A NITRETAÇÂO a Plasma pulsado destaca-se entre os métodos de nitretação por uma série de características especiais, tais como, por exemplo, a baixa temperatura de nitretação (Pequenas Deformações), a formação seletiva de camadas pelos parâmetros de processo e o fácil isolamento de determinadas áreas de superfície contra a nitretação. Além do mais, a nitretação a plasma pulsado oferece alta eficiência energética em comparação com a nitretação a gás.

No decorrer do tempo, duas vertentes tecnológicas se destacaram na nitretação a plasma: a da “parede fria” e a da “parede quente”.

A tecnologia de “parede fria” consiste em um equipamento que aquece as peças apenas com a ajuda do plasma, dispondo de câmaras que possuem paredes refrigeradas à água.

Na tecnologia da “parede quente”, as peças são aquecidas mediante o aquecimento de parede num recipiente isolado do calor.  O processo nitretação a plasma é ativado somente após o aquecimento.

 FIGURA 1: equipamento de parede fria

Na qualidade de prestador de serviços de nitretação a plasma, a Nitrion GmbH da Alemanha utilizou, por mais de 20 anos, a tecnologia de parede fria, evoluindo-a substancialmente durante este período. Muitas vezes nos indagam, porque optamos por esta tecnologia.

Para poder dar uma resposta consistente, deve ser considerada a história da evolução da tecnologia de parede quente.

Nos anos 80 do século 20, a tecnologia dos semicondutores ainda não estava aperfeiçoada o bastante para altas voltagens elétricas serem controladas, o que foi um impecilho no desenvolvimento da nitretação a plasma pulsado.

O aquecimento das peças demanda três a quatro vezes mais energia elétrica do que o próprio processo de nitretação. Por esta razão, sistemas adicionais de aquecimento tiveram que ser instalados para aquecer cargas de dimensões economicamente viáveis. Quando, porém, a superfície da carga num equipamento deste tipo alcançar um determinado tamanho, ou seja, o carregamento for feito com grande densidade de acondicionamento, uma acentuada queda de tensão é observada. Estas quedas de tensão geram um campo elétrico heterogêneo, resultando numa camada de nitretação não uniforme daquelas peças que se encontram no centro do recipiente.

Mediante a tecnologia moderna de semicondutores, a Nitrion desenvolveu geradores de plasma, capazes de desenvolver correntes de pulso de até 2.000 amperes, evitando esta queda de tensão. Isto proporciona curtos períodos de aquecimento, cujos limites são determinados pela geometria das peças (retardação). Desta forma, o aquecimento da parede adicional não é mais necessário. Dependendo da geometria e posicionamento das peças na câmara de nitretação, o aquecimento será mais rápido, chegando perto ao da nitretação a gás.

FIGURA 2: Carga com alta densidade de acondicionamento

Isto não se refere apenas a peças produzidas em série – também cargas mistas com alta densidade de acondicionamento podem ser tratadas de forma eficiente. Os parâmetros de processo são ajustados para apenas quatro grupos de peças: “fundidas”, “sem liga”, “de baixa liga”, e “de alta liga”.

FIGURA 3: Carga mista

No que se refere a um menor consumo de gás e energia no processo, a nitretação a plasma representa uma alternativa econômica à nitretação a gás.

Nesta comparação, porém, deve ser mencionado ainda, que a automação e comando necessário para o processo de nitretação a plasma é bem mais complexo que na nitretação a gás. Em equipamentos de parede quente, esta complexidade é aumentada pela existência de duas fontes de calor. Neste caso, um argumento muito citado é que exatamente esta propriedade proporciona ao usuário a possibilidade de alterar a distribuição da temperatura de carga durante o processo. Controlar este procedimento de forma confiável e repetitiva não é fácil, podendo criar mais problemas na qualidade do que evita. Também o aquecimento em zonas individuais irradia calor para superfícies que não necessitam de calor adicional. Desta forma, os circuitos de controle do aquecimento adicional e do gerador de plasma se influenciam mutuamente.  Para controlar quanto calor o plasma dissipa, num comando convencional, deve-se alterar tensão, causando forte influência no resultado da nitretação. O controle de temperatura da Nitrion possibilita a mudança de temperatura mantendo constante a tensão de nitretação, o que significa a formação uniforme de camadas, decisiva na obtenção da boa qualidade.

Além disso, os equipamentos de parede fria são mais econômicos com relação a sua aquisição e manutenção. A falta do aquecimento de parede significa um melhor aproveitamento de espaço e períodos de resfriamentos mais breves, pois nenhum isolamento evita completamente a troca de calor.
 

