Estudo da nitretação a plasma aplicada em ferramentas para fresamento

Este trabalho tem como objetivo estudar a influência do tratamento superficial, através da técnica de nitretação a plasma, no processo de fresamento com fresas de aço rápido AISI M2. Foram investigados os efeitos deste tratamento superficial no processo de corte, variando-se a forma de refrigeração/lubrificação das fresas com fluído de corte convencional (emulsão) em abundância, com minimização e sem fluído (lubrificação a seco). Na nitretação, a composição da mistura de gases utilizada nos experimentos foi de 5% N2 e 95% H2 em volume, a uma pressão de tratamento de 5 mbar (3,8 Torr). A temperatura utilizada foi de 440oC, durante um tempo de tratamento de 30 minutos, resultando em uma camada nitretada com uma zona de difusão com aproximadamente 8µm de profundidade. As ferramentas empregadas no processo de fresamento foram investigadas através de medição de forças de usinagem, medições de desgaste na superfície de incidência (flanco) e na superfície de saída (face), sendo as camadas nitretadas caracterizadas por metalografia óptica e microdureza. Foi observado um desempenho superior das fresas nitretadas apenas para as condições de corte a seco.

Tratamento superficial DUPLEX com TiN e CrN de aços ferramenta da classe AISI H13 para matrizes de injeção de ligas de alumínio

Este trabalho apresenta um estudo de camada “duplex” em aços para trabalho à quente da classe AISI H13, com enfoque em matrizes de injeção de ligas de alumínio, visando otimizar a vida das matrizes atuando tanto sobre os mecanismos de ataque superficial da matriz pelo alumínio como sobre a formação de trincas por fadiga térmica. O tratamento duplex consistiu em nitretação à plasma, com gás contendo 5% de nitrogênio e diferentes parâmetros de tempos e temperaturas, sendo as amostras posteriormente revestidas com nitreto de titânio (TiN) ou nitreto de cromo (CrN). As camadas nitretadas foram avaliadas através de análises metalográficas, perfis de dureza e difração de raios X, buscando caracterizar e qualificar a camada nitretada. Tendo sido observado na difração de raios X a presença de camada de compostos (nitretos de ferro ε e γ’) mesmo com a utilização de gás pobre em nitrogênio, foram também avaliados substratos nitretados sem a remoção mecânica dos nitretos e com um polimento para remoção destes antes da deposição. A rugosidade dos substratos nitretados com e sem a realização do polimento mecânico também foram determinados, buscando relação deste parâmetro com os resultados obtidos. O conjunto camada nitretada e depósitos (TiN ou CrN) com e sem o polimento mecânico após-nitretação foram avaliados em termos de adesão com ensaios de indentação Rockwell C com análise em microscopia eletrônica de varredura (qualitativamente) e com o teste do risco (quantitativamente) avaliando tanto as cargas críticas para a falha do filme como o modo de falha também em microscopia eletrônica de varredura. Além disso, foram realizados testes de fadiga térmica em banho de alumínio para simulação e avaliação do desempenho da camada “duplex” em condições de trabalho, bem como foram testadas duas condições de nitretação com TiN ou CrN em regime industrial. Os resultados mostram ganhos de adesão crescentes com o aumento dos tempos e das temperaturas de nitretação, além de maiores ganhos com a remoção mecânica (polimento) do substrato nitretado antes da deposição dos filmes. O comportamento, frente às condições de trabalho também foi superior para condições de nitretação com maiores tempos e temperaturas, tanto nos ensaios de laboratório com nos testes em regime industrial.

Caracterização da resistência a corrosão de camadas obtidas por nitretação a plasma e deposição física de vapor sobre aço inoxidável AISI 316 L

A técnica de revestimento duplex combina dois processos: o tratamento de nitretação a plasma da superfície e a deposição de uma camada via PVD. O processo de nitretação a plasma sob condições controladas pode produzir a chamada “fase S” sem a presença de nitretos de cromo, o que confere ao aço tratado maior dureza e melhor resistência à corrosão. Os revestimentos de nitreto de titânio melhoram a dureza superficial do material, porém defeitos e poros podem expor o substrato ao meio. Este trabalho consiste no estudo da resistência à corrosão do aço inoxidável austenítico AISI 316L revestido com camada duplex em meio contendo cloretos. As camadas nitretadas a plasma foram obtidas pelo processo de nitretação iônica e os revestimentos Ti/TiN foram obtidos pelo processo de deposição física de vapor assistida por plasma (PAPVD). Os corpos de prova foram inicialmente avaliados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e a composição das fases foi identificada por difração de raios-x (DRX). A dureza foi avaliada por nanoidentação e a rugosidade superficial também foi medida. Os testes de resistência à corrosão foram feitos por voltametria cíclica (VC) e os ensaios de corrosão acelerada em câmara de névoa salina. A amostra nitretada a 400°C por 4 horas e mistura gasosa de 5%N2- 95%H2 apresentou o melhor desempenho de resistência à corrosão em meio contendo cloretos. A resistência à corrosão foi associada à estrutura obtida após o tratamento por nitretação a plasma e deposição física de vapores (PVD).

