oxide produced by the anodizing of the aluminum alloy AA1100 in aqueous solutions of citric acid and ammonium niobium oxalate complex. The double anodizing was carried out in two main steps: the first consisted of a standard porous anodizing in sulfuric acid, and the second consisted of re-anodizing the sample in an electrolyte capable of promoting the thickness of the anodic oxide barrier layer. The NbO3+ based electrolyte was used in an innovative process, aiming at the simultaneous incorporation of a possible corrosion inhibitor, in addition to the barrier layer thickness. Aside from the anodizing transients, the morphology analysis of the anodic oxide produced by Scanning Electron Microscopy was performed, and its chemical composition was determined by X-ray Photoelectron Spectroscopy. The electrochemical behavior was studied with Linear Polarization and Electrochemical Impedance Spectroscopy. It was verified in the second stage of double anodizing that it was possible to increase the thickness of the barrier layer up to about 350 nm by galvanostatic polarization until the cell voltage of 300 V was reached, although in some conditions there was a dielectric breakdown. The incorporation of niobium in the anodized samples with the base of NbO3+ was confirmed by XPS, and the element is probably in its highest oxidation state, Nb5+. The increase in the corrosion resistance of samples by double anodizing was proven, both by the anodic oxide barrier layer thickness and by incorporating the inhibitor.

RESUMO Sistemas de freio a disco são utilizados em alta escala na indústria automotiva mundial, devido à sua eficiência, simplicidade do sistema e fácil manutenção. Neste trabalho, foram desenvolvidos discos de freio de ferro fundido cinzento modificado com nióbio. Foram estudadas as adições de nióbio de 0,11%, 0,17% e 0,26% à composição química de um ferro fundido cinzento comercial. Os discos de freio foram fundidos e usinados até as dimensões e acabamento finais para aplicação. A microestrutura foi avaliada utilizando um microscópio óptico e um software de análise de imagens digitais. O teste de desempenho da frenagem e desgaste foram realizados em um dinamômetro de inércia. Testes não destrutivos foram conduzidos usando líquidos penetrantes para revelar trincas após o teste de frenagem. Além disso, a geração de trincas devido a tensões mecânicas e térmicas cíclicas sofridas pelos discos durante o uso foi explicada. Com o aumento da adição de Nb, observou-se uma tendência ao aumento da estabilidade do atrito e velocidade de assentamento, diminuição da temperatura e redução da perda de desgaste. A adição de nióbio melhorou o comportamento dos discos de freio principalmente na redução ao desgaste do par de atrito, 31% para o disco e 15,5% para as pastilhas. Os melhores resultados foram encontrados no disco 4 com 0,26% de Nb. ABSTRACT Disc brake systems are used on a large scale in the global automotive industry, due to their efficiency, system simplicity and easy maintenance. In this work, niobium-modified gray cast iron brake discs were developed. Niobium additions of 0.11%, 0.17% and 0.26% to the chemical composition of a commercial gray cast iron were studied. The brake discs were cast and machined to final dimensions and finish for application. The microstructure was evaluated using an optical microscope and digital image analysis software. Braking performance and wear test were performed on an inertia dynamometer. Non-destructive testing was conducted using penetrating liquids to reveal cracks after the braking test. In addition, the generation of cracks due to cyclical mechanical and thermal stresses suffered by the discs during use was explained. With increasing the Nb addition, there was a tendency to increase the friction stability and settlement speed, a decrease in the braking temperature and a reduction of wear loss. The addition of niobium improved the behavior of the brake discs, mainly in reducing the wear of the friction pair, 31% for the disc and 15.5% for the pads. The best results were found with disc 4 containing 0.26% Nb.

Objectives In this study hybrid nanofibers embedded with niobium pentoxide (Nb2O5) were synthesized, incorporated in self-adhesive resin cement, and their influence on physical-properties was evaluated. Methods Poly(D,L-lactide), PDLLA cotton-wool-like nanofibers with and without silica-based sol–gel precursors were formulated and spun into submicron fibers via solution blow spinning, a rapid fiber forming technology. The morphology, chemical composition and thermal properties of the spun fibers were characterized by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and differential scanning calorimetry (DSC), respectively. Produced fibers were combined with a self-adhesive resin cement (RelyX U200, 3 M ESPE) in four formulations: (1) U200 resin cement (control); (2) U200 + 1 wt.% PDLLA fibers; (3) U200 + 1 wt.% Nb2O5-filled PDLLA composite fibers and (4) U200 + 1 wt.% Nb2O5/SiO2-filled PDLLA inorganic–organic hybrid fibers. Physical properties were assessed in flexure by 3-point bending (n = 10), Knoop microhardness (n = 5) and degree of conversion (n = 3). Data were analyzed with One-way ANOVA and Tukey’s HSD (α = 5%). Results Composite fibers formed of PDLLA-Nb2O5 exhibited an average diameter of ∼250 nm, and hybrid PDLLA + Nb2O5/SiO2 fibers were slightly larger, ∼300 nm in diameter. There were significant differences among formulations for hardness and flexural strength (p < 0.05). Degree of conversion of resin cement was not affected for all groups, except for Group 4 (p < 0.05). Significance Hybrid reinforcement nanofibers are promising as fillers for dental materials. The self-adhesive resin cement with PDLLA + Nb2O5 and PDLLA + Nb2O5/SiO2 presented superior mechanical performance than the control group. Keywords Cotton-wool-like nanofibersHybridsMechanical propertiesNiobium pentoxideResin cementSolution blow spinning

[ES] En este TFG se ha estudiado el efecto promotor del Nb en la reacción HDO de glicerol en catalizadores de Ni-alúmina. Se han analizado seis catalizadores: uno usado de referencia sin dopaje de niobio, tres sintetizados mediante sol-gel con diferentes cantidades de niobio, y dos más dopados con niobio sintetizados mediante coimpregnación e impregnación secuencial. Se han analizado sus propiedades físico-químicas y se ha evaluado su actividad, concluyendo que los catalizadores sintetizados mediante impregnación poseen un mejor rendimiento y son más adecuados. Idioma: Español.

Granularity is one of the main features restricting the maximum current which a superconductor can carry without losses, persisting as an important research topic when applications are concerned. To directly observe its effects on a typical thin superconducting specimen, we have modeled the simplest possible granular system by fabricating a single artificial weak-link in the center of a high-quality Nb film using the focused ion beam technique. Then, its microstructural, magnetic, and electric properties in both normal and superconducting states were studied. AC susceptibility, DC magnetization, and magneto-transport measurements reveal well-known granularity signatures and how they negatively affect superconductivity. Moreover, we also investigate the normal state electron scattering mechanisms in the Boltzmann theory framework. The results clearly demonstrate the effect of the milling technique, giving rise to an additional quadratic-in-temperature contribution to the usual cubic-in-temperature sd band scattering for the Nb film. Finally, by analyzing samples with varying density of incorporated defects, the emergence of the additional contribution is correlated to a decrease in their critical temperature, in agreement with recent theoretical results.

