Haroldo Cavalcanti Pinto.

O presente projeto objetiva formar o Centro de Inovação PRO-ETANOL DIRETO para desenvolver em 36 meses tecnologia disruptiva nacional de fabricação e manutenção de protótipos de 50 kW de células a combustível de etanol direto operando em regime alcalino sem a necessidade de reformador para integração em sistemas sustentáveis de propulsão automotiva. O Centro de Inovação PRO-ETANOL DIRETO é uma parceria EESC-USP, EQ-UFRJ, INMETRO, VOLKSWAGEN TRUCK BUS e Berrucotai Sistemas Eletricos e Eletronicos.

O presente projeto pretende desenvolver em 24 meses, em colaboração com pesquisadores da PUC Chile, tecnologia inovadora de fabricação de eletrolisadores de água a base de membrana de condução protônica (PEM) livre de metais nobres operando em regime ácido e integrados a sistemas renováveis de geração de energia para a geração de hidrogênio verde. As propostas inovadoras são: i) desenvolver através dos processos de deposição física de vapor (PVD) por Magnetron Sputtering DC e HiPIMS de elevado impulso de potência uma rota simplificada e mais barata de manufatura de componentes chaves ao funcionamento do eletrolisador PEM, como o conjunto membra/eletrodos (MEA), as placas bipolares (BPP) e as camadas de difusão de gases (GDL); ii) Eliminar a carga de metais nobres na preparação das membranas revestidas com catalisador (CCM) e GDLs iii) estudar o desempenho dos processos Magnetron Sputtering DC e HiPIMS para a montagem do eletrolisador PEM.

Este projeto desenvolverá tecnologia inovadora nacional de uso da energia fotovoltaica on-grid disponível no Campus de Janaúba da UFVJM para geração de hidrogênio verde através da eletrólise da água por processo PEM e seu armazenamento no estado sólido usando um sistema compacto, que permita sua inserção direta em novos motores elétricos e híbridos produzidos no Brasil. As propostas inovadoras são: i. Desenvolver através dos processos de deposição física DC e HiPIMS uma rota simplificada e mais barata de manufatura dos componentes de um eletrolisador PEM, como o conjunto membrana/eletrodos (MEA); ii. Desenvolver o processamento metalúrgico de liga não comercial de magnésio para armazenagem sólida de hidrogênio com cinéticas aprimoradas de absorção e dessorção de hidrogênio. Ao final do projeto estarão desenvolvidas tecnologias de geração e armazenagem sólida de hidrogênio verde com o grau de maturidade tecnológica TRL6, quando já existe um protótipo funcional ou um modelo representativo das tecnologias propostas.

As ligas de Mg têm se mostrado como alternativas aos implantes já em uso. O interesse se dá pelas características biodegradáveis e atóxicas do Mg. O uso de implantes causa infecções por bactérias e de difícil combate, como no caso de portadores de Diabetes Mellitus ou Câncer. Uma via para evitar complicações é a adição de agentes bactericidas ao biomaterial. A modificação de superfícies para incorporação de tais agentes tem sido proposta por sua versatilidade e baixo custo. A tecnologia HiPIMS é uma variante da pulverização catódica, em que pulsos de potência curtos (µs) e elevados são gerados a fim de evaporar grande quantidade de material ionizado do alvo e promover a implantação de íons na superfície. Este projeto propõe aliar as linhas de pesquisa do coordenador para desenvolver tratamentos a plasma usando descargas DC e HiPIMS para implantação controlada de Ag e Cu na superfície da liga ZK60 para fins ortopédicos e maxilo faciais. Potência média, frequência e tempo de pulso, bias e material do alvo serão otimizados. Após a implantação, as ligas serão caracterizadas quanto à sua microestrutura, morfologia de superfície, composição química, fases, tensões residuais e integridade mecânica. O caráter antimicrobiano conferido pela implantação iônica será avaliado através de ensaios de disco de difusão e proliferação de biofilme para bactérias. Os efeitos da adição de Ag e Cu na biocompatibilidade da liga serão mensurados através de ensaios usando células ósseas humanas in vitro. A degradação das ligas em Simulated Body Fluid será estudada através de ensaios de corrosão e integridade mecânica. O proponente tem experiência no tratamento iônico de superfícies usando as tecnologias DC e HIPIMS, bem como no processamento metalúrgico e na corrosão da liga ZK60. Este projeto é interdisciplinar e pressupõe competências em engenharia de superfícies, avaliação biológica de superfícies e biomateriais, justificando a diversificada equipe de pesquisa envolvida neste trabalho.

