The large number of vehicles operating on the roads cause high emissions and consequently a negative effect on the environment. When developing and optimizing internal combustion engines, certain requirements must be considered, which are environmental regulations, reduced fuel consumption and increased specific power. In order to meet these demands, an increase of the engine combustion pressure will occur usually accompanied with a temperature increase. During start-up and shut-down of an engine, it is subjected to cyclic thermo-mechanical fatigue (TMF) loads. The turbo manifold and exhaust manifolds connected to the engine is also subjected to these thermo-mechanical fatigue loads and thereby exposed to alternating tensile and compression loads. As these TMF loads will increase in the near future due to the development and optimization of internal combustion engines, it is important to understand the limitations of the material for these loads. In collaboration with Scania CV AB in Södertälje, this thesis covers the investigation of influence of nitrocarburizing (NC) on TMF properties of three ductile irons (DCI) labelled HiSi, SiMo51 and SiMo1000 intended to be used for components in the exhaust system. Nitrocarburizing is a thermo-chemical process where nitrogen and carbon diffuses from the process medium into the surface zone of a ferrous metal. The purpose of the NC is to increase the wear properties in contact areas between different parts. The oxidation with and without nitrocarburizing are studied both after isothermal and stress free oxidation tests at 780 °C and after TMF loads with combined cyclic variation of mechanical and thermal loads. In addition, the properties such as hardness, defects, porosity, microstructure, composition of both the materials and of the oxide layer have been investigated. For SiMo1000+NC cracks formed during nitrocarburizing were positioned parallel to the surface edge in the diffusion zone and consequently an increased diffusion of nitrogen into the material, i.e. deeper diffusion depth. SiMo1000+NC showed highest hardness, highest compressive residual stresses and thickest oxide layer. SiMo1000 showed highest resistance against oxidation due to the protective aluminum oxide layer. Oxide crack initiations after thermo-mechanical tests with a protective silicon oxide layer around the cracks for HiSi and SiMo51 and a protective aluminum oxide layer around the cracks for SiMo1000. In materials with nitrocarburizing, these protective layers of either silicon oxide or aluminum oxide were more distributed into the material. In SiMo1000+NC, crack initiations were not oxidized.

New stricter environmental legislation requires lower emissions and fuel consumption of automotive engines. Therefore the fuel efficiency must be increased but this leads to higher loads in the engine. As for the exhaust system it is affected by higher thermomechanical loads. Until today the turbo manifold has been nitrocarburized in order to increase the wear resistance in slip joints with other exhaust components. The problem is that there is no knowledge of how the nitrocarburizing affects the thermomechanical properties of the material. The purpose of this thesis work is to examine the difference in thermomechanical properties with and without nitrocarburizing on the three different ductile irons High Silicon, SiMo51 and SiMo1000 intended for exhaust components. Thermo-mechanical fatigue (TMF) experiments were performed on test rods to evaluate difference in number of cycles to failure. In each cycle the test-rod was affected by a combination of mechanical loads and thermal loads resembling those found on exhaust components. Light optical microscopy, scanning electron microscopy and x-ray radiography were used to examine microcracks and damage mechanisms of the materials. It was found that the nitrocarburizing did not affect the number of cycles to failure in any large extent. Further, it was also found that SiMo1000 on average has the longest lifetime followed by SiMo51 and High Silicon. Although, the difference is small for many loadings and taking a 95% confidence band into account the curves overlap for many loading cases.

