Solidificação, desenvolvimento microestrutural, propriedades mecânicas, elétricas e de corrosão de ligas Al-Si(-Ag)
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Data de Publicação: | 2021 |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15557 |
Resumo: | In the last years, the development of new light and efficient systems in electric vehicles (EV) opens up new research opportunities. Besides that, the need for internal combustion engine components with optimized properties is also attracting interest. One of these challenges involves the development of alternative Al-Si based alloys. Under such context, the microstructure of Al-Si alloys can be modified with addition of alloying elements in order to improve properties such as tensile strength, corrosion resistance and electrical conductivity. This PhD research focuses on better understanding of the effects of Ag additions: 0.1 and 2.0wt.% and cooling rate variations on dendritic growth and eutectic formation constituting Al-5wt.%Si and Al-10wt.%Si alloys. Thermodynamic simulations (ThermoCalc) were performed to support the extensive microstructural evaluation. A complete set of characterization including monitored solidification experiments, tensile tests, electrical conductivity, potentiodynamic polarization, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), immersion tests, optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) was developed. The Al-5wt.%Si-0.1wt.%Ag and Al-10wt.%Si-0.1wt.%Ag alloys showed the best combined results for tensile properties / electrical conductivity, resulting in 142 MPa / 22% / 29.4 %IACS and 160 MPa / 12 % / 29.6 %IACS, respectively. Ag-containing having 2.0wt.% alloys resulted in slightly higher mechanical properties and lower electrical conductivity. Furthermore, the Al-5%Si-0.1%Ag and Al-10%Si-0.1%Ag alloys showed the best corrosion performance compared to the ternary compositions with equivalent Si and higher Ag content, resulting in lower corrosion rate, higher passive range, and greater polarization resistance. In the matter of the Al-10wt.% Si-Ag alloys, the microstructure refinement tends to increase the corrosion rate and to enhance the sample’s nobility. |
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Gomes, Leonardo FernandesSpinelli, José Eduardohttp://lattes.cnpq.br/8882038118634925http://lattes.cnpq.br/69048831561938382022-02-08T23:26:01Z2022-02-08T23:26:01Z2021-10-27GOMES, Leonardo Fernandes. Solidificação, desenvolvimento microestrutural, propriedades mecânicas, elétricas e de corrosão de ligas Al-Si(-Ag). 2021. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15557.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15557In the last years, the development of new light and efficient systems in electric vehicles (EV) opens up new research opportunities. Besides that, the need for internal combustion engine components with optimized properties is also attracting interest. One of these challenges involves the development of alternative Al-Si based alloys. Under such context, the microstructure of Al-Si alloys can be modified with addition of alloying elements in order to improve properties such as tensile strength, corrosion resistance and electrical conductivity. This PhD research focuses on better understanding of the effects of Ag additions: 0.1 and 2.0wt.% and cooling rate variations on dendritic growth and eutectic formation constituting Al-5wt.%Si and Al-10wt.%Si alloys. Thermodynamic simulations (ThermoCalc) were performed to support the extensive microstructural evaluation. A complete set of characterization including monitored solidification experiments, tensile tests, electrical conductivity, potentiodynamic polarization, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), immersion tests, optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) was developed. The Al-5wt.%Si-0.1wt.%Ag and Al-10wt.%Si-0.1wt.%Ag alloys showed the best combined results for tensile properties / electrical conductivity, resulting in 142 MPa / 22% / 29.4 %IACS and 160 MPa / 12 % / 29.6 %IACS, respectively. Ag-containing having 2.0wt.% alloys resulted in slightly higher mechanical properties and lower electrical conductivity. Furthermore, the Al-5%Si-0.1%Ag and Al-10%Si-0.1%Ag alloys showed the best corrosion performance compared to the ternary compositions with equivalent Si and higher Ag content, resulting in lower corrosion rate, higher passive range, and greater polarization resistance. In the matter of the Al-10wt.