Resumo Prova II Tratamento superfície

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Estudo Prova II Tratamento superfície
NITRETAÇÃO:
É o tratamento de endurecimento superficial causado pela introdução de nitrogênio e formação de nitretos.
O seu objetivo é: 
· Obtenção da elevada dureza superficial
· Elevada resistência ao desgaste
· Elevada resistência a fadiga
· Elevada resistência a corrosão
· Elevada resistência superficial ao calor, até as temperaturas de nitretação.
Suas características são:
· Temperaturas de tratamento 500 – 560°C
· Baixa sucessibilidade de empenamento
· Não há necessidade de tratamento térmico posterior, o que diminui as possibilidades de empenamentos ou fissuração.
Como funciona o processo: 
O nitrogênio absorvido vai reagir com o ferro e os elementos de liga da peça formando nitretos de alta dureza e alta resistência ao desgaste. Adicionalmente, uma determinada quantidade de nitrogênio ocupará os interstícios formando uma região endurecida por solução sólida e fina precipitação de nitretos.
A quantidade e distribuição dos nitretos de liga formados e a dureza do material base determinam a dureza observada na camada nitretada.
A razão fundamental do aumento da resistência à fadiga dos aços nitretados deve-se ao fato de que o processo introduz tensões residuais de compressão na superfície do aço, além da camada nitretada possuir elevada resistência mecânica.
Teoria do bloqueio:
Assume-se que o nitrogênio dissolvido no reticulado (e o nitrogênio nos contornos de grãos) eleva a “rugosidade” das superfícies de deslizamento. Deste modo tem-se um aumento no limite elástico pois tensões mais elevadas são requeridas para iniciar o processo de deslizamento e, como resultado, ocorre um aumento na resistência à fadiga.
Mecanismos de endurecimento:
Por precipitação: Tratamento bastante utilizado em ligas leves e em alguns tipos de aços. Aproveita a propriedade de certos elementos de se dissolverem em outros formando soluções supersaturadas que, em determinadas condições, precipitam compostos como uma nova fase
Por solução sólida: Dependendo da relação entre o tamanho dos átomos de soluto e solvente, ocorrem dois tipos de solução sólida, isto é, intersticial e substitucional. 
Se o tamanho do átomo de soluto foi semelhante ao do solvente então ele ocupara sítios da rede que deveriam estar preenchidos por átomos de soluto. 
Se o tamanho do átomo de solvente for inferior a 15% em volume, o fator tamanho é considerado que ocorra a solução solida substitucional.
Por Nitretação: O principal mecanismo de endurecimento utilizado pela nitretação é a formação de uma zona de difusão com nitrogênio em solução sólida e finos precipitados de nitretos, aumento da resistência através da distorção do reticulado e modificação do parâmetro de rede.
Camada De Compostos:
A camada, ou zona de compostos é a região onde precipitam predominantemente os nitretos-carbonitretos de ferro. Também conhecida como camada branca devido ao fato de ser inerte ao ataque de reagentes químicos (e apresentar cor branca ao microscópio ótico), é formada na região mais superficial do material.
A espessura e a composição da camada de compostos devem ser selecionadas previamente conforme as condições de operação do componente nitretado. A camada ε é adequada para aplicações de resistência ao desgaste livres de choques ou altas tensões localizadas. A camada γ’ é mais tenaz e mais adequada para situações com carregamentos mais severos.
Zona de Difusão de N:
Para matrizes ferrosas, o nitrogênio fica em solução sólida até que o limite de solubilidade seja alcançado. A partir daí pode começar a nucleação e crescimento dos precipitados.
Tensões Residuais em camadas Nitretadas:
A modificação microestrutural promovida pela nitretação implica em uma modificação no estado de tensões do material, podendo introduzir tensões residuais dos tipos I, II e III.