El objetivo del presente trabajo de final de grado, es el estudio de la mineralogía, texturas y química mineral de las mineralizaciones peribatolíticas, tipo greisen, de W-Sn-(Nb) localizadas en Escacena del Campo, Huelva. Las muestras estudiadas, fueron recolectadas durante los trabajos de campo realizados en el depósito mineral, de reciente descubrimiento, tras varios años de trabajo en el sector. Tanto el wolframio como el estaño y el niobio, son elementos que se encuentran dentro de la lista de materias primas críticas, establecido por la Unión Europea, en el documento “Resiliencia de las materias primas fundamentales: trazando el camino hacia un mayor grado de seguridad y sostenibilidad”, en septiembre de 2020, en la que se publica la lista de materias primas fundamentales para la UE en 2020, así como los desafíos que plantea un suministro seguro y sostenible de las mismas y las acciones dirigidas a incrementar la resiliencia y la autonomía estratégica abierta de la UE. Geológicamente hablando, la zona de interés, se encuentra dentro de la Faja Pirítica Ibérica (FPI), localizada dentro del dominio Surportugués del macizo Ibérico. En la FPI se encuentra una de las mayores concentraciones de mineralizaciones de sulfuros masivos del mundo, sin embargo, las mineralizaciones hidrotermales tardivariscas, nunca han merecido mucha atención por parte de la industria minera en este sector, siendo este estudio, unos de los pocos que detallan la mineralogía, con interés económico, asociado a esta tipología de depósitos minerales en el área seleccionada. La mineralización, consiste en filones de cuarzo con wolframita, casiterita y en los que es posible observar una muscovitización típica de la alteración hidrotermal tipo greisen. Tras un estudio detallado de la mineralogía y la química mineral, se ha podido descubrir que la wolframita, posee anomalías en Nb (del orden de 300 ppm) que aportan un gran valor añadido a la ya interesante mineralización de wolframio y estaño.

One of the main materials used in the production of automobile parts is gray cast iron. This material is widely used in the production of brake discs. The aim of this study was to evaluate the mechanical and physical behavior of four pearlitic gray cast iron alloys. For this purpose, four alloys named: base alloy, base alloy + 0.10% Nb, base alloy + 0.20% Nb and base alloy + 0.15% Mo, were cast and subsequently evaluated for: chemical composition, tensile strength at temperatures of 22°C, 380°C, 480°C, 580°C and 680°C, hardness, microstructure and thermal diffusivity. In tensile strength tests at temperatures from 22°C to 680°C, it was observed that when added to the base alloy, the elements niobium and molybdenum increase the strength limit of gray cast iron, as they form carbides and promote the refining of perlite. The addition of Nb or Mo also increased the hardness of the alloys in relation to the base alloy. Regarding the microstructure, it was also possible to observe that the alloys with the addition of Nb or Mo had slightly more refined graphite. Diffusivity tests showed that the base cast iron + 0.10% Nb has better diffusivity results at all tested temperatures (380°C, 480°C, 580°C, and 680°C). This fact may be associated with the increased amount of graphite and the addition of 0.10% niobium content. Uno de los principales materiales en la fabricación de piezas de automóvil es el hierro fundido gris, material utilizado en la fabricación de discos de freno. El propósito de este estudio fue evaluar el comportamiento mecánico y físico de cuatro aleaciones de hierro fundido gris perlítico. Para ello, se moldearon cuatro aleaciones denominadas aleación base, aleación base + 0,10% Nb, aleación base + 0,20% Nb y aleación base + 0,15% Mo, y posteriormente se evaluaron para: composición química, resistencia a la tracción a temperaturas de 22°C, 380°C, 480°C, 580°C y 680°C, dureza, microestructura y difusividad térmica. En ensayos de resistencia a la tracción a temperaturas de 22 ° C a 680 ° C, se observó que al agregarse a la aleación base, los elementos niobio o molibdeno aumentan la dureza de la fundición gris, ya que son fuertes formadores de carburos de alta dureza y promueven el refinamiento de la perlita. En cuanto a la microestructura, se pudo observar que la matriz metálica es muy similar para todas las aleaciones, con tendencia a disminuir el tamaño del grafito cuando se agregan los elementos niobio o molibdeno. Através de las pruebas de difusividad se pudo observar que la aleación denominada aleación base + 0,10% Nb presenta un mejor resultado de difusividad a todas las temperaturas probadas (380°C, 480°C, 580°C y 680°C). Este hecho se puede atribuir a la mayor cantidad de grafito y la adición de niobio en el contenido de 0,10%. Um dos principais materiais utilizados na fabricação de peças automobilísticas é o ferro fundido cinzento. Este material é amplamente utilizado na fabricação de discos de freios. A proposta deste estudo foi avaliar o comportamento mecânico e físico de quatro ligas de ferro fundido cinzento de matriz perlítica. Para tanto, quatro ligas denominadas: liga base, liga base + 0,10% Nb, liga base + 0,20% Nb e liga base + 0,15% Mo, foram fundidas e posteriormente avaliadas quanto à: composição química, resistência à tração nas temperaturas de 22°C, 380°C, 480°C, 580°C e 680°C, dureza, microestrutura e difusividade térmica. Nos ensaios de resistência à tração nas temperaturas de 22°C a 680°C, pôde-se observar que quando adicionados na liga base, os elementos nióbio e molibdênio elevam o limite de resistência do ferro fundido cinzento, pois são formadores de carbonetos e promovem o refino da perlita. A adição de Nb ou Mo elevou também a dureza das ligas em relação à liga base. Com relação à microestrutura, foi possível observar também que as ligas com adição de Nb ou Mo apresentaram grafita levemente mais refinada que a liga base. Através dos ensaios de difusividade, pôde-se observar que a liga denominada liga base + 0,10% Nb apresenta um resultado melhor de difusividade em todas as temperaturas testadas (380°C, 480°C, 580°C e 680°C). Este fato pode ser atribuído à maior quantidade de grafita e à adição de nióbio no teor de 0,10%.

