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As tecnologias de ligação são hoje consideradas no processo de fabrico de qualquer componente devido à complexidade dos produtos, mais fáceis de produzir a partir de componentes, eventualmente com características funcionais distintas.
A comunidade científica na área das tecnologias de união tem desenvolvido investigação considerável no domínio da micro fabricação e dos materiais difíceis de soldar, incluindo ligas com memória de forma (shape memory alloys-SMAs). Nas duas últimas décadas, a investigação nas SMAs tem-se orientado para aspectos de carácter mais tecnológico, como a descoberta de novas ligas, sua caracterização e identificação de aplicações, e aspectos fundamentais como a modelação ou o comportamento da transformação martensítica que as caracteriza. De entre as SMAs, a liga NiTi tem sido investigada devido às suas excelentes propriedades mecânicas, boa resistência à corrosão e biocompatibilidade, importantes para aplicações biomédicas, bem como pelas suas características de memória de forma.
A aplicação das ligas NiTi tem sido limitada pela dificuldade em unir estes materiais entre si ou a outras ligas (como Ti-6Al-4V ou AISI316LN para aplicações biomédicas). A possibilidade de unir SMAs a outros materiais diversificaria os seus campos de aplicação. A temperatura da transformação martensítica depende fortemente da composição química e do ciclo térmico, pelo que a soldadura por fusão afecta irreversivelmente o comportamento mecânico destas ligas. Recentemente, alguns grupos de investigação usaram laser de Nd/YAG com sucesso, mas é necessário desenvolver o processo para minimizar o impacto térmico no material.
A utilização da natureza auto-propagável de algumas reacções multicamada à escala nano constitui uma alternativa poderosa para ligar SMAs. Uma nova abordagem usando nanocamadas de sistemas com alta/média energia de reacção é proposta. Esta reacção pode ser auto-sustentada após ignição com um pulso de energia muito curto. Os materiais a unir sã  |
Summary
As tecnologias de ligação são hoje consideradas no processo de fabrico de qualquer componente devido à complexidade dos produtos, mais fáceis de produzir a partir de componentes, eventualmente com características funcionais distintas.
A comunidade científica na área das tecnologias de união tem desenvolvido investigação considerável no domínio da micro fabricação e dos materiais difíceis de soldar, incluindo ligas com memória de forma (shape memory alloys-SMAs). Nas duas últimas décadas, a investigação nas SMAs tem-se orientado para aspectos de carácter mais tecnológico, como a descoberta de novas ligas, sua caracterização e identificação de aplicações, e aspectos fundamentais como a modelação ou o comportamento da transformação martensítica que as caracteriza. De entre as SMAs, a liga NiTi tem sido investigada devido às suas excelentes propriedades mecânicas, boa resistência à corrosão e biocompatibilidade, importantes para aplicações biomédicas, bem como pelas suas características de memória de forma.
A aplicação das ligas NiTi tem sido limitada pela dificuldade em unir estes materiais entre si ou a outras ligas (como Ti-6Al-4V ou AISI316LN para aplicações biomédicas). A possibilidade de unir SMAs a outros materiais diversificaria os seus campos de aplicação. A temperatura da transformação martensítica depende fortemente da composição química e do ciclo térmico, pelo que a soldadura por fusão afecta irreversivelmente o comportamento mecânico destas ligas. Recentemente, alguns grupos de investigação usaram laser de Nd/YAG com sucesso, mas é necessário desenvolver o processo para minimizar o impacto térmico no material.
A utilização da natureza auto-propagável de algumas reacções multicamada à escala nano constitui uma alternativa poderosa para ligar SMAs. Uma nova abordagem usando nanocamadas de sistemas com alta/média energia de reacção é proposta. Esta reacção pode ser auto-sustentada após ignição com um pulso de energia muito curto. Os materiais a unir são revestidos com um filme fino de multicamada reactiva auto-propagável. Se houver ignição localizada da reacção adiabática do filme fino multicamada, as superfícies revestidas colocadas justapostas e sob pressão podem ligar-se por difusão à temperatura ambiente em qualquer atmosfera sem que haja necessidade de uma fonte externa de calor. Adicionalmente, as camadas reactivas de baixa energia, como as Ni/Ti, devem promover a ligação dado que a auto-propagação é garantida. Uma vez iniciada a reacção, ocorre mistura atómica e difusão com rápida geração de calor. A técnica de sputtering é a mais adequada para depositar filmes finos com boa adesão ao substrato. Um laser de femtosegundo com um feixe de dimensões micrométricas e pulso curto de elevada energia provoca a ignição destas camadas reactivas induzindo uma reacção auto-propagada sem efeito térmico no substrato.
O objectivo deste projecto é estudar duas estratégias para unir SMAs em ligações similares e dissimilares (a AISI316L e Ti6Al4V): uma usando um laser de Nd/YAG para unir micro componentes em NiTi, investigando o processo e o efeito da radiação laser colimada nas transformações induzidas; outro usando um laser de femtosegundo para iniciar a ignição dos componentes revestidos com multicamadas de Ni/Ti e de Pd/Al. As multicamadas de Ni/Ti foram seleccionadas por reagirem para formar a liga SMA a unir, as multicamadas de Pd/Al foram seleccionadas devido á elevada energia de reacção. Os dois procedimentos visam estabelecer os limites de aplicabilidade (tecnológica e económica) que possam potenciar novas aplicações das SMAs em micro componentes ou de maiores dimensões, mas dentro de uma escala reduzida. As juntas serão caracterizadas para estabelecer a melhor estratégia de união de micro sistemas e sistemas de pequena dimensão. |