Nitretação a plasma em aço inoxidável 17-4 PH

Este trabalho tem por objetivo otimizar os parâmetros de nitretação a plasma para a formação de camadas nitretadas com propriedades tribológicas adequadas para a utilização em ponteiras de conexão utilizadas em “risers” de completação de poços de petróleo. Para atingir este objetivo, amostras de aço inoxidável endurecível por precipitação 17-4 PH foram nitretadas a plasma em um reator com mistura gasosa de 76%N2 e 24%H2 durante 4 horas. As temperaturas utilizadas no processo foram 400, 450, 480 e 550°C. As camadas nitretadas produzidas foram avaliadas quanto à morfologia, espessura, composição, dureza, resistência à corrosão e resistência ao desgaste. Os resultados demonstraram que as condições de nitretação utilizadas foram eficientes no endurecimento superficial das amostras. A utilização de temperatura elevada (550°C) não é adequada para a nitretação de aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação 17-4 PH. A amostra nitretada a 450°C apresentou a melhor combinação de propriedades para aplicação nas ponteiras de “risers” de completação.

Nitretação a plasma em furos não passantes

Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência dos parâmetros pressão, freqüência e fator de trabalho, bem como a interação destes fatores, na capacidade de gerar plasma estável e com propriedades nitretantes no interior de furos não passantes de pequeno diâmetro. Para atingir estes objetivos foram realizados experimentos utilizando um reator equipado com fonte de potência pulsada de 2 KW, mistura gasosa composta de 76% de Nitrogênio e 24% de Hidrogênio, amostras de aço ABNT 1045 normalizadas. As nitretações foram realizadas pelo período de uma hora a temperatura de 500 0C. Foram empregadas freqüências de 100, 1000 e 5000 Hz, fatores de trabalho de 0,5 (50%), 0,75 (75%), 1 (100%), as pressões utilizadas foram de 2, 3 e 4 Torr e furos não passantes de φ3 x 40 mm, φ4 x 60 mm, φ5 x 75 mm. Para determinar a significância de cada parâmetro e de suas interações foi utilizado o modelo estatístico Multi-Factor Anova, com projeto fatorial cruzado a 3 fatores e 3 níveis para cada fator. Com o uso do programa Statgraphics foram geradas as equações que mais se ajustaram ao modelo. Estas equações determinam a máxima profundidade de geração de plasma nitretante no interior dos furos de pequeno diâmetro para as condições de tratamento expostas acima.

Nitretação a plasma: fundamentos e aplicações

A nitretação é uma técnica de tratamento de superfície utilizada para endurecer superfícies de metais, principalmente de aços. O uso do plasma para auxiliar esta técnica vem crescendo nos últimos anos. Pelo fato desta técnica utilizar o plasma como fonte energética e este possuir uma vasta aplicação em outras técnicas para processamento de materiais, enobrece ainda mais a leitura do presente livro. Ele apresenta uma revisão da descarga elétrica em gases levando o leitor a refletir, multidisciplinarmente, sobre possibilidades de aplicação da mesma. Apresenta a técnica de nitretação iônica sob o aspecto histórico, científico, tecnológico, operacional e econômico e, finalmente, faz uma revisão das novas técnicas de endurecimento superficial assim como as técnicas convencionais de nitretação

Avaliação do desempenho do aço D6 tratado termicamente e netretado em plasma com gaiola catódica visando aplicação industrial

In this research there was an evaluation of the best conditions of nitriding in plasma within a cathodic cage at an atmosphere of 80% N2-20%H2 in samples of tool manganese steel AISI D6, cold working, treated thermally in the following conditions: tension relief, treated thermally to temperature of maximum heat, temperate heat and temperate and temperate heat. A pressure of 2.5mbar and temperatures of 400 and 300ºC com treatment time of two and three hours were used to evaluate its performance as cutting tool (punch) of bicycle backs. Hardness, micro-structural aspects (layer thickness, interface, grain size etc), and crystal phases on the surface were appraised. When treated to tension relief, thermally treated to maximum heat temperature, temperature and temperate heat, the samples presented hardness levels of 243HV, 231HV, 832HV, and 653HV, respectively. The best nitrification conditions were: four hours and 300ºC for heat samples. A superficial hardness of 1000HV and a 108µm thickness for the nitrided layer were found in these samples

