Elaboração de compósitos magnéticos

A utilização de concentradores de fluxo magnético no processo de tratamento térmico de têmpera por indução permite o aumento da eficiência do processo e a redução do custo operacional. No entanto, esses orientadores de fluxo magnético são comercializados normalmente com geometria padrão para uma fácil e rápida instalação e normalmente necessitam de ajustes dimensionais para serem acoplados à bobina de equipamentos específicos. Esse ajuste é normalmente realizado por usinagem do material o que conseqüentemente ocasiona a produção de um resíduo e associado a isso, a geração de custo para tratamento do resíduo e perda de matéria-prima. A redução de custos, o aumento da produtividade e o tratamento dos resíduos têm sido os principais focos das empresas. Nesse contexto, o presente trabalho tem por objetivo o estudo da possibilidade de reutilização do resíduo de material magnético, oriundo da usinagem do concentrador de fluxo, na fabricação dessa mesma ferramenta a partir do processo de metalurgia do pó. Para isso, foram elaborados compósitos magnéticos a partir do resíduo de material magnético e material isolante (dois tipos de resinas). Foram realizadas as etapas de caracterização do resíduo, elaboração do compósito e avaliação comparativa entre o material original e o compósito magnético quanto às propriedades morfológicas, mecânicas, elétricas e magnéticas. Os resultados obtidos mostraram que os compósitos desenvolvidos empregando resíduos de concentradores de fluxo magnético possuem potencial de uso como orientador de fluxo magnético em um processo de têmpera por indução. Apesar de que as propriedades mecânicas tenham sido reduzidas, as propriedades magnéticas foram melhoradas indicando dessa forma que o processo de reaproveitamento do resíduo na elaboração do compósito apresenta-se como uma excelente alternativa para a redução de impacto ambiental e de custo do processo. Uma análise de custos demonstrou que existe a possibilidade de redução do valor por peça em até 89%.The use of magnetic flux concentrators in the heat treatment process of induction hardening to increase process efficiency and reducing operating cost. However, these guiding magnetic flux are usually sold with standard geometry for easy and quick to install and usually require adjustments dimensional to be coupled to the coil of special equipment. This adjustment is usually accomplished by machining the material that eventually causes the production of waste and associated with that generation cost for the treatment of waste and loss of raw material. Reducing costs, increasing productivity and waste treatment have been the main focus of the business. In this context, this work aims to study the possibility of reuse of residual magnetic material, derived from the machining of the hub flow for the manufacture of the same tool from the process of powder metallurgy. For this, magnetic composites were prepared from the residue of magnetic material and insulating material (two types of resins). Steps were performed to characterize the waste, the composite drawing and benchmarking between the original material and the composite magnetic and morphological properties, mechanical, electrical and magnetic. The results showed that the composites developed using waste magnetic flux concentrators have potential use as a guiding magnetic flux in a process of induction hardening. Although the mechanical properties have been reduced, the magnetic properties have been improved thereby indicating that the process of reusing the waste in the preparation of the composite appears as a great alternative to reduce environmental impact and cost of litigation. A cost analysis showed that there is a possibility of reduction of the number by up to 89%

Revestimento protetor cerâmico e cátodo depositados por spray pirólise sobre aço inoxidável

