Ligas multicomponentes produzidas a partir de cavacos de Ti e/ou materiais com pureza comercial para armazenagem de hidrogênio
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Universidade Federal de São Carlos
UFSCar
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
Campus São Carlos
UFSCar
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
Campus São Carlos
DOI
Abstract
Description
This 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.
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Este 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.
88887.799625/2022-00
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Este 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.
88887.799625/2022-00
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