Boretação: Tratamento de Superfícies

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Boretaçao
Boretação é um processo termoquímico de tratamento de superfícies onde ocorre a difusão de átomos de boro para dentro da superfície formando um complexo de boretos (Fe2B ). O boro preenche os espaços no substrato criando uma totalmente nova liga de boro e ferro. Por se tratar de um verdadeiro processo de difusão não há interferência mecânica entre a liga e o substrato. A camada boretada é extremamente dura, apresentando, também, uma grande resistência à corrosão.  
Tipos de Boretação:
• Gasosa
• Líquida
• Sólida ou Pastosa
Os agentes boretantes estão disponíveis na forma de pós ou pastas, em granulometrias que variam de <150μm até grãos >2000μm e sua escolha vai em função do substrato metálico que receberá a boretação, aplicação da peça a ser boretada e o acabamento final que se deseja.
A superfície tem sido frequentemente a posição chave para determinação da vida útil de componentes funcionais e peças mecânicas. É a área mais exposta aos ataques do ambiente principalmente pela corrosão e o desgaste que causam enormes prejuízos a cada ano, o que explica os grandes esforços para protegê-la contra estes ataques.
O desenvolvimento de materiais resistentes ao desgaste foi a conseqüência lógica para combater o desgaste. Apesar dos sucessos alcançados, estes materiais estão chegando aos seus limites, quer por razões econômicas quer por fatores técnicos. Já que o desgaste ocorre na superfície dos componentes se tornou óbvio a sua modificação para obter a resistência ao desgaste, e a forma de alcançá-la é através da produção de revestimentos extremamente duros e resistentes.
Processos como carbonetação, nitretação e revestimento TiN são largamente conhecidos e difundidos. Entretanto, recentes trabalhos tem
demonstrado que a boretação é o processo que recentemente mais tem se destacado na metalurgia no combate ao desgaste extremo.
Apesar de já se saber desde o inicio do século 20 que a difusão de átomos na superfície de aços produziria boretos de ferro extremamente
duros e resistentes ao desgaste, apenas na década de 70 foi desenvolvido o processo de boretação por EKabor® como o tratamento
tecnicamente eficaz.
Boretação é um processo termoquímico de tratamento de superfícies onde ocorre a difusão de átomos de boro para dentro da superfície
formando um complexo de boretos (Fe2B ). O boro preenche os espaços no substrato criando uma totalmente nova liga de boro e ferro. Por
se tratar de um verdadeiro processo de difusão não há interferência mecânica entre a liga e o substrato.
Abrasão e aderência são tipicamente as principais formas de desgaste e são umas das características de praticamente todos os tipos de
estresses mecânicos. Aços boretados são extremamente resistentes à abrasão por conta de sua extremamente dura superfície.
Dependendo da aplicação, a espessura da camada de boreto varia de 20 a 300μm e resulta no aumento da vida útil em múltiplas vezes.
Aplicações que necessitam de resistência à abrasão incluem sistemas de transporte pneumático, unidades plastificantes nos processos de polímeros, partes para moinhos, bombas e válvulas, matrizes para vidro e partes para máquinas têxteis.
Além da alta resistência à abrasão, a camada de boreto exibe a importante propriedade de ter muito pouca tendência à solda fria. Os
métodos de análise Almen-Wieland e Reichert mostram que camadas boretadas não apresentam praticamente nenhuma tendência à solda fria. Isto é extremamente importante para reduzir o desgaste por aderência, e explica porque são preferencialmente e com sucesso utilizadas ferramentas boretadas na formação a frio de metais como alumínio e cobre.
A união da resistência ao desgaste, o baixo coeficiente de fricção e baixa necessidade de lubrificação transformaram a boretação no processo escolhido para engrenagens automobilísticas e extrusores de plásticos contendo fibras minerais e vítreas, aplicações onde os componentes boretados tem vida útil superior em escalas algorítmicas se comparadas com as tratadas por nitretação.
Outras aplicações que valem ser mencionadas, são componentes em aço carbono que necessitem resistência geral ao desgaste e as aplicações em forja a quente. Adicionalmente tem sido igualmente aplicado com enorme sucesso em aplicações de alta temperatura onde ocorre desgaste, incluindo tubos de queimadores e componentes equivalentes.