A redução da temperatura de operação das células a combustível do tipo óxido sólido tem possibilitado a utilização de interconectores metálicos como suporte para os demais componentes. Essa configuração, utilizando suporte externo, apresenta como vantagem a utilização de uma menor quantidade de material empregada para a sua construção. Dentre as técnicas empregadas para a obtenção de componentes para as células a combustível do tipo ITSOFC (Intermediate Temperature Solide Oxide Fuel Cell), a técnica de spray pirólise se destaca por possibilitar a obtenção de materiais densos, porosos ou ainda com gradiente de porosidade. Este trabalho teve como objetivo a obtenção de revestimento denso protetor à base de La, Sr e Co e deposição de cátodo a partir de uma solução à base de La, Sr, Co e Fe por spray pirólise sobre aço inoxidável. Foi variada a temperatura de deposição visando a aplicação como revestimento protetor e cátodo para célula a combustível ITSOFC. A utilização da técnica de spray pirólise apresenta como principal vantagem a utilização de temperaturas mais baixas para o processamento em relação às outras técnicas de fabricação desses componentes, evitando a oxidação severa do material metálico utilizado como suporte. Propriedades morfológicas e químicas do revestimento denso e do cátodo foram determinadas utilizando as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS), respectivamente. As fases apresentadas pelos filmes foram estudadas utilizando a técnica de difração de raios – X (DRX). As propriedades elétricas foram analisadas através da técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) em uma faixa de temperatura de 100 °C a 800 °C. Através dos ensaios em alta temperatura foi possível verificar que o revestimento protetor cerâmico apresentou boa condutividade elétrica. Para o cátodo obtido a partir de uma solução à base de La, Sr, Co e Fe, após diferentes tratamentos térmicos foi observada a formação de fases secundárias, contudo obteve-se boa condutividade elétrica em alta temperatura.The reduction in the operating temperature of solid oxide fuel cells has enabled the use of metallic interconnectors as a support for the other components. This configuration, using external support, has the advantage of using a lesser amount of material used for its construction. Among the techniques used to obtain components for ITSOFC fuel cells (Intermediate Temperature Solide Oxide Fuel Cell), the spray pyrolysis technique stands out for making it possible to obtain dense, porous or even porous gradient materials. This work aimed to obtain a protective coating based on La, Sr and Co and cathode deposition from a solution based on La, Sr, Co and Fe by spray pyrolysis on stainless steel. The deposition temperature was varied in order to be applied as a dense protective coating and cathode for the ITSOFC fuel cell. The use of the spray pyrolysis technique has as its main advantage the use of lower temperatures for processing compared to other techniques for manufacturing these components, avoiding the severe oxidation of the metallic material used as support. Morphological and chemical properties of the protective coating and the cathode were determined using the techniques of scanning electron microscopy (SEM) and dispersive energy X-ray spectroscopy (EDS), respectively. The phases presented by the films were studied using the X-ray diffraction technique (XRD). The electrical properties were analyzed using the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) technique in a temperature range of 100 °C to 800 °C. Through the tests at high temperature it was possible to verify that the ceramic protective coating presented good electrical conductivity. For the film deposited based on La, Sr, Co and Fe, after different thermal treatments carried out, the formation of secondary phases was observed, however good electrical conductivity was obtained at high temperature

Obtaining of coating based onMn AND Co by dip-coating on ferritic stainless steel

Estudos vêm sendo desenvolvidos para melhorar a resistência à oxidação em temperaturas elevadas do aço inoxidável ferrítico, os quais têm sido propostos para fabricação de interconectores de células a combustível do tipo óxido sólido de temperatura intermediária (IT-SOFC). Dentre os revestimentos empregados, os revestimentos cerâmicos de óxidos do tipo espinélio têm sido os mais aplicados. Nesse contexto, no presente trabalho foram obtidos revestimentos à base de Mn e Co sobre aço inoxidável ferrítico (AISI430), utilizando a técnica de dip-coating. Os filmes obtidos foram caracterizados quanto à morfologia por MEV e quanto à composição elementar por EDS. Foi possível obter do revestimento à base de Mn e Co continuo e aderente sobre o substrato metálico.Studies have been developed to improve the oxidation resistance at elevated temperatures of ferritic stainless steel, which have been proposed for the fabrication of intermediate-temperature solid oxide fuel cell interconnectors (IT-SOFC). Among the coatings employed, ceramic coatings of spinel-type oxides have been the most applied. In this context, in the present work Mn and Co based coatings were obtained on ferritic stainlesssteel (AISI 430), using the dip-coating technique. The films obtained were characterized as to morphology by SEM and as to elemental composition by EDS. It was possible to obtain a continuous and adherent Mn and Co based coating over the metallic substrate

