EFEITO DA NITRETAÇÃO POR PLASMA NA DUREZA E NA RESISTÊNCIA À CORROSÃO DO AÇO INOXIDÁVEL CIRÚRGICO ASTM 420F

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1 7º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO 7 th BRAZILIAN CONGRESS ON MANUFACTURING ENGINEERING 15 a 19 de abril de 2013 Penedo, Itatiaia RJ - Brasil April 15 th to 19 th, 2013 Penedo, Itatiaia RJ Brazil EFEITO DA NITRETAÇÃO POR PLASMA NA DUREZA E NA RESISTÊNCIA À CORROSÃO DO AÇO INOXIDÁVEL CIRÚRGICO ASTM 420F Silviane Caroline Fiorani, silviane_fiorani@hotmail.com 1 Paulo César Borges, pborges@utfpr.edu.br 1 Ricardo Fernando dos Reis, ricardo@utfpr.edu.br 1 Sabrina Rodrigues Meira, sa_rmeira@hotmail.com 1 Milton Sergio Fernandes de Lima, msflima@gmail.com 2 1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR, Avenida Sete de Setembro, 3165 Curitiba/PR, Brasil CEP Instituto de Estudos Avançados - IEAv, Rodovia dos Tamoios, km 5,5 São José dos Campos/PR, Brasil CEP Resumo: Os aços inoxidáveis martensíticos são amplamente utilizados em aplicações biomédicas devido a sua excelente resistência a corrosão e boas propriedades mecânicas. Entretanto, em aplicações como brocas para a implantodontia, seu desempenho é insatisfatório. Nesta aplicação usualmente utiliza-se de revestimentos como Diamond Like Carbon (DLC) para melhorar a resistência à corrosão, a resistência ao desgaste, bem como, diminuir o coeficiente de atrito broca-osso. Diversos trabalhos na literatura mostram que a nitretação a baixas temperaturas produz camadas superficiais de alta dureza e alta resistência à corrosão. Sabe-se também que o aumento da dureza do substrato melhora o suporte para a adesão do revestimento como o DLC. Estes tratamentos são conhecidos como duplex. Neste trabalho estudou-se o efeito da nitretação a baixa temperatura na resistência à corrosão e dureza de aços inoxidáveis martensiticos do tipo ASTM 420F, bem como, a influência na dureza e resistência à corrosão do tratamento duplex nitretação e DLC. Foram escolhidos cinco parâmetros de nitretação a baixa temperatura, em tempos diferentes para avaliar o comportamento na dureza e resistência à corrosão. O parâmetro que obteve a maior dureza e melhor resistência à corrosão, foi a de 380 C por 6 horas. Nessa condição, a dureza média de topo foi de 894 HV ( 1kgf) e as amostras não apresentaram corrosão na camada nitretada com revestimento DLC. Pode-se esperar que aplicado essas condições em uma broca cirúrgica, dentro de sua condição de procedimentos cirúrgicos, o desgaste da ferramenta será menor, uma vez que a sua superfície tem maior dureza do que usualmente comercializada, e mantendo sua resistência à corrosão em ambientes agressivos. Palavras-chave: Aços inoxidáveis,nitretação por plasma,resistência à corrosão, Instrumentais cirúrgicos 1. INTRODUÇÃO O processo de nitretação por plasma em baixa temperatura é aplicada aos aços inoxidáveis martensíticos para melhorar as suas propriedades superficiais. Estudos comprovam que o processo de nitretação em baixa temperatura permite a formação de uma fase chamada austenita ou martensita expandida, tornando os materiais mais resistentes ao desgaste, a corrosão, e que sendo parte de um tratamento duplex melhoram inclusive a adesão de revestimentos como TiN e DLC (DOBRZANSKI et al, 2005; SHORT, 2008;RECCO, 2008). Os revestimentos de DLC melhoram as propriedades de resistência à corrosão, dureza e coeficiente de atrito das brocas, no entanto existem outros fatores, como desplacamentos dos revestimentos, que podem ocorrer e não o tornam tão eficientes. (RECCO, 2008; GOLIN, 2005) Com o emprego do tratamento duplex (nitretação e DLC) pode-se, tanto melhorar as propriedades mecânicas do material, quanto evitar ou diminuir o desplacamento do revestimento (RECCO, 2008; GOLIN, 2005). Além dos benefícios aos materiais, as tecnologias utilizadas para os tratamentos duplex, são consideradas tecnologias avançadas, pois tem baixo custo e visam à sustentabilidade, uma vez que o processo não despende recursos não-renováveis e/ou prejudiciais ao meio ambiente, como: desperdício de água e utilização de produtos químicos corrosivos (SCHEUER, 2011). Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas 2013

2 As brocas cirúrgicas, são um dos instrumentais cirúrgicos mais importantes utilizados durante o processo cirúrgico para aplicação de um implante dentário. Para que um procedimento cirúrgico de perfuração óssea de implantodontia ocorra adequadamente, o cirurgião precisa conhecer diversos parâmetros como: a densidade óssea do paciente; o aquecimento gerado pela broca durante a perfuração; a rotação adequada; irrigação com água destilada suficiente; velocidade e pressão correta, para evitar o superaquecimento do instrumental e a perda óssea. E ter o conhecimento das propriedades requeridas dos materiais cirúrgicos tais como, elevada biocompatibilidade, alta resistência ao desgaste, baixo coeficiente de atrito, dureza, tenacidade e boa resistência à corrosão (GOLIN, 2005). No presente estudo as brocas cirúrgicas em aço inoxidável martensítico, ASTM 420F, foram temperadas, revenidas, usinadas e submetidas ao tratamento térmico de nitretação por plasma, em diferentes temperaturas e tempos. As metodologias de ensaios utilizadas para as caracterizações e análise do desempenho do processo, foram: Metalografia, microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raio-x (DRX), ensaios de névoa salina e umidade saturada, todos os ensaios tem extrema importância para avaliação do benefício do tratamento, porém apenas este ultimo é o que simula um ambiente agressivo mais próximo do ambiente real de aplicação do instrumental, ou seja, do ambiente clinico (ASTM B117, 2009 e ASTM D2247, 2002). 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1. Material O material utilizado nesse trabalho foi o aço inoxidável 420F, próprio para instrumentação cirúrgica, conforme especificações da norma ASTM F899 (2009). Segue composição química deste aço inoxidável martensitico na Tab. (1). Tabela 1. Composição química típica do aço utilizado. Elemento(s) Químico (% massa) C Mn P Si Cr Ni Mo S 0,32 0,25 0,015 0,40 13,44 0,12 0,01 0,27 A microestrutura do material é apresentada na Fig. (1), onde pode observar: (a) na matriz fer ritica, a dispersão dos carbonetos esferoidizados após recozimento. Sendo este o estado de fornecimento do material e (b) microestrutura martensita, após tempera e revenimento nas condições em que se obtém dureza de 517HV, ou seja, o material, em forma de blank, foi austenitizado a 1020 C, temperado com vapor de nitrogênio (N 2 ), abaixo de 50 C, depois de atingido essa temperatura foi revenido a 250 C por 1 hora e resfriado ao ar, sendo este o estado do material antes do tratamento por plasma, considerado o estado padrão para o estudo. (a) (b) Figura 1. (a) Microestrutura do aço inoxidável ASTM 420F no estado de fornecimento e (b) Microestrutura do aço inoxidável ASTM 420F no estado padrão, após tempera e revenimento. Ataque Beraha s Experimentos Na condução deste trabalho as condições avaliadas foram: estado padrão (após têmpera e revenimento); nitretada; nitetada e passivada, passivada e revestida com DLC. A metodologia para a produção das amostras é apresentada a seguir.