Os filmes CrN e CrAlN são amplamente utilizados em anéis de pistão, a fim de melhorar seu desempenho em motores de combustão. Esta aplicação extensiva é corroborada pela sua boa resistência à oxidação, elevada dureza, inércia química e resistência ao desgaste. A combinação de todas essas propriedades é altamente atrativa para aplicações nas indústrias de ferramentas, automotiva, aeroespacial e decorativa. Hoje em dia, a melhoria das propriedades mecânicas e térmicas de revestimentos de CrN crescidos monoliticamente pode ser alcançada por meio de solução solida com diferentes elementos, como o Al. Os métodos de PVD para a deposição de mono- e multicamadas de Cr-Al-N permitem gerar uma variedade de microestruturas significativas para o desempenho mecânico e tribológico de sistemas de revestimento. Em especial, perfis composicionais químicos, distribuição granulométrica, arquitetura do revestimento, tensões residuais/térmicas e a textura cristalográfica permitem otimizar as propriedades mecânicas e o desempenho tribológico dos revestimentos à base de Cr-Al-N. O objetivo deste projeto é, portanto, contribuir para o entendimento de como parâmetros específicos de deposição por DC-MS e HiPIMS determinam microestruturas selecionadas e propriedades mecânicas com especial interesse no desempenho/resposta tribológica de revestimentos à base de Cr-Al-N. As mono- e multicamadas à base de Cr-Al-N obtidas pelos métodos DC-MS e HiPIMS serão depositadas em substratos de aço inoxidável e comparadas. Os aços inoxidáveis são escolhidos devido à sua diversidade de aplicações, como matrizes, motores e ferramentas de corte. As microestruturas produzidas por rotas distintas de PVD serão caracterizadas utilizando ferramentas avançadas, como GDOES, TKD, EBSD, STEM, tomografia FIB-SEM-EBSD e difração de raios-X (DRX) com luz sincrotron. Para avaliar as propriedades mecânicas e tribológicas, análises de tensão serão realizadas usando DRX e ensaios de desgaste e atrito com a configuração de esfera sobre disco serão conduzidos em temperatura ambiente e elevadas temperaturas, bem como em ambientes erosivos-corrosivos.

Advanced high strength (AHS) steels, magnesium and titanium alloys are used for structural elements in transportation and
sporting goods. Their advantages are high specific stiffness and strength, particularly under bending loads,
assets that go along with the industrial efforts of weight reduction and low emissions. Austenitic stainless steels have a wide
range of applications because of their high temperature strength caused by the precipitation of second-phase, along with
resistance to carburizing, corrosion and oxidation in different environments. The capability of multiphase alloys to withstand
external loads is determined by the mechanical and physical properties of the microstructural components, their
thermal/mechanical stability and their geometrical arrangement. All these parameters vary during production and
service. Therefore, physical aspects such as nucleation and growth of phases, grain re-orientation, phase-specific stresses,
diffusion controlled morphological changes or bonding of interfaces must be considered to understand the thermomechanical
behavior of the alloys. Furthermore, microstructural features influence the stress partition between phases, stress
localization as well as possible damage nucleation and evolution. The sensitivity of the mechanical properties to
microstructural changes in structural steels, magnesium and titanium alloys has been studied and reported but new insights
can be gained nowadays due to the advance of modern characterisation methods that allow to observe the evolution of the
microstructure in-situ and/or three-dimensionally. In order to improve the mechanical properties of such alloys, hot forming
processes have been studied for grain refinement. They promote microstructural modification due to dynamic
recrystalization and texture evolution. Besides this, the thermomechanical effect
during hot stamping, in which the tool is cooled during the forming step, is another aspect that must be taken into account
since this has been largely used and studied mainly in the automotive industries. This project concentrates on the
investigation of the formation and evolution of 3D multiphase arrangements, phase-specific texture and stresses in selected
Nb-microalloyed steels, magnesium and titanium alloys during thermomechanical treatments, thus aiming at
controlling their microstructure and thermomechanical response. This requires the use of computational thermodynamics to
pre-screen potential alloying elements for iron systems, advanced 3D high-resolution imaging methods to reveal the
architecture of the alloys and in-situ synchrotron X-ray diffraction combined with a Gleeble simulator at the XTMS beamline
of LNLS to follow the formation and evolution of microstructural phases as well as their specific preferential grain orientations
and stresses during different thermomechanical processes.