Spinel (NiFe)3O4 obtention by electrodeposition on ferritic stainless steel

Os aços inoxidáveis ferríticosapresentam características como, boa condutividade elétrica, boa resistência à corrosão e baixo custo, e uma das aplicações tem sido como interconectores em células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediaria (ITSOFC), que operam a uma temperatura entre 600ºC a 800ºC. No entanto, a boa resistência à corrosão desta liga é atribuída à quantidade de Cr que em elevadas temperaturas forma uma película protetora de óxido de cromo (Cr2O3), prejudicando o desempenho dos interconectores. Nesse contexto, o presente trabalho tem por objetivo obter filmes de espinélios a base de Fe e Ni através da técnica de eletrodeposição. Os filmes de espinélios obtidos sobre o aço inoxidável foram caracterizados quanto à morfologia e microestrutura por MEV, EDS, DRX,e quanto à aderência. Os resultados obtidos mostraram que o filme é aderente ao substrato de aço inox AISI 430 e após tratamento térmico foi possível obter espinélios (NiFe)3O4.The ferritic stainless steels show properties as good electrical conductivity, good corrosion resistance and low cost, being that for this reason an application of this material has been in interconnectsfor Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells (ITSOFC) which work at temperatures between 600°C and 800°C. However, the stainless steel corrosion resistance is attributed to the amount of Cr, element that forms a chromium oxide (Cr2O3) layer, which acts as an oxidation protective, at high temperatures, but also reduces the interconnector performance due to its low conductivity. In this context, the objective of this work is to obtain Fe and Ni spinel coatings produced by electrodeposition. The spinel films deposited on stainless steel were characterized regarding their morphology and microstructure by SEM, EDS, XRD, oxidation resistance and adherence analysis. The results obtained showed that the films are adherent to the AISI stainless steel 430 substrate and pointed also thatthe used heat treatment procedure was effective in order to obtain crystalline spinels (NiFe)3O4

Effect of High-Temperature Exposure on Degradation of La0.6Sr0.4CoO3 Coated Metallic Interconnects for ITSOFC and SOEC

Previous studies showed the formation of new phases affecting the electrical properties of LSC thin films deposited on stainless steel substrates, which are commonly tested for ITSOFC and SOEC interconnects. A 4.3 μm thick La0.6Sr0.4CoO3 coating was deposited on AISI430 steel by spray pyrolysis, followed by heat treatment (800°C/2h) and an oxidation in air (800°C/96h). The La0.6Sr0.4CoO3 phase interacted with the metallic substrate and formed SrCrO4, causing degradation of the perovskite into La0.9Sr0.1CoO3. An EDS mapping showed Sr and Cr enrichment in the coating/substrate interface. TG analysis indicated a lower mass gain for the coated substrate. The total ASR at 800°C of the interconnect before and after oxidation was 3.23 Ω.cm2 and 3.98 Ω.cm2, respectively. The Ea underwent very small variation, remaining around 0.24 eV (T≤300°C) and 0.65 eV (T≥400°C). The reaction of Cr from the substrate and Sr from LSC seems to have impaired the performance of the interconnect

Obtenção de materiais do tipo perovskita para a elaboração de um cátodo a partir de filmes finos sobre aço inoxidável ferrítico pelo processo de spray pirólise

Companhia Estadual de Distribuição de Energia ElétricaUniversidade Federal do Rio Grande do SulEngenhariaDepositad

Tratamento superficial do aço inoxidável ferrítico com revestimento La0,6Sr0,4CoO3 para aplicação como interconectores em células a combustíveis do tipo ITSOFC