3 2.3. Métodos Figura 2. Desenho ilustrativo da dimensão da broca utilizada, 3,3 x 35 mm. Para a realização dos ensaios, as amostras foram usinadas conforme as dimensões indicadas na Fig. (2) e submetidas ao processo de higienização para retirar o óleo, onde foram aplicados tensoativos próprios para limpeza de peças metálicas, lavagem e enxágue com água deionizada e vapor d água, seguido pela imersão destas em álcool, ultrassom, por 30 minutos. Nitretação: As nitretações por plasma foram realizadas utilizando-se um reator, constituído por uma câmara de nitretação (produção de plasma), sistema de vácuo e uma fonte de corrente contínua. As amostras foram acopladas em um porta amostras (cátodo), na forma de roseta com capacidade para seis amostras, havendo também a possibilidade de colocar mais dois porta amostras, um em cima do outro, podendo assim, nitretar dezoito amostras simultaneamente. Inicialmente, realizou-se o processo de sputtering, ou seja, a etapa de limpeza, onde se obtém uma superfície isenta de contaminantes e uma atmosfera assegurada para o tratamento. Para esta etapa utilizou-se um fluxo de H 2, até a pressão de 1,5 Torr a 150 C, por 30 minutos. Após o sputtering foi iniciada a nitretação, com atmosfera de 5%N 2 e 95% H 2, em 3 Torr, tensão de 500V e vazão 200 SCCM nas temperaturas e tempos representados na Fig. (3). Para a realização da nitretação por plasma foram adotadas identificações, como exemplo, a identificação 1B significa nitretação na temperatura de 370ºC pelo tempo de 8 horas. Figura 3. Parâmetros de nitretação por plasma. Passivação: A passivação ocorreu em 3 etapas: Imersão em uma solução de soda cáustica, solução de ácido nítrico em 20% e novamente soda cáustica, sendo 30 minutos cada etapa. Em seguida as amostras foram higienizadas com tensoativos, lavadas e enxaguadas com água deionizada e vapor d água. Estas amostras foram identificadas acrescentando o índice P à identificação da condição de nitretação aplicada. DLC: O revestimento DLC foi aplicado às brocas nitretadas e passivadas. O revestimento foi realizado por uma empresa terceira, cujas especificações do revestimento seguem a norma BBR RP 48 (norma interna da empresa terceirizada para esse serviço), com controle de camada em microns (µm). Para o lote d e brocas desse estudo, o revestimento foi de 1,60 µm. As amostras com revestimetno de DLC foram identificadas com a condição de nitretação seguindo das letras DLC Identificação: Conforme comentado acima a identificação das condições de nitretação esta em conformidade com os códigos apresentados na Fig. (3). As amostras nitretadas e passivadas receberam um P após o código de identificação da condição de nitretação e as amostras revestidas com DLC foram identificadas com os códigos referentes a condição de nitretação apresentados na Fig. (3) seguidos das letras DLC. Neste caso a letra P foi suprimida visto que todas as amostras com DLC foram passivadas em condição única. Desta forma o código 3AP corresponde à condição nitretada a 390 C por 4 horas e passivada, O código 1ADLC corresponde à condição nitretada a 370 C por 4 horas, passivada e revestida com DLC.

