Propriedades de armazenamento de hidrogênio em ligas do sistema (TixZr1-x)CrMnFeNi para 0 < x < 1

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Andrade, Gaspar, 1992-
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/13427
Resumo: Orientador: Ricardo Floriano
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spelling Propriedades de armazenamento de hidrogênio em ligas do sistema (TixZr1-x)CrMnFeNi para 0 < x < 1Hydrogen storage properties of alloys of the system (TixZr1-x)CrMnFeNi to 0 < x < 1Ligas (Metalurgia)Hidrogênio - ArmazenamentoAlloysHydrogen - StorageOrientador: Ricardo FlorianoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências AplicadasResumo: Ligas multicomponentes ou MPEAs – Multi-Principal-Element-Alloys – têm sido exploradas como sistemas armazenadores de hidrogênio, e resultados muito promissores estão sendo reportados, tais como, boas capacidades de absorção de hidrogênio em temperatura ambiente e cinéticas rápidas sem necessidade de processos complexos de ativação. Entretanto, tendo em vista a vasta gama de composições possíveis, há muito ainda a ser objeto de pesquisa em termos de novas ligas e de sua seleção com propriedades de interesse. Nesse sentido, este trabalho explorou as propriedades de armazenamento de hidrogênio em ligas oriundas do sistema (TixZr1-x)CrMnFeNi, no intervalo 0 ? x ? 1, tendo como referência a liga TiZrCrMnFeNi (x = 0.5), já reportada na literatura, através da síntese de composições com diferentes frações atômicas de zircônio e titânio, elementos com alta afinidade química com o hidrogênio. Para tanto, buscou-se correlacionar as propriedades de armazenamento das ligas com diferentes teores dos elementos zircônio e titânio, relacionando o papel desses elementos ao desempenho da respectiva liga, tendo em vista fatores termodinâmicos, microestruturais, cinéticos e composicionais. As ligas com diferentes teores desses elementos foram selecionadas por meio de cálculos termodinâmicos de previsão de equilíbrio termodinâmico pelo método CALPHAD, com uso do software Thermocalc, e sintetizadas em forno de fusão a arco em atmosfera de argônio. As amostras foram caracterizadas quanto à sua microestrutura por microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios-X (DRX). Foram obtidos os parâmetros estruturais das fases presentes nas ligas por meio de refinamento de Rietveld, no estado como fundido e após a hidrogenação. As propriedades de armazenamento de hidrogênio foram analisadas por meio de experimentos cinéticos e de PCT – Pressão x Composição x Temperatura em aparato volumétrico tipo Sieverts. Os resultados obtidos indicam que a substituição do titânio pelo zircônio resultou em uma liga com uma capacidade de armazenamento reversível, à temperatura ambiente, 7% superior ao reportado na literatura para a liga de referência TiZrCrMnFeNi, e com cinética rápida e após simples processo de ativação. Por outro lado, as ligas ricas em titânio não absorveram hidrogênio nas condições de ativação adotadas, indicando a necessidade de processos de ativação adicionais. As ligas ricas em zircônio apresentaram pressão de platô entre 10E-1 e 10E-2 MPa, indicando a capacidade do zircônio em abaixar a pressão de equilíbrio em ligas do sistema em estudoAbstract: Multi-Principal-Element-Alloys (MPEAs) have been explored as hydrogen storage systems, and promising results are being reported, such as good hydrogen absorption capacities at room temperature and fast kinetics, without complex activation processes. However, given the wide range of possible compositions, much research remains to be done in terms of new alloys and the selection of them with properties of interest. In this sense, this work explored the properties of hydrogen storage in alloys of the system (TixZr1-x)CrMnFeNi, in the range of 0 ? x ? 1, having as reference the alloy TiZrCrMnFeNi (x = 0.5), already reported in the literature, through the synthesis of compositions with different atomic fractions of zirconium and titanium, elements with high chemical affinity for hydrogen. For this purpose, it was sought to correlate the storage properties of alloys with different contents of zirconium and titanium elements, relating the role of these elements to the performance of the respective alloy, considering thermodynamic, microstructural, kinetic and compositional factors. The alloys with different contents of these elements were selected by thermodynamic calculations of thermodynamic equilibrium prediction by the CALPHAD method, using Thermocalc software, and synthesized in an arc fusion furnace in argon atmosphere. The samples were characterized as to their microstructure by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). Structural data of the phases present in the alloys were obtained by means of Rietveld refinement, in the as-cast state and after hydrogenation. The hydrogen storage properties were analyzed by means of kinetic and PCT experiments - Pressure x Composition x Temperature in Sieverts type volumetric apparatus. The results obtained indicate that the replacement of titanium by zirconium resulted in an alloy with a reversible storage capacity, at room temperature, 7% higher than that reported in the literature for the reference alloy TiZrCrMnFeNi, and with fast kinetics after a simple activation process. On the other hand, the titanium-rich alloys did not absorb hydrogen under the adopted activation conditions, indicating the need for additional activation processes. Zirconium-rich alloys showed plateau pressure between 10E-1 and 10E-2 MPa, indicating the ability of zirconium to lower the equilibrium pressure in alloys of the system under studyMestradoManufatura de Materiais AvançadosMestre em Engenharia de Produção e de ManufaturaCAPES88887.517755/2020-00[s.n.]Floriano, Ricardo, 1984-Cremasco, AlessandraZepon, GuilhermeUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Ciências AplicadasPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Produção e de ManufaturaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASAndrade, Gaspar, 1992-20232023-02-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (96 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/13427ANDRADE, Gaspar. Propriedades de armazenamento de hidrogênio em ligas do sistema (TixZr1-x)CrMnFeNi para 0 < x < 1. 2023. 1 recurso online (96 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Aplicadas, Limeira, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/13427. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1362804Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-10-30T16:18:44Zoai::1362804Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2023-10-30T16:18:44Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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