Ligas multicomponentes produzidas a partir de cavacos de Ti e/ou materiais com pureza comercial para armazenagem de hidrogênio

dc.contributor.advisor1Zepon, Guilherme
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7924187202036614
dc.contributor.authorFerraz, Mariana de Brito
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/5414167939699652
dc.contributor.refereeMazzer, Eric Marchezini
dc.contributor.refereeFilho, Walter José Botta
dc.contributor.refereeCardoso, Kátia Regina
dc.contributor.refereeFloriano, Ricardo
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/7273276940567054
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/8956458007749112
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/2905204307170392
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/8893800436245833
dc.date.accessioned2026-02-24T12:45:14Z
dc.date.issued0026-02-20
dc.description.abstractThis work aims to investigate multicomponent alloys for hydrogen storage through the formation of metal hydrides, using titanium alloy scrap (Ti Grade 2 – ASTM F67 and Ti6Al4V-ELI – ASTM F136) and commercially pure metallic elements, with the goal of obtaining more sustainable materials in terms of the environmental impact of raw materials. Initially, the Ti-V-Nb-Cr system was studied by replacing high-purity Ti with Ti6Al4V-ELI scrap, resulting in the Ti18Nb23V24Cr33Al2 alloy, whose major phase exhibits a body-centered cubic (BCC) structure. The presence of Al and the lower Ti content increased the equilibrium pressure and reduced hydride stability compared to the reference alloy (TiVNb)65Cr35, produced from high-purity elements. Nevertheless, the recycled alloy showed a hydrogen storage capacity of 2.7 wt.% H at room temperature and improved cyclic stability. To further reduce the carbon footprint, vanadium was eliminated from the composition, as primary V presents the highest CO2-equivalent emissions in the Ti-V-Nb-Cr system. Alloys from the T-Nb-Cr system were then developed using Ti Grade 2 and Ti6Al4V-ELI scrap. The Ti33Nb33Cr33 and Ti32Al2V1Nb37Cr28 alloys exhibited predominantly BCC microstructures, with a fraction of C15Laves phase, and hydrogen storage capacities between 2.25 and 2.5 wt.% H. CO2 emissions associated with raw materials were reduced by approximately 30% after removing V from the composition. Finally, the Ti15Zr17Fe22Mn21Cr22Al2V1 alloy, produced from Ti6Al4V-ELI scrap and commercial elements, was investigated. This alloy formed a C14 Laves phase and exhibited a hydrogen storage capacity of 1.2 wt.% H, with excellent reversibility at room temperature. Despite the lower capacity, the emissions associated with its raw materials were only 1.3 kg CO2-eq, corresponding to reductions of 89% and 80% compared to the Ti-V-Nb-Cr and Ti-Nb-Cr systems, respectively.eng
dc.description.resumoEste trabalho tem como objetivo investigar ligas multicomponentes para armazenamento de hidrogênio por meio da formação de hidretos metálicos, utilizando sucata de ligas de titânio (Ti Grau 2 – ASTM F67 e Ti6Al4V-ELI – ASTM F136) e elementos metálicos de pureza comercial, visando à obtenção de materiais mais sustentáveis quanto ao impacto ambiental das matérias-primas. Inicialmente, o sistema Ti-V-Nb-Cr foi estudado com a substituição do Ti de alta pureza por sucata de Ti6Al4V-ELI, resultando na liga Ti18Nb23V24Cr33Al2, cuja fase majoritária apresenta estrutura cúbica de corpo centrado (CCC). A presença de Al e o menor teor de Ti elevaram a pressão de equilíbrio e reduziram a estabilidade do hidreto em comparação à liga de referência (TiVNb)65Cr35, produzida com elementos de alta pureza. Ainda assim, a liga reciclada apresentou capacidade de armazenamento de 2,7 %p. de H à temperatura ambiente e melhor estabilidade cíclica. Visando reduzir a pegada de carbono, o vanádio foi eliminado da composição, por apresentar a maior emissão de CO2 equivalente no sistema Ti-V-Nb-Cr. Foram então desenvolvidas ligas do sistema Ti-Nb-Cr a partir de sucatas de Ti Grau 2 e Ti6Al4V-ELI. As ligas Ti33Nb33Cr33 e Ti32Al2V1Nb37Cr28 apresentaram microestruturas predominantemente CCC, com fração de fase de Laves C15, e capacidades entre 2,25 e 2,5 %p. de H. As emissões de CO2 associadas às matérias-primas foram reduzidas em aproximadamente 30% com a retirada do V. Por fim, investigou-se a liga Ti15Zr17Fe22Mn21Cr22Al2V1, produzida com sucata de Ti6Al4V-ELI e elementos comerciais. A liga formou fase de Laves C14 e apresentou capacidade de 1,2 %p. de H, com excelente reversibilidade à temperatura ambiente. Apesar da menor capacidade, a emissão associada às matérias-primas foi de 1,3 kg CO2-eq, representando reduções de 89% e 80% em relação aos sistemas Ti-V-Nb-Cr e Ti-Nb-Cr, respectivamente.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipId88887.799625/2022-00
dc.identifier.citationFERRAZ, Mariana de Brito. Ligas multicomponentes produzidas a partir de cavacos de Ti e/ou materiais com pureza comercial para armazenagem de hidrogênio. 0026. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 0026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23670.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23670
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectArmazenamento de hidrogênio
dc.subjectHidreto metálico
dc.subjectLiga multicomponente
dc.subjectCavacos de ligas de titânio
dc.subjectHydrogen storageeng
dc.subjectMetal hydrideeng
dc.subjectMulticomponent alloyeng
dc.subjectTi-based alloy scrapseng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA
dc.subject.ods7. Energia limpa e acessível
dc.titleLigas multicomponentes produzidas a partir de cavacos de Ti e/ou materiais com pureza comercial para armazenagem de hidrogênio
dc.title.alternativeMulticomponent alloys produced from Ti scraps and/or commercially pure materials for hydrogen storageeng
dc.typeTese

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