Os agentes boretantes estão disponíveis na forma de pós ou pastas, em granulometrias que variam de <150μm até grãos >2000μm e sua
escolha vai em função do substrato metálico que receberá a boretação, aplicação da peça a ser boretada e o acabamento final que se deseja.
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Boretação:
Consiste no enriquecimento superficial em boro no aço pela difusão química, com formação de boretos de ferro (Fe2B e Fé B).
A boretação pode ser gasosa, líquida ou sólida.
A boretação gasosa, além de utilizar equipamentos de alto custo, emprega um gás 100 vezes mais venenoso que o cianogênio.
A boretação gasosa, além de utilizar equipamentos de alto custo, emprega um gás 100 vezes mais venenoso que o cianogênio.
A boretação líquida utiliza banhos de seis, não tóxicos, mas apresenta dificuldades de introdução do boro no aço por formar camadas bifásicas contendo Fe2, B e Fe B, que dificultam a penetração do boro.
Em vista disso, a boretação sólida tem sido a mais empregada. Os meios de boretação sólida podem contar como fontes de boro as seguintes substâncias: boro puro, ferroboro, e carboneto de boro. Como o boro puro é caro (~500 dólares/kg) e o ferroboro apresenta dificuldades técnicas em se manter a qualidade em grandes produções, utiliza-se o carboneto de boro (~80 dólares/kg).
A espessura da camada boretada varia de 10 a 300 mícrons, embora processos especiais permitam obter camadas de até 1 milímetro de profundidade. O ideal é a formação das camadas monofásicas de Fe2B, pois camadas de FeB são mais susceptíveis à formação de trincas.
A temperatura de boretação varia de 800 a 1050ºC e os tempos, em geral, variam de 1 a 8 horas.
Peças com camadas boretadas de até 150 mícrons podem ser temperadas em óleo ou ar, sem apresentar trincas superficiais. O revenimento deve ser feito em um meio inerte, preferencialmente sob gás protetor ou banho de sal neutro.
A microdureza das camadas boretadas é extremamente alta.
A camada boretada também apresenta uma grande resistência à corrosão por ácidos inorgânicos, como o clorídrico, o sulfúrico e o fosfórico.
Os aços empregados na boretação são: carbono, baixa liga, ferramenta e inoxidável. Os aços ligados com alumínio e os com mais de 1% de silício não são indicados para este processo.
Pela tabela 9, observa-se que entre os processos de introdução de carbono (cementaçao sólida e gasosa) e de introdução de nitrogênio (nitretação a gás), existem processos intermediários que introduzem carbono e nitrogênio (cementação líquida, carbonitretação, cianetação e nitretação líquida). Nestes processos intermediários observa-se que ao se reduzir a temperatura, a introdução do nitrogênio é favorecida em relação à do carbono, porém a camada endurecida é reduzida, pois a região de difusão é menor.
Tabela 9
Observa-se também que as temperaturas para a introdução do carbono são bem maiores que aquelas para introdução do nitrogênio (máximo de 950 e 570ºC, respectivamente), em função da solubilidade destes elementos de ferro. A maior temperatura na cementação favorece a difusão do carbono, e as camadas endurecidas são, portanto, maiores que na nitretação (máximo de 6 e 0,7mm, respectivamente).
BORETAÇÃO
Boretação é um método termoquímico de endurecimento de superfície que pode ser aplicado a uma extensa gama de materiais ferrosos, não ferrosos e de cermet. O processo confere a difusão de átomos de boro na estrutura do metal original e um rígido composto intersticial de boro é formado na superfície. O boreto da superfície pode estar na forma tanto de fase única, quanto de uma camada de boretodupla.
O processo é composto de uma reação de duas etapas. A reação da primeira etapa está entre a substância que recebe o boro ou o composto e a peça, que está em função do tempo e da temperatura. Isso resulta em uma fina e densa camada de boreto. Está reação é seguida de difusão, que é um processo mais rápido.
APLICAÇÕES E MATERIAIS
A boretação é realizada na maioria dos metais ferrosos, com a exceção de aços para mancais de silicone e alumínio, tais como aços estruturais, endurecidos externamente, temperados, aços inoxidáveis e de ferramentas, aços de fundição, aços sinterizados e dúcteis e também aços endurecidos a ar. Além disso, materiais como ligas de níquel, cobalto e molibdênio podem ser boretados. A liga de níquel pode ser boretada sem o sacrifício da resistência à corrosão, bem como produzir uma superfície de extrema resistência contra desgaste.
