Avaliação do aquecimento de amostras de aço imersas em plasma

Evaluation of heat transfer in steel samples immersed in plasma

RESUMO

Processos assistidos por plasma tem diversas aplicações industrias como a nitretação de aços, sinterização, deposição de filmes finos e produção de semicondutores. A taxa de aquecimento, transferência de calor e temperatura têm um papel fundamental nas propriedades dos materiais imersos em um plasma. Contudo, um dos desafios do processamento de materiais por plasma é medir com precisão a transferência de calor e a temperatura, particularmente em regiões especificas da amostra, uma vez que pode haver a presença picos térmicos, aumentando localmente a temperatura. Além disso, há diversos parâmetros como a composição da atmosfera, potência, pressão e a composição da amostra que podem afetar a difusão, o transporte de massa e a taxa de aquecimento no plasma. Neste contexto, o objetivo deste estudo é avaliar a homogeneidade do aquecimento de amostras de aços revenidas em plasma de argônio e comparar com o aquecimento em forno resistivo. Para este propósito, a microestrutura e a dureza de amostras revenidas em plasma foram comparadas às amostras revenidas em forno resistivo. Desse modo, foi possível determinar a temperatura equivalente de um sólido imerso em plasma. Tendo em vista o grande interesse industrial em processos de nitretação a plasma, neste estudo o aquecimento de amostras de aços imersas em plasma foi avaliado em um reator típico de nitretação a plasma. Para tal, amostras de aço SAE 1045 e 8640 foram temperadas e em seguida revenidas em plasma. As amostras revenidas em plasma mostraram uma maior perda de dureza para o tratamento na mesma temperatura (medida no porta-amostra) do que as amostras revenidas convencionalmente. Este resultado foi relacionado aos picos térmicos durante o aquecimento a plasma. Um modelo matemático para determinar a temperatura equivalente durante o revenimento a plasma foi proposto. Este modelo poderá ser aplicado para desenvolver estratégias para otimizar os parâmetros do plasma, visando melhorar as propriedades dos materiais.

Palavras-chave
Aquecimento em plasma; Tratamento térmico; Transferência de calor; Microdureza; Aço ao carbono