Modificações no estado de tensões do material:
· Modificação da composição química na zona de difusão
· Formação de precipitados na zona de difusão
· Variação do volume durante o crescimento de diferentes fases na camada de compostos;
· Diferentes coeficientes de expansão térmicos entre nitretos e substrato por exemplo
NITRETAÇÃO A GÁS:
Partes aquecidas a 530°C numa corrente de gás de amônia, a qual se dissocia na superfície do metal liberando o nitrogênio
Processo lento (4 dias para formar 500um de camada)
Consegue alcançar furos e entalhes mais facilmente que a nitretação a plasma
Vantagens:
· Grandes camadas
· Investimento relativamente baixo
· Possibilidade de tratar várias peças ao mesmo tempo
· Altas durezas superficiais
· Facilidade de tratar peças de geometrias complexas
Desvantagens:
· Difícil controle de camada
· Tempos muito longos de processo
· Temperaturas de trabalho altas
· Trabalha com gases, exige cuidados
NITRETAÇÃO A PLASMA
Peça (catodo) é colocada numa câmara contendo nitrogênio e hidrogênio a Pressão de 10-1000Pa, com uma descarga de plasma sendo estabelecida a um potencial de 500-1000V.
Vantagens:
· Processo é eficiente sendo no mínimo 3x mais rápido que a nitretação a gás na mesma temperatura.
· Pode ser operado a temperaturas mais baixas (menor distorção e possibilidade de nitretar outros substratos);
· Possível nitretar metais com óxidos superficiais (aço inox, Al);
· Maior facilidade de controle do processo (Ex: evita formação de camada branca);
· Não poluente
Desvantagens:
· Investimento inicial alto
· Possibilidade de formação de arcos
· Dificuldade de nitretação de geometrias complexas
· Pode gerar o efeito catodo oco
· Limitação no tamanho da câmara de nitretação
· Dificuldade de nitretar furos de pequeno diâmetro
NITRETAÇÃO BANHO DE SAL
Os processos termoquímicos popularmente conhecidos por “nitretação em banhos de sais” surgiram, industrialmente, na década de 1930. Apesar do nome, a ideia de que as superfícies das peças ou ferramentas serão enriquecidas apenas com nitrogênio, não é verdadeira - junto com o nitrogênio também se introduz carbono, o que pode ser visto pela reação química básica que ocorre nos sais contidos no banho
No meio acadêmico, o processo recebe o nome genérico de “nitrocarbonetação em banhos de sais”. Se, ao final do tratamento, a camada nitrocarbonetada ainda for oxidada, o processo passará a denominar-se “oxinitrocarbonetação em banhos de sais”.
Vantagem:
A vantagem da nitrocarbonetação em banhos de sais, quando comparada a outros processos, reside nos tempos curtos dos tratamentos, na possibilidade de se tratarem grandes lotes de peças numa mesma fornada, na homogeneidade dos resultados obtidos, na quantidade mínima de parâmetros de processo a serem controlados, na dispensa da utilização de processos muito caros para a prélimpeza e no baixo custo de capital.
Desvantagem:
Como desvantagem, deve-se mencionar que estes processos não permitem tratamentos parciais e que a pós-limpeza de peças que apresentem furos cegos, exige maiores cuidados. Ainda, o problema ambiental e risco a saúde causado pelos sais utilizados no banho
Propriedades obtidas pelas peças nitrocarbonetadas:
· Baixo coeficiente de atrito adesivo (metal x metal). 
· Baixo coeficiente de engripamento (poder autolubrificante). 
· Baixa aderência a plásticos e metais líquidos. 
· Alta resistência à fadiga de contato (formação de pites). 
· Alta resistência à fadiga mecânica (vibração, esforços alternados etc.) e térmica. 
· Alta resistência à corrosão.
DEPOSIÇÃO DE FILMES FINOS
CVD: é um processo no qual há a formação de um revestimento através de reação química do elemento a ser depositado com o substrato. O material do revestimento pode vir de um gás ou de uma mistura de gases ou pelo contato com sólidos como no processo de pack-cementation.