O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de camadas de recobrimento à base de CrN e Cr1-XAlXN a serem depositadas sobre substrato de aço inoxidável martensítico 440 nitretado utilizando o processo de deposição HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering). Os substratos foram fornecidos pela empresa MAHLE Metal Leve, interessada neste desenvolvimento. O desafio em se estabelecer o processo HiPIMS está relacionado à sua maior complexidade, que se deve ao maior número de parâmetros envolvidos, se comparado ao processo comercial de vaporização por arco catódico. Enquanto na vaporização por arco catódico a deposição é determinada principalmente pela corrente de descarga, a tecnologia HiPIMS requer a otimização da forma de pulsação da fonte de potência. Isso inclui o ajuste da configuração de tempos de polarização (ton) e despolarização (toff) dos alvos, assim como da corrente de pico para cada potência média aplicada no alvo, além dos parâmetros comuns aos processos de deposição física, tais como pressões parciais de gás no reator, temperatura e polarização negativa (bias) do substrato. O método de deposição física HiPIMS possibilita a obtenção de compostos com alta pureza e controle estrutural, tanto no nível atômico como na escala nanométrica. O ajuste preciso dos parâmetros de processo permite a deposição de monocamadas, multicamadas, nanocompósitos, nanoestruturas funcionalizadas e partículas para diversas aplicações. Atualmente, os nitretos de metais de transição têm sido muito estudados para aplicações que requerem resistência ao atrito, ao desgaste, à corrosão e à oxidação. Dentre estes compostos, o nitreto de cromo (CrN) se destaca por possuir grande importância tecnológica. Suas propriedades mecânicas e tribológicas e sua relativa facilidade de deposição faz deste material único para diversos usos, como recobrimentos duros e, mais recentemente, implantes médicos. A pesquisa proposta neste projeto consiste no desenvolvimento do processo HiPIMS para a deposição de filmes de CrN e Cr1-XAlXN, além de multicamadas de CrN/ Cr1-XAlXN com superestrutura com o objetivo de obter recobrimentos duros e nanoestruturados com elevada área interfacial e boa tenacidade, utilizando alvos metálicos de Cr e ligas de CrAl (50-50, 30-70, 70-30%at), além de misturas gasosas de nitrogênio e argônio como precursores dos recobrimentos. As camadas obtidas serão caracterizadas por uma combinação de diversas técnicas, tais como Difração de Raio-X, MEV-EDS-EBSD, MET, AFM, XPS, perfilometria óptica, nanodureza instrumentada e testes de riscamento e desgaste, a partir das quais será possível correlacionar as propriedades mecânicas e tribológicas com a micro e a nano estrutura do recobrimento depositado.

CREATe-Net is composed of 3 academic institutions in Europe (Saarland Univ., DE; Technical Univ. of Catalonia, ES; and INM - Leibniz Institute
for New Materials, DE), 3 non-academic institutions in Europe (AB Sandvik Coromant, SE; Steinbeis Research and Innovation Centers, DE; and
Nanoforce Ltd., UK), as well as 6 academic partners outside Europe (CSIR - Council for Scientific and Industrial Research, ZA; Univ. Católica de
Uruguay, UY; Instituto de Investigaciones en Ciencia e Ingeniería de Materiales, AR; Univ. de Concepción, CL; Univ. de Sao Paulo, BR; and
Georgia Institute of Technology, US). The network will cooperate in the field of design, processing and characterization of novel composite
materials for resource-efficient applications and environmentally friendly technologies, in particular energy storage, bearings, electrical contacts,
and cutting tools. The purpose of the network is to combine different thematic expertises of the academic and industrial network members in the
multidisciplinary field of materials science and engineering in order to design new composite materials with superior properties and performance.
The expertise of the network includes: a) design by modelling at different scales (e. g. atomistic modelling, thermodynamic and kinetic modelling,
finite element modelling); b) novel processing methods (e . g. atomic layer deposition, severe plastic deformation and rapid solidification); c)
advanced characterization methods (e. g. serial sectioning and atom probe tomography, high resolution transmission electron microscopy); d)
processing/characterization of carbon materials, metal and ceramic matrix composites as well as functionally graded materials; and e)
performance testing for targeted applications (available through special designed testing facilities at the research centres and industrial partners).
Two workshops and one final conference will contribute to the exchange of knowledge beside the exchange of researchers.

