NITRURATION OR CARBONITRURATION THERMOCHEMICAL TREATMENTS WITH PIECES IMMERSED IN HIGH POWERED PULSED PLASMAS

• Main Authors: Joaquín Esteban OSEGUERA PEÑA, Fernando Noé SÁNCHEZ, José OLDAK MOLINASEVICH
• Format: Patent
• Language: English; Spanish
• Published: 03.07.2018
• Subjects: AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; CHEMISTRY; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATIONOR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY IONIMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; COATING METALLIC MATERIAL; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION INGENERAL; METALLURGY; PERFORMING OPERATIONS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDEDFOR; SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THESURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; TRANSPORTING; WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE, IN GENERAL

The description of the present device which is presented in this document is the continuity of previous developments made in the plasma-assisted thermochemical treatments field, referenced in the following patent applications: MX/a/2011/011993, PA/a/2003/009970, MX/a/2015/001058 and MX/a/2016/000586. In the case of the last reference, a device and a procedure for performing thermochemical nitrutation treatments on steel parts is presented; unlike the cited cases, a resource for the plasma formation is also presented; based on the immersion of the pieces to be treated in a medium with active species generated in the plasma. For the development described in the document, the parts to be treated can be taken out of the plasma generation process, being immersed in the active species region generated in the plasma. For the plasma production, high-power sources are used that ponder their intensity with pulses in the micro-seconds domain, avoiding the formation of electric arcs in the medium. As in the patent application presented in document MX/a/2016/000586, the plasma is diagnosed by means of optical emission spectroscopy. Based on the identification of electronic transitions of active and emissive species in plasmas for thermochemical treatment, luminous emissions for special and specific wavelengths are identified, the wavelengths are used as a reference or setpoint to establish the supply of mass flows of gas mixtures in the process, the resource uses information generated in the emission spectrum of the second positive system of the nitrogen molecule. The pressure in the chamber can be affected by the supply of gas mixtures, the same can also be affected by means of a curtain valve located between the vacuum chamber and a pumping group, affecting the conductance of the system. Referring in this document to the device described in the patent application MX/a/2015/001058, corresponds to a cubic chamber of 1.8 m in edge size, in the chamber, the pieces are housed for the thermochemical treatment assisted by a weakly ionized plasma. Unlike previous developments, sources that produce intense pulses in the micro seconds domain are used for plasma formation, then the pulses can be reversed or they can be canceled for periods of milliseconds. During the treatment there is independence between the production of active species and temperature; this feature imposes a means to heat the pieces. Electrical resistances are used in the chamber to establish the temperature of the thermochemical treatment. The monitoring and control of process variables is done through serial communication protocols between instruments of the device and a computer. A process for the thermochemical treatment of commercial alloys, particularly graphite castings, is also presented. La descripción del aparato que se presenta en el documento es continuidad de desarrollos previos realizados en el campo de los tratamientos termoquímicos asistidos por plasma, tiene referencia en las siguientes solicitudes de patente: MX/a/2011/011993, PA/a/2003/009970, MX/a/2015/001058 y Mx/a/2016/000586. Como en el caso de la última referencia, en este documentos se presenta un aparato y un procedimiento para realizar tratamientos termoquímicos de nitruración en piezas de acero, a diferencia de los casos citados se presenta un recurso para la formación del plasma basado en la inmersión de las piezas para tratamiento en un medio con especies activas generadas en el plasma. Para el desarrollo descrito en el documento, las piezas para el tratamiento se pueden sacar del proceso de generación del plasma, quedando inmersas en la región de especies activas generadas en el plasma. Para la producción del plasma se utilizan fuentes de alta potencia que ponderan su intensidad con pulsos en el domino de micro-segundos, con ello se evade la formación de arcos eléctricos en el medio. Al igual que en la solicitud de patente presentada en el documento Mx/a/2016/000586, el diagnóstico del plasma se realiza por medio de espectroscopia óptica de emisión. Con base en la identificación de transiciones electrónicas de especies activas y emisivas en plasmas para el tratamiento termoquímico, se identifican emisiones luminosas para longitudes de onda especiales y específicas, las longitudes de onda se utilizan como referencia o consigna para establecer el suministro de flujos másicos de mezclas de gases en el proceso, el recurso utiliza información generada en el espectro de emisión del segundo sistema positivo de la molécula de nitrógeno. La presión en la cámara puede afectarse por el suministro de mezclas gaseosas, también puede afectarse por medio de una válvula de cortina situada entre la cámara de vacío y un grupo de bombeo, afectando así la conductancia del sistema. .Nos referimos en este documento al aparato descrito en la solicitud de patente MX/a/2015/001058, corresponde a una cámara cúbica de 1.8 m de tamaño de arista, en la cámara se alojan las piezas para el tratamiento termoquímico asistido por un plasma débilmente ionizado. A diferencia de los desarrollos previos, para la formación del plasma se utilizan fuentes que producen pulsos intensos en el dominio micro segundos, después los pulsos puede revertirse o bien pueden anularse por periodos de milisegundos. Durante el tratamiento se produce independencia entre la producción de especies activas y la temperatura, esta característica impone un medio para calentar las piezas. Se utilizan resistencias eléctricas en la cámara para establecer la temperatura del tratamiento termoquímico. El seguimiento y control de variables del proceso se realiza por medio de protocolos de comunicación por puertos seriales entre instrumentos del aparato y una computadora. Se presenta también un procedimiento para el tratamiento termoquímico de aleaciones comerciales, particularmente fundiciones de grafito.