@PhDThesis{Hoshida:2019:AnReOx,
author = "Hoshida, Lilian",
title = "An{\'a}lise da resist{\^e}ncia {\`a} oxida{\c{c}}{\~a}o do
ni{\'o}bio submetido {\`a} implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica
por imers{\~a}o em plasma de nitrog{\^e}nio em alta
temperatura",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2019",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2019-03-22",
keywords = "Ni{\'o}bio, implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica por imers{\~a}o
em plasma, alta temperatura, t{\'e}cnicas de
caracteriza{\c{c}}{\~a}o, nitreto de ni{\'o}bio, niobium,
plasma immersion ion implantation, high temperature,
characterization techiniques, niobium nitride.",
abstract = "O ni{\'o}bio {\'e} um metal refrat{\'a}rio que pode ser
empregado em uma grande variedade de aplica{\c{c}}{\~o}es
tecnol{\'o}gicas, tais como em componentes de reatores nucleares,
foguetes, m{\'{\i}}sseis, engenharia de sistemas espaciais,
dentre outras. Na maioria dos casos, entretanto, ele {\'e}
utilizado como elemento de liga, uma vez que sofre forte
oxida{\c{c}}{\~a}o em contato com o ar em temperaturas acima de
400 ºC, limitando assim o leque de aplica{\c{c}}{\~o}es
envolvendo o metal puro. Uma das alternativas para preservar as
destacadas propriedades do ni{\'o}bio e mitigar os efeitos
delet{\'e}rios quanto a resist{\^e}ncia {\`a}
oxida{\c{c}}{\~a}o {\'e} promover a forma{\c{c}}{\~a}o de
nitretos de ni{\'o}bio na superf{\'{\i}}cie do metal,
aproveitando uma mistura atrativa de propriedades f{\'{\i}}sicas
e mec{\^a}nicas pr{\'o}prias dos nitretos dos metais de
transi{\c{c}}{\~a}o, como {\'e} o caso do NbN. Neste trabalho,
{\'{\i}}ons de nitrog{\^e}nio foram implantados em amostras de
ni{\'o}bio via m{\'e}todo de implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica
por imers{\~a}o em plasma em alta temperatura (3IP-AT), que
propiciou a forma{\c{c}}{\~a}o de espessas camadas modificadas
devido {\`a} facilita{\c{c}}{\~a}o do processo de difus{\~a}o
ao se realizar a implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica com o
substrato aquecido. De fato, an{\'a}lise de amostras via
espectroscopia de emiss{\~a}o {\'o}tica em descarga luminescente
(GDOES) revelou a presen{\c{c}}a de nitrog{\^e}nio at{\'e}
cerca de 5 \m em profundidade. Difratogramas de raios-x
evidenciaram a presen{\c{c}}a de fases de nitretos, e {\'o}xidos
de ni{\'o}bio. Investiga{\c{c}}{\~a}o sobre a
evolu{\c{c}}{\~a}o na forma{\c{c}}{\~a}o das
liga{\c{c}}{\~o}es do nitrog{\^e}nio com o ni{\'o}bio foi
realizada via espectroscopia de fotoel{\'e}trons excitados por
raios-x (XPS), confirmando a forma{\c{c}}{\~a}o de nitretos de
ni{\'o}bio. Medidas de nanoindenta{\c{c}}{\~a}o realizadas
ap{\'o}s o tratamento da superf{\'{\i}}cie indicaram aumento de
at{\'e} nove vezes na dureza superficial. A resist{\^e}ncia ao
desgaste, avaliada por medidas de esfera sobre disco, foi
aumentada em aproximadamente tr{\^e}s ordens de grandeza. A
resist{\^e}ncia {\`a} corros{\~a}o foi avaliada pela
t{\'e}cnica de polariza{\c{c}}{\~a}o potenciodin{\^a}mica,
tendo sofrido degrada{\c{c}}{\~a}o em rela{\c{c}}{\~a}o ao
metal sem tratamento. A oxida{\c{c}}{\~a}o para a amostra
tratada teve in{\'{\i}}cio mais tarde, com deslocamento em
temperatura de cerca de 130 °C, segundo an{\'a}lise
termogravim{\'e}trica. O processo de 3IP-AT tamb{\'e}m foi
efetivo para o prop{\'o}sito de aumentar a resist{\^e}ncia
{\`a} oxida{\c{c}}{\~a}o do ni{\'o}bio, ao mesmo tempo em que
conferiu ao metal melhores propriedades mec{\^a}nicas e
tribol{\'o}gicas. ABSTRACT: Niobium is a refractory metal that
can be used in a wide variety of technological applications, such
as components of nuclear reactors, rockets, missiles, space
systems engineering, among others. In most cases, however, it is
used as an alloying element, since it undergoes strong oxidation
in contact with air at temperatures above 400 ° C, thus limiting
the range of applications involving the pure metal. One of the
alternatives to preserve the outstanding properties of niobium and
to mitigate the deleterious effects of oxidation is to promote the
formation of niobium nitrides on the metal surface, taking
advantage of an attractive mixture of physical and mechanical
properties of the transition metal nitrides, as is the case of
NbN. In this work, nitrogen ions were implanted into the surface
of niobium samples via High Temperature Plasma Immersion Ion
Implantation (HT-PIII), which allowed the formation of thick
modified layers due to the facilitation of the diffusion process
by performing ion implantation in the heated substrate. Analysis
of the samples using glow discharge optical emission spectroscopy
(GDOES) revealed the presence of nitrogen up to about 5
\m in depth. X-ray diffraction revealed the presence of
niobium nitride and niobium oxide phases. Detailed investigation
on the evolution of the formation of chemical bonds between
nitrogen and niobium was performed by X-ray photoelectron
spectroscopy (XPS), evidencing the formation of niobium nitrides.
The evaluation of surface hardness after treatment was carried out
via nanoindentation, indicating a ninefold increase. Wear
resistance, which was evaluated by ball-on-disk method, increased
in approximately three orders of magnitude. The corrosion
resistance was evaluated by the potentiodynamic polarization
technique, indicating degradation in comparison with the untreated
metal. The temperature of which oxidation becomes measurable by
thermogravimetric analysis for treated niobium is about 130 ºC
higher in comparison with the threshold measured for the untreated
counterpart. Besides the oxidation resistance, HT-PIII was also
effective to increase mechanical and tribological properties of
niobium.",
committee = "Oliveira, Rog{\'e}rio de Moraes (presidente/orientador) and Ueda,
Mario and Mello, Carina Barros and Oliveira, Aline Capella and
Silva, Maria Margareth",
englishtitle = "Analysis of oxidation resistance of niobium treated by high
temperature nitrogen plasma immersion ion implantation",
language = "pt",
pages = "137",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3SUF22L",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/3SUF22L",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "25 abr. 2024"
}