Tesis para optar al título de Doctor en Ciencia y Tecnología, mención Materiales. 2003

Director: Dr. Cabo Amado; Dr. Alves Júnior Clodomiro. INTI

Fecha Defensa: 2004

La nitruración por plasma es una de las tecnologías más modernas de tratamiento termoquímico de superficies, asistida por plasma, consecuentemente todavía en desarrollo. Es utilizada para mejorar las propiedades tribológicas de componentes de acero usados particularmente en industrias de: petróleo, gas aluminio, plástico y automotriz. Por experiencia se sabe que cada acero muestra un comportamiento específico frente a la nitruración, aunque en todos los casos se consigue mejorar en el componente, su resistencia al desgaste (propiedades tribológicas), a la fatiga y en muchos casos su comportamiento frente a la corrosión. Los resultados del proceso de nitruración están determinados, en gran medida, por la composición y microestrutura del acero; respecto a la composición, uno de los elementos más relevantes es el cromo, debido a su afinidad con nitrógeno y además por ser esencial en la composición, tanto en los aceros de baja aleación como en los inoxidables. En el presente trabajo se investigó la influencia del tiempo y la temperatura de nitruración por plasma DC-pulsado, en las propiedades de superficie de probetas fabricadas en dos aceros, uno de baja aleación AISI 4140 (≈1% peso Cr) y otro inoxidable AISI 410 (≈12% peso Cr).
El acero AISI 4140 fue nitrurado en procesos de 1, 2, 4, 15, 20 y 28 h a 500 oC, mientras que el acero inoxidable fue tratado durante 20 h a temperaturas de 350, 400 y 500 oC. Los procesos de nitruración se realizaron en un equipo industrial empleando un plasma formado a partir de una mezcla de gases. 25% N2 + 75% H2.
Las superficies nitruradas fueron caracterizadas mediante microscopía óptica y electrónica de barrido, como también difracción de rayos X, microanálisis (EPMA) y microdureza. La topografía y la rugosidad fueron estudiadas mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) y perfilometría. Se determinó en ambos aceros la evolución del coeficiente de fricción y se estudió el comportamiento frente al desgaste del acero inoxidable sin nitrurar, y nitrurado por plasma. Finalmente, se estudió el comportamiento frente a la corrosión de ambos aceros nitrurados y sin nitrurar.
El estudio realizado, a nivel fundamental, permitió entender mejor los mecanismos y la cinética de formación de la capa nitrurada formada en ambos aceros. Por otro lado, el análisis del comportamiento tribológico y frente a la corrosión de los aceros nitrurados y sin nitrurar, permitió evaluar integralmente el efecto de la nitruración por plasma en las propiedades de superficie de ambos aceros. Los datos y el conocimiento obtenidos acerca de la influencia de las condiciones de nitruración sobre las características obtenidas en la superficie, significan un avance útil para optimizar los procesos industriales que aplican esta tecnología.