[ES] El titanio comercialmente puro (CP-Ti) proporciona una excelente resistencia a la corrosión y tiene un amplio abanico de aplicaciones siendo el Ti6Al4V la aleación más utilizada en el ámbito de la biomedicina. Sin embargo, a pesar de sus características y comportamiento a corrosión, el titanio y sus aleaciones tienen un elevado precio debido a su complicada extracción y procesamiento. De esta situación surgen las técnicas de manufactura por pulvimetalurgia que han ganado una aceptación considerable en la fabricación en grandes cantidades de otros metales ligeros como el aluminio. Estas técnicas pueden proveer una forma económica de procesar aleaciones de titanio. El desarrollo de aleaciones de titanio mediante pulvimetalurgia implicaría una gran oportunidad para expandir las aplicaciones de estas aleaciones en un gran número de industrias como automoción, aeroespacial y particularmente la biomédica. Aunque los estudios de la adición de estaño en titanio para obtener aleaciones mediante pulvimetalurgia han sido limitados es interesante estudiar el comportamiento de estas debido a su buena biocompatibilidad y a sus propiedades mecánicas en contraposición al Ti6Al4V ya que al utilizarlo para implantes en óseos se ha comprobado que se producía un desgaste considerable en el hueso. Para estudiar el comportamiento de estas aleaciones se han generado muestras de Ti-1Sn, Ti-2Sn y Ti-4Sn mediante técnicas de pulvimetalurgia convencionales y se han estudiado sus propiedades mecánicas mediante ensayos de flexión a cuatro puntos, microdureza y excitación por impulso. También se ha estudiado su microestructura mediante microscopía óptica, electrónica de barrido y EBSD además de sus propiedades químicas mediante ensayos de liberación de iones y corrosión., [CA] El titani comercialment pur (CP-Ti) proporciona una excel·lent resistència a la corrosió i té un ampli ventall d'aplicacions sent el Ti6Al4V l'aliatge més utilitzat en l'àmbit de la biomedicina. No obstant això, malgrat les seues característiques i comportament a corrosió, el titani i els seus aliatges tenen un elevat preu degut a la seua complicada extracció i processament. D'aquesta situació sorgeixen les tècniques de manufactura per pulvimetalurgia que han guanyat una acceptació considerable en la fabricació en grans quantitats d'altres metalls lleugers com l'alumini. Aquestes tècniques poden proveir una forma econòmica de processar aliatges de titani. El desenvolupament d'aliatges de titani mitjançant pulvimetalurgia implicaria una gran oportunitat per a expandir les aplicacions d'aquests aliatges en un gran nombre d'indústries com a automoció, aeroespacial i particularment la biomèdica. Encara que els estudis de l'addició d'estany en titani per a obtindre aliatges mitjançant pulvimetalurgia han sigut limitats és interessant estudiar el comportament d'aquestes a causa de la seua bona biocompatibilitat i a les seues propietats mecàniques en contraposició al Ti6Al4V ja que en utilitzar-lo per a implants en ossis s'ha comprovat que es produïa un desgast considerable en l'os. Per a estudiar el comportament d'aquests aliatges s'han generat mostres de Ti-1Sn, Ti-2Sn i Ti-4Sn mitjançant tècniques de pulvimetalurgia convencionals i s'han estudiat les seues propietats mecàniques mitjançant assajos de flexió a quatre punts, microduresa i excitació per impuls. També s'ha estudiat la seua microestructura mitjançant microscòpia òptica, electrònica d'escombratge i EBSD a més de les seues propietats químiques mitjançant assajos d'alliberament d'ions i corrosió., [EN] Commercially pure titanium (CP-Ti) provides excellent corrosion resistance and has a wide range of applications, with Ti6Al4V being the most widely used alloy in the field of biomedicine. However, despite their characteristics and corrosion behavior, titanium and its alloys have a high price due to their complicated extraction and processing. Because of this situation, powder metallurgy manufacturing techniques arose and have gained considerable acceptance in the large quantity manufacturing of other light metals such as aluminum. These techniques can provide an inexpensive way to process titanium alloys. The development of titanium alloys by powder metallurgy would imply a great opportunity to expand the applications of these alloys in many industries such as automotive, aerospace and particularly biomedical. Although the studies of the addition of tin in titanium to obtain alloys by powder metallurgy have been limited, it is interesting to study their behavior due to their good biocompatibility and their mechanical properties in contrast to Ti6Al4V since, when used for implants in bone, it has been proven that there was considerable wear on the bone. To study the behavior of these alloys, samples of Ti-1Sn, Ti-2Sn and Ti-4Sn have been generated using conventional powder metallurgy techniques and their mechanical properties have been studied using four-point bending, microhardness and impulse excitation tests. Its microstructure has also been studied using optical, scanning electron and EBSD microscopy, as well as its chemical properties through ion release and corrosion tests.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Neste trabalho foi desenvolvido um estudo cinético do comportamento térmico de um oxicarbonato de nióbio, Nb2O4CO3.H2O. Um material inédito recentemente obtido no Departamento de Química da UFMG. Este material foi preparado por síntese solvotérmica assistida por micro-ondas e se apresenta na forma de nanocristais com hábito cristalino bem definido e com tamanho entre 200 – 500 nm. Estudos de decomposição térmica deste novo material mostraram um processo em múltiplas etapas, com transições para uma fase amorfa e posteriormente o T-Nb2O5, envolvendo liberação de gases como produtos (H2O, CO e CO2) e absorção de CO2. Um estudo cinético do comportamento térmico em condição isoconversional foi utilizado para um melhor entendimento deste novo material e das reações envolvidas na sua decomposição. A metodologia de Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) foi utilizada para se obter os valores de energia de ativação e do fator pré exponencial associados a constante cinética de diferentes etapas do processo de decomposição. O ajuste destes dados experimentais a partir de diferentes modelos cinéticos não foi adequado devido à complexidade da decomposição do oxicarbonato de nióbio. Para a análise deste mecanismo utilizou-se uma abordagem teórica que envolve o uso de uma Rede Neural MLP (neural multilayer perceptron). Esta rede permite o uso simultâneo e combinado de diferentes modelos para um melhor ajuste e entendimento da cinética de decomposição. Para os diferentes eventos observados ao longo do processo, a cinética pôde ser descrita por modelos de primeira ordem, difusão tridimensional e contração do sistema. In this work it was performed a kinetic study of the thermal behavior of a niobium oxycarbonate, Nb2O4CO3.H2O. This compound is a new and original material recently obtained at the Department of Chemistry / UFMG. This oxycarbonate was prepared from a microwave-assisted solvothermal method, resulting nanocrystals with a well-defined crystalline habit and particle size ranging from 200 to 500 nm. This new material decomposes from a multi-step process with an intermediate amorphous phase, resulting in crystalline T-Nb2O5 with concomitant gas production (H2O, CO and CO2) and CO2 absorption. An isoconversional kinetic analysis was used to study these complex decomposition events. The Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) methodology was used to accurately obtain the activation energy and the pre-exponential factor values associated to the kinetic constants. Different kinetic models were used for a mathematical description of these data. However, single kinetic models were not adequate to describe these complex decomposition events. An accurate analysis was performed from a new theoretical approach based on the construction of a multilayer perceptron neural network (MLP). This neural network uses the different kinetic models in a combined and simultaneous modeling for an accurate analysis of such thermal decomposition events. These different decomposition events where successfully described by a combination of first-order kinetic model with 3D diffusion and geometrical contraction models.