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Type: TESE
Title: Tratamentos de superfícies de uma liga ferrosa por íons de nitrogênio
Title Alternative: Surface treatments of a iron aloy by nitrogen ions
Author: Zagonel, Luiz Fernando, 1979-
Abstract: Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar processos de tratamento superficial por plasma com especial atenção às peculiaridades da técnica frente às demais práticas de nitretação, buscando compreender o processo a partir dos fenômenos observados na superficie. Dois tipos de tratamento foram realizados e três as técnicas utilizadas: nitretação por feixe de íons e por plasma pulsado e carbonitretação por deposição assistida por feixe de íons. A liga tratada foi o aço AISI-H13. As superficies das amostras foram tratadas em diversas temperaturas, de 260°C a 6000C, diversos tempos de processo, de 75 minutos a 5 horas, diversas densidades de corrente e diversas misturas gasosas, permitindo a observação de diferentes estruturas cristalinas, durezas, microestruturas e concentrações de nitrogênio na camada nitretada. Os diferentes estudos realizados dentro dessas amplas condições experimentais permitiram observar e/ou modelar o processo de tratamento superficial em condições diferenciadas. Estudos de nitretação com diferentes composições de feixe iônico de nitrogênio e hidrogênio mostraram que o hidrogênio tem um importante papel no processo, mesmo na ausência de oxigênio. A presença de hidrogênio levou ao aumento da concentração superficial de nitrogênio e à formação de fases de nitretos de ferro tipo E-Fe2-3N. Um estudo da nitretação em diversas temperaturas indicou que o processo de oferta de nitrogênio não depende da temperatura e que a 260°C nitretos de ferro de alta concentração de nitrogênio podem ser formados. A difusão de nitrogênio no aço utilizado mostrou-se ativada pela temperatura, mas efeitos de difusão por bordas de grão pareceram estar presentes, o que causou um aumento da dureza em altas profundidades. A técnica de deposição assistida por íons foi utilizada nesse estudo para o tratamento de superficie de carbonitretação. Nessa técnica, o carbono foi depositado continuamente sobre a superficie da amostra enquanto esta foi bombardeada com íons de nitrogênio. O estudo mostrou que a técnica apresenta características distintas daquelas da carbonitretação a gás ou a plasma. Em especial, foi observada a restauração da fase ferrita com altas concentrações de carbono e nitrogênio para alta deposição de carbono. Um estudo amplo sobre o papel do fluxo de íons, temperatura e tempo no processo de nitretação também foi realizado, visando clarificar as características do potencial químico na nitretação a plasma. Como demonstrado, esse potencial depende do balanço de massa entre o fluxo de íons e a difusão para o volume

Abstract: The objective of this project is to study processes of plasma surface treatment with special emphasis to the differences these techniques might show in relation to others, looking forward to understand the process from surface phenomena. Two kinds of surface treatment have been studied, including three different techniques: ion beam nitriding, pulsed plasma nitriding and carbonitriding by ion beam assisted deposition. The treated alloy was the steel AISI-H13. The samples surfaces have been treated at several different temperatures, from 260°C to 600°C, several process times, from 75 minutes to 5 hours, several ion current densities e several gas mixtures, allowing the observations of different crystalline structures, surface and profile hardness, microstructures, and nitrogen concentration at the surface and within a profile. The undergone studies over these wide conditions leaded to the observation and modeling of the surface treatments at these different situations. Studies of nitriding with different ion beam compositions of nitrogen and hydrogen showed that hydrogen play a major role even in the absence of oxygen. The hydrogen presence within the surface allowed an enhancement on the nitrogen concentration and the formation of iron nitrides 1ike E-Fe2-3N. A study of nitriding over several different temperatures indicates that the nitrogen offer at the surface is not dependent upon temperature and even at very low temperatures like 260°C, high nitrogen concentration iron nitrides can be formed. The nitrogen diffusion is shown to be activated by temperature, but grain boundary effects seam to be present, what caused a hardness increase at high depths. The ion beam assisted deposition technique was used for carbonitriding. In this set-up, carbon is continuously deposited over the surface while the sample is exposed to nitrogen ions. The study showed that the approach displays distinct characteristics with respect to gas or p1asma carbonitriding. By this new technique, high carbon deposition preserves the formation of E-Fe2-3N phase, without loss of diffusion to bulk. A wide study about the role of the ion flux, temperature and time on ion nitriding process was also performed, looking forward to clarify the behavior of the chemical potential of nitrogen at the surface. As it was understood, this quantity will depend on the mass balance between the ion flux and the diffusion to bulk
Subject: Nitruração
Difusão
Plasma
Aço - Propriedades mecânicas
Aço - Estruturas
Implantação iônica
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2006
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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