Effects of various gas mixtures on plasma nitriding behavior of AISI 5140 steel

Karakan, Mehmet; Alsaran, Akgün; Çelik, A.

doi:10.1016/s1044-5803(03)00010-x

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“…During plasma nitriding, this nitrided layer structure is achieved by accelerating nitrogen ions against the sample surface, cleaning the surface, heating the workpiece, and providing active nitrogen that diffuses into the matrix 20,21 . Unfortunately, this bombardment also modifies the topographical characteristics of the specimen 10 , increasing the roughness to the micrometre range 22,23 and directly affecting the mechanical support of DLC 8,24 . Depending on the control variables applied in this process, particularly the temperature and gas mixture, different nitride phases with distinct characteristics can be stabilised 21 .…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Depending on the control variables applied in this process, particularly the temperature and gas mixture, different nitride phases with distinct characteristics can be stabilised 21 . Previous studies have reported surfaces with different hardness profiles and case depths for different gas mixtures 23 . Another study showed that nitriding significantly changes the surface roughness relying on processing parameters.…”

Section: Introductionmentioning

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Effects of Different Plasma Nitrided Layers on the Tribological Performance of DLC Coatings

et al. 2016

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When multifunctional surface engineering processes that combine purpose-oriented phases are applied to soft substrates, a combination of high wear resistance, high load support and low coefficients of friction can be achieved. In this study, the effects of different nitrided layers on the tribological behaviour of a diamond-like carbon (DLC) film deposited on a SAE 1040 steel were investigated. The nitriding was carried out under different temperatures and gas mixtures to create three distinct nitrided layers: two compound layers with predominant ε and γ' phases and a diffusion layer. All of the surfaces were then coated with DLC deposited via plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD). The tribological tests indicated that the best performance was achieved for a specific combination of hardness, surface roughness and nitride type. The best load-bearing capacity between the DLC coating and the soft substrate was achieved when the nitrided layer was primarily a diffusion layer.

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Section: Introductionmentioning

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Effects of Different Plasma Nitrided Layers on the Tribological Performance of DLC Coatings

et al. 2016

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“…Durante a nitretação a plasma, esta estrutura de camadas de nitretos é alcançada através da aceleração de íons de nitrogênio contra a superfície da amostra, limpando a superfície, aquecendo a peça e provendo nitrogênio ativo que difunde na matriz [19][20]. Este bombardeamento também modifica as características topográficas da amostra [10], aumentando a rugosidade para faixas micrométricas [21][22] e afeta diretamente o suporte mecânico do DLC [8,23]. Dependendo das variáveis de controle aplicados a este processo, particularmente a temperatura e a mistura de gases, diferentes fases de nitreto com distintas características podem ser estabilizadas [20].…”

Section: Introductionunclassified

“…Dependendo das variáveis de controle aplicados a este processo, particularmente a temperatura e a mistura de gases, diferentes fases de nitreto com distintas características podem ser estabilizadas [20]. Estudos preliminares reportaram superfícies com diferentes perfis de dureza e espessuras para diferentes misturas de gases [22]. Outro estudo mostrou que a nitretação altera significamente a rugosidade da superfície.…”

Section: Introductionunclassified

Efeitos De Diferentes Camadas Nitretadas Por Plasma No Desempenho Tribológico De Revestimentos Diamond Like Carbon (Dlc)

Shioga¹,

Binder²,

Hammes³

et al. 2018

ABM Proceedings

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ResumoQuando processos de engenharia de superfícies multifuncionais que combinam fases de propósito orientadas são aplicados a substratos moles, uma combinação de alta resistência ao desgaste, suporte de alta carga e baixos coeficientes de atrito podem ser obtidos. Neste estudo, os efeitos de diferentes camadas nitretadas no comportamento tribológico de revestimento Diamond-Like-Carbon (DLC) depositado sobre aço SAE 1040 são investigados. A nitretação foi conduzida sob diferentes temperaturas e misturas de gases para criar três camadas de nitretos distintas: duas camadas de compostos com predominância de fases ε e γ' e uma camada de difusão. Todas as superfícies foram então revestidas com DLC, depositado via Plasma-Enhanced-Chemical-Vapour-Deposition (PACVD). As fases de nitreto foram analisadas utilizando difração de raios-X e a topografia da superfície foi analisada por interferometria de luz branca e microscopia eletrônica de varredura. O comportamento tribológico foi investigado utilizando esfera e plano com movimento alternado com carregamento incremental até a falha do filme DLC. Os testes tribológicos indicaram que o melhor desempenho foi alcançado por uma específica combinação de dureza, rugosidade superficial e tipo de nitreto. A melhor capacidade de mancalização entre o revestimento DLC e o substrato mole foi alcançada quando a camada de nitretos constitui-se apenas de uma camada de difusão. Palavras-chave: DLC; Nitretação; Rugosidade; Atrito; Adesão. EFFECTS OF DIFFERENT PLASMA NITRIDE LAYERS ON THE TRIBOLOGICAL PERFORMANCE OF DLC COATINGS AbstractWhen multifunctional surface engineering processes that combine purpose-oriented phases are applied to soft substrates, a combination of high wear resistance, high load support and low coefficients of friction can be achieved. In this study, the effects of different nitride layers on the tribological behaviour of a diamond-like carbon (DLC) film deposited on a SAE 1040 steel were investigated. The nitriding was carried out under different temperatures and gas mixtures to create three distinct nitride layers: two compound layers with predominant ε and ' phases and a diffusion layer. All of the surfaces were then coated with DLC deposited via plasma-enhanced chemical vapour deposition (PACVD). The nitride phases were analysed using X-ray diffraction, and the surface topography was analysed by white-light interferometry and scanning electron microscopy. The tribological behaviour was evaluated using a ball on a reciprocating plane with incremental loading until each DLC film failed. The tribological tests indicated that the best performance was achieved for a specific combination of hardness, surface roughness and nitride type. The best load-bearing capacity between the DLC coating and the soft substrate was achieved when the nitride layer was primarily a diffusion layer.

