Literatura científica selecionada sobre o tema "Nitruration de surface"

In this study, AISI M2 high speed tool steel is austenized at 1200°C, cooled in air and then double tempered at 540°C. Hardened samples are hold at the ion nitriding furnace between 500-540°C for different times. Hardened and nitrided samples were investigated for the surface structures using X-ray, microstructure of nitride layers and the hardness measurements were done. The hardness of steel surface and diffusion depth increase due to the increasing of nitriding time.

L'objectif de la these est d'optimiser la synthese du nitrure d'aluminium a partir de l'aluminium massif dans le but de renforcer les proprietes superficielles du substrat metallique. Les deux types de traitements de surface selectionnes sont l'implantation ionique et la nitruration thermochimique assiste plasma. La premiere partie du document est consacree a une etude bibliographique sur les proprietes specifiques de l'ain, sur les differentes techniques experimentales utilisees ainsi que sur les resultats deja obtenus dans le contexte international. La deuxieme partie de la these est consacree aux resultats personnels. Les caracterisations physico-chimiques (rbs) des couches de nitrure elaborees par implantation ionique d'azote sont presentees dans le premier chapitre. Deux processus d'implantation ont ete mis en uvre, d'une part une implantation monoenergie permettant d'obtenir une couche enterree d'ain, et d'autre part une implantation multienergie permettant d'aboutir a une couche d'ain a partir de la surface. Le deuxieme chapitre est oriente sur l'etude microstructurale de l'aluminium implante en azote par les techniques complementaires de la diffraction des rayons x sous incidence rasante et la microscopie electronique a transmission. Le troisieme chapitre est base sur l'optimisation du procede de nitruration ionique sur l'aluminium massif sur site industriel. Vu les difficultes de nitruration ionique de l'aluminium, le probleme de la diffusion de l'azote dans l'aluminium est aborde dans le quatrieme chapitre par la determination du coefficient de diffusion de l'azote dans la matrice aluminium. Le cinquieme chapitre traite des caracterisations mecaniques de l'aluminium a la fois traite par implantation ionique (nanoindentation) et nitruration ionique (micro indantation). Enfin, le sixieme chapitre compare les proprietes tribologiques des couches de nitrure d'aluminium synthetise par implantation ionique avec celles obtenues par nitruration ionique.

La nitruration gazeuse de pièces en acier de construction est un procédé thermochimique permettant de générer un gradient de propriétés mécaniques à la surface des pièces par diffusion d’atomes d’azote. Les pièces traitées présentent un fort gradient de contraintes résiduelles et de dureté, optimales pour les applications de transmission de puissance utilisées dans les domaines de l’aéronautique ou l’automobile de compétition. L’enrichissement en azote est issu de la décomposition catalytique de l’ammoniac à la surface des pièces en acier. Cependant, le procédé reste extrêmement sensible à l’état de surface des pièces, qui inclue les caractéristiques géométriques, mécaniques mais également chimique, pouvant inhiber les propriétés de décomposition catalytique ainsi que la diffusion de l’azote. Cette désactivation peut avoir différentes origines, comme l’adsorption d’un élément poison de la réaction ou l’encrassement de la surface des pièces. Le phénomène de désactivation catalytique est étudié depuis quelques dizaines d’années. Cependant, peu de publications sont disponibles au sujet de son application dans le cas particulier de la nitruration d’aciers de construction. Comprendre l’inhibition de la nitruration permettrait d’améliorer la fiabilité industrielle de ce procédé. Afin de répondre à cette demande, une démarche expérimentale, basée sur des études de cas industriels et sur une étude bibliographique, a été mis en place. Une étude de pollution issue de résidus d’huile de coupe, de dépôt de carbone et d’empoisonnement au soufre est proposée. De plus, une démarche expérimentale visant à déterminer l’impact de pollutions mécaniques (état mécanique initial) sur le procédé de nitruration est proposée. Des analyses thermogravimétriques couplées à des observations et à la détermination des propriétés mécaniques générées par nitruration permettent d’approfondir la compréhension de ces phénomènes de désactivation des surfaces nitrurées. Suite à cette étude, la capacité d’activation de surface de trois éléments de préparation in-situ, que sont l’oxydation, l’urée et le chlorure d’ammonium, a été déterminé sur les pollutions précédemment étudiées
The gaseous nitriding of steel parts is a thermochemical process that generates a mechanical properties gradient at the surface by nitrogen diffusion. The treated parts indicate an important residual stress and hardness gradient, optimized for power transmission applications used in aeronautics and motor sports. The increase of nitrogen concentration is due to the catalytic decomposition of ammonia at the iron-based surface of parts. However, the process is extremely sensitive to the surface state of parts that includes geometrical, mechanical but also chemical properties. This state can inhibit the catalytic decomposition properties and the nitrogen diffusion. This deactivation can have different origins, such as the adsorption of a poisoning element or the fouling of the surface of the parts. The catalytic deactivation phenomenon is studied since decades. However, few publications are available in the case of its application in the specific case of the gaseous nitriding of steel. A better understanding of the nitriding inhibition would improve the reliability of this industrial process. In order to answer this demand, an experimental approach, based on industrial case and bibliographical study, is proposed. A pollution study obtained from machining oil residues, carbon deposit, or sulfur poisoning is proposed. Moreover, an experimental approach, aiming to determine the impact of initial mechanical properties on the nitriding process is proposed. Thermogravimetric analyses coupled to observations and mechanical properties analyses enable to develop the knowledge of the nitrided surfaces deactivation processes. After this study, the surface activation capacity of three in-situ processes, namely oxidation, urea and ammonium chloride, over the previously studied contaminations is determined