The proposed project concentrates on the investigation of the formation and evolution of
three-dimensional multiphase arrangements of selected structural aluminium, magnesium and titanium alloys during thermal and/or thermo-mechanical treatments aiming at controlling their microstructure and, consequently, their thermo-mechanical behaviour. This will require the use of state of the art ex situ and in
situ 3D imaging methods to reveal the internal architecture of the alloys together with in situ bulk diffraction methods to follow the formation and evolution of microstructural phases as well as their evolution and load carrying capability during different loading conditions.

As tecnologias a serem empregadas nos motores de combustão do futuro, devido às
demandas de minimização de emissões poluentes, usam estratégias de minimização da
geração dos produtos da combustão (poluentes) de forma a piorar consideravelmente a
condição de trabalho dos anéis, seja por uma oferta menor de óleo lubrificante, seja por
maiores carregamentos mecânicos, seja por maior carregamento térmico seja por utilização de gases contaminados com partículas abrasivas ou a combinação destas.
Portanto, este projeto, tem como objetivo o desenvolvimento de um material cerâmico, com elevada resistência ao desgaste, a ser aplicado como revestimento protetivo em anéis de pistão para motores de combustão interna.
Dado o potencial do processo de deposição física em fase de vapor via plasma de elevado impulso (High Power Impulse Magnetron Sputtering - HIPIMS), em termos de nanoestrutura e propriedades das camadas duras, este projeto possui características de inovação de ruptura com elevado potencial tecnológico, pois no meio industrial não se conhece nenhum caso de aplicação ou exploração desta tecnologia no universo da industrial automobilística mundial. Visto que a tecnologia de plasma de elevado impulso apresenta atualmente seu auge no meio acadêmico ou está próximo dele, existe portanto uma lacuna técnica de acesso e domínio do processo de deposição do material cerâmico que permita desenvolver os protótipos de teste e, com isto, o desenvolvimento da sua aplicação e industrialização é praticamente inviável.

O presente projeto tem como objetivo estudar a soldabilidade por fricção e mistura mecânica (SFMM) de novos materiais leves e recicláveis de elevado desempenho à base da liga de magnésio ZK60 (Mg-6%Zn-1%Zr) modificada com diferentes teores de mischmetal (ZK60-RE): 0.5, 1.5 e 2.5 % em peso. Para a obtenção de tais materiais ainda inexplorados no Brasil propõe-se a utilização da fundição de semi-sólidos sob agitação mecânica, combinada a tratamentos térmicos do tipo T4, T5 ou T6. A liga ZK60 representa uma importante matriz para o desenvolvimento de materiais com aplicações em estruturas aeronáuticas mais leves, já que oferece a maior resistência mecânica específica dentre as ligas de magnésio tradicionais, aproximando-se da liga de alumínio 7075. A sua modificação através da adição de terras raras visa formar intermetálicos de elevado ponto de fusão e estabilidade termoquímica necessários ao aumento da resistência mecânica a temperatura ambiente e também a temperaturas mais elevadas; além da resistência à corrosão e à oxidação. Já o zircônio atua no refino de grão em fundidos de magnésio, aumentando o potencial destes materiais para uma moldagem definitiva através da fundição de semi-sólidos. A influência dos parâmetros de fundição, tratamento térmico e junção será quantificada na microestrutura, nas propriedades mecânicas, no comportamento em meios corrosivos e na oxidação das ligas e suas juntas soldadas por fricção e mistura mecânica.