A produção de superfícies funcionais sobre componentes, para a obtenção de melhores resistências ao desgaste, à corrosão e à fadiga constitui-se num persistente desafio tecnológico. Os processos termoquímicos de nitretação e nitrocementação por plasma são técnicas de engenharia de superfície usadas para aumentar a dureza superficial e resistência ao desgaste de aços inoxidáveis, sem deteriorar suas resistências à corrosão. O presente trabalho teve como objetivo a avaliação da influência das temperaturas de nitretação e nitrocementação por plasma na estrutura das camadas produzidas nos aços inoxidáveis UNS S31603 (austenítico), S31254 (superaustenítico) e S41425 (supermartensítico) e seus desempenhos quanto ao desgaste, à corrosão e à fadiga. Verificou-se que os tratamentos produziram camadas homogêneas e contínuas, sendo mais espessas, para os aços UNS S31603 e S31254 nitrocementados, e para o aço UNS S41425 nitretado, em uma dada temperatura. As microdurezas das camadas cresceram com o aumento da temperatura, para ambos os tratamentos e para os três aços estudados. A difração de raios X indicou que as fases expandidas, fase-S ou α\'N, foram obtidas nas temperaturas de tratamento mais baixas (400 e 450ºC). O aumento na temperatura de tratamento promoveu a formação de carbonetos e/ou nitretos, para a nitrocementação e nitretação, respectivamente. Para os aços UNS S31603 e S31254, isto ocorreu devido a decomposição da fase-S, em uma microestrutura tipicamente lamelar composta por ferrita e nitretos de cromo. Já no caso do aço UNS S41425, o aumento na temperatura de tratamento proporcionou um aumento na quantidade de carbonetos e/ou nitretos. Tal aumento na temperatura de tratamento também promoveu um decréscimo nas resistências ao desgaste das camadas dos aços UNS S31603 e S31254. A resistência ao desgaste aumentou com a temperatura de tratamento, para o aço UNS S41425, para ambos os tratamentos. A resistência à corrosão em solução de NaCl diminuiu com o aumento da temperatura de tratamento, para os três aços estudados, devido a presença dos carbonetos e/ou nitretos. Os ensaios de fadiga de contato indicaram que nos aços UNS S31603 e S31254 o aumento na temperatura de tratamento não causou mudanças significativas nas tensões de ruptura das camadas. No aço UNS S41425, tal tensão diminuiu com o aumento da temperatura. / The production of functional surfaces on engineering components, in order to obtain improved wear, corrosion and fatigue resistance is a persistent technological challenge. The plasma nitriding and nitrocarburizing thermochemical processes are surface engineering techniques used to improve surface hardness and wear resistance of stainless steels, without compromising its corrosion resistance. The main goal of this study is to evaluate the influence of plasma nitriding and nitrocarburizing temperature on the structure of the layers produced on UNS S31603 (austenitic), S31254 (superaustenitic) and S41425 (supermartensitic) stainless steels and in addition their wear, corrosion and fatigue performance. It was found that both treatments produced homogeneous and continuous layers. Of all the samples in this work, the nitrocarburized UNS S31603 and S31254 steels and the nitrided UNS S41425 steel presented the thickest layers at a given temperature. Regardless of the treatment used, the microhardness of the layers increased with the raising of the temperature for all the samples. The X-ray diffraction indicated that expanded phases, either S-phase or α\'N, were obtained at lower treatment temperatures (400 and 450°C). The increase in treatment temperature promoted the formation of carbides and/or nitrides for nitrocarburizing and nitriding, respectively. For the samples of UNS S31603 and S31254 steels, this occurred due to the decomposition of S-phase in a typical lamellar microstructure consisting of ferrite and chromium nitride. In the case of UNS S41425 steel, the increase in treatment temperature caused an increase on the amount of carbides and/or nitrides. This increase in treatment temperature also promoted a decrease of the wear resistance for the layers produced on the UNS S31603 and S31254 steels samples. On the other hand, the wear resistance increased with treatment temperature for the UNS S41425 steel for both treatments. The corrosion resistance in NaCl solution decreased with increasing treatment temperature for all the samples, due to the presence of carbides and/or nitrides. The contact fatigue tests on UNS S31603 and S31254 steels indicated that an increase on treatment temperature did not cause significant changes on rupture stress of the layers. In UNS S41425 steel, such critical stress decreased with increasing temperature.

