https://hdl.handle.net/1884/39837 Sat, 25 Apr 2026 08:09:14 GMT 2026-04-25T08:09:14Z https://hdl.handle.net/1884/98330 Estudo da influência da pré-deposição de grafite e grafeno no processamento por PTA-DED da liga stellite 6 Resumo: Revestimentos protetores contribuem para uma vida útil mais longa e aprimorada do equipamento, motivando a busca por novos materiais e técnicas de processamento eficientes. Uma função a qual pode ser atribuída aos revestimentos é a utilização de materiais não apenas resistentes ao desgaste, mas também com propriedades autolubrificantes, de modo a aumentar a vida ao desgaste e reduzir as perdas energéticas com o atrito. Compostos à base de carbono são materiais amplamente estudados por suas propriedades únicas devido a uma variedade de arranjos atômicos, dentre as quais está a característica de autolubrificação. De modo a viabilizar a utilização de materiais com propriedades distintas, aproveitando suas melhores características, é necessário efetuar a construção de compósitos e, este trabalho, tem por objetivo processar compósitos de matriz metálica utilizando uma liga resistente ao desgaste como matriz e um material com propriedades autolubrificantes como reforço. A fabricação destes compósitos apresenta diversos desafios, desde as questões metalúrgicas como a ligação entre a matriz e o reforço, até questões de processamento, como a viabilidade da utilização da técnica de processamento e a distribuição homogênea dos reforços na matriz. Neste trabalho, buscou-se avaliar o impacto da adição de compostos de carbono (grafeno e grafite) pré-depositados sobre o substrato no processamento de revestimentos de uma liga a base de cobalto, comercialmente conhecida como Stellite 6, pelo processo de Plasma Por Arco Transferido (PTA-DED). Pós de grafite e grafeno foram aplicados manualmente com uma trincha de pintura da superfície sobre o substrato e entre camadas, durante o processamento de revestimentos monocamadas e multicamadas, respectivamente. Para avaliar o impacto nas características mecânicas dos revestimentos, foram executados ensaios de microdureza Vickers, nanodureza e ensaio tribológico de pino sobre o disco. Para a caracterização dos revestimentos processados e ensaiados no teste tribológico, foram utilizadas as técnicas de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), difração de elétrons retroespalhados (EBSD), difração de raios-X (DRX), espectroscopia Raman, microscopia digital e microanálise de sonda eletrônica (EPMA). Os principais resultados mostraram que: 1 - pós pré-depositados aumentam a diluição dos revestimentos monocamadas; 2 – os filmes de grafite aumentaram a dureza dos revestimentos, tanto monocamadas quanto multicamadas; 3 – os filmes de grafeno alteraram a dureza dos revestimentos monocamadas e multicamadas; 4 – a taxa de desgaste e coeficiente de atrito dos revestimentos processados com e sem os filmes de carbono foi similar; 5 – Não foi identificado a presença de grafite ou grafeno livre na pista de desgaste. A discussão dos permitiu concluir que : A – Existem diferenças na transferência de calor na interface do revestimento com o substrato durante o processamento, as quais foram correlacionadas com: I - a pré-deposição dos compostos de carbono aumenta a condutividade térmica da interface do substrato com o arco plasma; II – a ocorrência de uma reação exotérmica de oxidação dos componentes de carbono, consumindo os materiais depositados; III - A alteração da condutividade térmica do arco plasma pela presença de CO2; B – pode ocorrer endurecimento por solução sólida da liga pela adição de compostos de carbono; C – pode ocorrer endurecimento devido a formação de maior quantidade de carbetos; Abstract: Protective coatings are crucial for extending and improving equipment lifespan, which drives the continuous search for novel materials and efficient processing techniques. One vital function attributed to these coatings is the incorporation of materials that are not only wear-resistant but also possess self-lubricating properties. This dual functionality aims to enhance wear life and minimize energy losses due to friction. Carbon-based compounds are extensively investigated for their unique properties, arising from diverse atomic arrangements, prominently featuring self-lubrication. To leverage the distinct properties of various materials and harness their optimal characteristics, the development of composites is essential. This study focuses on processing metal matrix composites, utilizing a wear-resistant alloy as the matrix and a self-lubricating material as reinforcement. The fabrication of such composites presents numerous challenges, ranging from metallurgical aspects, such as matrix-reinforcement bonding, to processing considerations, including the viability of the processing technique and the homogeneous distribution of reinforcements within the matrix. This research evaluates the impact of pre-deposited carbon compounds (graphene and graphite) on the substrate during the processing of cobalt-based alloy coatings, specifically Stellite 6, using the Plasma Transferred