Avaliação do desempenho do aço AISI D2 tratado termicamente e nitretado em plasma com gaiola catódica visando aplicação industrial

In the research, steel samples tool AISI D2, treated thermally, in the conditions: relief of tension, when maximum, seasoned and seasoned was treated thermally in the temperature of revenimento and revenida had been nitrited in plasma with cathodic cage, in atmosphere of 80%N2:20%H2. One used pressure of 2,5 mbar, 400 and 480°C temperatures with treatment time of 3 and 4 hours, with the objective to evaluate its performance in pipes cut tool. It was compared that the performance of the same steel when only thermally treated, both with tension relief. It was evaluated its hardness. Microstructural aspects (the layer thickness, interface, graisn size, etc) and crystalline phases on the surface. Besides, it was verified accomplishment possibility of nitriding simultaneous to annealing treatment. The tempering samples had presented hardness levels of 600 HV, while in nitrited samples these values had been 1100 HV

Desenvolvimento de um sistema de nitretação por plasma em fonte pulsada e sua influencia sobre a nitretação do titânio

The pulsed plasma nitriding is a solution currently used in the metallurgical industry to resolve problems earlier in the processing of parts by using plasma DC voltage. These problems consisted mainly of edge effect and opening arches caused due to non-uniformity of electric fields on uneven surfaces. By varying the pulse width can reduce these effects. However, variations in pulse width can drastically affect the population of the plasma species and hence the final microstructure of the nitrided layer. In literature, little is known about the effect of process parameters on the properties of the plasma species and, consequently, the surface properties. We have developed a system of nitriding with pulsed source with fixed period of 800  pulse width is variable. Examined the variation of these parameters on the properties of nitrided surface when keeping constant temperature, gas composition, flow, pressure and power. It was found that the values of width and pulse repetition time of considerable influence in the intensities of the species present in plasma. Moreover, we observed the existence of the edge effect for some values of pulse widths, as well as changes in surface roughness and hardness

Nitretação em plasma com gaiola catódica: investigação do mecanismo e estudo comparativo com a nitretação em plasma de tensão contínua

The ionic plasma nitriding is one of the most important plasma assisted treatment technique for surface modification, but it presents some inherent problems mainly in nitriding pieces with complex geometries. In the last four years has appeared a plasma nitriding technique, named ASPN (Active Screen Plasma Nitriding) in which the samples and the workload are surrounded by a metal screen on which the cathodic potential is applied. This new technique makes possible to obtain a perfect uniform nitrided layer apart from the shape of the samples. The present work is based on the development of a new nitriding plasma technique named CCPN (Cathodic Cage Plasma Nitriding) Patent PI 0603213-3 derived from ASPN, but utilizes the hollow cathode effect to increase the nitriding process efficiency. That technique has shown great improvement on the treatment of several types of steels under different process conditions, producing thicker and harder layers when compared with both, ASPN and ionic plasma nitriding, besides eliminating problems associated with the later technique. The best obtained results are due to the hollow cathode effect on the cage holes. Moreover, characteristic problems of ionic plasma nitriding are eliminated due to the fact that the luminescent discharge acts on the cage wall instead of on the samples surface, which remains under a floating potential. In this work the enhancement of the cathodic cage nitriding layers proprieties, under several conditions for some types of steels was investigated, besides the mechanism for nitrides deposition on glass substrate, concluding that the CCPN is both a diffusion and a deposition process at the same time

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.

Propriedades tribomecânicas de superfícies de titânio carbonitretadas por plasma

Interstitial compounds of titanium have been mainly studied due to the large range of properties acquired when C, N, O and H atoms are added. In this work, surfaces of TiCxNy were produced by thermochemical treatments assisted by plasma with different proportions of Ar + N2 + CH4 gas mixture. The Ar gas flow was fixed in 4 sccm, varying only N2 and CH4 gas flows. During the thermochemical treatment, the plasma was monitored by Optical Emission Spectroscopy (OES) for the investigation of the influence of active species. After treatments, C and N concentration profile, crystalline and amorphous phases were analyzed by Nuclear Reaction (NRA). Besides tribomechanical properties of the Ti surface were studied through the nanohardness measurements and friction coefficient determination. The worn areas were evaluated by profilometry and Scanning Electronic Microscope (SEM) in order to verify the wear mechanism present in each material. It has been seen which the properties like nanohardness and friction coefficient have strong relation with luminous intensity of species of the plasma, suggesting a using of this characteristic as a parameter of process