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) A poluição da água potável devido a atividade industrial das últimas décadas pode trazer consequências ao abastecimento e à saúde da população. Processos oxidativos avançados (POAs) como a fotocatálise heterogênea são investigados na literatura para o desenvolvimento de dispositivos e tecnologias para o tratamento de água e efluentes industriais. Neste trabalho foi desenvolvido um semicondutor e investigadas as suas propriedades ópticas e eletrônicas que permitem a aplicação deste material como fotocatalisador heterogêneo no tratamento de efluentes. Foram anodizadas por Oxidação Eletrolítica à Plasma (PEO) amostras de alumínio em uma solução eletrolítica com e sem a presença do sal oxalato amoniacal de nióbio (OAN) para a adesão de nióbio na superfície do óxido formado para constituir o semicondutor. As amostras foram anodizadas sob modo galvanostático, com densidade de corrente de 10 mA/cm2, durante uma hora. Utilizando a ferramenta de planejamento fatorial foi investigado o efeito das variáveis de concentração de OAN e temperatura inicial da solução eletrolítica sobre algumas respostas investigadas. Foram investigadas respostas de síntese eletroquímica, morfologia, composição e energia de banda proibida dos semicondutores obtidos a partir dos cronopotenciogramas de síntese, micrografias, composição por espectroscopia de energia dispersiva e reflectância difusa. Foi possível observar influência das variáveis, em particular a variação da concentração da solução eletrolítica. Os testes de fotodegradação foram realizados utilizando soluções de azul de metileno (MB) e rodamina B (RhB) de concentrações de 2,5 mg/L e volumes de 5 mL por amostra do semicondutor sob radiação UV. Para os testes com MB, o aumento da temperatura e concentração do eletrólito apresentaram efeito de maior resposta na fotodegradação heterogênea do MB. Não foi possível a reutilização dos semicondutores na fotodegradação de MB mesmo após limpeza com água, álcool e acetona. Já para a fotodegradação da RhB, a amostra sintetizada sob menores condições de concentração e temperatura demonstrou maior fotodegradação no primeiro uso após 4 horas sob luz UV. Já para o reuso das amostras após a limpeza com água, apenas a amostra sintetizada sob maiores condições de temperatura e concentração do eletrólito demonstrou resultados significativos em relação ao erro para até 3 reutilizações na fotodegradação da RhB. O estudo realizado demonstrou o efeito das variáveis temperatura e concentração do eletrólito sob a morfologia, composição, e potencial para uso em fotocatálise heterogênea. The pollution of drinking water due to industrial activity in recent decades can have consequences for the supply and health of the population. Advanced oxidative processes (AOPs) such as heterogeneous photocatalysis are investigated in the literature for the development of devices and technologies for the treatment of water and industrial effluents. In this work, a semiconductor was developed and its optical and electronic properties were investigated, which allow the application of this material as a heterogeneous photocatalyst in wastewater treatment. Aluminum samples in an electrolyte solution with and without the presence of niobium ammoniacal oxalate (NAO) were anodized by Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) for the adhesion of niobium to the surface of the oxide formed to form the semiconductor. The samples were anodized under galvanostatic mode, with a current density of 10 mA/cm2, for one hour. Using the factorial design tool, the effect of OAN concentration and initial temperature of the electrolyte solution variables on some investigated responses was investigated. Responses of electrochemical synthesis, morphology, composition and band-gap energy of semiconductors obtained from synthesis chronopotentiograms, micrographs, composition by dispersive energy spectroscopy and diffuse reflectance were investigated. It was possible to observe the influence of the variables, in particular the variation in the concentration of the electrolyte solution. Photodegradation tests were performed using methylene blue (MB) and rhodamine B (RhB) solutions at concentrations of 2.5 mg/L and volumes of 5 mL per semiconductor sample under UV radiation. For tests with MB, the increase in temperature and concentration of the electrolyte showed a greater response effect on the heterogeneous photodegradation of MB. It was not possible to reuse semiconductors in MB photodegradation even after cleaning with water, alcohol and acetone. As for the photodegradation of RhB, the sample synthesized under lower conditions of concentration and temperature showed greater photodegradation in the first use after 4 hours under UV light. As for the reuse of samples after cleaning with water, only the sample synthesized under higher conditions of temperature and electrolyte concentration showed significant results in relation to error for up to 3 reuses in the photodegradation of RhB. The study carried out demonstrated the effect of the variables temperature and concentration of the electrolyte on the morphology, composition, and potential for use in heterogeneous photocatalysis. CAPES: 88887.475876/2020-00

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O principal objetivo dos estudos desenvolvidos neste trabalho foi verificar a influência da variação da concentração de nióbio como ligante sobre propriedades mecânicas e de resistência ao desgaste do sistema de diamante policristalino-nióbio preparado via HPHT. Esse composto possui grande aplicabilidade em diversas áreas de engenharia, como a aeronáutica, civil, metalúrgica, sendo amplamente usado como ferramenta de corte e de perfuração. As concentrações estudadas de nióbio foram de 2,5%, 5,0% e 10% em peso. Foi usada moagem de alta energia em moinho tipo Spex para a redução do tamanho inicial de partícula do PCD e para a sua mistura com o nióbio e foram verificados efeitos de redução do tamanho médio de partícula para valores de 35,01 µm, 32,91 µm e 31,91 µm (para, respectivamente, as concentrações de 2,5%, 5,0% e 10% de nióbio como ligante). As condições de HPHT usadas para as consolidações das amostras cilíndricas de 5 mm de diâmetro por 5 mm de altura, foram a temperatura de 1750 °C, a pressão de 7,7 GPa e três ciclos de 3 minutos. Os valores de densidade relativa obtidos foram de mais de noventa por cento e as amostras apresentaram boa integridade, não apresentando efeitos de grafitização. Para o PCD com concentrações de 2,5%, 5,0% e 10% em peso de nióbio como ligante foram verificados valores de densidades de 3,37 g/cm³, 3,61 g/cm³ e 3,64 g/cm³ e módulos de elasticidade de 946 GPa, 998,4 GPa e 1196 GPa. Foi observada boa dispersão da fase metálica tanto nas superfícies como nos interiores dos corpos de prova, sendo constatado, também, que o aumento da quantidade de ligante permitiu que houvesse uma maior tendência à ocorrência de ruptura intergranular do que à clivagem. Os ensaios tribológicos em aparelho de pin-on-disc com carga de 150 N e rotação de 500 rpm permitiram observar que, quando interagindo com o aço (sendo observada a abrasão como mecanismo predominante de desgaste), a tendência ao desgaste é maior que no caso de sua interação com alumínio (onde é vista a grande ocorrência de adesão). A concentração de 10% em peso de nióbio como ligante garantiu menor resistência ao desgaste do composto que a de 2,5%, além de valores mais altos de temperaturas nas regiões próximas ao contato do par tribológico. The main objective of the studies developed in this work was to verify the influence of the variation of the niobium concentration as binder on the mechanical properties and wear resistance of the polycrystalline-niobium diamond system prepared by HPHT. This compound has great applicability in several areas of engineering, such as aeronautics, civil, metallurgical, being widely used as a cutting and drilling tool. The studied concentrations of niobium were 2.5%, 5.0% and 10% w.t.. High energy milling in Spex type mill was used to reduce the initial particle size of the PCD and for its mixture with the niobium, the effects of reduction of the average particle size verified were to values of 35.01 μm, 32.91 μm and 31.91 μm (for, respectively, the concentrations of 2.5%, 5.0% and 10% w.t. of niobium as binder). The HPHT conditions used for the consolidations of cylindrical samples 5 mm in diameter by 5 mm in height were the temperature of 1750°C, the pressure of 7.7 GPa and three cycles of 3 minutes. The measured values of relative density obtained were higher than ninety percent and the samples showed good integrity, not showing graphitization effects. For the PCD with concentrations of 2.5%, 5.0% and 10% w.t. of niobium as binder, relative density values of 3,37 g/cm³, 3,61 g/cm³ e 3,64g/cm³ and elasticity moduli of 946 GPa, 998.4 GPa and 1196 GPa. Good dispersion of the metal phase was observed both on the surfaces and inside of the specimens, and it was also observed that the increase in the amount of binder allowed a greater tendency to the occurrence of intergranular rupture than to the cleavage. The tribological tests on pinon-disc apparatus with a load of 150 N and rotation of 500 rpm allowed to observe that, when interacting with steel (with abrasion being observed as the predominant mechanism of wear), the wear trend is higher than in the case of its interaction with aluminum (where the great occurrence of adhesion was seen). The concentration of 10% of niobium as binder ensured lower wear resistance of the compound than that of 2.5%, in addition also higher values of temperatures were observed in regions close to the contact of the tribological pair.