4 2.4. Caracterização Microestrutural: A microestrutura do aço foi analisada antes e após a nitretação por plasma em microscópio óptico. As amostras usadas para a análise metalográfica foram cortadas na região da haste das brocas, no sentido transversal, embutidas, lixadas até a grana de 1200 e polidas com suspensão de diamante de 1µm. Para revelar a microestrutura das brocas, tanto das submetidas ao processo de nitretação por plasma, quanto em estado de fornecimento, foi realizado o ataque químico, utilizando o reagente metalográfico Beraha s (85 ml H 2 O + 15 ml HCl + 1g K 2 S 2 O 5 ). Posteriormente as amostras, foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura MEV, da marca Shimadzu, modelo Superscan SSX-550, tais imagens foram realizadas através dos elétrons secundários e a identificação da composição química por espectroscopia de energia dispersiva (EDS). A caracterização das fases formadas após a nitretação por plasma e a nitretação com revestimento DLC, obtidas nas cinco condições aplicadas às brocas, foi determinada por meio da difração de raios-x. O difratômetro utilizado foi o Rigaku modelo Ultima IV. A análise utilizou o ângulo de varredura em um intervalo de 20 a 90º, com acoplamento do tipo 2Theta (Bragg-Bretano), tensão de 40 kv e corrente de 40 ma, a radiação incidente foi a CuK-alfa, com velocidade de aquisição de 0,05º/s e foi utilizada uma fenda de 0,5 mm de largura. Dureza: Para a determinação dos valores de dureza foi utilizado um micro durômetro Shimadzu Microhardeness Tester modelo HMV2. As medidas foram realizadas em perfil no corte transversal e no topo da broca. A carga utilizada foi de 1 Kgf, em um equipamento para medição em Vickers, e para as durezas de topo (superfície) foi utilizado ponteira Knoop com carga de 0,025 Kgf. O tempo de aplicação foi de 10 s em cada indentação. Corrosão: A análise da resistência à corrosão das amostras foi efetuada por meio dos ensaios de Névoa salina e Umidade saturada. O ensaio Névoa salina (Salt Spray) é baseado na norma ASTM B117 (2009), tendo sido utilizado a Câmara de Névoa Salina, modelo USC-02 BASS, com capacidade para 710 litros, sendo as condições do ensaio: solução salina de cloreto de sódio (NaCl) em água deionizada à 5% (50g/L), ph da solução entre 6,5 a 7,2, fluxo de névoa de 1-2 ml/hora, temperatura de 35 ±2 C e período de exposição de 24 horas. Já para o ensaio Umidade saturada, utilizou-se o equipamento EQUILAM, modelo KE 300KZ, com capacidade para 300 litros, sendo tal ensaio baseado na norma ASTM D2247, 2002 e as condições de ensaio: água deionizada, orvalhamento nos corpos de prova contínuo, temperatura de 40 ±2 C e período de exposição de 24 horas. O fluxograma representado na Fig. (4) mostra de forma simplificada toda a metodologia empregada no presente trabalho, onde a Caracterização 1 consiste em análise microestrutural por microscopia óptica e avaliação de dureza, a Caracterização 2 análise microestrutural em microscopia eletrônica de varredura, avaliação de imagem (SEM) e composição química por espectroscopia de energia dispersiva de raio-x (EDS), microscopia óptica, difração de raios-x, avaliação de dureza e resistência à corrosão. Material: Aço Inoxidável martensítico ASTM 420F Fornecimento Caracterização 1 Têmpera e Revenimento Caracterização 1 Preparação das Amostras Nitretação por plasma Caracterização 2 Passivação e Revestimento (DLC) Caracterização 2 Figura 4. Fluxograma da metodologia empregada para o estudo. Segue o resumo dos conceitos na Tab. (2) e na Tab. (3) as imagens correspondentes a cada conceito para melhor entendimento dos critérios. Tabela 2. Resumo dos critérios de corrosão. Avaliação após ensaios de corrosão Isento de corrosão Início de corrosão no helicoidal da broca Corrosão no helicoidal e início da haste Corrosão generalizada Conceito A B C D

5 Tabela 3. Critérios para avaliação das inspeções após ensaios de resistência à corrosão do material 420F sob as diferentes condições de nitretação. Avaliação após os ensaios de Umidade Saturada e Névoa Salina Classificação da resistência à corrosão Ilustração para cada condição classificada. Isento de corrosão A Início de corrosão no helicoidal da broca B Corrosão no helicoidal e início da haste C Corrosão generalizada D 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Efeito da temperatura de nitretação na microestrutura e dureza do aço ASTM 420F. A primeira avaliação do efeito da nitretação por plasma no aço ASTM 420F, pode ser observado na Fig.(5). Na Fig. (5a) visualiza-se a microestrutura, observando a camada nitretada (camada 2) e Fig. (5b) a análise de composição química (EDS) da mesma camada. Camada 2 Substrato (a) (b) Figura 5. (a) Microestrutura após nitretação na condição 2 (b) composição química (EDS). Percebe-se na Fig. (5a) que a camada nitretada é mais homogênea e compacta que o su bstrato, isto apenas superficialmente, pois o substrato não teve alteração. Um indicativo de que a camada nitretada pode ser mais dura que o núcleo. Na Tab. (4) tem-se os teores de Cr e N presentes no substrato e na camada 2, da amostra tratada na condição 2 (380 C por 8 horas). Com este resultado ficou evidente a presença de nitrogênio, indicando a camada nitretada.

