Deposição de Nitreto de Titânio em aço F138 por nitretação a plasma

Conteúdo do artigo principal

Cleiton James Gomes
Francisca de Fátima dos Anjos
Haroldo Reis Alves Macêdo

Resumo

Introdução. O aço inoxidável ASTM F138 é utilizado em implantes devido à combinação das suas propriedades mecânicas e de biocompatibilidade. Objetivos. Para aprimorar essas propriedades, são necessárias modificações superficiais. Uma forma viável de modificação é a nitretação por plasma em gaiola catódica de titânio, que permite a deposição de uma camada de nitreto de titânio para melhorar as propriedades superficiais do material. Metodologia. Foram Investigados os efeitos da nitretação por plasma em amostras de aço ASTM F138 em diferentes condições de tempo e temperatura. As amostras de aço inoxidável ASTM F138 passaram por um processo de nitretação por plasma em um reator especial, envolvendo etapas de limpeza e tratamento com uma mistura de hidrogênio e nitrogênio em diferentes condições de temperatura e tempo. Posteriormente, essas amostras foram caracterizadas por várias técnicas, como Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difração de Raios-X (DRX), Espectroscopia Raman (RAMAN), Rugosidade e Microdureza. Resultados e discussão. O processo de nitretação por plasma permitiu a deposição de filmes de nitreto de titânio (TiN) sobre amostras de aço ASTM F138, variando de acordo com as combinações de tempo e temperatura. Houve um aumento significativo na microdureza Vickers das amostras tratadas, chegando a incrementos de até 120% em relação às amostras não tratadas. Além disso, as amostras tratadas apresentaram maior rugosidade em comparação com as não tratadas, variando conforme o tempo de tratamento. Conclusão. Esses resultados destacam a eficácia do processo de nitretação por plasma na modificação das propriedades superficiais do aço ASTM F138, aprimorando suas características mecânicas e de biocompatibilidade.

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Como Citar
GOMES, C. J.; DOS ANJOS, F. de F.; MACÊDO, H. R. A. Deposição de Nitreto de Titânio em aço F138 por nitretação a plasma. Somma: Revista Científica do Instituto Federal do Piauí, Teresina, v. 10, p. 1–13 (e031024), 2024. DOI: 10.51361/somma.v10i1.198. Disponível em: https://revistas.ifpi.edu.br/index.php/somma/article/view/198. Acesso em: 20 abr. 2024.
Seção
Artigos
Biografia do Autor

Haroldo Reis Alves Macêdo, Laboratório de Materiais – LabMat, PPGEM, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí – Campus Teresina Central, Teresina, PI, Brasil.

Licenciado em Física pelo Centro Federal de Educação Tecnológica do Piauí, Mestre e Doutor em Ciência e Engenharia de Materiais pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Atualmente professor do Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Piauí. Tem experiência na área de Engenharia de Materiais e Metalúrgica, com ênfase em Biomateriais, atuando principalmente nos seguintes temas: produção de biomateriais a base de quitosana, titânio e modificações superficiais por nitretação por plasma. Possui também experiência na área de Ensino de Física, atuando na área de Ensino de Física através do uso de práticas experimentais com experimentos de fácil acesso, uso de NTICs e da realidade virtual. Atuou como coordenador de área do PIBID (2018-2020) e docente orientador da Residência Pedagógica (2020 a 2022). Possui experiência em gestão, tendo assumido os cargos de coordenador do curso de licenciatura em Física (2011-2012), Diretor de Ensino (2012-2014) e Diretor Geral (2014-2016) do IFPI Campus Picos. Atualmente é coordenador do Laboratório de Pesquisa em Biomateriais (LaBioMat) e do Laboratório de Realidade Virtual de Física (LabPhysVR), além de professor permanente do Programa de Pós Graduação em Engenharia de Materiais do IFPI.

Referências

ALVES, J. R..; ARAÚJO, F. O.; RIBEIRO, K. J. B.; COSTA, A. P.; SOUSA, R. R. M.; SOUSA, R. S. Use of cathodic cage in plasma nitriding, Surface and coathings technology, v. 201, p. 2450-2454, 2006. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.04.014.

ASRI, R. I. M.; HARUN, W. S. W. ; SAMYKANO, M. ; LAN, N. A. C. ; GHANI, S. A. C. ; TARLOCHAN, F. ; RAZA, M. R. Corrosion and surface modification on biocompatible metals: A review. Materials Science and Engineering C, v. 77, p. 1261-1274, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.04.102.

BORGIOLI, F.; FOSSATI, A.; GALVANETTO, E.; BACCI, T. Glow-discharge nitriding of AISI 316L austenitic stainless steel: influence of treatment temperature. Surface & Coatings Technology, v. 200, p. 2474-2480, 2005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.07.110.

CHENG, Y. H.; TAY, B. K.; LAU, S. P.; KUPFER, H.; RICHTER, F. Substrate bias dependence of Raman spectra for TiN films deposited by filtered cathodic vacuum arc. Journal of Applied Physics, v. 92, p. 1845, 2002. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1491588.

DAUDT, N. F.; BARBOSA, J. C. P.; MACÊDO, M. O. C, PEREIRA, M. B; ALVES JR, C. P. Effect of cage configuration in structural and optical properties of tin films grown by cathodic cage discharge. Materials Research, v.16, n. 4, p. 766-771, 2013. DOI: https://doi.org/10.1590/S1516-14392013005000065.