São três etapas:
A produção de um composto transportador volátil; transporte do gás para o local de deposição sem a deposição dele; reação química para produzir o revestimento no substrato.
Reações que ocorrem: decomposição térmica, redução, hidrolise, oxidação, carbonização e nitretação, elas ocorrem isoladamente ou em conjunto e são controladas pela termodinâmica, cinética, massa, reação química e parâmetrosde temperatura e pressão.
No CVD térmico, as reações geralmente ocorrem acima de 900°C, enquanto no CVD de plasma ocorrem nas temperaturas entre 300 a 700°C.
Usando o CVD de plasma a baixa temperatura a reação do revestimento permite revestir substratos com baixos pontos de fusão ou que poderiam sofrer transformações em estado sólido em toda a gama de temperaturas de deposição.
Materiais que não podem ser comumente depositados por eletrodeposição, como por exemplo, metais refratários como o tungstênio, molibdênio, nióbio, tântalo e zircônio podem ser depositados pelo CVD.
Aplicações: Cadinhos, foguetes e outros componentes de alta temperatura
Os revestimentos CVD oferecem boas resistência ao desgaste, à erosão e à corrosão. A indústria de ferramentas de corte depende fortemente deste revestimento.
PVD: O processo physical vapor deposition tem por objetivo formar uma camada de revestimento no substrato por deposição física de átomos, íons ou moléculas do elemento a ser depositado.
Três técnicas: Evaporação Térmica, Sputtering e Metalização Iônica. Evaporação Térmica envolve o aquecimento do material até que este forme vapor que se condensa no substrato. Formando um revestimento. Sputtering envolve a geração de plasma entre os elementos do revestimento e o substrato. Metalização Iônica é essencialmente a combinação dos dois processos anteriores.
Processo: Ocorre em uma câmara à vácuo e envolve a fonte de vapor e o substrato onde a deposição acontece, diferentes técnicas existem devido a variação em atmosferas, meio da formação de vapor e tensão elétrica do substrato, as quais influenciam a estrutura, as propriedades e a taxa de deposição do revestimento.
Três etapas:
1. Síntese do material depositado (transição de um estado condensado, sólido ou líquido, para a fase de vapor, ou, para a deposição de compostos, reação entre os componentes dos compostos, alguns dos quais podem ser introduzidos na câmara como um gás ou vapor); 
2. Vapor transportado da origem para o substrato; 
3. Condensação do vapor seguido pela nucleação e crescimento do filme.
Aplicações: incluindo eletrônica, ótica, decoração, e prevenção de corrosão e desgaste. Os revestimentos normalmente utilizados para prevenção de desgastes são compostos duros; os revestimentos por PVD tem dureza maior que qualquer metal e são usados em sistemas que não podem tolerar perdas por desgaste nem em escala microscópica
Evaporação Térmica: é a mais antiga e mais amplamente utilizada técnica de PVD. Evaporação Térmica ocorre em um vácuo de pressão 0,1 a 10mPa e o átomo de evaporação da fonte percorre o caminho na câmara em linha reta, o que limita o processo, e, portanto, revestimentos de cantos e de ângulos reentrantes não são possíveis de realizar sem a manipulação do substrato. Revestimentos de Alumínio e Cromo para a indústria automotiva são as maiores aplicações deste processo.
Sputter Coating: é um processo a vácuo que envolve o uso de íons de um plasma de gás gerado para ejetar átomos ou moléculas de um alvo feito do material que se tornará o revestimento. O plasma é estabelecido entre o alvo e o substrato pela aplicação de um potencial de corrente contínua. Um gás inerte é introduzido na câmara para formar o plasma de descarga entre os eletrodos. Os materiais que podem sofrer este processo são metais puros, ligas, compostos inorgânicos e alguns polímeros.
Ion Plating: a metalização iônica é um processo de revestimento a vácuo em que uma parte dos elementos do revestimento colide com o substrato em forma iônica.