Detalhes bibliográficos
| Ano de defesa: |
2016 |
| Autor(a) principal: |
Filipe Estevão de Freitas |
| Orientador(a): |
Chen Ying An,
Rafael Cardoso Toledo |
| Banca de defesa: |
Irajá Newton Bandeira,
Danieli Aparecida Pereira Reis |
| Tipo de documento: |
Dissertação
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| Tipo de acesso: |
Acesso aberto |
| Idioma: |
por |
| Instituição de defesa: |
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
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| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
BR
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| Resumo em Inglês: |
The space environment offers special conditions for materials science and technology due to microgravity. Microgravity is a powerful tool for understanding issues of knowledge allowing to study and understand physical, chemical and biological processes and then emphasize these phenomena when occurs in the Earths gravity. The solidification process of a metal involves a several variables, such as chemical alloy composition, the pouring temperature of the molten metal, the intensity of convection during the mold filling, the heat exchange between the metal and mold, and cooling rates. In microgravity, the solidification occurs in environment with no convection and containerless. Thus, microgravity experiments enables to understand and improve the solidification process. The aim of this work was to study the microgravity influence in metallic eutectic alloy solidification of Bismuth-Cadmium (BiCd) and Bismuth-Tin (BiSn) using a LAS/INPE${'}$s 3 meters drop tube. As characterization methods, it was used scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction and densitometry to investigate the microstructures and alloys aspects. It was analyzed the heat transfer by conduction theory involved in the process through mathematical models in order to compare to the theoretical and practical results and checking the compatibility between them. The results showed that the BiCd eutectic alloy has a predominantly irregular structure for ${\mu}$g solidified samples and a regular + irregular one for 1g samples. For BiSn eutectic alloy, the structures of $\mu$g e 1g solidified samples proved irregular. The microgravity solidified samples exhibit more homogeneous and uniform aspects than those solidified in Earth${'}$s gravity. Probably this happens because of the absence of convective flows and favoring the homogeneous nucleation during $\mu$g solidification. Despite the limitations, the heat transfer theoretical analysis proves to be a great indicator of the possible diameters of the droplets that can be obtained at drop tube. |
| Link de acesso: |
http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/02.03.17.34
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Resumo: |
O ambiente espacial oferece oportunidades únicas para a ciência e tecnologia dos materiais por causa da presença da microgravidade. A microgravidade constitui uma ferramenta poderosa para o melhor entendimento de questões fundamentais do conhecimento, permitindo estudar e compreender melhor os processos físicos, químicos e biológicos e, então, dar ênfase a esses fenômenos quando ocorre na gravidade terrestre. O processo de solidificação de um metal envolve uma série de variáveis, como a composição química da liga metálica, a temperatura de vazamento do metal líquido juntamente com a intensidade das correntes convectivas durante o preenchimento do molde, a troca de calor entre o metal e o molde e as consequentes taxas de resfriamento da peça. Na microgravidade, o metal líquido não sofre troca de calor por convecção e, também, não é necessário um molde que o contenha. Deste modo, experimentos em ambiente de microgravidade possibilita entender e aperfeiçoar o processo de solidificação. O objetivo desse trabalho foi estudar a influência da microgravidade na solidificação das ligas metálicas eutéticas de Bismuto-Cádmio (BiCd) e Bismuto-Estanho (BiSn), utilizando um tubo vertical de queda livre de 3 metros pertencente ao Laboratório Associado de Sensores e Materiais no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (LAS/INPE). Para esse estudo, utilizou-se as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDX), difração de raios X (DRX) e densimetria para caracterizar e averiguar as microestruturas e aspectos das ligas. Analisou-se a teoria de transferência de calor por condução envolvida no processo através de modelos matemáticos, a fim de comparar os resultados teóricos e práticos e verificar a compatibilidade entre eles. Os resultados obtidos mostram que a liga eutética de BiCd apresentou uma estrutura predominantemente irregular para amostras solidificadas em $\mu$g e regular + irregular para aquela solidificada em 1g. Para liga eutética BiSn, as estruturas das amostras solidificadas em $\mu$g e 1g se mostraram irregulares. As amostras solidificadas em microgravidade apresentaram aspectos mais homogêneos e uniformes do que aquelas solidificadas em gravidade terrestre. Provavelmente, isso ocorreu devido à ausência de fluxos convectivos e favorecimento da nucleação homogênea durante a solidificação em $\mu$g. Apesar de suas limitações, a análise teórica de transferência de calor revela-se um ótimo indicador dos possíveis diâmetros das gotículas que podem ser obtidas no drop tube. |
