Análise da resistência à oxidação do nióbio submetido à implantação iônica por imersão em plasma de nitrogênio em alta temperatura

• Autor(a) principal: Lilian Hoshida
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
• Texto Completo: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/03.20.17.27

O nióbio é um metal refratário que pode ser empregado em uma grande variedade de aplicações tecnológicas, tais como em componentes de reatores nucleares, foguetes, mísseis, engenharia de sistemas espaciais, dentre outras. Na maioria dos casos, entretanto, ele é utilizado como elemento de liga, uma vez que sofre forte oxidação em contato com o ar em temperaturas acima de 400 °C, limitando assim o leque de aplicações envolvendo o metal puro. Uma das alternativas para preservar as destacadas propriedades do nióbio e mitigar os efeitos deletérios quanto a resistência à oxidação é promover a formação de nitretos de nióbio na superfície do metal, aproveitando uma mistura atrativa de propriedades físicas e mecânicas próprias dos nitretos dos metais de transição, como é o caso do NbN. Neste trabalho, íons de nitrogênio foram implantados em amostras de nióbio via método de implantação iônica por imersão em plasma em alta temperatura (3IP-AT), que propiciou a formação de espessas camadas modificadas devido à facilitação do processo de difusão ao se realizar a implantação iônica com o substrato aquecido. De fato, análise de amostras via espectroscopia de emissão ótica em descarga luminescente (GDOES) revelou a presença de nitrogênio até cerca de 5 m em profundidade. Difratogramas de raios-x evidenciaram a presença de fases de nitretos, e óxidos de nióbio. Investigação sobre a evolução na formação das ligações do nitrogênio com o nióbio foi realizada via espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-x (XPS), confirmando a formação de nitretos de nióbio. Medidas de nanoindentação realizadas após o tratamento da superfície indicaram aumento de até nove vezes na dureza superficial. A resistência ao desgaste, avaliada por medidas de esfera sobre disco, foi aumentada em aproximadamente três ordens de grandeza. A resistência à corrosão foi avaliada pela técnica de polarização potenciodinâmica, tendo sofrido degradação em relação ao metal sem tratamento. A oxidação para a amostra tratada teve início mais tarde, com deslocamento em temperatura de cerca de 130 °C, segundo análise termogravimétrica. O processo de 3IP-AT também foi efetivo para o propósito de aumentar a resistência à oxidação do nióbio, ao mesmo tempo em que conferiu ao metal melhores propriedades mecânicas e tribológicas.