Diagnóstico das espécies ativas do plasma usado em tratamentos termoquímicos do titânio

Plasma diagnostics by Optical Emission Spectroscopy were performed for electrical discharge in three gas mixture respecting the combinations z N2 y Ar x H2, z N2 y Ar x O2 e z N2 y Ar x CH4, in which the indexes z and y systematically vary from 1 to 4 and x varies from 0 to 4, every one has dimension SCCM, resulting in 80 combinations. From the all obtained spectrums, the species CH (387,1 nm), N2+ (391,4 nm), Hβ (486,1 nm), Hα (656,3 nm), Ar (750,4 nm), O (777,4 nm) e O (842,6 nm) were analyzed because of their abundance and importance on the kinetic of reaction from the plasma to surface, besides their high dependences on the gases flows. Particularly interesting z, y and x combinations were chosen in order to study the influence of active species on the surface modification during the thermochemical treatment. From the mixtures N2 Ar O2 e N2 Ar CH4 were chosen three peculiar proportions which presented luminous intensity profile with unexpected maximum or minimum values, denominated as plasma anomaly. Those plasma concentrations were utilized as atmosphere of titanium treatment maintaining constant the control parameters pressure and temperature. It has been verified a relation among luminous intensity associated to N2+ and roughness, nanohardness and O atoms diffusion into the crystalline lattice of treated titanium and it has been seen which those properties becomes more intense precisely in the higher points found in the optical profile associated to the N2+ specie. Those parameters were verified for the mixture which involved O2 gas. For the mixture which involves CH4 gas, the relation was determinate by roughness, number of nitrogen and carbon atoms diffused into the titanium structure which presented direct proportionality with the luminous intensity referent to the N2+ and CH. It has been yet studied the formation of TiCN phases on the surface which presented to be essentially directly proportional to the increasing of the CH specie and inversely proportional to the increasing of the specie N2+

Estudo da molhabilidade de tecidos 100% poliéster tratados em plasma N2/O2 em função do seu envelhecimento natural

This work reports the influence of the poly (ethylene terephthalate) textile surface modification by plasmas of O2 and mixtures (N2 + O2), on their physical and chemical properties. The treatment was carried out in a vacuum chamber. Some parameters remained constant during all treatment, such as: Voltage 470 V; Pressure 1,250 Mbar; Current: 0, 10 A and gas flow: 10 cm3/min. Other parameters, such as working gas composition and treatment time, were modified as the following: to the O2 plasma modified samples only the treatment time was changed (10, 20, 30, 40, 50 and 60 minutes). To the plasma with O2 and N2 only the chemical concentrations were changed. Through Capillary tests (vertical) an increase in textile wettability was observed as well as its influence on aging time and its consequence on wettability. The surface functional groups created after plasma treatments were investigated using X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). The surface topography was examined by scanning electron microscope (SEM)

Efeito antibacteriano de tecidos têxteis revestidos por prata através da técnica de deposição por plasma

In this study, it has been investigated the influence of silver film deposition onto 100% polyester woven and non-woven, on the survival of Escherichia coli and Staphylococcus aureus in contact with these surfaces. The treatment was performedin a chamber containing the working gas at low pressure (~ 10-2 mbar). Some process parameters such as as voltage: 470 V; pressure: 10-2 mbar; current : 0.40 A and gas flow: 6 and 10 cm3/min were kept constant. For the treatments with purêargon plasma using a flow of 6 and 10 cm3/min, different treatment times were evaluated, such as, 10 , 20, 30, 40, 50 and 60 minutes. Contact angle (sessile drop), measurements were used to determine the surface tension of the treated fabrics and its influence on the bacteria grow as weel as the possibilities of a biofilm formation. The formation of a silver film, as well as the amount of this element was verified byEDX technique. The topography was observed through scanning electron microscopy (SEM) to determine the size of silver grains formed on the surfaces of the fabric and assess homogeneity of treatment. The X-ray diffraction (XRD) was used to analyze the structure of silver film deposition. The woven fabric treatments enabled the formation of silver particulate films with particle size larger than the non-woven fabrics. With respect to bacterial growth, all fabrics were shown to be bactericidal for Staphylococcus aureus (S. aureus), while for the Escherichia coli (E. coli), the best results were found for the non-woven fabric (TNT) treated with a flow of 10 cm3/min to both bacteria