Os aços que não são adequados para a boretação são aços nitretados, chumbados e ressulfurados.
Indústrias mais comuns:
Petróleo e gás, equipamentos para agricultura, automotiva, estampagem, têxtil, moldagem por injeção e extrusão.
Peças mais comuns:
Componentes de válvulas - comportas, assentos, esferas, hastes, válvulas reguladoras 
Componentes de bombas - alojamentos de impulsores, corpos, êmbolos, cilindros 
Equipamentos para agricultura - cortadores de colheitadeira, separadores, transferidores de safra, componentes de corte 
Automotiva - bombas de motor a diesel, engrenagens 
Estampagem - matrizes, ferramentas 
Têxtil - tambores com ranhuras 
Moldagem por injeção e extrusão
BENEFÍCIOS
A boretação fornece uma camada uniforme de dureza que engloba da superfície até toda a profundidade da camada difundida. A dureza alcançada é muitas vezes maior que de qualquer outro processo de endurecimento de superfície. A combinação de alta dureza com baixo coeficiente de atrito aumenta as propriedades relativas ao desgaste, à abrasão e à fadiga. Outros benefícios associados à boretação são a conservação da dureza em temperatura elevada, a resistência à corrosão em ambientes ácidos, a redução do uso de lubrificantes e uma tendência reduzida à solda fria
O boro é um elemento químico de símbolo B , número atômico 5 (5 prótons e 5 elétrons) com massa atómica 11 u. Ele é exclusivamente produzido pela espalação de raios côsmicos e não pela nucleossíntese estelar ,1 ele é um elemento escasso tanto o sistema solar e na crosta terrestre. Concentram-se nas regiões com alta solubilidade hídrica de seus compostos naturais, os boratos. Estes são extraídas industrialmente pelos evaporitos, como o bórax e a kernita. Os maiores depósitos de boro estão na Turquia, onde é também são os maiores produtores de boro.
É um elemento inerte, que é classificado como um metaloide, é encontrado em pequenas amostras em meteoroides, porém não são encontrados naturalmente na Terra. A produção industrial em seu estado nativo é difícil, tendo a produzir materiais refratários quando em contato com pequenas quantidades de carbono ou outros elementos químicos. Geralmente os alótropos de boro são amorfos, onde o boro é um pó marrom ou cristalino que é um material escurecido, com elevada dureza (aproximadamente 9,5 na escala de Mohs) e com baixa condutividade elétrica em temperatura ambiente. A sua principal aplicação está na fabricação de produção de filamentos de boro, que são utilizados como um produto similar às fibras de carbono nos materiais com alta resistência mecânica, útil na indústria aeroespacial.
Quase todo o boro é utilizado na forma de compostos químicos. Metade do consumo mundial dos compostos de boro está na produção de aditivos para fibras de vidro utilizada para a insulação ou como um material estrutural. Também são encontrados em grande proporção na produção de polímeros e cerâmicas, do qual a estrutura necessita de uma elevada relação peso-resistência e nos materiais refratários. O vidro borossilicato é utilizado quando é requisitada uma elevada resistência mecânica e aos choques térmicos do que vidros produzidos pela cal sodada. Também são utilizados como fertilizantes na agricultura, e o perclorato de sódio nas lixívias. Nas aplicações minoritárias, ele é um importante dopante nos semicondutores, e os reagentes que contém o boro são utilizados como intermediários na síntese orgânica fina e nos compostos orgânicos utilizados na indústria farmacêutica – cuja parte dela está em fase de pesquisa ou já é encontrado no mercado. O boro encontrado na natureza é composto de dois isótopos estáveis, do qual o boro-10 têm numerosas aplicações como agente de captura de nêutrons.
Na biologia, os boratos tem uma baixa toxicidade nos mamíferos (similar ao sais), porém muito mais tóxico ao artrópodes e são utilizados como inseticidas. O ácido bórico é antimicrobiano mediano, e seus compostos são reconhecidos como um antibiótico natural.2 O boro é uma microelemento fundamental para a vida. Pequenas quantidades de compostos de boro fortalecem a parede celular de todas as plantas, sendo necessário terem pequenas quantidades no solo. É um elemento ultratraço nos animais, sendo desconhecida a sua importância à fisionomia. 3