Ligas multicomponentes do sistema Ti33Cr37V30-xNbx (X: 0, 5, 10 e 15) para armazenamento de hidrogênio

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Silva, Wágner Batista
Orientador(a): Leiva, Daniel Rodrigo lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
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/ufscar/16440
Resumo: The use of metal hydrides is a competitive alternative to hydrogen storage in liquid or gaseous states. Metallic alloys based on the TiCrV system have attractive hydrogen storage characteristics compared with those of the different groups of alloys already studied. Niobium is an element of great interest in a quaternary composition when included in alloys of the TiCrV system because of its high capacity to form compounds with hydrogen, its abundance, and its low cost in the Brazilian market. In this study, the Ti33Cr37V30-xNbx (x = 0, 5, 10, and 15) cast alloys had their gravimetric and volumetric hydrogen storage capacities analyzed when processed by machining (turning). Produced by arc fusion, the alloys showed formation of a single phase, with body-centered cubic (BCC) structure. Scanning electron microscopy (SEM) images evidenced that the chips resulting from turning presented serrated patterns with two distinct surfaces: one with elongated teeth and, oppositely, one with a flattened morphology. After the absorption/desorption cycles, X-ray diffraction (XRD) identified the formation of hydrides with crystalline face-centered cubic (FCC) and CCC structures. After the fragmented materials were cycled five times, the Ti33Cr37V15Nb15 alloy presented the best storage performance in relation to the amount of hydrogen absorbed, obtaining a 1.7 hydrogen-metal ratio (H/M). The fragmentation process became viable because of the shorter time spent to process the Ti33Cr37V30-xNbx (x = 0, 5, 10 and 15) cast alloys, simultaneously with its smaller reactivity with the external environment, when compared with the high-energy ball milling (HEBM) process. Kinetic curves showed that reducing the concentration of vanadium at the expense of niobium is viable, with higher H/M values.
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Niobium is an element of great interest in a quaternary composition when included in alloys of the TiCrV system because of its high capacity to form compounds with hydrogen, its abundance, and its low cost in the Brazilian market. In this study, the Ti33Cr37V30-xNbx (x = 0, 5, 10, and 15) cast alloys had their gravimetric and volumetric hydrogen storage capacities analyzed when processed by machining (turning). Produced by arc fusion, the alloys showed formation of a single phase, with body-centered cubic (BCC) structure. Scanning electron microscopy (SEM) images evidenced that the chips resulting from turning presented serrated patterns with two distinct surfaces: one with elongated teeth and, oppositely, one with a flattened morphology. After the absorption/desorption cycles, X-ray diffraction (XRD) identified the formation of hydrides with crystalline face-centered cubic (FCC) and CCC structures. After the fragmented materials were cycled five times, the Ti33Cr37V15Nb15 alloy presented the best storage performance in relation to the amount of hydrogen absorbed, obtaining a 1.7 hydrogen-metal ratio (H/M). The fragmentation process became viable because of the shorter time spent to process the Ti33Cr37V30-xNbx (x = 0, 5, 10 and 15) cast alloys, simultaneously with its smaller reactivity with the external environment, when compared with the high-energy ball milling (HEBM) process. Kinetic curves showed that reducing the concentration of vanadium at the expense of niobium is viable, with higher H/M values.O uso de hidretos metálicos constitui uma alternativa competitiva em substituição à armazenamento de hidrogênio nos estados líquido e gasoso. As ligas metálicas com base no sistema TiCrV possuem características de armazenamento de hidrogênio muito atrativas em relação à outras ligas já estudadas. O nióbio torna se um elemento de grande interesse numa composição quaternária ao ser inserido nas ligas do sistema TiCrV por causa de sua elevada capacidade de formar compostos com o hidrogênio, sua abundância e baixo custo no mercado brasileiro. Neste estudo, as ligas multicomponentes do sistema Ti33Cr37V30-xNbx (x = 0, 5, 10 e 15) obtidas por fusão a arco foram analisadas quanto as suas capacidades gravimétricas e volumétricas de armazenamento de hidrogênio quando processadas por usinagem (torneamento). No estado como fundido, as ligas apresentaram a formação da fase única com estrutura cúbica de corpo centrado (CCC). Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos cavacos resultantes do torneamento apresentaram padrões do tipo serrilhado, com duas superfícies distintas: uma com dentições alongadas e, opostamente, com morfologia de formato alisado. Após os ciclos de absorção/dessorção de hidrogênio, foi identificada a formação de hidretos com estruturas cristalina do tipo cúbica de face centrada (CFC) e CCC. Após os materiais fragmentados terem sido ciclados por cinco vezes, a liga Ti33Cr37V15Nb15 apresentou a melhor performance de armazenamento em relação à quantidade de hidrogênio absorvido, obtendo 1,7 de relação hidrogênio - metal (H/M). O processo de fragmentação tornou-se viável em razão do menor tempo dispendido para processar as ligas multicomponentes do sistema Ti33Cr37V30-xNbx (x = 0, 5, 10 e 15), simultaneamente a menor reatividade com o meio externo, quando comparado ao processo de moagem de alta energia (HEBM, high-energy ball milling). Curvas de cinética mostraram que reduzir a concentração do vanádio em detrimento do nióbio é viável, com valores de H/M mais elevados.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88882.332726/2019-01porUniversidade 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/openAccessLigas multicomponentesSistema TiCrVNbArmazenamento de hidrogênioMulticomponent alloysTiCrVNb systemHydrogen storageENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAOLigas multicomponentes do sistema Ti33Cr37V30-xNbx (X: 0, 5, 10 e 15) para armazenamento de hidrogênioMulticomponent alloys of the system Ti33Cr37V30−xNbx (x: 0, 5, 10 and 15) for hydrogen storageinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALWágner Batista Silva - Tese.pdfWágner Batista Silva - Tese.pdfTese PDFapplication/pdf6140526https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16440/1/W%c3%a1gner%20Batista%20Silva%20-%20Tese.pdfce568c49795067d908e6dbce7176fa3aMD51BCO carta comprovante autoarquivamento.pdfBCO carta comprovante autoarquivamento.pdfCarta comprovanteapplication/pdf287672https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16440/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf24f8d26524900d27c1199ce132f936afMD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16440/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTWágner Batista Silva - Tese.pdf.txtWágner Batista Silva - Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain168389https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16440/4/W%c3%a1gner%20Batista%20Silva%20-%20Tese.pdf.txtc69adf2863db777ad30b48d03c836fdfMD54BCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtExtracted texttext/plain1https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16440/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf.txt68b329da9893e34099c7d8ad5cb9c940MD56THUMBNAILWágner Batista Silva - Tese.pdf.jpgWágner Batista Silva - Tese.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6116https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16440/5/W%c3%a1gner%20Batista%20Silva%20-%20Tese.pdf.jpgc6243e31595776a4e1493fb7ad399209MD55BCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg11801https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16440/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf.jpgb4dd74727d6ec380cbf68495e2730148MD57ufscar/164402022-08-02 03:37:30.265oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/16440Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-05-25T13:04:09.224191Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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