Dentre os principais e mais efetivos tratamentos superficiais para a melhora das propriedades da superfície dos aços, encontra-se a nitretação e a nitrocarbonetação. Os benefícios da nitretação nos aços são o aumento da dureza, resistência ao desgaste, resistência à fadiga e resistência à corrosão. Por possuírem elementos como cromo, molibdênio e manganês, os aços ferramenta e aços baixa liga de ultra alta resistência são beneficiados pela nitretação. Neste trabalho, estudou-se o efeito da nitretação nos aços SAE 4140 e SAE H13 através de análises metalográficas, espectroscopia de emissão óptica, difração de raios-x, microdureza e ensaio pino-sobre-disco. Para efeito de comparação, amostras de aço SAE 1045 e ferro puro foram nitretadas juntamente com amostras dos dois materiais anteriores. Foram executados três tratamentos diferentes em cada um dos aços, nitretação com baixo potencial de nitrogênio, nitretação com alto potencial de nitrogênio e nitrocarbonetação. Os dois primeiros tratamentos foram realizados em três tempos diferentes de duas, quatro e seis horas e a nitrocarbonetação foi realizada em seis horas. Os resultados mostraram a formação de uma camada nitretada com de camada branca seguida de uma camada de difusão com gradiente de propriedades. Um aumento significativo de dureza superficial é observado com a aplicação dos tratamentos. A nitrocarbonetação junto com alto potencial de nitretação se mostrou não sendo benéfica para a formação da camada em relação à nitretação com mesmo potencial. Nos testes tribológicos realizados, a camada nitretada se mostrou eficiente em aumentar a resistência ao desgaste nos aços SAE 4140 e SAE H13. / Among the main and most effective surface treatments for improving the surface properties of steels are nitriding and nitrocarburizing. The benefits of nitriding in steels are the increase in hardness, wear resistance, fatigue resistance and corrosion resistance. Because they have elements such as chromium, molybdenum and manganese, tool steels and low alloy steels of ultra high strength are benefited by nitriding. In this work, the effect of nitriding on SAE 4140 and SAE H13 steels was studied through metallographic analysis, optical emission spectroscopy, x-ray diffraction, microhardness and pin-on-disc test. For comparison purposes, samples of SAE 1045 steel and pure iron were nitrided together with samples of the two former materials. Three different treatments were performed in each of the steels, nitriding with low nitrogen potential, nitriding with high nitrogen potential and nitrocarburizing. The first two treatments were performed at three different times of two, four and six hours and nitrocarburizing was performed in six hours. The results showed the formation of a nitrided layer with a white layer followed by a gradient layer of properties. A significant increase in surface hardness is observed with the application of the treatments. Nitrocarburizing together with high nitriding potential proved to be of no benefit to the formation of the layer in relation to nitriding with the same potential. In the tribological tests carried out, the nitrided layer proved efficient in increasing wear resistance in SAE 4140 and SAE H13 steels.

Dentre os principais e mais efetivos tratamentos superficiais para a melhora das propriedades da superfície dos aços, encontra-se a nitretação e a nitrocarbonetação. Os benefícios da nitretação nos aços são o aumento da dureza, resistência ao desgaste, resistência à fadiga e resistência à corrosão. Por possuírem elementos como cromo, molibdênio e manganês, os aços ferramenta e aços baixa liga de ultra alta resistência são beneficiados pela nitretação. Neste trabalho, estudou-se o efeito da nitretação nos aços SAE 4140 e SAE H13 através de análises metalográficas, espectroscopia de emissão óptica, difração de raios-x, microdureza e ensaio pino-sobre-disco. Para efeito de comparação, amostras de aço SAE 1045 e ferro puro foram nitretadas juntamente com amostras dos dois materiais anteriores. Foram executados três tratamentos diferentes em cada um dos aços, nitretação com baixo potencial de nitrogênio, nitretação com alto potencial de nitrogênio e nitrocarbonetação. Os dois primeiros tratamentos foram realizados em três tempos diferentes de duas, quatro e seis horas e a nitrocarbonetação foi realizada em seis horas. Os resultados mostraram a formação de uma camada nitretada com de camada branca seguida de uma camada de difusão com gradiente de propriedades. Um aumento significativo de dureza superficial é observado com a aplicação dos tratamentos. A nitrocarbonetação junto com alto potencial de nitretação se mostrou não sendo benéfica para a formação da camada em relação à nitretação com mesmo potencial. Nos testes tribológicos realizados, a camada nitretada se mostrou eficiente em aumentar a resistência ao desgaste nos aços SAE 4140 e SAE H13. / Among the main and most effective surface treatments for improving the surface properties of steels are nitriding and nitrocarburizing. The benefits of nitriding in steels are the increase in hardness, wear resistance, fatigue resistance and corrosion resistance. Because they have elements such as chromium, molybdenum and manganese, tool steels and low alloy steels of ultra high strength are benefited by nitriding. In this work, the effect of nitriding on SAE 4140 and SAE H13 steels was studied through metallographic analysis, optical emission spectroscopy, x-ray diffraction, microhardness and pin-on-disc test. For comparison purposes, samples of SAE 1045 steel and pure iron were nitrided together with samples of the two former materials. Three different treatments were performed in each of the steels, nitriding with low nitrogen potential, nitriding with high nitrogen potential and nitrocarburizing. The first two treatments were performed at three different times of two, four and six hours and nitrocarburizing was performed in six hours. The results showed the formation of a nitrided layer with a white layer followed by a gradient layer of properties. A significant increase in surface hardness is observed with the application of the treatments. Nitrocarburizing together with high nitriding potential proved to be of no benefit to the formation of the layer in relation to nitriding with the same potential. In the tribological tests carried out, the nitrided layer proved efficient in increasing wear resistance in SAE 4140 and SAE H13 steels.