As células a combustível de operação em altas temperaturas (800 a 1000 °C) do tipo óxido sólido (SOFC), são sistemas de geração de energia que convertem diretamente energia química em eletricidade pela combinação de um combustível com o oxigênio. Com a redução da temperatura de operação desse tipo de célula para uma faixa entre 600 e 800°C, a possiblidade do emprego de materiais metálicos como interconectores têm sido proposta em substituição aos materiais cerâmicos convencionais. Entre as ligas metálicas, os aços inoxidáveis ferríticos têm sido propostos devido às suas propriedades de condutividade elétrica, coeficiente de expansão térmica compatível com os demais constituintes da célula e baixo custo. No entanto, quando exposto a temperaturas elevadas em determinadas atmosferas o interconector em aço inoxidável pode sofrer o aumento gradual da resistência elétrica, devido à formação de uma camada de óxido sobre a superfície (Cr2O3). Além disso, pode ocorrer a migração de cromo para o cátodo, comprometendo o desempenho eletroquímico da célula a combustível. Neste contexto, a aplicação de revestimentos cerâmicos protetores é uma das possíveis soluções para esses problemas. Este trabalho teve por objetivo a obtenção de filme cerâmico sobre o aço inoxidável ferrítico AISI 430. Os filmes foram obtidos pela técnica de spray pirólise a partir de uma solução precursora contendo nitratos de La, Sr e Co. Após tratamento térmico foi possível obter a fase perovskita La0,6Sr0,4CoO3. A caracterização morfológica, estrutural e química dos filmes obtidos foi realizada por meio de: microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (AFM), difração de raios X (DRX) e espectroscopia por energia dispersiva (EDS). Além disso, os filmes foram avaliados quanto à aderência e quanto à resistência à oxidação. Os resultados obtidos mostraram que o aço inoxidável ferrítico AISI 430 revestido, apresentou aumento na resistência à oxidação em relação ao substrato sem revestimento. No entanto, ainda que aderentes, os filmes apresentaram cobertura irregular.High-temperature solid oxide fuel cells (800-1000°C) are energy power generation, directly converting the chemical energy into electricity by combining fuel and oxygen. With the reduction of SOFC operating temperature into an intermediate temperature range of 600-800 °C, it has become possible to replace conventional ceramics with metallic alloys for interconnects. Of the metallic alloys, ferritic stainless steels are considered among the most promising candidate materials, due to their electronic conductivity, appropriate coefficient of thermal expansion (CTE) with other components in fuel cell and low material cost. However, when exposed to high temperatures in certain atmospheres, stainless steel interconnect may suffer gradual increase in the electrical resistance, due to the formation of an oxide layer on their surface (Cr2O3). Moreover, there may be migration of chromium via chromia scale evaporation into cathode, which can lead to degradation in the electrochemical performance of the fuel cell. In this context, the application of a ceramic protective layer is one of the possible solutions to this problem. The purpose of this work was to obtain ceramic coating on the AISI 430 ferritic stainless steel. The films were obtained by spray pyrolysis technique from a precursor solution containing La, Sr and Co nitrates. After the heat treatment, it was possible to obtain the perovskite phase. The morphology, structural and chemistry of the films obtained were characterized by: scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscope (AFM), X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Moreover, the films were characterized according to adhesion and oxidation resistance. The results showed that the coated AISI 430 stainless steel presented an increase in oxidation resistance in comparison with uncoated substrate. However, although adherent, the films obtained showed irregular coverage

Elaboração de compósitos magnéticos

A utilização de concentradores de fluxo magnético no processo de tratamento térmico de têmpera por indução permite o aumento da eficiência do processo e a redução do custo operacional. No entanto, esses orientadores de fluxo magnético são comercializados normalmente com geometria padrão para uma fácil e rápida instalação e normalmente necessitam de ajustes dimensionais para serem acoplados à bobina de equipamentos específicos. Esse ajuste é normalmente realizado por usinagem do material o que conseqüentemente ocasiona a produção de um resíduo e associado a isso, a geração de custo para tratamento do resíduo e perda de matéria-prima. A redução de custos, o aumento da produtividade e o tratamento dos resíduos têm sido os principais focos das empresas. Nesse contexto, o presente trabalho tem por objetivo o estudo da possibilidade de reutilização do resíduo de material magnético, oriundo da usinagem do concentrador de fluxo, na fabricação dessa mesma ferramenta a partir do processo de metalurgia do pó. Para isso, foram elaborados compósitos magnéticos a partir do resíduo de material magnético e material isolante (dois tipos de resinas). Foram realizadas as etapas de caracterização do resíduo, elaboração do compósito e avaliação comparativa entre o material original e o compósito magnético quanto às propriedades morfológicas, mecânicas, elétricas e magnéticas. Os resultados obtidos mostraram que os compósitos desenvolvidos empregando resíduos de concentradores de fluxo magnético possuem potencial de uso como orientador de fluxo magnético em um processo de têmpera por indução. Apesar de que as propriedades mecânicas tenham sido reduzidas, as propriedades magnéticas foram melhoradas indicando dessa forma que o processo de reaproveitamento do resíduo na elaboração do compósito apresenta-se como uma excelente alternativa para a redução de impacto ambiental e de custo do processo. Uma análise de custos demonstrou que existe a possibilidade de redução do valor por peça em até 89%.The use of magnetic flux concentrators in the heat treatment process of induction hardening to increase process efficiency and reducing operating cost. However, these guiding magnetic flux are usually sold with standard geometry for easy and quick to install and usually require adjustments dimensional to be coupled to the coil of special equipment. This adjustment is usually accomplished by machining the material that eventually causes the production of waste and associated with that generation cost for the treatment of waste and loss of raw material. Reducing costs, increasing productivity and waste treatment have been the main focus of the business. In this context, this work aims to study the possibility of reuse of residual magnetic material, derived from the machining of the hub flow for the manufacture of the same tool from the process of powder metallurgy. For this, magnetic composites were prepared from the residue of magnetic material and insulating material (two types of resins). Steps were performed to characterize the waste, the composite drawing and benchmarking between the original material and the composite magnetic and morphological properties, mechanical, electrical and magnetic. The results showed that the composites developed using waste magnetic flux concentrators have potential use as a guiding magnetic flux in a process of induction hardening. Although the mechanical properties have been reduced, the magnetic properties have been improved thereby indicating that the process of reusing the waste in the preparation of the composite appears as a great alternative to reduce environmental impact and cost of litigation. A cost analysis showed that there is a possibility of reduction of the number by up to 89%

