Orientador: Prof. Dr. Silvio Brunatto / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 22/02/2016 / Inclui referências : f. 86-89 / Área de concentração: Engenharia e ciência de materiais / Resumo: Nitretos e carbonetos dos materiais de transição dos grupos IV, V e VI usualmente apresentam características físico-químicas de interesse como resistência mecânica e elevada dureza, resistência ao desgaste e à corrosão e excelente estabilidade térmica. Devido à estas propriedades, esses materiais são potenciais candidatos para ser modificados através de tratamentos superficiais termoquímicos. Diversas técnicas para obtenção de carbonetos de nióbio têm sido desenvolvidas, porém não existem resultados apresentados na literatura da sua obtenção através do processo de cementação assistida por plasma. Este trabalho teve como objetivo desenvolver o processo de cementação de nióbio por plasma, com o intuito de aumentar a sua dureza superficial, através da difusão de carbono. Para tanto, amostras de nióbio puro foram submetidas ao tratamento de cementação por plasma utilizando uma fonte de potência de corrente continua pulsada de onda quadrada de 4,16 kHz. As amostras foram preparadas a partir de barras de nióbio com 98,9% de pureza, com 90% de redução na laminação a frio, e que posteriormente foram submetidas ao tratamento de recozimento de recristalização em forno de alto vácuo, em pressão de 1,33 Pa (10-3 Torr) e temperatura de 1000 ºC, durante 60 minutos. Na condição recristalizada, as amostras foram cortadas nas dimensões 10 x 10 x 4 mm3. O presente trabalho foi desenvolvido em duas etapas: i) realização do estudo preliminar do desenvolvimento do processo de cementação de nióbio por plasma onde se obteve as condições necessárias para a realização dos estudos apresentados, apresentados no anexo do trabalho e ii) o estudo da influência da temperatura e do conteúdo de CH4 na mistura gasosa. Os tratamentos de cementação foram realizados em temperaturas na faixa de 800 a 1100 °C e mistura gasosa composta de (80% Ar + 20% H2) e variação em volume do % de CH4 em 0,25, 0,5 e 1%, sob um fluxo de 300 sccm e pressão de 9 Torr, em uma tensão de pico de 680 V e um período de 240 ?s. O aquecimento das amostras foi realizado por bombardeamento pelas espécies rápidas do plasma. Após os tratamentos, as amostras foram caracterizadas por difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura, ensaios de nanoindentação (dureza e resistência ao risco) e rugosidade 2D e 3D. De forma comparativa ao substrato de nióbio não-tratado, houve um aumento significativo da dureza da superfície cementada, sendo que os valores obtidos por nanoindentação foram da ordem de 21 GPa e o módulo de elasticidade correspondeu a 500 GPa, devido à presença das fases de carboneto de nióbio na superfície cementada. / Abstract: Nitrides and carbides of transition metals of groups IV, V and VI usually show physical-chemical characteristics of interest in mechanical field as high hardness, good abrasion wear resistance, corrosion resistance and excellent thermal stability. Due to it, these materials are good candidates to have their surfaces altered by thermochemical treatments. Several techniques for obtaining niobium carbides have been developed, however, too little or nothing has been met on plasma carburizing of niobium in specialized literature. The main goal was to develop a process of niobium carburizing, increasing in this way its hardness through the diffusion of carbon. In order to do that, plasma carburizing was obtained by using a dc square wave pulsed power supply of 4.16 kHz. Samples of 10 x 10 x 4 mm3 dimensions were cut from 90% reduction cold rolled 98.9% purity niobium bar, which was previously subjected to a recrystallization annealing treatment carried out at 1000 °C, for 60 minutes, in vacuum furnace at 1.33 Pa (10-3 Torr). The present work was developed in two steps: i) in the initial preliminary stage it was obtained the necessary conditions for development of the process of niobium plasma carburizing (the results are presented in annex), and ii) the study of the influence of the temperature and content of CH4 in the gas mixture. The carburizing process was performed in temperatures varying from 800 to 1100 ºC, using a 80% Ar + 20% H2 (-based) gas mixture, varying the vol. % CH4 content for 0.25, 0.50 and 1.00, under a flow of 300 sccm, pressure of 9 Torr, using 680 V voltage, and a period of 240 ?s. The sample heating in the plasma treatment was achieved by the plasma species bombardment. After treatment, the samples were characterized by xray diffractometry, scanning electron microscopy, 2D and 3D laser interferometry, and nanoindentation techniques (hardness and scratch). Comparing with the non-treated niobium substrate, it was a significant increase in hardness of the carburizing surface, with values of about 21 GPa and elastic modulus of 500GPa, this effect mainly due to the presence of the niobium carbides phases on the carburized surface.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:dspace.c3sl.ufpr.br:1884/43053 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Velez, Katherine Sicacha |
| Contributors | Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE, Brunatto, Silvio Francisco |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 116 f. : il. algumas color., application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPR, instname:Universidade Federal do Paraná, instacron:UFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Disponível em formato digital |
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