Dentre os principais e mais efetivos tratamentos superficiais para a melhora das propriedades da superfície dos aços, encontra-se a nitretação e a nitrocarbonetação. Os benefícios da nitretação nos aços são o aumento da dureza, resistência ao desgaste, resistência à fadiga e resistência à corrosão. Por possuírem elementos como cromo, molibdênio e manganês, os aços ferramenta e aços baixa liga de ultra alta resistência são beneficiados pela nitretação. Neste trabalho, estudou-se o efeito da nitretação nos aços SAE 4140 e SAE H13 através de análises metalográficas, espectroscopia de emissão óptica, difração de raios-x, microdureza e ensaio pino-sobre-disco. Para efeito de comparação, amostras de aço SAE 1045 e ferro puro foram nitretadas juntamente com amostras dos dois materiais anteriores. Foram executados três tratamentos diferentes em cada um dos aços, nitretação com baixo potencial de nitrogênio, nitretação com alto potencial de nitrogênio e nitrocarbonetação. Os dois primeiros tratamentos foram realizados em três tempos diferentes de duas, quatro e seis horas e a nitrocarbonetação foi realizada em seis horas. Os resultados mostraram a formação de uma camada nitretada com de camada branca seguida de uma camada de difusão com gradiente de propriedades. Um aumento significativo de dureza superficial é observado com a aplicação dos tratamentos. A nitrocarbonetação junto com alto potencial de nitretação se mostrou não sendo benéfica para a formação da camada em relação à nitretação com mesmo potencial. Nos testes tribológicos realizados, a camada nitretada se mostrou eficiente em aumentar a resistência ao desgaste nos aços SAE 4140 e SAE H13. / Among the main and most effective surface treatments for improving the surface properties of steels are nitriding and nitrocarburizing. The benefits of nitriding in steels are the increase in hardness, wear resistance, fatigue resistance and corrosion resistance. Because they have elements such as chromium, molybdenum and manganese, tool steels and low alloy steels of ultra high strength are benefited by nitriding. In this work, the effect of nitriding on SAE 4140 and SAE H13 steels was studied through metallographic analysis, optical emission spectroscopy, x-ray diffraction, microhardness and pin-on-disc test. For comparison purposes, samples of SAE 1045 steel and pure iron were nitrided together with samples of the two former materials. Three different treatments were performed in each of the steels, nitriding with low nitrogen potential, nitriding with high nitrogen potential and nitrocarburizing. The first two treatments were performed at three different times of two, four and six hours and nitrocarburizing was performed in six hours. The results showed the formation of a nitrided layer with a white layer followed by a gradient layer of properties. A significant increase in surface hardness is observed with the application of the treatments. Nitrocarburizing together with high nitriding potential proved to be of no benefit to the formation of the layer in relation to nitriding with the same potential. In the tribological tests carried out, the nitrided layer proved efficient in increasing wear resistance in SAE 4140 and SAE H13 steels.