Tratamento superficial do aço inoxidável ferrítico com revestimento La0,6Sr0,4CoO3 para aplicação como interconectores em células a combustíveis do tipo ITSOFC

As células a combustível de operação em altas temperaturas (800 a 1000 °C) do tipo óxido sólido (SOFC), são sistemas de geração de energia que convertem diretamente energia química em eletricidade pela combinação de um combustível com o oxigênio. Com a redução da temperatura de operação desse tipo de célula para uma faixa entre 600 e 800°C, a possiblidade do emprego de materiais metálicos como interconectores têm sido proposta em substituição aos materiais cerâmicos convencionais. Entre as ligas metálicas, os aços inoxidáveis ferríticos têm sido propostos devido às suas propriedades de condutividade elétrica, coeficiente de expansão térmica compatível com os demais constituintes da célula e baixo custo. No entanto, quando exposto a temperaturas elevadas em determinadas atmosferas o interconector em aço inoxidável pode sofrer o aumento gradual da resistência elétrica, devido à formação de uma camada de óxido sobre a superfície (Cr2O3). Além disso, pode ocorrer a migração de cromo para o cátodo, comprometendo o desempenho eletroquímico da célula a combustível. Neste contexto, a aplicação de revestimentos cerâmicos protetores é uma das possíveis soluções para esses problemas. Este trabalho teve por objetivo a obtenção de filme cerâmico sobre o aço inoxidável ferrítico AISI 430. Os filmes foram obtidos pela técnica de spray pirólise a partir de uma solução precursora contendo nitratos de La, Sr e Co. Após tratamento térmico foi possível obter a fase perovskita La0,6Sr0,4CoO3. A caracterização morfológica, estrutural e química dos filmes obtidos foi realizada por meio de: microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (AFM), difração de raios X (DRX) e espectroscopia por energia dispersiva (EDS). Além disso, os filmes foram avaliados quanto à aderência e quanto à resistência à oxidação. Os resultados obtidos mostraram que o aço inoxidável ferrítico AISI 430 revestido, apresentou aumento na resistência à oxidação em relação ao substrato sem revestimento. No entanto, ainda que aderentes, os filmes apresentaram cobertura irregular.High-temperature solid oxide fuel cells (800-1000°C) are energy power generation, directly converting the chemical energy into electricity by combining fuel and oxygen. With the reduction of SOFC operating temperature into an intermediate temperature range of 600-800 °C, it has become possible to replace conventional ceramics with metallic alloys for interconnects. Of the metallic alloys, ferritic stainless steels are considered among the most promising candidate materials, due to their electronic conductivity, appropriate coefficient of thermal expansion (CTE) with other components in fuel cell and low material cost. However, when exposed to high temperatures in certain atmospheres, stainless steel interconnect may suffer gradual increase in the electrical resistance, due to the formation of an oxide layer on their surface (Cr2O3). Moreover, there may be migration of chromium via chromia scale evaporation into cathode, which can lead to degradation in the electrochemical performance of the fuel cell. In this context, the application of a ceramic protective layer is one of the possible solutions to this problem. The purpose of this work was to obtain ceramic coating on the AISI 430 ferritic stainless steel. The films were obtained by spray pyrolysis technique from a precursor solution containing La, Sr and Co nitrates. After the heat treatment, it was possible to obtain the perovskite phase. The morphology, structural and chemistry of the films obtained were characterized by: scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscope (AFM), X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Moreover, the films were characterized according to adhesion and oxidation resistance. The results showed that the coated AISI 430 stainless steel presented an increase in oxidation resistance in comparison with uncoated substrate. However, although adherent, the films obtained showed irregular coverage