Os benefícios das tecnologias por plasma para as empresas do Simecs

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Palestra apresentada pelo professor Carlos A. Figueroa no auditório do Simecs (Caxias do Sul, RS), em 27 de outubro de 2009. Público: empresas associadas ao Simecs.

Palestra apresentada pelo professor Carlos A. Figueroa no auditório do Simecs (Caxias do Sul, RS), em 27 de outubro de 2009. Público: empresas associadas ao Simecs.

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  • 1. Prof. Dr. Carlos A. Figueroa Laboratório de Engenharia de Superfícies e Tratamentos Térmicos Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, Caxias do Sul-RS, Brasil Universidade de Caxias do Sul, Caxias do Sul-RS, Brasil Plasmar Tecnologia Ltda., Caxias do Sul-RS, Brasil www.plasmartecnologia.com Os benefícios das tecnologias por plasma para as empresas do SIMECS
  • 2.  
  • 3.  
  • 4. Por que tratar superf í cies por plasma ?
    • Proteger uma superficie
    Resist ência ao desgaste Resist ência à corrosão Diminui ção do atrito Isolante t êrmico
  • 5. M étodos Tradicionais Nitretação à gás (fase gasosa) Nitretação por sal fundido (fase líquida) M étodo Moderno Nitretação por Plasma (fase plasma)
  • 6. Considera ções do processo por sais fundidos
    • Banho t ípico: 60-70 % (em peso) de sais de sódio
    • ( Na 2 CO 3 , NaCN e NaCNO) e 40-30 % de sais de
    • potássio (KCN, K 2 CO 3 , KCNO e KCl).
    • Análise periódica do banho e troca a cada 3-4 meses.
    • Envelhecimento de 12 hr do banho a 570-590 o C.
    • Material devidamente limpo e desgordurado.
    • Baixo controle e pouca reprodutibilidade. Presen ça
    • da camada branca com alta rugosidade.
  • 7. Considera ções do processo por sais fundidos Ambientais Alta toxicidade dos cianetos Responsabilidade social Leis regulament árias Custos Caras plantas de tratamentos de res íduos.
  • 8. 2 tecnologias Considera ções do processo a gás Potencial de N n ão controlado Forma ção da camada branca Potencial de N controlado Monitoramento constante do H K = P NH3 / P H2 Pode evitar a formação da camada branca
  • 9. M étodo Moderno Nitreação por Plasma Pulsado ( DC-pulse )
  • 10. Nitreta çã o: Cinética do processo NH 3 1) Fase Gasosa Gasosa N 2 + H 2 H 2 H 2 Plasma
    • Implantação Íons
    N 2 3) Absorção 2NH 3 2) Transporte N H 5) Difusão 4) Dissociação 2NH N 2 3H 2 2H 2 2N H 2 2NH 2 N H 2) Difusão -V 0 H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O N N H H H
  • 11. A Nitretação por plasma em ação Nitretação, Nitrocarbonetação e Oxidação por Plasma ( 1 ro no RS ). Capacidade de 1 tonelada.
  • 12. Considera ções do processo por plasma
    • A possibilidade de uso de diferentes propor ções N 2 –H 2
    • permite um controle total da camada nitretada.
    • A gera ção das espécies nitretantes não só depende da
    • T, como também da P, composição, U e I. Isto
    • possibilita tratamentos em uma ampla faixa de
    • T (300-570 o C).
    • As altas energias envolvidas nas esp écies nitretantes
    • aumentam a penetração nas primeiras camadas
    • atômicas e a retenção do nitrogênio. Fluxo e difusão
    • maior. Processo até 3 vezes mais rápido que o gás.
  • 13. Considera ções do processo por plasma
    • As condições de operação (vácuo) diminuem o consumo e custos envolvidos com os gases de processo.