CBMM - Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração Realizamos um estudo ab initio da adsorção de oxigênio em superfícies Nb(110) e de nitrogênio em superfícies Nb(100) e Nb(110), para diversas coberturas variando de 1 monocamada até 0,5 monocamada. Encontramos as estruturas mais estáveis energeticamente e fizemos uma análise da geometria dessas estruturas e de sua estrutura eletrônica através de suas estruturas de bandas, de seus PDOS1 e de imagens simuladas de STM2. Nossos cálculos foram realizados no contexto da teoria do funcional da densidade (DFT3) com a aproximação de gradiente generalizado implementada por Perdew, Burke e Enzerhof. A interação elétron-íon foi descrita através de pseudopotenciais ultrasuaves de Vanderbilt e os orbitais de Kohm-Sham foram expandidos numa série de ondas planas. Os resultados mostram diversas estruturas N/Nb(100)-(n⇥1), N/Nb(110)-(n⇥1) e O/Nb(110)-(n⇥1) energeticamente estáveis. Nossas simulações de STM indicam a formação de linhas brilhantes paralelas às linhas de vacância de átomos adsorvidos, dando origem a uma anisotropia na estrutura eletrônica dessas superfícies. Ou seja, o caráter metálico da superfície foi reforçada na direção paralela às linhas de vacância. Nas superfícies N/Nb(100) e O/Nb(110) a estrutura das superfícies limpas, Nb(100) e Nb(110), é apenas levemente modificada após a adsorção de nitrogênio e oxigênio, respectivamente. Já nas estruturas N/Nb(110) pudemos observar, em geral, uma forte reconstrução da superfície limpa devido à adsorção do nitrogênio. We conducted an ab initio study of the adsorption of oxygen on surfaces Nb(110) and nitrogen in surfaces Nb(100) and Nb(110), for various monolayer coverages ranging from 1 to 0.5 monolayer. We find the energetically most stable structures and made an analysis of the geometry of these structures and their electronic structure through their band structures, their PDOS4 and simulated STM5 images. Our calculations were performed based on the density functional theory (DFT6) with the generalized gradient approximation implemented by Perdew, Burke and Enzerhof. The electron-ion interaction was described by Vanderbilt ultrasoft pseudopotentials and Kohm-Sham orbitals were expanded in a series of plane waves. The results show various structures N/Nb(100)-(n⇥1), N/Nb(110)-(n⇥1) and O/Nb (110)-(n⇥1) energetically stable. Our STM simulations indicate the formation of bright lines parallel to the lines of vacancy of adsorbed atoms, resulting in an anisotropy in the electronic structure of these surfaces. That is, the metallic character of the surface was enhanced in the direction parallel to the lines of vacancy. In N/Nb(100) and O/Nb(110) the surface structure of clean Nb (100) and Nb (110) is only slightly modified after the adsorption of nitrogen and oxygen, respectively. However in the structures N/Nb(110) we observed, in general, a strong clean surface reconstruction due to the adsorption of nitrogen. Tese (Doutorado)

Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021. Poluentes químicos e medicamentos estão presentes em diversos cursos d ́água no Brasil. O enfrentamento desse problema no que tange à identificação, quantificação e posterior tratamento é um desafio. Traçadores biodegradáveis são uma inovação que podem ser incorporados na identificação de determinados poluentes em água e não causam danos ambientais. Neste trabalho foram investigados os mecanismos de interações interfaciais que são influenciados pela rugosidade da superfície de uma membrana de biocompósito de polihidroxibutirato - hidroxivalerato (PHB-HV) com nanocelulose funcionalizada com tetraetoxisilano e dopada com óxido de nióbio. Esta membrana foi utilizada como suporte para a produção de um traçador biodegradável produzido em impressora 3D com PLA (ácido poliláctico). O traçador biodegradável foi utilizado para identificar o poluente emergente cafeína (CAF) em solução. Primeiramente, houve a produção e caracterização da nanocelulose fibrilada e o resultado mostrou que a proporção de 3% (m/v) possibilitou a formação do hidrogel de nanocelulose fibrilada (hNCF). Em seguida, o hNCF foi funcionalizado com o agente de acoplamento tetraetoxissilano (TEOS) na proporção de 1:1 (v/v) com solução etílica e desta solução para a funcionalização utilizou-se 1% da solução sendo o equivalente a 1 mL em volume para a funcionalização e a obtenção do hidrogel de nanocelulose fibrilada funcionalizada com TEOS (hNCF-T) que foi utilizado para a produção dos filmes e membranas. Para a obtenção do filme polimérico de PHB- HV com nanocelulose funcionalizada com TEOS (f_PHB-HV/hNCF-T) solubilizou-se 18 mg do polímero biodegradável PHB em 100 mL de clorofórmio e após vigorosa mistura acrescentou-se o hNCF-T com concentração de 3% (m/v). Para a síntese da membrana de PHB-HV com a nanocelulose funcionalizada com TEOS e dopada com óxido de nióbio (m_PHB-HV/hNCF- T_ONb) utilizou-se o processo de inversão de fase. Para a caracterização das membranas foram utilizadas as técnicas de espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raio X (DRX), análise elementar CHN, microscopia de força atômica (MFA – em inglês atomic force microscopy AFM), termogravimetria (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), potencial Zeta, teste de tensão e molhabilidade. Como resultado da caracterização do hidrogel funcionalizado e modificado com agente de acoplamento silano tetraetoxisilano (TEOS), incluindo a caracterização da rugosidade das superfícies e a avaliação da dimensão fractal dos compósitos verificando-se que todos os materiais apresentaram dimensão fractal entre 2 e 3. As dimensões fractais foram de 2,014 para o hidrogel de nanocelulose fibrilada (hNCF), 2,105 para o polihidroxibutirato (PHB-HV), 2,101 para o filme de PHB-HV com nanocelulose (f_PHB- HV/hNCF), 2,037 para o filme de PHB-HV com nanocelulose funcionalizada com TEOS (f_PHB-HV/hNCF-T) e 2,201 para a membranas de PHB-HV com nanocelulose funcionalizada com TEOS e dopada com óxido de nióbio (m_PHB-HV/hNCF-T_ONb). Os parâmetros topográficos mostram a diferenciação de rugosidade para o sistema traçador membrana antes e depois das Isotermas e cinética de adsorção, apresentando respectivamente rugosidade média quadrática (RMS) 56,12 nm e 65,08 nm mostrando um aumento com base na adsorção do poluente pelo sistema. Verificou-se também que quanto maior a rugosidade maior a interação entre a membrana e os poluentes e uma dimensão fractal mais alta implica um maior preenchimento da área de superfície efetiva. A assimetria e a curtose demonstram a natureza isotrópica das superfícies rugosas da m_PHB-HV/hNCF-T_ONb. Com os dados obtidos foi possível a validação da hipótese de tese a qual determina que interações interfaciais são influenciadas pela rugosidade da superfície e essas são capazes de armazenar o poluente para análise e caracterização. Chemical pollutants and medicines are present in several water courses in Brazil. Facing this problem regarding identification, quantification and subsequent treatment is a challenge. Biodegradable tracers are an innovation that can be incorporated into the identification of certain pollutants in water, and it is important because does not cause environmental damage. In this work, the mechanisms of interfacial interactions that are influenced by the surface roughness of a polyhydroxibutirate - hydroxyvalerate (PHB-HV) biocomposite membrane with tetraethoxysilane functionalized nanocellulose and doped with niobium oxide were investigated. This membrane was used as support to develop a biodegradable tracer produced in a 3D printer with PLA (polylactic acid). The biodegradable tracer was used to identify the emerging pollutant caffeine (CAF) in solution. First, there was the production and characterization of fibrillated nanocellulose, and the result showed that the proportion of 3% (m/v) enabled the formation of the fibrillated nanocellulose hydrogel (hNCF). Then, hNCF was functionalized with the coupling agent tetraethoxysilane (TEOS) in a ratio of 1:1 (v/v) with ethylic solution and from this solution, 1% of the solution about 1 ml in volume was used for functionalization and obtaining the TEOS- functionalized fibrillated nanocellulose hydrogel (hNCF-T) that was used to produce films and membranes. To obtain the polymeric film of PHB-HV with nanocellulose functionalized with TEOS (f_PHB-HV/hNCF-T), 18 mg of biodegradable polymer PHB was solubilized in 100 mL of chloroform and after vigorous mixing, hNCF-T was added with concentration of 3% (m/v). For the synthesis of the PHB-HV membrane with nanocellulose functionalized