A produção de superfícies funcionais sobre componentes, para a obtenção de melhores resistências ao desgaste, à corrosão e à fadiga constitui-se num persistente desafio tecnológico. Os processos termoquímicos de nitretação e nitrocementação por plasma são técnicas de engenharia de superfície usadas para aumentar a dureza superficial e resistência ao desgaste de aços inoxidáveis, sem deteriorar suas resistências à corrosão. O presente trabalho teve como objetivo a avaliação da influência das temperaturas de nitretação e nitrocementação por plasma na estrutura das camadas produzidas nos aços inoxidáveis UNS S31603 (austenítico), S31254 (superaustenítico) e S41425 (supermartensítico) e seus desempenhos quanto ao desgaste, à corrosão e à fadiga. Verificou-se que os tratamentos produziram camadas homogêneas e contínuas, sendo mais espessas, para os aços UNS S31603 e S31254 nitrocementados, e para o aço UNS S41425 nitretado, em uma dada temperatura. As microdurezas das camadas cresceram com o aumento da temperatura, para ambos os tratamentos e para os três aços estudados. A difração de raios X indicou que as fases expandidas, fase-S ou α\'N, foram obtidas nas temperaturas de tratamento mais baixas (400 e 450ºC). O aumento na temperatura de tratamento promoveu a formação de carbonetos e/ou nitretos, para a nitrocementação e nitretação, respectivamente. Para os aços UNS S31603 e S31254, isto ocorreu devido a decomposição da fase-S, em uma microestrutura tipicamente lamelar composta por ferrita e nitretos de cromo. Já no caso do aço UNS S41425, o aumento na temperatura de tratamento proporcionou um aumento na quantidade de carbonetos e/ou nitretos. Tal aumento na temperatura de tratamento também promoveu um decréscimo nas resistências ao desgaste das camadas dos aços UNS S31603 e S31254. A resistência ao desgaste aumentou com a temperatura de tratamento, para o aço UNS S41425, para ambos os tratamentos. A resistência à corrosão em solução de NaCl diminuiu com o aumento da temperatura de tratamento, para os três aços estudados, devido a presença dos carbonetos e/ou nitretos. Os ensaios de fadiga de contato indicaram que nos aços UNS S31603 e S31254 o aumento na temperatura de tratamento não causou mudanças significativas nas tensões de ruptura das camadas. No aço UNS S41425, tal tensão diminuiu com o aumento da temperatura. / The production of functional surfaces on engineering components, in order to obtain improved wear, corrosion and fatigue resistance is a persistent technological challenge. The plasma nitriding and nitrocarburizing thermochemical processes are surface engineering techniques used to improve surface hardness and wear resistance of stainless steels, without compromising its corrosion resistance. The main goal of this study is to evaluate the influence of plasma nitriding and nitrocarburizing temperature on the structure of the layers produced on UNS S31603 (austenitic), S31254 (superaustenitic) and S41425 (supermartensitic) stainless steels and in addition their wear, corrosion and fatigue performance. It was found that both treatments produced homogeneous and continuous layers. Of all the samples in this work, the nitrocarburized UNS S31603 and S31254 steels and the nitrided UNS S41425 steel presented the thickest layers at a given temperature. Regardless of the treatment used, the microhardness of the layers increased with the raising of the temperature for all the samples. The X-ray diffraction indicated that expanded phases, either S-phase or α\'N, were obtained at lower treatment temperatures (400 and 450°C). The increase in treatment temperature promoted the formation of carbides and/or nitrides for nitrocarburizing and nitriding, respectively. For the samples of UNS S31603 and S31254 steels, this occurred due to the decomposition of S-phase in a typical lamellar microstructure consisting of ferrite and chromium nitride. In the case of UNS S41425 steel, the increase in treatment temperature caused an increase on the amount of carbides and/or nitrides. This increase in treatment temperature also promoted a decrease of the wear resistance for the layers produced on the UNS S31603 and S31254 steels samples. On the other hand, the wear resistance increased with treatment temperature for the UNS S41425 steel for both treatments. The corrosion resistance in NaCl solution decreased with increasing treatment temperature for all the samples, due to the presence of carbides and/or nitrides. The contact fatigue tests on UNS S31603 and S31254 steels indicated that an increase on treatment temperature did not cause significant changes on rupture stress of the layers. In UNS S41425 steel, such critical stress decreased with increasing temperature.

