Comportamento de oxidação em temperaturas elevadas de ligas NiTiNb com efeito memória de forma

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Martins Júnior, Claudio Beserra
Orientador(a): Della Rovere, Carlos Alberto lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/17583
Resumo: Shape memory alloys (SMA) of the Nickel-Titanium (NiTi) system are currently the most commercially important, due to their excellent mechanical properties, high shape recovery and biocompatibility. Such a unique set of properties has led this class of materials to find a wide range of applications in various industrial sectors. However, obtaining these alloys at a low production cost is still a major challenge for the industry, largely due to oxidation during the processing, which can negatively affect the shape memory effect (SME). Thus, investigations to improve the oxidation resistance of these alloys deserve attention. Despite being little explored, the Nb addition, up to 7 at.%, has proven to be very effective in reducing oxidation rates. Research with higher contents has not been found in the literature. Therefore, the aim of this work was to evaluate the influence of Nb addition at contents between 9 at.% and 12 at.% on the high temperature oxidation behavior of NiTi SMA, by means of thermogravimetric analyses for up to 100 h at temperatures of 800 °C, 900 °C, and 1,000 °C. It was found that at all the studied temperatures, the alloys followed the parabolic oxidation rate law, and the Nb addition reduced the rate constants (kp) by at least 8 times. The formed oxide layer was analyzed by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy analysis system (SEM/EDS). The improvement in oxidation resistance was explained in terms of Nb rich regions forming in the oxidation product layer, where the replacement of Ti4+ by Nb5+ reduces the number of defects that influence oxidation rates. It was also seen that the addition of Nb improves the adhesion of the layer.
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However, obtaining these alloys at a low production cost is still a major challenge for the industry, largely due to oxidation during the processing, which can negatively affect the shape memory effect (SME). Thus, investigations to improve the oxidation resistance of these alloys deserve attention. Despite being little explored, the Nb addition, up to 7 at.%, has proven to be very effective in reducing oxidation rates. Research with higher contents has not been found in the literature. Therefore, the aim of this work was to evaluate the influence of Nb addition at contents between 9 at.% and 12 at.% on the high temperature oxidation behavior of NiTi SMA, by means of thermogravimetric analyses for up to 100 h at temperatures of 800 °C, 900 °C, and 1,000 °C. It was found that at all the studied temperatures, the alloys followed the parabolic oxidation rate law, and the Nb addition reduced the rate constants (kp) by at least 8 times. The formed oxide layer was analyzed by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy analysis system (SEM/EDS). The improvement in oxidation resistance was explained in terms of Nb rich regions forming in the oxidation product layer, where the replacement of Ti4+ by Nb5+ reduces the number of defects that influence oxidation rates. It was also seen that the addition of Nb improves the adhesion of the layer.As ligas com efeito memória de forma (EMF) do sistema Níquel-Titânio (NiTi) são as de maior importância comercial atualmente, por conta de suas excelentes propriedades mecânicas, alta recuperação de forma e biocompatibilidade. Tal conjunto único de propriedades fez com que esta classe de materiais encontrasse uma vasta gama de aplicações em diversos setores industriais. Entretanto, a obtenção destas ligas com baixo custo de produção ainda é um grande desafio para a indústria, muito por conta da oxidação durante o processamento, fato que pode prejudicar o EMF. Desta forma, medidas para melhorar a resistência à oxidação destas ligas merecem atenção. Apesar de ser pouco explorada, a adição de Nb, em teores atômicos de até 7%, já se mostrou muito efetiva em reduzir as taxas de oxidação. Estudos com maiores teores não foram encontrados na literatura. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da adição de Nb em teores atômicos entre 9% e 12% no comportamento de oxidação em temperaturas elevadas de ligas NiTi com EMF, através de análises termogravimétricas por até 100 h nas temperaturas de 800 °C, 900 °C e 1.000 °C. Foi visto que, em todas as temperaturas estudadas, as ligas seguiram a lei de velocidade parabólica de oxidação, e a adição de Nb reduziu as constantes de velocidade (kp) em pelo menos 8 vezes. A camada de óxido formada foi analisada através de difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura com sistema de análise por espectroscopia de raios-X por energia dispersiva (MEV/EDS). A melhoria na resistência à oxidação foi explicada em termos da formação de regiões ricas em Nb na camada oxidada, onde a substituição de Ti4+ por Nb5+ reduz a quantidade de defeitos que influenciam as taxas de oxidação. Também foi visto que a adição de Nb melhora a aderência da camada.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)CAPES - Processo: 88887.474414/2020-00FAPESP - Processo: 2019/23610-5porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessOxidação em temperaturas elevadasLigas NiTiEfeito memória de formaCaracterização microestruturalNióbioHigh temperature oxidationNiTi alloysShape memory effectMicrostructural characterizationNiobiumENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICAComportamento de oxidação em temperaturas elevadas de ligas NiTiNb com efeito memória de formaHigh temperature oxidation behavior of NiTiNb shape memory alloysinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis6006009d6e097e-c0fa-4940-ab6e-a5de8f34c582reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/cd9eb1a8-25c7-403b-9c43-2faebc2382c2/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREADORIGINALClaudio Beserra Martins Júnior - Dissertação .pdfClaudio Beserra Martins Júnior - Dissertação .pdfapplication/pdf17956652https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/cae78460-67c0-44d3-816d-bb3cbfae14a0/download7082d9f6d2fe3901d3eb4fe2b8af8a0bMD51trueAnonymousREADTEXTClaudio Beserra Martins Júnior - Dissertação .pdf.txtClaudio Beserra Martins Júnior - Dissertação .pdf.txtExtracted texttext/plain146331https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/de211254-7ea4-4a08-b8fa-e7335b27d442/download640bc5e69f0fe5b63c7dd74b62cfb7c4MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILClaudio Beserra Martins Júnior - Dissertação .pdf.jpgClaudio Beserra Martins Júnior - Dissertação .pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6305https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/6ae11656-dbc5-44af-b00e-d7948b21c405/downloadac2311d34617d2e8b95672e95fc37abaMD54falseAnonymousREAD20.500.14289/175832025-02-05 23:10:19.08http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/17583https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T02:10:19Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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