Estudo do processo de nitretação por plasma de nióbio

Abstract

Resumo: No presente trabalho foi estudado o processo de nitretação por plasma de nióbio. Essa pesquisa teve a finalidade de avaliar às influências que a pressão e a temperatura de tratamento proporcionam na evolução dos processos de nitretação de amostras de nióbio metálico. Teve por objetivo também avaliar os efeitos que a inclusão de nitrogênio acarreta em propriedades mecânicas superficiais como a dureza das amostras nitretadas. As nitretações foram realizadas sob fluxo de uma mistura gasosa de 90% N2 + 10% H2 em volume para as temperaturas de 250, 500, 750, 915 e 1080 ºC. As pressões utilizadas foram de 3, 6 e 9 Torr (aprox. 400, 800 e 1200 Pa). O tempo de tratamento foi fixado em duas horas para todos os experimentos. Após as nitretações, as amostras foram avaliadas através de microscopia eletrônica de varredura, análise da composição química superficial por microssonda e análise por difração de raios-x. Foram realizados também ensaios de resistência ao risco e obtidos os perfis de nanodureza das seções das amostras amostras. Os resultados das avaliações mostram que a temperatura de tratamento é o principal parâmetro que proporciona alterações nas nitretações. Verificou-se, através dos perfis de nanodureza, que a elevação de tal parâmetro influência diretamente no aumento da espessura de camada nitretada, na dureza superficial e na quantidade das fases ..-Nb2N and ..-NbN formadas. A elevação da temperatura de tratamento também conduz para uma elevação da rugosidade superficial das amostras.

Abstract: In the present work it was studied the plasma nitriding process of niobium. This research had the purpose to evaluate the influences that treatment temperature and pressure provide in the referred processes. Another objective of this study was evaluating the effects that the nitrogen introduction can cause in the evolution of some surface mechanical properties as hardness. The nitriding processes were conduced under a 90% N2 + 10% H2 flow mixture and evaluated for the temperatures of 250, 500, 750, 915 and 1080ºC. The used treatment pressures were 3, 6 and 9 Torr (approx. 400, 800 and 1200 Pa). The adopted treatment time was two hours for all experiments. After nitriding, samples were evaluated by Scanning Electron Microscopy, X-Ray Microprobe Analysis and X-Ray Diffractometry. Scratch tests and instrumented nanoindentation hardness profiles were evaluated too. The analyses show that treatment temperature is an important process parameter, which makes influence in the experiments results. It was erified, by indentation hardness profiles analysis, that the nitriding temperature elevation leads to an increase in properties, such as the nitride layer thickness, surface hardness and the total amount of ..-Nb2N and ..-NbN formed phases in the nitrided layer. In addition, the elevation of treatment temperature leads to an increase in the superficial roughness.