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“…As mais comuns são misturas gasosas de nitrogênio puro, nitrogênio e argônio, nitrogênio e hidrogênio ou uma combinação dos três juntos. Adições de hidrogênio (7)(8) e de argônio (5) podem ser benéficas dependendo do tipo de fonte utilizada e do material a ser nitretado. O hidrogênio é citado (9) como sendo um gás fornecedor de elétrons que ajudaria a ionizar o nitrogênio e que também pode causar uma descarbonetação (10) facilitando a entrada de nitrogênio na amostra.…”

Section: Introductionunclassified

Caracterização De Amostras De H13 Nitretadas a Baixas Pressões Com Diferentes Misturas Gasosas

Jacques

Reguly

2010

TMM

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ResumoA nitretação a plasma em baixas pressões e posterior deposição de filmes finos pode aumentar consideravelmente a resistência ao desgaste de matrizes de forjamento feitas de aço ABNT H13. A nitretação promove uma maior sustentação de carga e melhor adesão do filme fino, desde que não ocorra formação de uma camada branca. A realização de um processo integrado de nitretação a plasma em baixas pressões, seguido de deposição de filmes finos, traz vantagens de custo energético e de menor contaminação da amostra, sendo mais recomendável que processos convencionais. Neste contexto, foram estudadas diferentes combinações de composição gasosa, para nitretar um aço ABNT H13 em baixas pressões em uma câmara de triodo industrial IP35L/TECVAC. Os resultados indicam que é possível a não formação de camada branca para uma combinação de parâmetros de nitretação de 450°C, atmosfera de nitrogênio puro e pressão de 2 x 10 -3 mbar. Essa combinação de parâmetros torna não necessária a utilização de gases de apoio como o argônio e hidrogênio, comuns em nitretações a maiores pressões. Palavras-chave: Nitretação por plasma; Tratamento de superfície; Aço ABNT H13. CHARACTERIZATION OF H13 SAMPLES NITRIDED AT LOW PRESSURE WITH DIFFERENT GASOUS MIXTURES AbstractLow pressure plasma nitriding followed by thin film deposition may greatly increase the resistance to wear of forging dies made of ABNT H13. Nitriding provides the die with a higher capacity to sustain loads and a better adhesion for the film as long as there is no formation of a compound layer. The possibility of an integrated low pressure nitriding/ film deposition process has advantages such as lower energetic input and also provides lesser sample contamination. In this context, different combinations of gasous composition for the process were studied in order to nitride an ABNT H13 steel in a triode industrial IP35L/TECVAC equipment. Results show that it is possible to avoid the formation of the composite layer if a combination of 450°C, pure nitrogen atmosphere and a pressure of 2 x 10 -3 mbar is used. This parameter configuration allows nitriding of the samples without the need to use support gases such as argon and hydrogen, which is a common practice in higher pressure nitridings. Key words: Plasma nitriding; Surface treatment; ABNT H13 steel. INTRODUÇÃOTratamentos de superfície como a nitretação a plasma e deposição de filmes finos são comumente empregados em componentes de grande valor agregado, como matrizes de forjamento a quente e matrizes para injeção de alumínio. Esses tratamentos aumentam a resistência ao desgaste desses componentes,(1-3) resultando em menor quantidade de paradas na produção.O chamado tratamento duplex, que envolve nitretação e posterior deposição de um filme fino como TiN, CrN ou TiAlN, é um dos tratamentos que tem um dos melhores resultados, desde que seja feito de modo que o filme depositado não lasque. A nitretação prévia à deposição cria um gradiente de durezas entre o filme depositado e a peça de modo a sustentar cargas garantindo uma meno...

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Effects of various gas mixtures on plasma nitriding behavior of AISI 5140 steel

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