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Previous issue date: 2013-04-03 / Financiadora de Estudos e Projetos / The plasma nitriding treatment improves mechanical, tribological and corrosion resistance, due to the formation of a nitrided layer consisting of an iron and chromium nitrides and a phase, with an undefined structure, known as expanded austenite (γN). The layer properties are influenced by the nitriding parameters, and the aim of this thesis is to study the influence of gas nitriding pressure in AISI 316L stainless steel. For this purpose, samples of this material were nitrided during 4 hour at 400 ºC in 80% H2 and 20% N2 atmosphere under variable pressures (3 and 7 Torr). Optical and Scanning Electron Microscopy, Vickers microhardness, cytotoxicity, roughness and wear tests, Mössbauer spectroscopy (MS) and X-ray diffraction (XRD) were used to analyze the mechanical, tribological, structural and potential application as a biomaterial in the nitrided samples. The results showed that the halo´s width, formed due to edge effect in the edge sample region, decreases with pressure increase, while their mechanical and tribological properties are not influenced. In the others samples regions, the layer thickness, surface roughness and mass loss reduction in wear test increased with pressure increase until 6 Torr sample and the surface hardness increased with pressure. MS techniques and the grazing angle XRD showed the same phases formed: γN, ε, α-FeNi and ε-Fe2+XN in all samples and also α"-Fe16N2, δ-Fe2N phase in 5-7 Torr samples. These phases indicated that the iron nitrides are responsible for the increase in surface hardness and coefficient of friction increased, where the reduction of ε phase concentration increases the coefficient value. The XRD fits shows that the most appropriate γN structure is FCC with stacking faults with nitrogen concentration depth distribution. This distribution and structure, explain the anomalous large expansion and position in the (200) plane, respectively. The cytotoxicity test showed that the nitrided did not present any toxic effect. The sample nitrided at 6 Torr showed the best combined nitriding properties. / O processo de nitretação a plasma melhora a resistência mecânica, tribológica e de corrosão dos materiais, devido à formação de uma camada nitretada composta por nitretos de ferro e crômio, além de uma fase com estrutura ainda indefinida, conhecida como austenita expandida (γN). As propriedades dessa camada são influenciadas pelos parâmetros da nitretação, sendo que o propósito desta tese é estudar a influência do parâmetro referente à pressão do gás nitretante em amostras de aço inoxidável AISI 316L. Para tal, amostras desse material foram nitretadas em atmosfera de 80% de H2 e 20% de N2, sob pressões variáveis (3 a 7 Torr), durante 4 horas a 400 ºC. Microscopia Óptica e Eletrônica de Varredura, Microdureza Vickers, Ensaios de Rugosidade e Desgaste, Espectroscopia Mössbauer (EM), Difração de Raios X (DRX) e Citotoxicidade foram utilizadas para analisar as propriedades mecânicas, tribológicas, estrutural e da potencial aplicação como biomaterial das amostras nitretadas. Os resultados mostraram que a largura do halo formado nas bordas, devido ao efeito de borda no processo, diminui com a pressão, enquanto suas propriedades mecânicas e tribológicas não são influenciadas. Nas demais regiões das amostras, o aumento da pressão resulta no aumento da dureza, e até a pressão de 6 Torr houve o aumento da espessura da camada e rugosidade, e diminuição da massa perdida no desgaste. As técnicas de EM e DRX a ângulo rasante apresentaram as mesmas fases formadas: γN, α-FeNi e ε-Fe2+XN em todas as amostras; α"- Fe16N2 e δ-Fe2N a partir de 5 Torr. Essas fases indicaram que os nitretos de ferro são os responsáveis pelo aumento da dureza superficial e do coeficiente de atrito, onde a redução da concentração da fase ε, aumenta o valor desse coeficiente. Os ajustes dos difratogramas da fase γN indicaram que a estrutura mais apropriada foi a CFC com falha de empilhamento, juntamente com uma distribuição da concentração de nitrogênio ao longo da camada. Essa distribuição e estrutura, explicam a largura e o deslocamento do plano (200) em relação aos outros, respectivamente. Os ensaios de citotoxicidade mostraram que as amostras nitretadas não apresentam caráter tóxico. A amostra nitretada a 6 Torr foi a que apresentou as melhores propriedades combinadas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/4962 |
| Date | 03 April 2013 |
| Creators | Campos, Marcelo |
| Contributors | Souza, Maristela Olzon Monteiro Dionysio de |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Física, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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