with TEOS and doped with niobium oxide (m_PHB-HV/hNCF-T_ONb) the phase inversion process was used. For the characterization of the membranes, spectroscopy techniques were used in the infrared region with Fourier transform (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (DRX), CHN elemental analysis, atomic force microscopy (AFM), thermogravimetry (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), Zeta potential, stress and wettability testing. As a result of the characterization of the functionalized hydrogel and modified with tetraethoxysilane silane coupling agent (TEOS), including the characterization of the surface roughness and the evaluation of the fractal dimension of the composites, verifying that all materials had a fractal dimension between 2 and 3. The fractal dimensions were 2.014 for the fibrillated nanocellulose hydrogel (hNCF), 2.105 for the polyhydroxybutyrate (PHB-HV), 2.101 for the PHB-HV film with nanocellulose (f_PHB-HV/hNCF), 2.037 for the PHB- film HV with nanocellulose functionalized with TEOS (f_PHB-HV/hNCF-T) and 2.201 for PHB-HV membranes with nanocellulose functionalized with TEOS and doped with niobium oxide (m_PHB-HV/hNCF-T_ONb ). The topographic parameters show the differentiation of roughness for the membrane tracer system before and after the isotherms and adsorption kinetics, showing respectively root mean square roughness (RMS) 56.12 nm and 65.08 nm showing an increase based on the adsorption of the pollutant by the system. It was also found that the greater the roughness, the greater the interaction between the membrane and the pollutants, and a higher fractal dimension implies a greater filling of the effective surface area. Asymmetry and kurtosis demonstrate the isotropic nature of the rough surfaces of m_PHB-HV/hNCF-T_ONb. With the data obtained, it was possible to validate the thesis hypothesis which determines that interfacial interactions are influenced by surface roughness, and these are capable of storing the pollutant for analysis and characterization.to

Orientador: Nivaldo Lemos Cupini Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: É analisada a eficiência de refino de estruturas de alumínio EC (Electrical Conductor) pela adição dos sais K2NbF7, K2ZrF6 e K2TiF6 em diferentes condições de concentração (0,01, 0,04, 0,07 e 0,10%At Nb, Ti, Zr), temperatura de inoculação/retenção (750 e 850ºC) e tempos de retenção (5, 60 e 120 minutos), às temperaturas indicadas, do líquido após inoculação. Um eficiente efeito de refino e obtido para a adição de teores de Nb acima de 0,04%At, sendo este efeito mantido constante independentemente do aumento posterior de tal teor, da temperatura de inoculação/retenção e tempo de retenção. Uma menor potência de refino para a maioria das condições verificadas, é obtida para outros dois elementos analisados, sendo ainda seu efeito reduzido pelo aumento do tempo de retenção e temperatura de inoculação. São ainda analisados os efeitos do refino da estrutura no limite de resistência à tração e alongamento do fundido, bem como resistência à tração e condutibilidade elétrica de fios obtidos de tais estruturas, no estado encruado e recristalizado. Um aumento em smax e %A é obtido pela redução do tamanho de grão do fundido, independentemente do tipo de elemento e teor adicionado. Não se observa efeito da presença de Nb, Zr e Ti no smax de fios tanto no estado encruado quanto recuperado, até o teor de 0,10%At adicionado. Uma drástica e crescente redução da condutibilidade elétrica é provocada pela adição de Ti em teores crescentes, enquanto a adição de Nb reduz menos significativamente tal propriedade; tal redução é mantida inalterada com o aumento do teor de Nb. Abstract: It was analysed the possibility of grain refinement of Aluminium EC (Electrical Conductor) when K2NbF7, K2ZrF7 and K2TiF6 salts were added to liquid, in different amounts (0,01, 0,04, 0,07 and 0,10% At Nb, Ti, Zr), inoculation temperature (750, 850ºC) and retention time (5,60,120 minutes) previously to he pouring. An efficient effect was obtained for Nb additions higher than 0,04%At; this effect was kept constant with increasing amount, inoculation/retention temperature and time to pouring. An efficient effect was kept constant with increasing waiting time and inoculation/retention temperature. Changes in ultimate tensile strength (UTS) and elongation (%E) in as-casted structure, and also UTS and electrical conductivity of wires obtained form the initial inoculated ingots, promoted by Nb, Zr and Ti additions, were analysed. In the wires case, tests were made in the hardened structure and after heat treatment for recovery and recristalization. And increase in UTS and %E was observed when grain size decreases, in the as-casted structures, independent of type of element and amount added. It was not observed effect in UTS of wire, with or without heat treatment, due to Nb and Ti presence in the matrix, for amount less than 0,10%At. A serious and increasing reduction of electrical conductivity was observed with increasing Ti amounts; while Nb additions till 0,20%At provoked less dangerous reductions. This effect is mainteined fixed with increasing Nb amount from 0,04 to 0,10%At. Doutorado Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Daltro Garcia Pinatti Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Não informado Abstract: Not informed. Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientadores: Robert W. K. Honey Combe, Ettore Bresciani Filho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: Atualmente começa-se a utilizar aços com médio e alto teor de carbono microligados com nióbio em componentes forjados para a indústria automotiva, trilhos ferroviários e barras reforçadas para concreto de alta resistência. Porém como a otimização desses aços, no que diz respeito à resistência mecânica e tenacidade tem sido quase sempre realizada de uma maneira empírica pelos fabricantes, este trabalho foi iniciado, com o intuito de contribuir para a compreensão dos mecanismos de atuação do nióbio nos mesmos. Realizou-se uma exaustiva pesquisa bibliográfica coletando e analisando todas as informações relativas ao uso de elementos microligantes (V, Ti e Nb) nos aços com médio e alto teor de carbono. Foram desenvolvidas equações que permitem calcular de uma ma~eira rápida e precisa a solubilidade do nióbio na austenita na presença de carbonetos, nitretos e carbonitretos de nióbio. Resultados experimentais indicaram que a adição de 0,03%Nb em aços com 0,2; 0,4 e 0,8%C, forjados a 900oC, levou a uma redução de 20 a 50% no diâmetro do grão austenítico. O nióbio em solução na austenita atrasou a nucleação da ferrita e sua precipitação como NbC elevou sua dureza de 150 para 200 VHN (dureza Vickers). O nióbio em solução na austenita atrasou a nucleação da perlita, aumentou seu espaçamento interlamelar e precipitou como NbC na ferrita da perlita, provocando um efeito global de não alteração na dureza da perlita. Análises com microssonda iônica revelaram que nem o nió bio, nem o carbono segregam no contorno do grão austenítico, sugerindo que o atraso na nucleação da ferrita ou perlita estivessem associados à elevação da energia interfacial g/a ou g/perlita/ provocado pelo nióbio em solução na austenita. O atraso no crescimento da ferrita, provocado pelo nióbio, foi verificado ser devido a partição do mesmo entre a austenita e a ferrita. A adição de O,03%Nb em aços com médio e alto teor de carbono, resfriados ao ar, elevou em até 150 MPa a resistência mecânica, sem no entanto, provocar alterações significativas na dutilidade. Finalmente foi realizado uma análise conjunta das relações entre Composição-Tratamento Termomecânico-Estrutura-Propriedades dos aços com médio e alto teor de carbono microligados com nióbio. Abstract: Medium and high carbon steels containing microalloying additions of niobium have, in recent years, been used for the manufacture of forged components in the automotive industry, rails and high strength concrete reinforcing bars. However, optimization of the strength and toughness properties of these materials has largely been empirical. The present work was therefore initiated to gain a more basic understanding of the effects of niobium on the structure and mechanical properties of medium and high carbon steels. An exhaustive bibliographical research was made, collecting and analysing all the information related to the usage of microalloying elements (V, Ti and Nb) in medium and high carbon steels. Some equations to calculate , easy and precisely the solubility of niobium in austenite, in the presence of niobium carbides, nitrides