Ligas multicomponentes produzidas a partir de cavacos de Ti e/ou materiais com pureza comercial para armazenagem de hidrogênio
| Ano de defesa: | 0026 |
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Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
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Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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Não Informado pela instituição
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| Link de acesso: | https://hdl.handle.net/20.500.14289/23670 |
Resumo: | This work aims to investigate multicomponent alloys for hydrogen storage through the formation of metal hydrides, using titanium alloy scrap (Ti Grade 2 – ASTM F67 and Ti6Al4V-ELI – ASTM F136) and commercially pure metallic elements, with the goal of obtaining more sustainable materials in terms of the environmental impact of raw materials. Initially, the Ti-V-Nb-Cr system was studied by replacing high-purity Ti with Ti6Al4V-ELI scrap, resulting in the Ti18Nb23V24Cr33Al2 alloy, whose major phase exhibits a body-centered cubic (BCC) structure. The presence of Al and the lower Ti content increased the equilibrium pressure and reduced hydride stability compared to the reference alloy (TiVNb)65Cr35, produced from high-purity elements. Nevertheless, the recycled alloy showed a hydrogen storage capacity of 2.7 wt.% H at room temperature and improved cyclic stability. To further reduce the carbon footprint, vanadium was eliminated from the composition, as primary V presents the highest CO2-equivalent emissions in the Ti-V-Nb-Cr system. Alloys from the T-Nb-Cr system were then developed using Ti Grade 2 and Ti6Al4V-ELI scrap. The Ti33Nb33Cr33 and Ti32Al2V1Nb37Cr28 alloys exhibited predominantly BCC microstructures, with a fraction of C15Laves phase, and hydrogen storage capacities between 2.25 and 2.5 wt.% H. CO2 emissions associated with raw materials were reduced by approximately 30% after removing V from the composition. Finally, the Ti15Zr17Fe22Mn21Cr22Al2V1 alloy, produced from Ti6Al4V-ELI scrap and commercial elements, was investigated. This alloy formed a C14 Laves phase and exhibited a hydrogen storage capacity of 1.2 wt.% H, with excellent reversibility at room temperature. Despite the lower capacity, the emissions associated with its raw materials were only 1.3 kg CO2-eq, corresponding to reductions of 89% and 80% compared to the Ti-V-Nb-Cr and Ti-Nb-Cr systems, respectively. |
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Ferraz, Mariana de BritoZepon, Guilhermehttp://lattes.cnpq.br/7924187202036614http://lattes.cnpq.br/5414167939699652Mazzer, Eric MarcheziniFilho, Walter José BottaCardoso, Kátia ReginaFloriano, Ricardohttp://lattes.cnpq.br/7273276940567054http://lattes.cnpq.br/8956458007749112http://lattes.cnpq.br/2905204307170392http://lattes.cnpq.br/88938004362458332026-02-24T12:45:14Z0026-02-20FERRAZ, Mariana de Brito. Ligas multicomponentes produzidas a partir de cavacos de Ti e/ou materiais com pureza comercial para armazenagem de hidrogênio. 0026. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 0026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23670.https://hdl.handle.net/20.500.14289/23670This work aims to investigate multicomponent alloys for hydrogen storage through the formation of metal hydrides, using titanium alloy scrap (Ti Grade 2 – ASTM F67 and Ti6Al4V-ELI – ASTM F136) and commercially pure metallic elements, with the goal of obtaining more sustainable materials in terms of the environmental impact of raw materials. Initially, the Ti-V-Nb-Cr system was studied by replacing high-purity Ti with Ti6Al4V-ELI scrap, resulting in the Ti18Nb23V24Cr33Al2 alloy, whose major phase exhibits a body-centered cubic (BCC) structure. The presence of Al and the lower Ti content increased the equilibrium pressure and reduced hydride stability compared to the reference alloy (TiVNb)65Cr35, produced from high-purity elements. Nevertheless, the recycled alloy showed a hydrogen storage capacity of 2.7 wt.% H at room temperature and improved cyclic stability. To further reduce the carbon footprint, vanadium was eliminated from the composition, as primary V presents the highest CO2-equivalent emissions in the Ti-V-Nb-Cr system. Alloys from the T-Nb-Cr system were then developed using Ti Grade 2 and Ti6Al4V-ELI scrap. The Ti33Nb33Cr33 and Ti32Al2V1Nb37Cr28 alloys exhibited predominantly BCC microstructures, with a fraction of C15Laves phase, and hydrogen storage capacities between 2.25 and 2.5 wt.