Influência dos parâmetros de nitrocementação a plasma na resistência à corrosão e ao desgaste do aço AISI 304

Abstract

RESUMO: Neste trabalho é estudada a influência da temperatura e da atmosfera gasosa do tratamento de nitrocementação a plasma sobre a resistência à corrosão e ao desgaste do aço inoxidável austenítico AISI 304. Os testes de corrosão foram realizados através das técnicas eletroquímicas de espectroscopia de impedância eletroquímica e polarização linear anódica em solução de cloreto de sódio 3,5% e os de desgaste por ensaio de microdesgaste do tipo esfera livre com abrasivo de dióxido de silício. As caracterizações do material foram realizadas por difratometria de raios X, microscopia ótica, microscopia confocal 3D, microscopia eletrônica de varredura e microanálise por espectrometria de energia dispersiva. Na primeira etapa do trabalho, o tratamento de nitrocementação a plasma foi realizado nas temperaturas de 375°C, 430°C, 475°C e 555°C em atmosfera gasosa constituída de 80% N₂ + 2% CH₄ + 18% H₂, sob pressão de 3 Torr e tempo de 2 horas. Definida a melhor temperatura, 375°C, foi realizada a segunda etapa do trabalho usando as atmosferas de (80% N₂ + 2% CH₄ + 18% H₂), (40% N₂ + 2% CH₄ + 58% H₂), (80 % N₂ + 20% H₂) e (2% CH₄ + 98% H₂), mantendo-se as demais condições. Os melhores resultados foram obtidos nas superfícies nitrocementadas a plasma expostas às menores temperaturas (375°C e 430°C) sob atmosfera gasosa com a maior concentração de nitrogênio (80% N₂ + 2% CH₄ + 18% H₂), as quais formaram camadas duplex de austenita expandida livres de precipitados. A amostra tratada em 375°C apresentou a maior resistência à corrosão, mantendo-se passivada quando induzido o processo de corrosão durante a polarização até 1,5V. A amostra tratada em 430°C apresentou a maior resistência ao desgaste microabrasivo, provavelmente por possuir uma camada mais espessa que a tratada em 375°C (12,9 µm e 6,4 µm), uma vez que ambas possuem a mesma estrutura. A avaliação individual das camadas revelou que em camadas duplex de austenita expandida ɣN+ɣC produzidas por nitrocementação, o aumento da resistência à corrosão é determinado por ɣN, e o aumento da resistência ao desgaste por ɣC.

ABSTRACT: The influence of both the temperature and gaseous atmosphere of the thermochemical treatment of plasma nitrocarburizing on wear and corrosion behavior of AISI 304 stainless steel was investigated in this work. Corrosion tests were performed by means of electrochemical impedance spectroscopy and linear polarization in 3.5% NaCl solution and the wear tests using a “free ball” micro-abrasion tester with silicon dioxide abrasive. Scanning electron microscopy, X-ray diffraction, 3D confocal microscopy, optical microscopy and energy-dispersive X-ray spectrometry allowed for the characterization of the nitrided steel. In a first series of experiments, nitrocarburizing was performed using gaseous atmosphere containing 80% N₂ + 2% CH₄ + 18% H₂, under pressure of 3 Torr, for 2 h, at temperatures of 375ºC, 430ºC, 475ºC and 555°C. A second series of experiments were performed at 375ºC, temperature in which were observed the best results, using three gaseous atmospheres: (80% N₂ + 2% CH₄ + 18% H₂), (40% N₂ + 2% CH₄ + 58% H₂), (80 % N₂ + 20% H₂) and (2% CH₄ + 98% H₂). It was verified that the use of lower temperatures (375ºC and 430°C) and nitrogen rich atmosphere, containing 80% N₂ + 2% CH₄ + 18% H₂, leads to the production of an expanded austenite layer without precipitation. The 375ºC treated sample showed the highest corrosion resistance remaining passivated in linear polarization until 1.5 V. The sample treated at 430ºC showed the highest wear resistance, probably due to thicker thickness of expanded austenite layer than that produced at 375ºC treatment (12.9 µm e 6.4 µm). For the expanded austenite duplex (ɣN+ɣC) layers produced by nitrocarburizing, it was found that ɣN phase improves the corrosion resistance properties, whilst ɣC phase enhances the wear resistance of the steel.