or carbonitrides were developed. Experiments carried out with 0.2; 0.4 and 0.8%C, microalloyed with 0.03%Nb, forged at 9000C, led to an reduction of 20 to 50% in the austenite grain diameter. The niobium dissolved in the austenite delayed the ferrite nucleation, and the precipitation of NbC increased the ferrite hardness from 150 to 200 VHN (Vickers). The niobium dissolved in the austenite delayed the pearlite nucleation, increased its interlamelar spacing and precipitated as NbC in the ferrite of the pearlite. The result of these effects was that the pearlite hardness was not affected. Analysis carried out with an Ionic Microprobe showed that neither niobium nor carbon segregate at the austenite grain boundary, suggesting that the delay observed in the nucleation of ferrite or pearlite was associated with the increase of the energy at the interfaces g/a or g/pearlite provoked by the niobium dissolved in the austenite. The delay observed in ferrite growth, was verified to be caused by the partitioning of niobium between ferrite and austenite. The addition of O,03%Nb in medium and high carbon steels, air cooled, increased the strength of these steels by up to 150 MPa without decreasing their ductility. Finally, the complex relationships among Composition-Thermo-mechanical Treatment-Structure and Mechanical Properties of the medium and high carbon steels microalloyed with niobium were analysed. Doutorado Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : Ettore Bresciani Filho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: O desenvolvimento tecnológico e a crise dos metais forçam os pesquisadores a procurar soluções alternativas cara os materiais ate agora utilizados. O nióbio, por ser um metal relativamente abundante, surge como una opção viável de elemento substitutivo em vários setores. Um deles, ainda em fase de exploração, e o dos aços-ferramenta. Para que se conheça qual a melhor forma de atuação desse metal como elemento de liga, e necessário estudar como se desenvolve o processo de solidificação de um novo aço produzido. Para tanto, foi construído um aparelho de analise térmica, e os aços analisados foram o aço rápido do tipo M2 como referência e três aços modificados, onde o tungsténio foi total ou parcialmente substituído por nióbio. As técnicas de analise utilizadas foram a analise térmica (onde o comportamento da amostra durante o resfriamento a uma velocidade predeterminada é registrado através de uma curva tempo-temperatura, de pois que a amostra e aquecida, fundida e superaquecida) e o congelamento de amostras em temperaturas convenientes, de maneira a correlacionar a microestrutura com as reações observadas na curva de solidificação. Esses me todos permitiram a sugestão das reações de solidificação e do mecanismo através do qual elas se manifestam. Verificou-se que a substituição total de tungsténio por nióbio transforma a estrutura do aço rápido M2 num eutético de ferrita e carboneto de nióbio, com uma fase idiomórica primaria de carboneto de nióbio e outra de contorno de grão, composta de carbonetos e intermetálicos dos outros elementos de liga. A solidificação se dá numa faixa bem estreita de temperaturas de tal forma que a liga se comporta como um eutético de' fases complexas. O mecanismo de solidificação proposto é baseado no conceito de zona de cresci mento conjunto. A substituição parcial do tungsténio por nióbio resultou em aços que se comportam durante de resfriamento de forma semelhante aos aços rápidos, pois a solidificação se dá em varias reações Abstract: Technological development and short age of metals require new alternatives for materials in current use . Hiobi um is one of the metals in abundance nowadays, and its utilization is conquering many fields. One of them, being still in exploration, is the tool steels sector. In order to get a better understanding on how to make substitutions of the many alloy elements in steel by niobium, it is necessary to know how the solidification process develops. To attain this objective, which is the main reason of this work, a thermal analysis apparatus was built.The steel in study was the Wl type high speed steel, where tungsten was partial and tottaly substituted by niobium. The techniques employed were thermal analysis (where the sample is heated, melted and after a superheating, is left to cool and solidify in a pre-determined rate, with it's time-temperature curve registered), and freezing of samples at convenient temperatures, so that the microstructural changes could be analysed during the cooling process. These studies resulted in a proposition for the reaction sequence and mechanism of solidification for the modified steels. It was verified that the total substitution of tungsten by niobium transforms the M2 high speed steel in a ferrite-niopium carbide eutectic, with a primary niobium carbide idiomorphic phase and a grain boundary phase constituted of other alloy carbide and intermetallies. The solidification mechanism suggested is based in the coupled zone concept. The partial substitution of tungsten by niobium resulted in steels that behave in the same way high speed steels, in the sense of the solidification process developing in many reactions Doutorado Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Paulo Roberto Mei, Hans Jurgen Kestenbach Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Foram estudadas as relações entre o processamento termomecânico e a presença do nióbio na transformação austenita-perlita, na microestrutura e nas propriedades mecânicas resultantes de aços perlíticos (com e sem adição de nióblo). Também foram examinados os efeitos do tamanho de grão austenítico, da presença de deformação plástica na austenita não removida por recristalização e do nióbio em solução sólida na austenita, sobre a cinética de transformação austenita-perlita e a microestrutura resultante utilizou-se a técnica de forjamento de pequenas amostras cilíndricas para estudar a cinética de transformação da austenita em perlita, que se manifestou através de dois efeitos distintos: o período de incubação, que aumentou muito como teor de nióbio em solução na austenita e com o crescimento do tamanho de grão austenítico, e diminuiu com o grau de deformação plástica, uma vez iniciada, as transformações se procederam com diferentes velocidades para cada condição austenítica distinta. A taxa de nucleação e a taxa de crescimento aumentaram com a diminuição do tamanho de grão austenítlco dos aços. A taxa de crescimento dos nódulos de perlita foi pouco afetada pela quantidade de deformação. O aço com nióbio apresentou uma taxa de crescImento menor do que o aço sem nióbio para mesma condição austenítica...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: This work describes the relations between thermomechanical processing and the niobium presence in austenite-perlite transformations and in mechanical properties resultant of pearlitic steels (with or without niobium additions). It also was examined the austenitic grain size effects, presence of plastic deformations in austenite not removed by recrystallization and niobium in solid solution in austenite on the kinetics of transformation austenite-pearlite and the resultant microstructures. A forging technique of small cylindrical samples was utilized to study the kinetics of transformation of austenite into pearlite. which was manifested through two different effects : - the period of incubatin greatly increased with the presence of niobium in solution and with the growth in the size of austenitic grain and decreased with deformation; after starting, the transformations occurred in different speeds for each austenitic different condition, so that the nucleation rate and the growth rate of pearlite increased with decrease austenite grain size of both steels. Pearlite growth rate was little affected by deformation. The Nb steel showed a slower growth rate than the Nb free steel, considering the same austenite condition...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Doutorado Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Daltro Garcia Pinatti Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Não informado Abstract: Not informed Mestrado Física Mestre em Física