Arc-Directed Energy Deposition (PTA-DED) process. Graphite and graphene powders were manually applied with a paint brush onto the substrate surface and between layers for single-layer and multi-layer coatings, respectively. To assess the impact on the mechanical characteristics of the coatings, Vickers microhardness, nanohardness, and pin-on-disk tribological tests were conducted. The characterization of the processed coatings and those subjected to tribological testing involved a comprehensive suite of techniques: optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), electron backscatter diffraction (EBSD), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, digital microscopy, and electron probe microanalysis (EPMA). The main results indicated the following: 1 - Pre-deposited powders increased the dilution of single-layer coatings. 2 - Graphite films enhanced the hardness of both single-layer and multi-layer coatings. 3 - Graphene films altered the hardness of both single-layer and multi-layer coatings. 4 - The wear rate and friction coefficient of coatings processed with and without carbon films were similar. 5 - No free graphite or graphene was identified in the wear track. The discussion of these findings led to the following conclusions: A. Differences exist in heat transfer at the coating-substrate interface during processing, which were correlated with: I. The pre-deposition of carbon compounds increasing the thermal conductivity of the substrate-plasma arc interface. II. The occurrence of an exothermic oxidation reaction of carbon components, consuming the deposited materials. III. The alteration of the plasma arc's thermal conductivity due to the presence of CO2. B. Solid solution strengthening of the alloy may occur due to the addition of carbon compounds. C. Hardening may occur due to the formation of a greater quantity of carbides Orientadora: Profª. Drª. Ana Sofia Clímaco Monteiro D’Oliveira; Banca: Ana Sofia Clímaco Monteiro D’Oliveira (Presidente da Banca), Osvaldo Mitsuyuki Cintho e Leandro Joao da Silva; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 10/07/2025; Inclui referências Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/98330 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/100903 Desenvolvimento de sistema de aquecimento e umidificação ativa de ar para pacientes em uso de ventilação mecânica invasiva em Unidades de Tratamento Intensivo (UTI) Resumo: O estudo apresenta o desenvolvimento de um sistema de aquecimento e umidificação ativa do ar inspirado para pacientes submetidos à ventilação mecânica invasiva em unidades de terapia intensiva (UTI). Durante a ventilação mecânica, o desvio das vias aéreas superiores compromete os mecanismos fisiológicos de filtração, umidificação e aquecimento do ar inspirado, funções essenciais para a proteção do trato respiratório inferior e da mecânica pulmonar. Para suprir essa deficiência, são empregados dispositivos de aquecimento e umidificação dos gases inspirados, usualmente classificados como passivos ou ativos. O presente estudo concentra-se no desenvolvimento de um sistema ativo que utiliza controle por lei de potência para manter a temperatura e a umidade dentro de valores alvo previamente definidos. O sistema foi inicialmente avaliado em bancada experimental, utilizando regimes de fluxo contínuo e intermitente que simulam as condições ventilatórias de um paciente adulto, e posteriormente testado em ambiente hospitalar, conectado a um ventilador mecânico Puritan Bennett™ 840. Os resultados indicam que o sistema desenvolvido é capaz de atingir a temperatura alvo de 34 °C em aproximadamente 6 minutos, além de manter a umidade relativa próxima a 100%, com oscilações térmicas inferiores a 1 °C. O controle por lei de potência mostrou-se superior ao controle do tipo on–off, ao reduzir sobressinais térmicos e otimizar o consumo energético por meio do aproveitamento da inércia térmica do sistema, evidenciando potencial para aplicação clínica; Abstract: The study presents the development of an active inspired air heating and humidification system for patients undergoing invasive mechanical ventilation in intensive care units (ICUs). During mechanical ventilation, the bypass of the upper airways compromises the physiological mechanisms responsible for air filtration, humidification, and heating—functions that are essential for protecting the lower respiratory tract and preserving pulmonary mechanics. To compensate for this deficiency, devices for heating and humidifying inspired gases are employed, commonly classified as passive or active. The present study focuses on the development of an active system that employs a power-law control strategy to maintain temperature and humidity within previously defined target values. The system was initially evaluated on an experimental bench using continuous and intermittent airflow regimes that simulate the ventilatory conditions of an adult patient, and subsequently tested in a hospital environment while connected to a Puritan Bennett™ 840 mechanical ventilator. The results indicate that the developed system