La nitruration est un traitement thermochimique visant à former à la surface d'une pièce en acier une couche de nitrure (voire de carbo-nitrure) de fer, susceptible d'améliorer de manière notable ses propriétés mécaniques (dureté, résistance à la corrosion, frottement) ainsi qu'une couche de diffusion, siège de contraintes de compression permettrant d'augmenter l'endurance de cette pièce

Plusieurs décharges micro-ondes, réalisées dans des conditions diverses, sont étudiées afin d'obtenir des informations sur les espèces réactives présentes dans la post-décharge. On s'attache à décrire la distribution énergétique des espèces excitées et à déterminer les constantes cinétiques des diverses réactions de recombinaison de l'azote atomique. Des post-décharges issues de divers mélanges ar-n#2-h#2-ch#4 sont également étudiées. Une autre partie des travaux, consacrée à l'étude du matériau confirme la possibilité de réaliser un traitement homogène sur un échantillon cylindrique de 2 cm de long et 1 cm de diamètre et ouvre des perspectives pour le traitement d'objets plus complexes. Les différentes expériences réalisées permettent de comparer les traitements effectues avec deux mélanges gazeux: un mélange ar-11%n#2 et un mélange ar-11%n#2-5*10##3#%ch#4. Par ailleurs on s'attache à développer un modèle mathématique du réacteur expérimental utilisé pour le traitement du matériau. Trois conditions opératoires retenues expérimentalement font l'objet d'une attention particulière, dont celles de la décharge effectivement utilisée pour le traitement d'échantillons de fer pur. Le modèle met clairement en évidence la très forte influence de la pression sur la recombinaison de l'azote atomique au sein de la phase gazeuse en écoulement. Enfin, deux séries de tests permettent de comparer des résultats expérimentaux aux résultats théoriques prédits par le modèle. Les mesures effectuées portent sur la détermination de profils de vitesse par vélocimétrie laser, ainsi que sur l'analyse métallographique d'échantillons cylindriques de 30 cm de long. La connaissance, grâce au modèle développé, de la concentration en azote atomique dans le gaz en écoulement au voisinage de la surface de l'échantillon représente un premier pas vers l'établissement d'une expression fine de la cinétique de la réaction de nitruration en post-décharge micro-onde

