Influência das espécies ativas na absorção de intersticiais durante a carbonitretação a plasma do TI

Physical-chemical properties of Ti are sensible to the presence of interstitial elements. In the case of thermochemical treatments plasma assisted, the influence of different active species is not still understood. In order to contribute for such knowledge, this work purposes a study of the role played by the active species atmosphere into the Ar N2 CH4 carbonitriding plasma. It was carried out a plasma diagnostic by OES (Optical Emission Spectroscopy) in the z Ar y N2 x CH4 plasma mixture, in which z, y and x indexes represent gas flow variable from 0 to 4 sccm (cm3/min). The diagnostic presents abrupt variations of emission intensities associated to the species in determined conditions. Therefore, they were selected in order to carry out the chemical treatment and then to investigate their influences. Commercial pure Ti disks were submitted to plasma carbonitriding process using pre-established conditions from the OES measurements while some parameters such as pressure and temperature were maintained constant. The concentration profiles of interstitial elements (C and N atoms) were determined by Resonant Nuclear Reaction Analysis (NRA) resulting in a depth profile plots. The reactions used were 15N(ρ,αγ)12C and 12C(α,α)12C. GIXRD (Grazing Incidence X-Ray Diffraction) analysis was used in order to identify the presence of phases on the surface. Micro-Raman spectroscopy was used in order to qualitatively study the carbon into the TiCxN1 structure. It has been verified which the density species effectively influences more the diffusion of particles into the Ti lattice and characteristics of the layer formed than the gas concentration. High intensity of N2 + (391,4 nm) and CH (387,1 nm) species promotes more diffusion of C and N. It was observed that Hα (656,3 nm) species acts like a catalyzer allowing a deeper diffusion of nitrogen and carbon into the titanium lattice.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

As propriedades físico-químicas do Ti são sensíveis à presença de intersticiais. No caso do tratamento termoquímico auxiliado por plasma, a influência das diferentes espécies ativas ainda não é bem entendida. A fim de colaborar para tal conhecimento, esse trabalho propõe um estudo das espécies ativas do plasma carbonitretante de N2+Ar+CH4. Foi realizado o diagnóstico por espectroscopia de emissão óptica (OES) do plasma na mistura xAr+yN2+zCH4, onde x, y e z são fluxos variáveis de 0 a 4 sccm (cm3/min.). Esse diagnóstico apresentou variações abruptas de intensidades de emissão das espécies em determinadas condições e estas foram selecionadas para realizar o tratamento termoquímico e assim investigar suas influências. Em seguida, discos de Ti comercialmente puros foram submetidos ao processo de carbonitretação por plasma com as condições pré-estabelecidas pelo diagnóstico de plasma enquanto que os parâmetros de pressão e temperatura foram mantidos constantes. O perfil de concentração dos intersticiais, carbono e nitrogênio, foi determinado por reação nuclear ressonante (NRA) resultando numa curva de perfil em profundidade. As reações usadas foram 15N(ρ,αγ)12C e 12C(α,α)12C. Utilizou-se difração de raios-X em ângulo rasante (GIDRX) para identificar as fases presentes na superfície. A espectroscopia micro-Raman foi usada para estudar, de forma qualitativa a estrutura do carbono no TiCxN1-xVerificou-se que a densidade das espécies influencia, de maneira mais efetiva que o fluxo de gás, no processo de difusão e nas características da camada formada. Alta intensidade das espécies N2 + (391,4 nm) e CH (387,1 nm) favorecem a difusão dos intersticiais C e N. Foi observado que o Hα (656,3 nm) atua como catalisador permitindo a difusão em maiores profundidades desses intersticiais na estrutura do Ti.