A missão do CTMH é criar um ambiente inter e multidisciplinar e de
intensa colaboração de pesquisa, desenvolvimento e inovação em materiais híbridos,
agregando competências nas áreas de materiais cerâmicas (policristalinas e vítreas),
metais, polímeros e compósitos existentes no SMM/EESC/USP, mais a capacidade
patente desse departamento em ensaios mecânicos e tribológicos, e ainda a competência
no estudo da física e química da matéria condensada do Grupo de Crescimento de
Cristais e Materiais Cerâmicos do IFSC/USP, para o estudo e desenvolvimento de
materiais envolvendo suas inter-relações, tanto na etapa de processamento como na
geração de materiais híbridos propriamente ditos, com propriedades superiores.

Advanced materials consisting of many constituents such as metal matrix composites, cellular materials, graded materials and eutectic alloys are continuously improved in order to tailor their properties and comply with specific application requirements. These materials are finding more and more technological applications where high performance of materials is required and especially when light weight is an important factor.
Composite materials offer unique mechanical and physical properties as a result of the interaction between their constituents but primarily by their geometrical arrangement, i.e. internal architecture. A 3D approach is absolutely necessary to understand how the architectural features influence the physical behaviour of heterogeneous materials. Furthermore, if the 3D architecture resulting from the combination of material constituents is known, this information can be capitalized to design new heterogeneous materials with tailored and high performance properties.
In the present project, different processing techniques will be utilised and further developed. Furthermore, new characterisation techniques in all length scales such as FIB-tomography, atom probe tomography, synchrotron tomography and synchrotron XRD will be optimised for the special use in the characterisation of composites.
Within the broad field of composite materials in the micro as well as in the nano scale, we will concentrate on the following systems and aspects:
1) Advanced design of highly functionalised carbon nanotubes (CNT) reinforced composites;
2) Advanced design of Al-MMC and effects of interfaces;
3) Advanced production and characterisation of nano-structured bulk metal-ceramic composites;
4) Advanced production and characterisation of nano-structured coatings;
5) MMCs reinforced with diamond particles;
6) Modern and 3D characterisation of MMC.

Trata-se de um projeto tecnológico para estudar a soldabilidade de novos aços alto Mn austeníticos com efeito de plasticidade induzida por maclação (TWIP) com aços microligados de alta resistência e baixa liga (ARBL) pela tecnologia de fricção e mistura mecânica (Friction Stir Welding). Apesar de reunirem resistência mecânica extraordinária e grandes alongamentos, os aços TWIP impõem desafios aos processos convencionais de soldagem por fusão, quando considerados para a produção de estruturas veiculares leves soldadas sob medida. Isso se deve à sua microestrutura austenítica e ao seu alto teor em elementos de liga, os quais favorecem a formação de fases frágeis na zona de fusão, assim como de elevadas tensões residuais no cordão de solda e nas zonas termicamente afetadas, durante a união com aços comerciais de baixa liga e predominantemente ferríticos. 
Tendo em vista que os aços TWIP ainda não se encontram disponíveis comercialmente, serão produzidos em escala laboratorial dois tipos de aço TWIP utilizando-se composições químicas já bem estabelecidas na literatura científica internacional. A rota de processamento será aquela utilizada tradicionalmente para aços austeníticos inoxidáveis e também documentada na literatura para os aços TWIP, i.e. fundição seguida de homogeneização e conformação mecânica a quente por forjamento. Já os aços ARBL, a serem usados na produção das juntas dissimilares, serão duas ligas comerciais para conformação a frio fornecidas pela ThyssenKrupp Aceros y Servicios S.A..
As juntas soldadas serão produzidas com dois aportes térmicos distintos, variando-se a velocidade de rotação da ferramenta. O impacto do aporte térmico na soldagem por fricção e mistura mecânica (SFMM) de aços TWIP com aços ARBL será avaliado com relação às propriedades mecânicas das juntas, aos seus gradientes microestruturais, aos aspectos morfológicos das suas superfícies de fratura, bem como com respeito ao estado de tensões residuais.

The productivity as well as the life-time of cutting tools can be considerably increased by combining suitable technologies to modify the surface of the substrate prior to coating coupled with new multiphase nanostructured coatings.
This project is a DFG research grant for German-Brazilian cooperation aiming at understanding the mechanisms of wear, corrosion, phase transformations and damage initiation in novel wear protecting nanocoatings. At MPIE Dr. J. Garcia will guide the production of coatings with tailored microstructures (graded, multilayer and composite) by thermodynamic simulations and cutting tests. Dr. H. Pinto will be responsible for the microstructure and residual stress assessment in the coated tools. The Brazilian partners will pre-treat the substrates by noble gas bombardment (UNICAMP) and characterize the resulting microstructures and residual stresses of the modified substrates (Brazilian Synchrotron Light Laboratory ? LNLS).