As ligas do sistema Fe-Mn-Al-C constituem-se numa das famílias mais promissoras para o atendimento dos requisitos crescentes de disponibilidade de aços com altas relações resistência/peso, principalmente nas indústrias de transporte aeronáutica e automotiva, visando a redução no consumo de combustível e a consequente emissão de CO2. Suas densidades, cerca de 10% a 13% inferiores aos dos aços convencionais e a possibilidade de aumento de resistência mecânica por tratamentos de endurecimento pela precipitação de carboneto k (Fe,Mn)Al3C possibilitam a obtenção de elevadas resistências específicas. O uso de técnicas da Engenharia de Superfícies, associadas aos tratamentos térmicos adequados, podem ampliar a faixa de desempenho dessas ligas. Neste trabalho foram realizados tratamentos termoquímicos de boretação em sais fundidos, nitrocementação a plasma e cromização por pó em amostras de um aço com a composição Fe-31,2Mn-7,5Al-1,3Si-0,9C (% em peso), visando à obtenção de camadas de elevados desempenhos mecânicos e físicos. As camadas produzidas foram caracterizadas por meio de ensaios micrográficos, de dureza, desgaste e corrosão. Todos os tipos de tratamentos produziram camadas com resistências ao desgaste muito superiores às do substrato, com destaque para os tratamentos de boretação e de cromização, que produziram camadas com resistências ao desgaste cerca de nove e seis vezes superiores às do substrato, respectivamente. O tratamento de cromização produziu camada com resistência à corrosão por pites muito superior à do substrato. / The alloys of the Fe-Mn-Al-C system belong to one of the most promising families to meet the increasing requirements of availability of steels with high resistance/weight ratio, particularly in the aeronautics and automotive industries, aimed at reducing the consumption of fuel and consequent CO2 emissions. Their densities, between 10% to 13% lower than those of conventional steels, and the possibility of increased strength by hardening treatment by the precipitation of k carbides (Fe, Mn)Al3C, allow to obtain high specific resistance. The use of techniques of surface engineering, attached to suitable heat treatment, can extend the performance range of these alloys. In this work were carried out thermochemical boriding treatment in molten salts, plasma nitrocarburizing and pack chromizing in a Fe-31,2Mn 7,5Al-1,3Si-0,9C(wt%) steel, in order to obtain coatings with high mechanical and physical performances. The layers produced were characterized using micrographic, hardness, wear and corrosion tests. All treatments produced layers with wear resistance superior to that the substrate, especially the boriding and chromizing treatments, which produced layers with wear resistance around nine and six times higher than that of substrate, respectively. The chromizing treatment produced layer with pitting corrosion resistance superior to that of the substrate.

As ligas do sistema Fe-Mn-Al-C constituem-se numa das famílias mais promissoras para o atendimento dos requisitos crescentes de disponibilidade de aços com altas relações resistência/peso, principalmente nas indústrias de transporte aeronáutica e automotiva, visando a redução no consumo de combustível e a consequente emissão de CO2. Suas densidades, cerca de 10% a 13% inferiores aos dos aços convencionais e a possibilidade de aumento de resistência mecânica por tratamentos de endurecimento pela precipitação de carboneto k (Fe,Mn)Al3C possibilitam a obtenção de elevadas resistências específicas. O uso de técnicas da Engenharia de Superfícies, associadas aos tratamentos térmicos adequados, podem ampliar a faixa de desempenho dessas ligas. Neste trabalho foram realizados tratamentos termoquímicos de boretação em sais fundidos, nitrocementação a plasma e cromização por pó em amostras de um aço com a composição Fe-31,2Mn-7,5Al-1,3Si-0,9C (% em peso), visando à obtenção de camadas de elevados desempenhos mecânicos e físicos. As camadas produzidas foram caracterizadas por meio de ensaios micrográficos, de dureza, desgaste e corrosão. Todos os tipos de tratamentos produziram camadas com resistências ao desgaste muito superiores às do substrato, com destaque para os tratamentos de boretação e de cromização, que produziram camadas com resistências ao desgaste cerca de nove e seis vezes superiores às do substrato, respectivamente. O tratamento de cromização produziu camada com resistência à corrosão por pites muito superior à do substrato. / The alloys of the Fe-Mn-Al-C