Conheça a Nitretação a Plasma e como ela atua para aumentar a vida útil das ferramentas

A nitretação é um processo onde promove-se o enriquecimento da superfície de ligas ferrosas com nitrogênio (N).

A nitretação é um processo termoquímico baseado na difusão de nitrogênio na superfície de ligas metálicas. Na atualidade, a nitretação a plasma é a variedade deste tipo de processo que apresenta mais vantagens.  Para saber o porquê, continue a leitura!

O que é a nitretação?

De modo geral, Nitretação é um nome amplo para os processos termoquímicos baseados na difusão de nitrogênio na superfície das ligas ferrosas, produzindo o que chamamos de camada de difusão, a qual pode alcançar até 1,00 mm de espessura dependendo do material base. Sua principal função é melhorar as propriedades relacionadas à fadiga tendo como principais objetivos:

• Incrementar a dureza da superfície;
• Melhorar a resistência ao desgaste;
• Incrementar a resistência à fadiga e ao desgaste;
• Aumentar a resistência à corrosão (exceto em aços inoxidáveis)

Existem três processos industriais de Nitretação: por gás, líquida e a plasma, cujas nomenclaturas expõem o meio de transporte do nitrogênio atômico para a superfície do material.

Conhecendo os tipos de Nitretação

Nitretação a Gás

Esse processo utiliza o gás Amônia (NH3) como catalisador para a separação dos íons dos compostos iônicos na superfície do aço. Com isso, criam-se camadas superficiais de até 1,00 mm de espessura. Embora seja o procedimento mais tradicional, apresenta limitações tecnológicas e não permite controlar o potencial de nitrogênio.

Nitretação Líquida

Também conhecida como Nitretação por banho de sais, utiliza sais de Cianetos e Cianatos fundidos para transportar o nitrogênio. Dessa maneira, ela atua pela ação do oxigênio do ar ao ser injetado na solução líquida em alta temperatura, entre 550°C e 570°C.

Como resultado, obtém-se também, a adição de carbono. Por isso, embora seja conhecido como Nitretação, seria mais correto o classificar como “Nitrocarbonetação”.

O uso de sais o torna altamente poluente, além de ser potencialmente prejudicial à saúde de quem o manipula. Além disso, também apresenta limitações tecnológicas e não permite controlar o potencial de nitrogênio.

Nitretação a Plasma

Patenteada na década de 1930, a técnica também atende pelas terminologias nitretação iônica por plasma pulsado, nitretação em descarga luminescente, entre outras. Dessa forma, trata-se do que se tem de mais moderno e eficiente em termos de Nitretação.

Nela, ocorre a mistura dos gases Nitrogênio (N2) e Hidrogênio (H2) em um ambiente de baixa pressão. Assim, a ionização ocorre por diferença de tensão entre as peças e a parede do forno. O processo permite o controle total do potencial de nitrogênio e repetibilidade de resultados.

A tecnologia a plasma

Neste processo, o nitrogênio e o hidrogênio são ionizados à baixa pressão, formando o plasma pulsante, responsável pelo transporte do elemento nitrogênio na forma atômica para a superfície da peça que, por mecanismo de difusão, forma nitretos.

A realização do processo a plasma confere uma complexidade superior à Nitretação. Isso porque, ela envolve uma série de fenômenos entre a peça e o plasma. Da mesma forma, também implica em diferenciais importantes e significativamente benéficos, como:

• Maior controle do potencial de nitrogênio

O excesso de oferta de nitrogênio pode provocar a precipitação excessiva de nitretos na superfície da peça, o que causa fragilização. O processo a plasma é o que oferece o maior nível de controle da oferta de nitrogênio, o que gera maior precisão da camada nitretada e maior repetibilidade de resultados.

• Menor rugosidade

As peças nitretadas a plasma apresentam baixos níveis de rugosidade e destacam-se especialmente quando a comparamos com o método por banho de sais.

• Porosidade na camada branca 

Com a tecnologia a plasma, a porosidade é mínima ou ausente, enquanto no processo a gás ela existe, porém, é fina e no banho de sais é grosseira.

• Controle das Camadas

No processo iônico, consegue-se uma maior precisão da morfologia e espessura da camada de difusão, a depender da funcionalidade da peça.

Neste sentido, se tomarmos como exemplo o material AISI H13, a morfologia da camada nitretada de uma matriz para injeção de alumínio é diferente daquela de uma matriz para extrusão de alumínio, que é diferente daquela de uma matriz para forjamento de alumínio, ou seja, mesmo sendo o mesmo material utilizado na ferramenta (AISI H13) e o mesmo material processado (alumínio), cada situação demanda propriedades distintas da camada nitretada e, na nitretação a plasma, é possível se gerar a camada correta para cada tipo de aplicação.

Nitrocarbonetação

Segue o mesmo conceito da nitretação, porém, além da adição do nitrogênio, há também a adição de carbono, tendo como principais benefícios em relação à nitretação:

• Incremento da dureza superficial;
• Melhora da resistência ao desgaste;
• Menor espessura de camada branca (opcional) em peças com geometrias complexas.

Opcionais:

Camada branca

Construída pelos nitretos que precipitam na superfície, contendo uma espessura entre 0,001 e 0,030 mm e propriedades próximas à cerâmica, apresentando:

• Característica autolubrificante;
• Maior resistência ao desgaste abrasivo e adesivo;
• Maior resistência à corrosão.

Vale ressaltar que nem sempre a presença da camada branca é recomendada e no processo a plasma, por exemplo, pode-se ou não optar por desenvolvê-la.

Aqui podemos fazer uma observação de que a camada branca da eletroerosão e a camada branca da Nitretação são elementos distintos, embora tenham o mesmo nome.

Pós-oxidação

Processo termoquímico realizado entre 480 e 500°C na sequência da nitretação, no mesmo equipamento, sem o manuseio das peças, na qual um elemento químico se une ao Oxigênio, formando um novo composto superficial, chamado óxido tipo Magnetita (Fe3O4) com espessura de camada de 0,001 a 0,003 mm.

Principais benefícios em comparação à nitretação:

• Redução do coeficiente de atrito;
• Aumento da proteção contra interações químicas, como por exemplo, do ferro presente no aço com o alumínio fundido em moldes para injeção de alumínio;
• Aumento da resistência à corrosão (exceto em aços inoxidáveis);
• Aspecto visual diferenciado, apresentando coloração grafite escuro homogênea;

Atenção: importante não confundir com oxidação negra e corrosão.

Proteção de regiões onde não se deseja a presença da nitretação

Imagine, por exemplo, uma ferramenta que tenha uma área de trabalho que demande elevada resistência ao desgaste, e uma outra região mais delicada, onde a demanda seja por tenacidade. Na nitretação a plasma é possível proteger determinadas regiões onde a presença da nitretação não é desejada.

Processos ISOFLAMA:

Na ISOFLAMA trabalhamos com o processo de Nitretação a plasma. Inclusive, imprimindo conhecimento, tecnologia e a experiência que adquirimos ao longo de nossos anos de atuação, desenvolvemos um método próprio de Nitretação a plasma, o ISONIT®.

Além desse, dispomos também:

ISONIT®-OX: nitretação com pós-oxidação

ISONIT®-C: nitrocarbonetação

ISONIT®-C-OX: nitrocarbonetação com pós-oxidação

É muito provável que algum deles poderá contribuir para melhorar o desempenho das suas ferramentas. Entre em contato conosco e converse com nossos especialistas.

Por fim, conheça mais como nós trabalhamos. Aqui mesmo neste site, você encontrará mais informações sobre os nossos serviços e o universo dos processos térmicos.