Estudo Comparativo da Nitretação por Plasma do Aço Ferramenta AISI M2: Análise da Eficiência Energética, Estrutura e Desempenho Tribológico entre Reatores com Aquecimento Exclusivo por Plasma e Sistemas Híbridos

Descrição

O aço-ferramenta para trabalho rápido AISI M2 é amplamente utilizado na manufatura de ferramentas de corte e matrizes devido à sua elevada tenacidade e dureza a quente. Contudo, as exigências tribológicas da indústria moderna demandam o aprimoramento contínuo de sua superfície. A nitretação por plasma destaca-se como uma rota eficaz para elevar a resistência ao desgaste, por meio da formação de uma camada de compostos (γ' e ε) e de uma zona de difusão de nitretos. Tradicionalmente, este processo é conduzido em reatores de parede fria, nos quais o plasma atua de forma indissociável como fonte de espécies reativas e como única fonte de energia térmica para o aquecimento da carga. Esta configuração convencional limita a janela de processo e introduz riscos de superaquecimento localizado devido ao efeito cátodo oco e aos arcos elétricos. Como alternativa, os reatores híbridos associam a descarga luminescente a um sistema de aquecimento resistivo elétrico auxiliar, permitindo o desacoplamento térmico da geração do plasma. Este projeto propõe um estudo comparativo exaustivo entre o processamento do aço AISI M2 em reatores com aquecimento exclusivo por plasma e em sistemas híbridos, operando sob a mesma atmosfera gasosa (75% N2 / 25% H2) e a mesma temperatura (500 °C), variando os tempos de tratamento (2, 4 e 8 horas). A metodologia consistirá no monitoramento do consumo elétrico global (kWh) de ambos os sistemas e na caracterização das camadas geradas. As amostras serão analisadas estrutural e morfologicamente por difração de raios X (DRX) e por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O perfil de endurecimento será avaliado por microdureza Vickers, enquanto o desempenho tribológico será determinado por ensaios de pino-disco e por perfilometria óptica. Espera-se comprovar a maior eficiência energética do sistema híbrido e determinar como o desacoplamento térmico altera a cinética de difusão do nitrogênio, a homogeneidade das fases e a integridade superficial da liga, fornecendo subsídios para a otimização de processos de manufatura avançada.