is capable of reaching the target temperature of 34 °C in approximately 6 minutes, while maintaining relative humidity close to 100%, with thermal oscillations below 1 °C. The power-law control strategy proved superior to on–off control by reducing thermal overshoot and optimizing energy consumption through effective utilization of the system’s thermal inertia, thereby demonstrating potential for clinical application Orientador(a): Prof. Dr. José Viriato Coelho Vargas; Coorientador(a): Profa. Dra. Giuliana Sardi Venter; Banca: José Viriano Coelho Vargas (Presidente da Banca), Lauber de Souza Martins, João Vitor de Carvalho Fontes e Luciano Kiyoshi Araki; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 17/11/2025; Inclui referências Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/100903 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/100711 Implementação numérica do método dos elementos de contorno para cálculo de rao de corpos flutuantes Resumo: Diante da crescente demanda por projetos hidrodinâmicos associados à exploração de petróleo e energias renováveis, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um código para calcular o Response Amplitude Operator (RAO) de corpos flutuantes, utilizando o Método dos Elementos de Contorno Indireto com Colocação nodal via discretização pelo método dos painéis, também conhecido como método de Hess-Smith. O Método dos Elementos de Contorno (MEC) é uma técnica numérica amplamente utilizada na resolução de problemas de engenharia, especialmente aqueles relacionados à interação fluido-estrutura, e destaca-se por sua capacidade de oferecer soluções precisas para problemas de valores no contorno, sem a necessidade de gerar a malha em todo o domínio, característica comum em métodos como o Método dos Elementos Finitos (MEF). O código desenvolvido visa fornecer uma implementação eficiente do MEC, concentrando-se na resolução de problemas de valor de contorno relacionados à análise de corpos flutuantes. O método de elementos e contorno por colocação, empregado neste trabalho, envolve a colocação de fontes nos painéis discretos ao longo do contorno da geometria da estrutura para representar a influência do corpo no escoamento potencial, eliminando a necessidade de discretização do domínio fluido e do interior do corpo flutuante. Isso resulta em uma simplificação significativa do processo computacional, levando a uma redução notável na quantidade de equações do sistema de equações a ser resolvido e, consequentemente, redução do tempo de processamento em comparação com métodos como o MEF e MVF (Método dos Volumes Finitos). Uma metodologia de cálculo é apresentada visando calcular os coeficientes hidrodinâmicos de massa adicional, amortecimento de radiação e a força de Froude-Krylov, necessários para cômputo do operador amplitude de resposta. O RAO é útil em projetos de engenharia, pois quantifica a amplitude de deslocamento, linear ou angular, em função de parâmetros de onda como frequência, amplitude e direção de incidência. Ao final do trabalho fora conduzido uma análise direcional de incidência de ondas e caracterizado a influência de termos cruzados de acoplamento entre graus de liberdade; Abstract: In view of the growing demand for hydrodynamic projects associated with oil exploration and renewable energy applications, this work presents the development of a numerical code to compute the Response Amplitude Operator (RAO) of floating bodies using the indirect Boundary Element Method with nodal collocation via panel discretization, also known as the Hess–Smith method. The Boundary Element Method (BEM) is a numerical technique widely employed in engineering problems, particularly those related to fluid–structure interaction, and is distinguished by its ability to provide accurate solutions to boundary value problems without the need for mesh generation throughout the entire domain, a common requirement in methods such as the Finite Element Method (FEM). The developed code aims to provide an efficient implementation of the BEM, focusing on the solution of boundary value problems related to the analysis of floating bodies. The collocation-based boundary element formulation employed in this work involves the placement of sources on discretized panels along the structure boundary to represent the influence of the body on the potential flow, eliminating the need for discretization of the fluid domain and the interior of the floating body. This results in a significant simplification of the computational process, leading to a substantial reduction in the number of equations in the resulting system and, consequently, a reduction in computational cost when compared to methods such as FEM and the Finite Volume Method (FVM). A computational methodology is presented to evaluate the hydrodynamic coefficients of added mass, radiation damping, and the Froude–Krylov force, which are required for the computation of the response amplitude operator. The RAO is a useful tool in engineering design, as it quantifies linear or angular displacement amplitudes as a function of wave parameters such as