Tese (Doutorado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Bibliografia: f. 100-104 The A297 cast austenitic stainless steels have good mechanical properties for high temperature and moderate pressure applications. The common applications of these steels include ovens for cracking oil, steel and power plants where good mechanical and oxidation resistance are required. A recurring problem in the utilization of these materials is the loss of strength after prolongued heating due to the formation of precipitates at grain boundaries. The development of new alloys less susceptible to embrittlement, at a lower cost and with greater dimensional stability is required by users to decrease maintenance costs and improve productivity. In the present work, an A297 Gr. HH austenitic stainless steel modified with niobium additions was studied, with the objective of exploring the relationship between the microstructure and the chemical composition and seeking to understand the influence on high temperature oxidation resistance. It is known that niobium refines microstrucutre and can be used to promote the precipitation of carbides, as well as to increase the mechanical strength of these alloys. The studied material was evaluated in terms of microstructure (SEM-EDX/EBSD and XRD) and oxidation behavior at 900°C. The oxide layers were characterized in terms of phase composition, residual stresses and the overall oxidation behavior was assessed by mass gain measurements. The material performance was verified through the combination of these properties and mainly by understanding the material microstructural evolution in use caused by the addition of niobium as well as the role of this element in the oxidation resistance. It was found that the addition of niobium indirectly improved the oxidation resistance increasing oxide layer stability against spalling due to lower residual stresses presented due to the niobium addition and the precipitation that occurred in the material reducing its thermal expansion coefficient.Keywords: Microstructural evolution. Heat-resistant cast austenitic stainless steels. Niobium. Residual stresses. High temperature oxidation resistance. Os aços inoxidáveis austeníticos fundidos A297 têm boas propriedades mecânicas para aplicações de alta temperatura e pressão moderada. As aplicações comuns desses aços incluem fornos para craqueamento de óleo, usinas siderúrgicas e de energia, onde uma boa resistência mecânica e à oxidação são necessárias. Um problema recorrente na utilização desses materiais é a perda de resistência após aquecimento prolongado devido à formação de precipitados nos contornos dos grãos. O desenvolvimento de novas ligas menos suscetíveis à fragilização, com menor custo e maior estabilidade dimensional é exigido dos usuários para diminuir os custos de manutenção e melhorar a produtividade. No presente trabalho, um aço A297 Gr. inoxidável austenítico HH modificado com adições de nióbio foi estudado, com o objetivo de explorar a relação entre a microestrutura e a composição química e buscar compreender a influência na resistência à oxidação em altas temperaturas. Sabe-se que o nióbio refina a microestrutura e pode ser usado para promover a precipitação de carbonetos, bem como para aumentar a resistência mecânica dessas ligas. O material estudado foi avaliado em termos de microestrutura (MEV-EDS / EBSD e DRX) e quanto ao seu comportamento na oxidação a 900 °C. As camadas de óxido foram caracterizadas em termos de composição de fase, tensões residuais e o comportamento geral de oxidação foi avaliado por medições de ganho de massa. O desempenho do material foi verificado através da combinação dessas propriedades e principalmente pelo entendimento da evolução microestrutural do material em uso causada pela adição de nióbio, bem como o papel deste elemento na resistência à oxidação. Verificou-se que a adição de nióbio melhorou a resistência à oxidação indiretamente aumentando a estabilidade da camada de óxido contra o desplacamento devido as menores tensões residuais apresentadas devido à adição de nióbio e a precipitação que ocorreu no material reduzindo seu coeficiente de expansão térmica.Palavras-chave: Evolução microestrutural. Aços inoxidáveis austeníticos fundidos resistentes ao calor. Nióbio. Tensão residual. Resistência à oxidação em altas temperaturas..

Orientadores: Bernardo Laks, Sergio B. Legoas Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Nas últimas décadas têm sido desenvolvidas inúmeras pesquisas em sistemas metálicos com simetria bidimensional como filmes finos, multicamadas e superfícies, principalmente naqueles sistemas compostos por metais de transição, devido às suas diversas propriedades de interesse e à sua importância tecnológica em fenômenos como catálise, adsorsão, corrosão entre outros. O objetivo desta tese é fazer um estudo da existência e caracterização dos estados eletrônicos de superfície para uma família de metais de transição com estrutura cúbica de corpo centrado - Tungstênio, Molibdênio, Tântalo e Nióbio - nas direções de clivagem [100], [110] e [111]. Superfícies de metais de transição apresentam uma certa dificuldade de serem tratadas teoricamente devido à coexistência de elétrons d localizados e sp deslocalizados. A maioria dos métodos desenvolvidos para calcular a estrutura eletrônica desses sistemas, de forma autoconsistente, requer uma perfeita simetria bidimensional. Os cálculos de estrutura eletrônica foram realizados utilizando o formalismo RS-LMTO-ASA (Real Space - Linear Muffin- Tin Orbital - Atomic Sphere Approximation), que é baseado no formalismo LMTO-ASA de espaço recíproco, mas que ao contrário deste, utiliza o método de Recorrência para resolver o problema de autovalores no espaço direto. Por ser um método de espaço direto, o RS-LMTO-ASA não requer qualquer simetria espacial. A densidade espectral de estados e os estados eletrônicos de superfície foram obtidos por um formalismo de função de Green com o auxílio do método da Matriz Transferência. Nossos resultados para as superfícies W(100), Mo(100) e W(110) estão de acordo com dados obtidos por diversos cálculos e experimentos encontrados na literatura Abstract: In recent years, research in metallic systems with two-dimensional symmetry such as thin films, surfaces and multi-layers has been focused primarily on the transition metais, because of their interesting properties and their technological importance. The aim of this dissertation is to study the existence and characterization of electronic surface states for a class of transition metais having a body-centered cubic structure - Tungstein, Molibdenum, Tantalum and Niobium - in the [100], [110] and [111] cleavage. Transition-metal surfaces are much more difficult to treat theoretically because of the coexistence of the localized d electrons and the delocalized sp electrons. Most of developed methods to calculate, self-consistently, the electronic structure of these systems, require perfect two-dimensional symmetry. The electronic structure calculation were carried out using the RS-LMTO-ASA (Real Space - Linear Muffin-Tin Orbital - Atomic Sphere Approximation) formalism, which is based on the standard LMTO-ASA approach and uses the recursion method to solve the eigenvalue problem in real space. The spectral density of states and electronic surface states are obtained by a Green function formalism with the aid of the transfer matrix method. Our results for W(100), Mo(100) and W(110) are in good agreement with experimental observations and theoretical dates found in the literature Mestrado Física Mestre em Física

Orientador: Sergio Moehlecke Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Foram medidas as constantes elásticas do Nb puro e após hidrogenação até 9.2% at, no intervalo de 300K a 77.3K. Uma análise mais precisa da teoria levou à conclusão que se deveriam usar valores diferentes para a constante relaxada de um cristal com defeitos e a constante de um cristal puro. É feita uma interpretação dos nossos resultados em função de um modelo que é consistente com os resultados de outros trabalhos. Concluímos que o efeito Snoek devido à presença do Hidrogênio na rede do Nióbio não é desprezível e corresponde a uma ocupação tetraedral. Esta conclusão ê baseada no fato de o tensor de deformação ter uma elipticidade relativamente pequena Abstract: The elastic constants of pure and hydrogenated (up to 9.2 at %) Nb were measured in the range 300K - 77.3K .We made a analysis more precise of the theory. We conclude from this analysis that the values used for the relaxed constant and the constant of pure metal must be diferents. It is carried out a explanation of our results from a model that is compatible with the results of others works. We concluded that the Snoek effect, related to the H atoms in the Nb matrix, is not negligible and corresponds to a tetrahedral occupations. This, because the ellipticity of the deformation tensor is small Mestrado Física Mestre em Física