Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: Desenvolvimento de ligas de alta entropia do sistema Ti-V-Nb-Cr-Mn para armazenamento de hidrogênio via moagem mecânica de alta energia
Autor(es): SÁ, Kaio Ariel Silva
Primeiro Orientador: SILVA, Gilbert
Resumo: As Ligas de Alta Entropia (LAEs) emergem como candidatas promissoras para o armazenamento de hidrogênio em estado sólido na forma de hidretos metálicos, especialmente aquelas com estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), dada a alta densidade de sítios intersticiais, estabilidade térmica e flexibilidade composicional. Embora ligas do sistema Ti-V-Nb-Cr-Mn processadas por fusão a arco já apresentem resultados promissores na literatura, as limitações desse método, como segregação de fases, perda de material e grandes diferenças nos pontos de fusão, justificaram a avaliação da moagem de alta energia (MAE) como rota alternativa. Neste contexto, este trabalho investigou o processamento das LAEs Ti32V32Nb18Cr9Mn9 (LAE A) e Ti27,5V27,5Nb20Cr12,5Mn12,5 (LAE B). Para isso, o processamento foi conduzido em moinho planetário com rotação de 350 rpm, razão mássica esfera:pó (BPR) de 10:1, sob atmosfera de argônio, utilizando 15 g de pós elementares por jarro, com amostras coletadas em intervalos de 10 horas até o tempo final de moagem de 40 horas. Após a moagem, os pós das amostras finais foram compactados e submetidos a tratamento térmico a 450°C por 1 hora. As amostras foram então caracterizadas por difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por energia dispersiva (EDS), análise térmica (DSC), granulometria e um ensaio de absorção e dessorção de hidrogênio foi conduzido para avaliar as propriedades de armazenamento de hidrogênio das LAEs. Os resultados demonstram que ambas as ligas apresentaram microestruturas progressivamente mais homogêneas e partículas mais refinadas com o aumento do tempo de moagem. As análises de DRX confirmaram a presença de duas fases CCC tanto antes quanto após o tratamento térmico das amostras moídas por 40 horas, que se mostraram estáveis até 1000°C. Em relação às propriedades de hidrogenação, a LAE A demonstrou absorção máxima de 1,4 %p. de hidrogênio, superando a LAE B (0,5 %p.) e em ambas, a absorção foi quase instantânea, evidenciando rápida cinética proporciada pela MAE, que demonstrou ser uma rota promissora para o desenvolvimento de LAEs para armazenamento de hidrogênio, oferecendo vantagens como alta área superficial e cinética de absorção aprimorada.
Abstract: High-Entropy Alloys (HEAs) have emerged as promising candidates for solid-state hydrogen storage in the form of metal hydrides, particularly those with a body-centered cubic (BCC) structure, due to their high density of interstitial sites, thermal stability, and compositional flexibility. Although alloys from the TiVNbCrMn system processed by arc melting have shown promising results in the literature, the limitations of this method, such as phase segregation, material loss, and large differences in melting points, justify the evaluation of high-energy ball milling (HEBM) as an alternative route. In this context, this work investigated the processing of the HEAs Ti32V32Nb18Cr9Mn9 (HEA A) and Ti27.5V27.5Nb20Cr12.5Mn12.5 (HEA B). The processing was carried out in a planetary ball mill at 350 rpm, with a ball-to-powder ratio (BPR) of 10:1, under argon atmosphere, using 15 g of elemental powders per vial, with samples collected at 10-hour intervals up to a total milling time of 40 hours. After milling, the powders from the final samples were compacted and subjected to heat treatment at 450 °C for 1 hour. The samples were then characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive spectroscopy (EDS), thermal analysis (DSC), particle size distribution, and hydrogen absorption/desorption tests to evaluate their hydrogen storage properties. The results showed that both alloys exhibited increasingly homogeneous microstructures and refined particles with longer milling times. XRD analyses confirmed the presence of two BCC phases both before and after the heat treatment of the 40-hour milled samples, which remained stable up to 1000 °C. Regarding hydrogenation properties, HEA A exhibited a maximum hydrogen absorption of 1.4 wt.%, outperforming HEA B (0.5 wt.%), with both alloys showing nearly instantaneous absorption, indicating rapid kinetics promoted by HEBM. These findings demonstrate that HEBM is a promising route for the development of HEAs for hydrogen storage applications, offering advantages such as high surface area and enhanced absorption kinetics.
Palavras-chave: Ligas de alta entropia
Armazenamento de hidrogênio
Hidretos metálicos
Estrutura CCC
Moagem de alta energia
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica
Citação: SÁ, Kaio Ariel Silva. Desenvolvimento de ligas de alta entropia do sistema Ti-V-Nb-Cr-Mn para armazenamento de hidrogênio via moagem mecânica de alta energia. 2025. 74 f. Dissertação. (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4286
Data do documento: 11-Jul-2025
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