system belong to one of the most promising families to meet the increasing requirements of availability of steels with high resistance/weight ratio, particularly in the aeronautics and automotive industries, aimed at reducing the consumption of fuel and consequent CO2 emissions. Their densities, between 10% to 13% lower than those of conventional steels, and the possibility of increased strength by hardening treatment by the precipitation of k carbides (Fe, Mn)Al3C, allow to obtain high specific resistance. The use of techniques of surface engineering, attached to suitable heat treatment, can extend the performance range of these alloys. In this work were carried out thermochemical boriding treatment in molten salts, plasma nitrocarburizing and pack chromizing in a Fe-31,2Mn 7,5Al-1,3Si-0,9C(wt%) steel, in order to obtain coatings with high mechanical and physical performances. The layers produced were characterized using micrographic, hardness, wear and corrosion tests. All treatments produced layers with wear resistance superior to that the substrate, especially the boriding and chromizing treatments, which produced layers with wear resistance around nine and six times higher than that of substrate, respectively. The chromizing treatment produced layer with pitting corrosion resistance superior to that of the substrate.

Différents aspects des traitements thermochimiques (nitruration, carburation et nitrocarburation) de l’acier inoxydable austénitique AISI 316 L menés à basse température ont été abordés. Dans le premier chapitre, un état de l’art de ces traitements thermochimiques, ainsi que des techniques mises en œuvre pour les réaliser ont été présentés. Les traitements de nitruration et de carburation, réalisés dans un réacteur de plasma micro-ondes, dans la configuration Matrice à Résonance Cyclotronique Électronique Distribuée, ont été étudiés dans le chapitre 3. L’analyse des couches traitées a été effectuée par différentes technique expérimentales : microscope optique, profilométrie, diffraction des rayons X, spectrométrie de masse des neutres secondaires, spectrométrie de masse d’ions secondaires et spectroscopie à décharge luminescente. Dans le quatrième chapitre, le traitement de nitrocarburation a été étudié et comparé à des traitements séquencés carburation / nitruration et nitruration / carburation. Une corrélation très forte a été effectuée entre la concentration moyenne en éléments interstitiels et la contrainte résiduelle de compression moyenne dans les couches traitées. Le dernier chapitre traite de la texturation ou structuration de surface à l’échelle micrométrique ou nanométrique. Pour réaliser cette structuration de surface, les propriétés de déformation de l’austénite expansée, formée lors d’un traitement de nitruration à basse température, sont exploitées pour construire un réseau bidimensionnel de plots, à l’aide de grilles ou des tissus métalliques jouant le rôle de masques pour transférer un motif sur une pièce en acier inoxydable austénitique / Different aspects of thermochemical treatments (nitriding, carburizing and nitrocarburizing) of austenitic stainless steel AISI 316 L conducted at low temperature were discussed. In the first chapter, a state of the art of these thermochemical treatments, as well as techniques used to achieve them have been presented. The nitriding and carburizing treatments, performed in a plasma reactor assisted by microwave in the Matrix Distributed Electron Cyclotron Resonance configuration, were studied in chapter 3. Analysis of the treated layers was performed by different experimental techniques: optical microscopy, profilometry, X-ray diffraction, Secondary Neutral Mass Spectroscopy, Secondary Ion Mass Spectrometry and glow discharge spectroscopy. In the fourth chapter, the nitrocarburizing treatment was studied and compared to sequenced carburization / nitriding and nitriding / carburizing treatments. A strong correlation was made between the average concentration of interstitial elements and the average compressive residual stress in the treated layers. The final chapter deals with the surface texturation or patterning to the nanometer or micrometer scale. To achieve this patterning, the deformation properties of the expanded austenite, formed during a nitriding treatment at low temperature, are used to construct a two dimensional array of dots, using grids or metallic tissues playing the role of masks to transfer a pattern on a piece of austenitic stainless steel