frequency, amplitude, and direction of incidence. At the end of the study, a directional wave incidence analysis is conducted, and the influence of cross-coupling terms between degrees of freedom is characterized Orientador: Prof. Dr. Luciano Kiyoshi Araki; Banca: Luciano Kiyoshi Araki (Presidente da Banca), Luiz Alkimin de Lacerda e Jeferson Avila Souza; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 23/07/2025; Inclui referências Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/100711 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/100196 Cementaçao a baixa temperatura do aço inoxidável martensítico AISI 410 : microestrutura e resistência à corrosão das superfícies tratadas Resumo: O processo de cementação assistida por plasma à baixa temperatura é um método eficiente para promover a modificação das propriedades mecânicas da superfície de aços inoxidáveis, com consequente melhora do comportamento tribológico, sem afetar negativamente a resistência à corrosão destes materiais. A aplicação deste tratamento para os inoxidáveis martensiticos é recente e muitos aspectos ainda merecem ser estudados. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo estudar o tratamento termoquímico de cementação por plasma à baixa temperatura em amostra do aço inoxidável martensítico do tipo AISI 410, de forma a determinar a influência da temperatura de tratamento sobre a microestrutura, dureza e a resistência à corrosão da superfície tratada. O tratamento de cementação foi realizado a 300, 350, 400 e 450 ºC, utilizando uma mistura gasosa composta contendo 99,5% de uma mistura gasosa de 80% H2 + 20% Ar com 0,5% de CH4 (em volume). O fluxo da mistura gasosa e a pressão foram de 1,67 x 10-6 Nm3s-1, e 400 Pa. As amostras tratadas foram caracterizadas quanto à microestrutura empregando-se técnicas de difratometria de raios-X e microscopia óptica e a dureza superficial e o perfil de dureza foram medidos pela técnica de microdureza. A resistência à corrosão das superfícies tratadas foi avaliada utilizando medidas eletroquímicas (potencial de circuito aberto, espectroscopia de impedância eletroquímica, polarização linear, croamperimetria multipotencial e ensaios de temperatura crítica de pitting). Não foi possível visualizar uma camada cementada na análise metalográfica, contudo observou-se um aumento na dureza superficial indicando que o processo de cementação foi bem sucedido. Os ensaios eletroquímicos permitem afirmar que é possível realizar o tratamento sem degradar a resistência a corrosão das superfícies. O conjunto dos resultados, permitem afirmar que existe uma relação direta entre a temperatura do processo de cementação e as propriedades da superfície tratada, em especial na resistência à corrosão das superfícies tratadas; Abstract: Low-temperature plasma assisted carburizing is an efficient method to provide mechanical properties modifications in stainless steels, with a consequent improvement on its tribological behavior, without causing negative effects to the corrosion resistance of these materials. The application of this treatment to martensitic stainless steels is recent and there are many aspects that deserves attention. In this context, the purpose of this work is to study the low temperature plasma assisted carburizing thermochemical treatment for the AISI 410 martensitic stainless steel, aiming to determine the influence of the treatment temperature in the treated surface microstructure, hardness and corrosion resistance. The carburizing treatment were carried out at 300, 350, 400 and 450 ºC, using a gas mixture containing 99,5% of (80% H2 + 20% Ar) + 0,5% de CH4 (in volume). The gas mixture flow rate and pressure were fixed at 1,67 x 10-6 Nm3s-1 and 400 Pa. The treated samples were characterized according to its microstructure and properties using X-ray diffractometry, optical microscopy and surface hardness and hardness profile measurements. The treated surfaces corrosion resistance was evaluated using electrochemical measurements (open circuit potencial, electrochemical impedance spectroscopy, linear polarization, multipotential chronoamperometry and pitting critical temperature tests). In this research it was not possible to visualize the carburized layer by optical microscopy. Although an increase in the surface hardness was observed, indicating that the process of carburized were succeeded. The electrochemical tests allows to attest that it was possible to increase the surface hardness without decreasing its corrosion resistance. All results confirm that there is a direct relationship between the carburizing temperature and the treated surface properties, especially regarding treated surface corrosion resistance Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Perito Cardoso; Coorientador: Dr. Marcos A. Coelho Berton; Banca: Silvio Francisco Brunatto, Paulo César Borges e Cristiano José Scheuer; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 29/07/2016; Inclui referências; Área de concentração: Manufatura Fri, 01 Jan 2016 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/100196 2016-01-01T00:00:00Z