ELIAS, C. N.; OSHIDA, Y.; LIMA, J. H. C. Relationship between surface properties (roughness, wettability and morphology) of titanium and dental implant removal torque. Journal of Mechanical Behavior of Biomedical Materials. v. 1, p. 234-42, 2008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2007.12.002.

FERREIRA, L. M. O.; VICENTE, M. C. L.; OLIVEIRA, M. E. A.; COSSATIS, J. J. Evolução do tratamento de superfície nos implantes dentários; Revisão de literatura. Brazialian Journal of Implantalogy and Health Sciences. v. 5, n. 2, p. 86-100, 2023. DOI: https://doi.org/10.36557/2674-8169.2023v5n2p86-100.

IORDANOVA, I. ; KELLYB, P. J. ; MIRCHEVA, R. V. ; ANTONOVC, R. V. Crystallography of magnetron sputtered TiN coatings on steel substrates. Journal Vacum, vol. 81, p.830- 842, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2006.09.018.

LEITE, G. B.; FONSECA, Y. R.; GOMES, A. V.; ELIAS, C. N. Relação entre os parâmetros de rugosidade 3D e a molhabilidade do titânio com grãos micrométricos e sub-micrométricos. Revista Matéria, v. 25, n. 2, e-12655. 2020. DOI: https//doi.org/10.1590/S1517-707620200002.1055.

MACÊDO, H. R. A. Tratamento térmico do titânio e suas consequências sobre as propriedades físico-químicas e de biocompatibilidade. 2012. 107 f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Ciências Exatas e da Terra, Natal, 2012. Disponível em: https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/12794/1/TratamentoT%c3%a9rmicoTit%c3%a2nio_Macedo_2012.pdf. Acessado em: 30 mar. 2023.

MUZILLI, M. Influência do tratamento de superfície na rugosidade Ra e dureza Vickers de cerâmicas para cobertura incisal. 2005. 122 f. Dissertação (Mestrado em Materiais Dentários) - Programa de Pós-Graduação em Materiais Dentários, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2005. DOI: DOI: https://doi.org/10.47749/T/UNICAMP.2005.328555.

PANDEY, A.; AWASTHI, A.; SAXENA, K. K. Metallic Implants with properties and latest production techniques: a review. Advances in Materials and Processing Technologies, v. 6, n. 2, p. 405-440, 2020. DOI: https://doi.org/10.1080/2374068X.2020.1731236.

PIRES, A. L.; BIERHALZ, A. C. K.; MORAES, A. M. Biomateriais: Tipos, Aplicações e Mercado. Revista Quimica Nova. v. 38, n. 7, p. 957-971, 2015. DOI: https://doi.org/10.5935/0100-4042.20150094.

REZENDE, M.C.R.; DEKON, S.F.C.; GRANDINI, C.R.; BERTOZ, A. P. M.; CLARO, A. P. R.A. Tratamento de superfície de implantes dentários. Revista odontológica de Araçatuba, v. 32, n. 2, p. 38-43, 2011.

SILVA, R. O. F.; VASCONCELLOS, A. A.; CASSELLI, H. Ceramic abutments used in dentistry: a literature review. Revista Odontologia Clinico-Científica, v. 15, p. 19-24, 2016.

SOUSA, R. R. M. Nitretação em Plasma com Gaiola Catódica: Investigação do mecanismo e estudo comparativo com a nitretação em plasma de tensão continua. 2017. 164 f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Ciências Exatas e da Terra, Natal, 2007. Disponível em: https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/12709/1/%26%2365279NitretacaoPlasmaGaiola_Sousa_2007.pdf. Acessado em: 30 mar. 2023.

SOUSA, R. R. M.; MOURA, Y. J. L.; SOUSA, P. A. O.; MEDEIROS NETO, J. Q.; COSTA, T. H. C.; ALVES JUNIOR, C. Nitriding of AISI 1020 steel: comparison between conventional nitriding and nitriding with cathodic cage. Materials Research, v. 17, n. 3, p. 708-13, 2014. DOI: https://doi.org/10.1590/S1516-14392014005000027.

SOUSA, R. R. M.; ARAÚJO, F.O.; COSTA, T. H. C.; NASCIMENTO, I. O.; SANTOS, F. E. P.; ALVES, J. R. C.; FEITORE, M. C. Thin Tin and Tio2 Film Deposition in Glass Samples by Cathodic Cage. Materials Research, v. 18, p. 347-352, 2015. DOI : https://doi.org/10.1590/1516-1439.313914.

TERADA, M.; ANTUNES, R. A.; PADILHA, A. F.; COSTA, I. Corrosion resistance of three austenitic stainless steels for biomedical applications. Materials and Corrosion, v. 58, n. 10, 2007.

DOI: https://doi.org/10.1002/maco.200704070

VALERO, J. A. M.O, PETITCORPS, Y. L, MANAUD, J.P, CHOLLON, G. Low temperature, fast deposition of metallic titanium nitride films using plasma activated reactive evaporation. Journal of Vacuum Science & Technology A, v. 23, p. 394-400, 2005. DOI: https://doi.org/10.1116/1.1874152.

VASCONCELLOS, M. A. Z.; HINRICHS, R.; JAVORSKY, C. S.; GIURIATTI, G.; BORGES DA COSTA, J. A.T. B. Micro-Raman characterization of plasma nitrided Ti6Al4V-ELI. Surface Coatings e Technology, v. 202, p. 275-279, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.05.038.