Tratamento de superfícies a plasma

Nitretação a plasma

Nitretação é nome genérico dado as técnicas nas quais se introduz nitrogênio na superfície de um material com o objetivo de lhes conferir propriedades específicas, dentre as quais se destacam: dureza superficial elevada, maior resistência a fadiga, maior resistência ao desgaste e maior resistência a corrosão. Estas propriedades devem-se a formação de nitretos na superfície e a difusão de nitrogênio na forma atômica ou combinada para o interior do material.

Na nitretação a plasma, a peça a ser tratada é confinada em uma câmara previamente evacuada na qual é mantido um fluxo controlado de uma mistura gasosa, geralmente N2-H2 com a qual é produzido o plasma. O plasma é obtido num regime de descarga anormal aplicando-se uma tensão elétrica da ordem de 300 a 1000 V DC entre a peça (catodo) e o ânodo que é geralmente a própria parede interna da câmara. A peça durante o processo é aquecida, pelo bombardeamento iônico, a temperaturas suficientes para provocar a difusão dos átomos de nitrogênio na rede. Concomitantemente ocorre uma série complexa de reações químicas na interface sólido-plasma e que dão origem às diferentes fases de nitretos de ferro, formando camadas de depósitos na superfície da peça.

A nitretação a plasma tem se mostrado como uma opção viável com vantagens em relação aos processos convencionais, gasoso e líquido. A vantagem principal da nitretação a plasma sobre os processos convencionais de gás e sal, é a possibilidade de controle da microestrutura da superfície nitretada. Para um mesmo aço, este processo permite variar o tipo de nitreto formado na camada de compostos (camada branca) e até mesmo impedir a formação desta camada.

Carbonitretação a plasma

É um processo altamente promissor devido a baixa dificuldade de obtenção dos parâmetros, incluindo uma temperatura menor de trabalho, entre 350ºC e 500ºC, além do processo não envolver atmosferas altamente reativas como no caso da nitretação ou carbonitretação químicas, que envolve o uso de amônia mais um gás de cementação, ou o uso de processos termoquímicos líquidos. A carbonitretação a plasma, também, tem sido bastante utilizada, onde o material terá a sua superfície modificada pela difusão de C e N a partir de descarga em plasma com componentes gasosos precursores do carbono e do nitrogênio. Neste processo o substrato é submetido ao bombardeamento de íons com energia controlada, em câmara de vácuo, onde se obtém a descarga em plasma com atmosfera, pressão e temperatura e concentração dos gases precursores de C e de N bem determinados. Por exemplo, uma câmara de vácuo com atmosfera controlada com gases do tipo nitrogênio e metano com concentrações variadas de acordo com as necessidades e tipos de modificação de superfície desejada. O plasma é obtido com o auxílio de uma fonte de alta tensão pulsada negativa aplicada diretamente no substrato. Com o controle da pressão, da concentração de cada componente gasoso e da tensão aplicada ao substrato cria-se um plasma com alta concentração de íons de carbono e de nitrogênio. Estes íons são acelerados em direção à superfície do substrato aquecendo-a e, naturalmente, difundindo-se para dentro do material. O grau de difusão, ou seja, a profundidade e a densidade de cada componente ditarão as propriedades mecânicas, tribológicas e químicas da camada superficial tratada.

Este processo aumenta da dureza superficial do material, além de uma produzir uma melhora na sua resistência ao desgaste e corrosão.

Carbonização a plasma

Este processo é de forma semelhante ao processo de carbonitretação, porém em sua metodologia utilizam-se somente fontes de carbono e hidrogênio a fim de obter-se uma camada superficial rica em carbono em processos onde se visa principalmente a proteção contra a corrosão química, redução do desgaste e aumento da dureza. Neste processo não é utilizado o nitrogênio sendo assim a dureza da camada carborizada é um pouco inferior se comparado com as obtidas anteriormente.

Porém permite-se a utilização de múltiplas camadas como meios de obtenção de camadas mais duras.

Este processo é amplamente utilizado em metais onde deseja-se a sua utilização em meios que estão propensos a sofrerem ataques químicos, tais como: oxidação, corrosão salina, vapores de ácidos entre outros.