L’optimisation des microstructures de surface est un facteur primordial pour améliorer les propriétés et la durée de vie des matériaux. Pour le traitement des aciers inoxydables, la nitruration est un procédé adéquat permettant l’augmentation de la dureté et de la résistance à l’usure par formation d’une austénite «expansée» sursaturée en azote. Des travaux récents ont suggéré que l’activation de surface par un traitement mécanique préalable permettait d’augmenter les cinétiques de diffusion de l’azote. Avec des traitements « duplex » de ce type, il doit donc être possible (i) d’augmenter l’épaisseur des couches nitrurées pour un temps de nitruration donné et/ou (ii) de diminuer la température de nitruration et éviter ainsi la formation de nitrures nuisibles à la tenue à la corrosion. La littérature montre toutefois qu’une couche de pollution issue du prétraitement peut affecter l’efficacité de la nitruration. L’objectif de ce travail était d’aider à l’optimisation de la maitrise de différents traitements « duplex » impliquant, avant une nitruration assistée plasma, les traitements mécaniques ou thermomécaniques suivants : le grenaillage ultrasonore (SMAT pour Surface Mechanical Attrition Treatment), le laminage et le traitement par faisceau d’électrons pulsé (HCPEB pour High Current Pulsed Electron Beam). La combinaison des traitements mécaniques et thermochimiques a été essentiellement testée sur deux nuances de l’acier inoxydable austénitique 316L (avec et sans sulfures) et, dans une moindre mesure, sur l’acier AISI 660. Afin de mieux caractériser l’effet des différents paramètres du procédé d’hyperdéformation SMAT (diamètre des billes, durée du traitement, amplitude de vibration, etc.) sur l’évolution de la microstructure, une procédure de caractérisation des couches écrouies utilisant l’EBSD a été proposée. Cette technique, basée pour partie sur l’évolution des Dislocations Géométriquement Nécessaires (GNDs), permet d’évaluer quantitativement l’épaisseur des différents types de couches formées en fonction des paramètres du procédé SMAT. Les natures des pollutions de la surface et leurs origines ont aussi été analysées. Une analyse de l’efficacité des différents types de traitements duplex a ensuite était réalisée en comparant systématiquement des résultats obtenus après nitruration sur des échantillons avec et sans activation de surface. Des analyses par diffraction des rayons X, des observations en microscopies électroniques, des mesures de microdureté ainsi que la mesure des profils de concentration en azote par SDL (Spectrométrie à Décharge Luminescente) ont été mises en œuvre pour quantifier les effets des traitements combinés. Les résultats ont montré la complexité des modifications de structures et la complexité des phénomènes mis en jeu
Optimizing the surface microstructure and properties is very important to obtain high performance behaviour. Applying appropriate mechanical and thermochemical treatments has been the prime objective of metallurgists. More recently, and particularly for the stainless steels, the Plasma Nitriding was found to be an efficient technique for enhancing the hardness and wear resistance. However, as the nitriding temperature is about 500 °C, the formation of nitrides on the surface leads to a decrease of the corrosion resistance of these alloys. Recent works have shown that using a mechanical pre-treatment allows to decrease the treatment temperature and duration, and also to enhance the nitrogen diffusion within the stainless steels surfaces. In the present work, performances of different Duplex treatments (mechanical + thermochemical) are studied. The Surface Mechanical Attrition Treatment (SMAT), cold rolling and the High Current Pulsed Electron Beam (HCPEB) are used as surface activators prior to plasma nitriding of stainless steels. Before studying the effect of surface activation on the nitrogen diffusion, the effect of the different SMAT parameters (balls size, balls nature, treatment duration … etc.) on the microstructure is analysed. A new technique based on the notion of Geometrically Necessary Dislocations (GND) is used to depict the thickness of the different SMAT-induced layers and compare the effect of the processing parameters. Then, comparative analysis of the results obtained after nitriding of mechanically deformed samples leads to quantify the effect of the different Duplex treatments. X-Ray Diffraction, Secondary Electron Microscopy associated with Electron BackScattered Diffraction (EBSD), hardness measurement and chemical composition analysis by Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (GD-OES) showed the importance of the surface microstructure and deformation state on the nitrogen diffusion

Le travail présenté dans ce mémoire porte sur le développement d'un nouveau concept de traitement de surface par plasma froid : la nitruration assistée par une post-décharge en écoulement générée par un plasma micro-ondes. Les diagnostics dans les décharges Ar-N₂-H₂ (spectroscopie optique, fluorescence induite par laser, et titrage de N par NO) ont d'abord été établis afin de quantifier les processus de création et de transport de l'azote atomique responsable de la nitruration. La modélisation 3D de la phase gazeuse dans le réacteur de nitruration a été ensuite effectuée. Elle permet de prévoir la carte des températures, l'hydrodynamique du gaz, et la carte des titres massiques en azote atomique dans le réacteur pour des conditions opératoires données et des configurations géométriques choisies. Au moyen d'un modèle numérique de diffusion de l'azote atomique dans le fer en régime transitoire, des abaques ont été construits à partir de plusieurs simulations utilisant des conditions à la surface différentes (titre massique constant ou densité de flux constante). Ils permettent de prévoir la croissance des couches de nitrures de fer et la position des interfaces en fonction du temps. Des expériences ont porté sur la nitruration à 550°C de trois tiges en fer pur de grande longueur pour différentes durées de nitruration. La simulation de ces expériences permet d'affirmer d'une part, que la croissance des couches de nitrures de fer s'effectue avec une condition de densité de flux constantes à la surface, et d'autre part, de corréler l'hétérogénéité du titre massique en azote atomique calculé au voisinage des tiges dans la phase gazeuse avec les différences d'épaisseur des couches de combinaison obtenues lors des expériences. Le modèle élaboré se présente ainsi comme un outil prévisionnel facilement extrapolable aux traitements de post-décharge qui sont en développement

Le lit fluidisé a d'excellentes propriétés, comme milieu de chauffage, quant à l'homogénéité de sa température et aux valeurs du coefficient de transfert thermique. Pour des conditions de chauffage bien définies, le coefficient d'échange thermique lit fluidise-pièce immergée dépend de la vitesse de fluidisation, de la taille des particules du lit et des dimensions des pièces à chauffer. Le transfert de matière entre le lit fluidisé et des surfaces immergées a été étudié dans le cas de traitements thermochimiques de nitruration. Les paramètres dynamiques du lit et la composition du mélange de nitruration (ammoniac et azote) influencent la cinétique de diffusion de l'azote en surface des pièces et la morphologie de la couche nitrurée. La nitruration en lit fluidisé est comparée à la nitruration de type classique en gaz, à la nitruration en plasma et à la nitruration en bains de sels.