    • Dadas as caracter ísticas da técnica , toda a planta de nitreta ção pode ser totalmente automatizadas por computador via PLC .
    • Versatilidade e combina ção de processos por plasma.
    • sputtering, nitretação + oxidação, nitretação + PECVD.
  • 14. Plasma vs. Gás Plasma Gás Temperatura 300-570 0 C 520-540 0 C Ausência ou diminuição de rugosidade Incremento rugosidade Aplicável a todo tipo aço Não útil para aços de alta liga Fácil seleção da área não nitret á vel Dificultoso Fácil soldabilidade Dificultoso Apurado controle da camada branca Produze CB quebradiça => re-trabalho Tempos de tratamentos menores Maiores tempos Mínimo consumo de gases Alto N 2 , H 2 , Ar Amônia: corrosivo, tóxico Alta reprodutibilidade Dificultoso Limpeza por sputtering no processo Não se aplica Alto controle do hidrogênio incorporado Baixo Oxidação in situ ( Magnetita,Fe 3 O 4 ) Custo inicial maior Mais baixo (em termos)
  • 15. Aplica ções da nitretação por plasma
  • 16. Moldes para injeção de plástico e alumínio (ex. ços P20, P50, H13, 420) Injeção de Al: tampas Injeção de Al: bomba de água Buchas e pinos para molde de injeção de plástico Injeção de plástico: vassouras
  • 17. Ferramentas em a ço rápido ( shavers , fresas e brocas) (ex. aços M2, M35, M42)
  • 18. Conforma ção em frio (trefiladoras) ( ex. aços D2, D3, D6) Engrenagens (ex. 4140) Conjunto Macho-Fêmea Para conformação de tubos sem costura Engrenagens para Copiadora tipo Xerox Engrenagens para caixa de transmissões do Corsa e Celta
  • 19. Ferramenta: Cortador Shaver p/ engrenagens (Eaton Ltda., Valinhos e Mogi-Mirim-SP)
    • S ó temperado e revenido
    • N ão aceita PVD
    Aço: M2 High Speed Steel Dureza Nucleo S  1/P   >1 S
  • 20. Engrenagens do Corsa e Celta (GM) Ensaios de campo
  • 21. Aplicação em ferramentas especiais de corte (geometria complexa para revestimento PVD) Brochas (até 2 metros de comprimento) Shavers (dentes profundos)
  • 22. Ferramenta: matriz de forjado de autope ças (ThyssenKrupp, Campo Limpo Paulista-SP) Aço: H10 Hot Work Steel forja aneis Nitretação a sal Tratamiento convencional realizado pela ThyssenKrupp 9500 peças forjadas Nitretação a plasma Condição: sem camada branca (Plasma-LIITS) 21500 peças forjadas Aumento de 120 %
  • 23. Ferramenta nitretada a sal Precipitados contínuos e largos DRX:  -Fe 2-3 N +  -Fe 4 N +  -Fe (N) SEM
  • 24. DRX:  -Fe (N) Precipitados discontínous e finos 21500 peças forjadas Aumento de 120 % Ferramenta nitretada a plasma SEM
  • 25.     Objetivo: desenvolvimento do processo Carbonitrox Carbonitreta ção + pós-oxida ção atingindo a especificação do cliente Mo Ni Cr S P max. Si max. Mn C Aço 0,30-0,50 1,80-2,20 1,80-2,20 max.0,035 0,035 0,40 0,30-0,60 0,26-0,34 30CrNiMo8 Espessura da Camada Oxidada 1 - 3  m Espessura da Camada Branca 10 – 20  m Espessura da Camada de Difus ão 350 – 550  m Dureza de núcleo final 315 HV Rugosidade final Rz < = 3
  • 26. Diagrama do processo Carbonitrox
  • 27. Fatia do corpo de prova Microscopia Eletr ônica de Varredura
  • 28. Fatia do corpo de prova Microscopia Eletr ônica de Varredura Camada branca Camada oxidada
  • 29. Difração de Raios X Convencional (Informação até 5  m) Fases obtidas: Fe 3 O 4 (camada oxidada) Fe 4 N Fe 3 N (camada branca)
  • 30. Perfil de dureza
  • 31. Foto dos eixos para caixa de transmiss ões após da aplicação do processo Carbonitrox