% Si-Ag alloys, the microstructure refinement tends to increase the corrosion rate and to enhance the sample’s nobility.Nos últimos anos, o desenvolvimento de novos componentes leves e eficientes em veículos elétricos (EV) abriu novas oportunidades de pesquisa. Além disso, a necessidade de componentes de motores de combustão interna com propriedades otimizadas também desperta interesse. Uma dessas frentes envolve o desenvolvimento de ligas alternativas baseadas no Al-Si. Neste contexto, a microestrutura das ligas Al-Si pode ser modificada com a adição de elementos de liga, no sentido de melhorar propriedades como, por exemplo, resistência mecânica, ductilidade, resistência à corrosão e condutividade elétrica. Este Doutorado se concentrou no entendimento dos efeitos das adições de Ag: 0,1 e 2,0% (%em peso) combinado com as variações de taxa de resfriamento no crescimento dendrítico e na formação eutética constituindo as ligas Al-5%Si e Al-10%Si. Simulações termodinâmicas (ThermoCalc) foram realizadas para dar suporte a extensa avaliação microestrutural. Um conjunto completo de caracterização incluindo experimentos monitorizados de solidificação, ensaios de tração, condutividade elétrica, polarização potenciodinâmica, espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), testes de imersão, microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi desenvolvido. As ligas Al-5%Si-0,1%Ag e Al-10%Si-0,1%Ag apresentaram os melhores resultados combinados de propriedades de tração / condutividade elétrica, resultando em 142 MPa / 22% / 29,4 %IACS e 160 MPa / 12 % / 29,6 %IACS, respectivamente. As ligas contendo 2%Ag resultaram em resistências mecânicas ligeiramente superiores e condutividade elétrica inferior. Além disso, as ligas Al-5%Si-0,1%Ag e Al-10%Si-0,1%Ag apresentaram o melhor desempenho de corrosão se comparadas com as composições ternárias com equivalente teor de Si e teor de Ag superior, resultando em menor taxa de corrosão, maior intervalo passivo e maior resistência de polarização. No caso das ligas Al-10%Si-Ag, o refino microestrutural tendeu a aumentar a taxa de corrosão e aumentar a nobreza das ligas.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo nº 88882.332710/2019-01, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Processo n° #2019/23673-7, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo nº 88887.185338/2018-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior/Comitê Francês de Avaliação da Cooperação Universitária com o Brasil (CAPES/COFECUB)Processo nº 88887.160750/2015-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior/Comitê Francês de Avaliação da Cooperação Universitária com o Brasil (CAPES/COFECUB)porUniversidade 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/openAccessSolidificaçãoAl-SiAl-Si-AgTaxa de resfriamentoPropriedades de traçãoCondutividade elétricaResistência à corrosãoSolidificationTensile propertiesCooling rateElectrical conductivityCorrosion resistanceENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAOENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICASolidificação, desenvolvimento microestrutural, propriedades mecânicas, elétricas e de corrosão de ligas Al-Si(-Ag)Solidification, microstructural development, mechanical, electrical and corrosion properties of Al-Si(-Ag) alloysinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALLeonardo Fernandes Gomes - Tese.pdfLeonardo Fernandes Gomes - Tese.pdfTese de Doutoradoapplication/pdf16492015https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15557/1/Leonardo%20Fernandes%20Gomes%20-%20Tese.pdf9ab3a477c0e4cdecc1e33bd63eb01195MD51BCO carta comprovante autoarquivamento.pdfBCO carta comprovante autoarquivamento.pdfCarta comprovante assinada pelo orientadorapplication/pdf349214https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15557/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf0bd5adc8ecaabbab7168b6d040ac4fe2MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15557/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTLeonardo Fernandes Gomes - Tese.pdf.txtLeonardo Fernandes Gomes - Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain298782https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15557/4/Leonardo%20Fernandes%20Gomes%20-%20Tese.pdf.txt7818630f979ad95384c103464a61d651MD54BCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtExtracted texttext/plain1526https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15557/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf.txt85eb2bc1b7120492438d71e6dce79720MD56THUMBNAILLeonardo Fernandes Gomes - Tese.pdf.jpgLeonardo Fernandes Gomes - Tese.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6368https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15557/5/Leonardo%20Fernandes%20Gomes%20-%20Tese.pdf.jpgf71df31e99dec0d075d246f6e8e5c98bMD55BCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9238https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15557/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf.jpg3fbffdd82e093f1b5dc9119d225ab5acMD57ufscar/155572022-02-09 03:37:20.749oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/15557Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222022-02-09T03:37:20Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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