Nitretação a plasma do aço ABNT 316L em baixas temperaturas

A nitretação dos aços inoxidáveis austeníticos apresenta grande interesse tecnológico, pois tanto em processos convencionais tais como as nitretações a gás e em banho de sais como em processos a plasma, obtêm-se um aumento significativo de sua dureza superficial e resistência ao desgaste. No entanto, devido as altas temperaturas utilizadas nos processos convencionais, observa-se uma extensa formação de precipitados de nitretos de cromo, com consequente redução de resistência à corrosão do material. A proposta deste trabalho é utilizar a tecnologia de plasma para nitretar um aço inoxidável austenítico neste caso o ABNT 316 L a temperaturas relativamente baixas a fim de evitar precipitação de nitretos). As temperaturas utilizadas foram de 350, 375 e 400 0C, variandose o tempo de nitretação de 3 ,4 e 5 horas com duas misturas gasosas (76%N2 e 24%H2 e 5%H2 e 95%N2). As amostras foram analisadas através da microdureza superficial (método convencional e nanodureza), caracterização microestrutural por microscopia ótica, eletrônica de varredura e de transmissão, medida da profundidade de camadas formadas (MEV), rugosidade, determinação das fases presentes (Raios - X), nanodureza , perfil da composição química (GDOS) e resistência à corrosão (névoa salina e curvas de polarização) As amostras nitretadas nestas temperaturas e tempos produziram camadas de 1,9 a 5,5 µm medidas via GDOS e durezas que vão de 330HK a 987HK não observando-se a precipitação de nitretos de cromo, mas sim a formação de uma estrutura supersaturada de nitrogênio intersticial, chamada de “fase S” identificada por difração de Raios - X. As camadas nitretadas apresentaram um gradiente de nitrogênio que diminui, indicando um gradiente junto as características microestruturais, níveis de tensões residuais favoráveis para uma boa adesão, com a formação de uma camada com menor fragilidade. Esta fase “S”, além de produzir altas durezas superficiais, aumentou a resistência à corrosão do aço. Testes em campo com navalhas de corte e facas móveis tiveram um aumento de vida útil de 100% e 217%.

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.

A influência das tensões sobre a difusão de nitrogênio no processo de nitretação a plasma

O objetivo deste trabalho foi verificar a influência das tensões sobre o processo de nitretação a plasma/ difusão do nitrogênio. Amostras do aço AISI M2 e DIN CK45 foram nitretadas apresentando diferentes condições superficiais prévias. Amostras foram nitretadas a plasma a 5000C, com a composição gasosa de 5% de nitrogênio com o balanço em hidrogênio, variando-se o tempo do processo entre 30 e 60, e ainda, 120 minutos para as amostras do aço AISI M2. Estas condições foram produzidas por jateamento controlado e polimento mecânico. Adicionalmente, buscando comparar diferenças entre as tensões mecânicas e residuais, foi utilizado um dispositivo de flexão para promover tensões de carregamento na superfície de uma parte das amostras. As técnicas de análise envolveram medidas de tensões residuais e análise de fases por difração de raios X, caracterização microestrutural por microscopia ótica, perfis de microdurezas e perfis de composição química via espectroscopia ótica de descarga incandescente. Para as amostras do aço AISI M2 não foi detectada a formação da camada de compostos em nenhuma das condições utilizadas. Para amostras do aço DIN CK45, a formação da camada de compostos não pôde ser evitada. Tensões residuais da ordem de 1000 MPa foram medidas nas amostras do aço AISI M2, sendo mais altas para amostras jateadas e polidas que para amostras apenas polidas Os ensaios realizados demonstraram que o nível de tensões do material influencia significantemente a difusão do nitrogênio na matriz. Amostras nitretadas com tensões compressivas apresentaram profundidade de camada da ordem de 45µm, enquanto amostras com tensões zero ou tensões de tração apresentaram camadas da ordem de 50µm. Amostras polidas apresentaram em geral zonas de difusão mais profundas que as amostras jateadas e polidas previamente, obtendo-se uma diferença em profundidade de camada nitretada de até 100%, como se observou nas amostras do aço AISI M2 tratadas por 120 minutos.