% H. CO2 emissions associated with raw materials were reduced by approximately 30% after removing V from the composition. Finally, the Ti15Zr17Fe22Mn21Cr22Al2V1 alloy, produced from Ti6Al4V-ELI scrap and commercial elements, was investigated. This alloy formed a C14 Laves phase and exhibited a hydrogen storage capacity of 1.2 wt.% H, with excellent reversibility at room temperature. Despite the lower capacity, the emissions associated with its raw materials were only 1.3 kg CO2-eq, corresponding to reductions of 89% and 80% compared to the Ti-V-Nb-Cr and Ti-Nb-Cr systems, respectively.Este trabalho tem como objetivo investigar ligas multicomponentes para armazenamento de hidrogênio por meio da formação de hidretos metálicos, utilizando sucata de ligas de titânio (Ti Grau 2 – ASTM F67 e Ti6Al4V-ELI – ASTM F136) e elementos metálicos de pureza comercial, visando à obtenção de materiais mais sustentáveis quanto ao impacto ambiental das matérias-primas. Inicialmente, o sistema Ti-V-Nb-Cr foi estudado com a substituição do Ti de alta pureza por sucata de Ti6Al4V-ELI, resultando na liga Ti18Nb23V24Cr33Al2, cuja fase majoritária apresenta estrutura cúbica de corpo centrado (CCC). A presença de Al e o menor teor de Ti elevaram a pressão de equilíbrio e reduziram a estabilidade do hidreto em comparação à liga de referência (TiVNb)65Cr35, produzida com elementos de alta pureza. Ainda assim, a liga reciclada apresentou capacidade de armazenamento de 2,7 %p. de H à temperatura ambiente e melhor estabilidade cíclica. Visando reduzir a pegada de carbono, o vanádio foi eliminado da composição, por apresentar a maior emissão de CO2 equivalente no sistema Ti-V-Nb-Cr. Foram então desenvolvidas ligas do sistema Ti-Nb-Cr a partir de sucatas de Ti Grau 2 e Ti6Al4V-ELI. As ligas Ti33Nb33Cr33 e Ti32Al2V1Nb37Cr28 apresentaram microestruturas predominantemente CCC, com fração de fase de Laves C15, e capacidades entre 2,25 e 2,5 %p. de H. As emissões de CO2 associadas às matérias-primas foram reduzidas em aproximadamente 30% com a retirada do V. Por fim, investigou-se a liga Ti15Zr17Fe22Mn21Cr22Al2V1, produzida com sucata de Ti6Al4V-ELI e elementos comerciais. A liga formou fase de Laves C14 e apresentou capacidade de 1,2 %p. de H, com excelente reversibilidade à temperatura ambiente. Apesar da menor capacidade, a emissão associada às matérias-primas foi de 1,3 kg CO2-eq, representando reduções de 89% e 80% em relação aos sistemas Ti-V-Nb-Cr e Ti-Nb-Cr, respectivamente.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.799625/2022-00porUniversidade 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/openAccessHydrogen storageMetal hydrideMulticomponent alloyTi-based alloy scrapsENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA7. Energia limpa e acessívelArmazenamento de hidrogênioHidreto metálicoLiga multicomponenteCavacos de ligas de titânioLigas multicomponentes produzidas a partir de cavacos de Ti e/ou materiais com pureza comercial para armazenagem de hidrogênioMulticomponent alloys produced from Ti scraps and/or commercially pure materials for hydrogen storageinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALMariana de Brito Ferraz - Tese.pdfMariana de Brito Ferraz - Tese.pdfapplication/pdf5062673https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/7cb6ca0f-1cd2-4d86-bc89-a831e39b86d7/download27c55338263e6dd119e4a0edbc9573c3MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8906https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/563b7c2d-61b2-44a3-a5a2-e7b3203dec0a/downloadfba754f0467e45ac3862bc2533fb2736MD52falseAnonymousREADTEXTMariana de Brito Ferraz - Tese.pdf.txtMariana de Brito Ferraz - Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain103767https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/8e6dcb59-cc32-447f-b880-6ff1641edfee/downloadaa48aa7b7c9cb3b6d14b275264617b98MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILMariana de Brito Ferraz - Tese.pdf.jpgMariana de Brito Ferraz - Tese.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4174https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/a28402d7-40ca-4c2c-9b4e-cd0415ecc2d5/download8dcee78775023e12ed98f9da0bb808afMD54falseAnonymousREAD20.500.14289/236702026-02-25T03:03:03.674693Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/23670https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222026-02-25T03:03:03Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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