The deformation behavior (TRIP/TWIP) of austenitic high-Mn steels is influenced by the steel composition and the temperature which change the stacking fault energy (SFE) of the austenitic lattice. In addition to the SFE, the level of deformation and the multiaxiality of the stress state also affect the deformation mechanisms of the austenite. On the other hand, the manufacturing and service of mechanical components from high-Mn steels are accompanied by the formation of macro- as well as micro stresses. The positive and negative effects of macro stresses on the performance of mechanical components are well-known. The impact of micro stresses on damage initiation remains, however, fully unclear. High micro stresses are expected to occur in high-Mn steels due to the thermal expansion mismatch and the differences in mechanical behavior of the phase constituents as well as due to strain-induced phase transformation. Furthermore, the elastic and plastic anisotropy of the austenite associated with texture formation cause inter- and intragranular stresses during forming.
This project is part of the collaborative research unit SFB 761 ? Steel ab-initio ? and focuses therefore on understanding the connection between the evolution of phase composition, defect configurations and internal stresses, and the mechanical behavior of high-Mn steels during uni- and multiaxial loadings.

HSLA steel grades are required to reduce weight in industrial machinery. Their mechanical performance is impaired by welding operations which often cause a reduction of toughness and increase the probability for cold cracking due to martensite formation in the fusion zone (FZ) and heat-affected zone (HAZ). Induction heating is capable of directly producing heat inside a work piece. This enables the integration of induction heat-treatments into serial welding processes.
In this project, the effect of induction-assisted laser welding on the microstructure and residual stresses of HSLA steel joints was investigated within the framework of the EU-project INDUCWELD funded by the ?Research Fund for Coal and Steel?.

The integrity and adherence to substrate of protective oxide scales are impaired by stress generation accompanying the growth of oxides on metallic surfaces. Several mechanisms of stress formation during oxide growth have been proposed over the past years. However, none of those processes can solely explain the internal stress situation in most of the naturally growing oxide scales. This project funded by the FWF, Austria, and the MPIE focuses on the particular influence of substrate orientation and preferential orientation of oxide growth on the internal stress state of multiphase oxide scales. To this end, the time evolution of microstructure, internal stresses and their gradients in oxide scales growing on polycrystals and single crystals of pure iron and FeAl-alloys are studied in-situ during oxidation by energy-dispersive XRD with synchrotron radiation and by complementary electron microscopy.

The low temperature technology comprises developments in the space technology and applications of superconductivity. Cryogenic temperatures are encountered e.g. in superconducting magnets and magnetic resonance tomographs, where liquid helium (LHe) is employed as cooling agent, and in the aerospace technology, where liquid hydrogen (LH2) became the standard propellant. Hydrogen represents an important alternative to fossil fuels. The liquefied form, at cryogenic temperatures of about 20K, is particularly attractive due to the possibility of stocking a large quantity of hydrogen within a small volume. In moving machine parts cryogenic temperatures and the presence of hydrogen strongly affect the deformation mechanisms and subsequently component failure. Austenitic stainless steels are materials commonly used in cryotechnology. At extremely low temperatures these steels still exhibit good mechanical properties along with sufficient ductility. However, high mechanical loads combined with low temperatures may induce martensitic transfomation. The formation of martensite within the worn surface enhances strength but also causes embrittlement. This could influence the degradation process of cryogenic machine components and disturbs the superconductive effect due to its ferromagnetism. The aim of this project was the investigation of the influence of temperature, environment and loading conditions on the martensitic transformation and the microstructural deterioration of austenitic stainless steels during cryogenic wear. X-ray diffraction and microscopy studies were carried out on samples worn at room temperature in air with different humidities, at 77 K in LN2, at 20 K in LH2 and at 4.2 K in LHe. Results show that martensitic transformation in austenitic steels can be supressed by increased Ni-contents or its replacement by Mn. It can be shown that strain induced alpha-martensite does not cause a loss of wear resistance at cryogenic temperatures.