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.

Simulação termodinâmica dos processos de nitretação, nitrocarburação e carbonitretação gasosas

O presente trabalho tem por objetivo o estudo dos tratamentos termoquímicos comuns na indústria metalúrgica denominados: nitretação, nitrocarburação e carbonitretação com o auxílio da ferramenta conhecida como ‘termodinâmica computacional’. Com o uso de um aplicativo computacional e de um banco de dados compacto procurou-se primeiramente o perfeito entendimento dos processos, por exemplo, através da análise do efeito de variáveis como temperatura, pressão e composição das fases gasosa e condensada. A partir deste entendimento procurouse simular os tratamentos termoquímicos dentro de parâmetros conhecidos da prática industrial e, finalmente, procurou-se sugerir algumas outras atmosferas possíveis de serem aplicadas, que se mostraram apropriadas aos objetivos de tais tratamentos. Durante a simulação, constatou-se que alguns resultados mostraram-se algo diferente dos existentes na literatura, provavelmente por diferenças nos dados termodinâmicos utilizados. Este fato, contudo, não invalida as simulações. Sugere-se apenas, para o futuro, a utilização de bancos de dados ainda mais compatíveis com os resultados obtidos na prática industrial.

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 de um aço H13 a baixas pressões em um equipamento IP35L/TECVAC

O tratamento duplex de nitretação a plasma e posterior deposição de TiN pode proporcionar um aumento na vida útil de ferramentas revestidas, já que a camada nitretada garante uma melhor adesão e maior capacidade de sustentação de carga. Essa melhoria ocorre desde que não haja a formação de uma camada contínua de nitretos de ferro, visto que esta é extremamente frágil, podendo causar o lascamento do filme protetor. A possibilidade de integração da nitretação a baixas pressões e posterior deposição de TiN em um processo contínuo se mostra interessante, pois possibilita a nitretação sem formação de camada de nitretos de ferro, eliminando assim uma etapa de polimento, diminuindo o grau de impurezas do revestimento e o tempo de processamento como um todo. O objetivo desse trabalho é o estudo dos parâmetros de processo mais adequados para a nitretação a baixas pressões de um aço de trabalho a quente H13, de modo a preparar o substrato de forma efetiva para uma posterior deposição de TiN. Diferentes temperaturas (faixa de 400-530ºC), pressões e composições gasosas (misturas de N2, N2 + Ar e N2+H2) foram avaliadas por microscopia ótica, testes de microdureza e difração de raios X. Buscou-se a melhor condição de nitretação, caracterizada pela camada de difusão mais profunda, maior dureza superficial e não aparecimento de uma camada de nitretos de ferro Os resultados indicam que adições de argônio e hidrogênio não resultam na melhor condição de nitretação do aço H13, e que outros parâmetros que não haviam sido considerados como importantes, como rotação das amostras e proteção dos termopares com miçangas, têm grande efeito indireto no tamanho da camada nitretada. O melhor resultado obtido foi com os parâmetros de: temperatura 450ºC, pressão total de N2 de 2x10-3 mbar, termopares protegidos com miçangas, árvore de sustentação das amostras girando a duas e meia revoluções por minuto e filamentos de tungstênio novos.

Análise por difração de raios-x da interface plasma-superfície durante a nitretação a plasma