Equipamentos convencionais de parede fria possuem um fluxo contínuo de água fria, retirando grandes quantidades de energia do recipiente durante o processo. Isto significa que o equipamento de parede fria consome nítidamente mais energia do que os equipamentos de parede quente. A Nitrion afastou esta desvantagem pela introdução do abastecimento descontínuo de água de resfriamento “quente”: a temperatura de avanço é de 45º C e a água de resfriamento permanece na camisa de refrigeração até alcançar a temperatura de 55º C. Apenas naquele momento, as válvulas serão abertas, correndo a água de resfriamento até que a temperatura caia para 45º C.

Este procedimento retira apenas o calor do recipiente necessário durante o processo. Com isto, a eficiência do equipamento fica praticamente equivalente ao de parede quente (atente para o fato, que o plasma demanda mais energia que necessária para manter a temperatura da carga constante, de forma que, a princípio, um determinado grau de resfriamento geralmente é necessário, independendo do tipo de parede). Ao mesmo tempo, existe um circuito de água fria, a fim de manter os períodos de resfriamento mais curtos.

FIGURA 4: altura variável

Alem do mais, os equipamentos de parede fria possuem a enorme vantagem de variação de altura, de forma que o tamanho do recipiente possa ser adaptado às necessidades do usuário. Por esta razão, consideramos a tecnologia de parede fria, em conjunto com um gerador de plasma e mais um comando específico adequados, como tecnologia mais vantajosa no que se refere ao fator de custos.

Detalhes das instalações para a Nitretação a Plasma

A Nitrion do Brasil Ltda também oferece, além de tratamentos termoquímicos de superfície modernas e completas instalações de Nitretação a Plasma com projetos e fabricação desenvolvidos com tecnologia própria.

Instalação de Nitretação a Plasma da Nitrion: Painel de controle de fácil visualização	Detalhe: Controle por CLP com gerenciamento totalmente automático do carregamento e visualização do processo

No atual estágio da técnica para o processo de tratamento térmico de superfícies por plasma (nitretação, nitrocarbonetação, oxidação) são usados recipientes com paredes aquecidas, com o plasma sendo alimentado em forma de pulsos. Esta técnica garante o mínimo de deformação na peça e alta reprodutibilidade da carga.

Os recipientes das instalações da Nitrion são construídos como fornos de campânula. Para o carregamento e a descarga, a campânula é levantada, o que permite acesso à carga por todos os lados. 

As instalações de nitretação a Plasma da Nitrion podem ser construídas como Monoinstalações (uma só instalação com apenas uma única base) ou como Tandem (1 campanula intercambiavel com duas bases de carregamento). 

As Monoinstalações são as instalações de tratamento térmico mais usadas, consistindo de uma unidade de controle/unidade de alimentação de corrente e um recipiente para o tratamento térmico. Característico nesta instalação é que a nova carga só pode ser preparada quando a carga anteriormente tratada estiver resfriada e descarregada. 

As instalações Tandem (Intercambiaveis) estão equipadas com dois recipientes, conectados a um único controle/unidade de alimentação de corrente. Enquanto o recipiente A é usado para fazer o aquecimento e o tratamento térmico, usa-se a base do recipiente B para fazer a carga com a colocação da campânula. Tão logo o processo de resfriamento inicia no recipiente A, o controle comuta automaticamente para o recipiente B e ali inicia o processo de aquecimento e nitretação a plasma. 

A comutação do controle é feita automaticamente, isto é, também à noite e nos finais de semana. 

Técnica de Controre

A medição da temperatura é feita diretamente na peça a ser tratada, o que garante uma determinação bastante exata da temperatura e, conseqüentemente, uma altíssima reprodutibilidade do processo. 

O controle por CLP (Controle Lógico Programável) permite um gerenciamento totalmente automático da carga com perfeita visualização do processo. 

Vantagens dos Geradores de Pulsos aplicados nas Instalações da Nitrion:

• fácil operação
• alta confiabilidade
• construção que requer pouca manutenção e assistência técnica
• resistente à curto circuito e sobrecargas permanentes
• fácil preparação no processo

Pós-oxidação

A oxidação das superfícies nitretadas está sendo aplicado há bastante tempo na indústria automobilística na produção de peças em grandes séries para melhorar a sua resistência à corrosão. 

Neste processo, o ferro livre e o nitreto de ferro são transformados num espinélio de óxido de ferro estável, onde a camada de ligação é revestida com uma camada química de proteção de aprox. 1 ìm de espessura. 

Esta pós-oxidação também pode ser feita após ter sido aplicado o processo de limpeza por jateamento com micro esferas de vidro. Com a redução da rugosidade obtém-se um revestimento óxido preto brilhante com excelente ancoragem à camada de ligação. 

A pós-oxidação pode ser aplicada no processo como parte do tratamento por nitretação.


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