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um equipamento utilizado para acompanhamento e monitoramento do processo de nitretação a plasma enquanto ele ocorre, ou seja, de forma in-situ. Os resultados obtidos com a utilização deste equipamento são demonstrados e confirmam a potencialidade da técnica na caracterização de mecanismos de nitretação a plasma. Ensaios de adaptação à técnica foram realizados, visando adquirir experiência no reconhecimento e detecção de fases formadas durante o processo e de possibilidades de caracterização proporcionadas pela técnica. Desta forma a influência de três composições gasosas na formação de camadas nitretadas em aço médio carbono AISI 1045 foi avaliada de forma in-situ por difração de raios-X e post-mortem por metalografia, GDOS e microdureza Vickers. A composição gasosa de 76% N2 – 24% H2 mostrou alto poder de nitretação, e formou camadas de compostos espessas e zonas de difusão profundas, com aumentos consideráveis de dureza. A composição gasosa de 5% N2 – 95% H2, formou camadas de compostos pequenas e zonas de difusão profundas, além de aumentos de dureza superficial. Em uma segunda avaliação, amostras de aço AISI 1045, foram nitretadas em duas composições gasosas: 5% N2 – 95% H2 e 25% N2 – 75% H2, nas temperaturas de 450ºC, 480ºC, 520ºC, 540ºC e 560ºC. Com o acompanhamento in-situ por difração de raios-X de trechos específicos de 2Θ correspondentes às linhas de difração das fases γ’ e ε, foi possível obter o tempo de incubação da fase γ’ para cada combinação composição gasosa - temperatura, que foram comparados com dados já existentes para nitretação a gás. Também foi possível o acompanhamento do crescimento, desenvolvimento e de mudanças na largura das linhas destas fases O tempo de incubação da fase γ’ permitiu a comparação entre os resultados das nitretações a plasma e os resultados previstos por um diagrama de Lehrer, e uma boa correlação entre as fases previstas pelo diagrama e as encontradas na prática foi encontrada. As amostras foram avaliadas ainda por difração de raios-X em ângulos rasantes, que permitiu a caracterização das camadas mais superficiais das amostras e, com base nestes resultados e nos resultados das análises in-situ, obteve-se um mapa prático de previsão de fases para a nitretação a plasma.

Estudo das características físico-químicas e biológicas pela adesão de osteoblastos em superfícies de titânio modificadas pela nitretação em plasma

SILVA, J. S. P. Estudo das características físico-químicas e biológicas pela adesão de osteoblastos em superfícies de titânio modificadas pela nitretação em plasma. 2008. 119 f. Tese (Doutorado) - Faculdade de Medicina, Universidade de São Paulo. São Paulo, 2008.

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

Análise por meio de espectroscopia de emissão óptica das espécies ativas em nitretação iônica e gaiola catódica

Plasma process like ionic nitriding and cathodic cage plasma nitriding are utilized in order to become hard surface of steels. The ionic nitriding is already accepted in the industry while cathodic cage plasma nitriding process is in industrial implementation stage. Those process depend of plasma parameters like electronic and ionic temperature (Te, Ti), species density (ne, ni) and of distribution function of these species. In the present work, the plasma used to those two processes has been observed through Optical Emission Spectroscopy OES technique in order to identify presents species in the treatment ambient and relatively quantify them. So plasma of typical mixtures like N2 H2 has been monitored through in order to study evolution of those species during the process. Moreover, it has been realized a systematic study about leaks, also thought OES, that accomplish the evolution of contaminant species arising because there is flux of atmosphere to inside nitriding chamber and in what conditions the species are sufficiently reduced. Finally, to describe the physic mechanism that acts on both coating techniques ionic nitriding and cathodic cage plasma nitriding

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

Nitretação iônica sem efeito de borda :desenvolvimento e avaliação de uma nova técnica

The ionic nitriding process presents some limitations related with the control of the thickness of the layer and its uniformity. Those limitations that happen during the process, are produced due to edge effects, damage caused by arcing arc and hollow cathode, mainly in pieces with complex geometry and under pressures in excess of 1 mbar. A new technique, denominated ASPN (active screen shapes nitriding) it has been used as alternative, for offering many advantages with respect to dc plasma conventional. The developed system presents a configuration in that the samples treated are surrounded by a large metal screen at high voltage cathodic potencials, (varying between 0 and 1200V) and currents up to 1 A. The sample is placed in floting potential or polarized at relatively lower bias voltages by an auxiliary source. As the plasma is not formed directly in the sample surface but in the metal screen, the mentioned effects are eliminated. This mechanism allows investigate ion of the transfer of nitrogen to the substrate. Optical and electronic microscopy are used to exam morphology and structure at the layer. X-ray difration for phase identification and microhardness to evaluate the efficiency of this process with respect to dc conventional nitriding