6 Tabela 4. Composição química do nitrogênio e do cromo. Composição Química (% massa) Nitrogênio Cromo Substrato (núcleo) 0 14,12 Camada 2: Nitretada 4,75 10,76 Na seqüência, foram analisados as microestruturas, espessuras, perfil de microdureza das camadas nitretadas e as durezas de topo. Na Tab. (5), tem-se a comparação das medições de espessuras e durezas das amostras, obtidas após as nitretações em relação ao padrão. Tabela 5. Comparação de espessuras e durezas de topo (superfície). Condições nitretadas vs padrão (sem nitretação) DUREZA DE TOPO (SUPERFÍCIE) - Aço ASTM 420F Cargas = 0,025 Kgf (HK) e 1 Kgf (HV) Condição Espessura Média Dureza de topo Dureza de topo Desvio padrão (HV) (HK) (HK) 1A 10 µm ,57 1B 12 µm , µm ,61 3A 13 µm ,85 3B 15 µm ,04 Padrão ,34 A análise da Tab. ( 5) permite verificar que a espessura das camadas das amostras nitretadas variaram entre 8 e 15 m e a dureza de topo entre 791 e 1108 HV. O maior valor de dureza foi encontrado para a condição 1B. A espessura (12 m) para esta condição é intermediária. Na Fig. (6), pode se visualizar a microestrutura da camada obtida para esta condição de nitretação. Figura 6. Microestrutura após nitretação por plasma a baixa temperatura do aço inoxidável ASTM 420F (Beraha s). Parâmetro 1B: camada média de 12 µm de profundidade. Na Fig. (7) encontra-se o perfil de dureza, onde se observa a influência da variação de temperatura e tempo de nitretação na dureza superficial da broca e até em qual espessura se mantém em relação ao padrão.

7 Dureza (HK) Distância (µm) Dureza (1A) Dureza (1B) Dureza (2) Dureza (3A) Dureza (3B) Dureza Padrao Figura 7. Perfil de Dureza (HK) do aço ASTM 420F após as nitretações. O aumento da dureza entre todas as condições de nitretação é significativo em comparação com as durezas de topo da amostra padrão. Isto provavelmente se deve a formação de uma camada rica de nitrogênio, N, na superfície. Através da análise de DRX foi possível verificar, em todos os difratogramas das condições tratadas que o pico da fase martensita situado em, aproximadamente, 44,66 se desloca, para a esquerda. Este deslocamento está associado à distorção provocada pela adição do nitrogênio intersticialmente. Este pico deslocado vem sendo associado à fase martensita expandida (α N ) (KIM et al, 2003; XI et al, 2008). Além dos picos da martensita expandida também foram encontrados picos referentes a fases de nitretos de cromo. Diante dessas analises, os resultados mais atrativos foram os revelados entre as condições 1B e 3A. As temperaturas mais baixas e tempos menores possivelmente terão menor custo para indústria, por isso, podem ser mais interessantes em se trabalhar. A condição que provocou maior deslocamento deste pico foi a condição 2 (pico= 42,90 ). Verifica-se também que os picos se tornam mais largos, supõe-se que isto ocorra devido às variações das concentrações do nitrogênio superficial, ou a fatores como tensões residuais não uniformes. Verificou-se também que para na condição 2 não foi possível identificar a presença de picos referente a outras fases como compostos ou precipitados de ferro, cromo e nitrogênio. Foi possível identificar apenas a camada desejada (martensita expandida ( α N )). Os difratogramas das condições padrão e da condição 2, podem ser visualizados na Fig. (8). (a) (b) Figura 8. (a) Difratograma obtido para o aço ASTM 420F na condição não nitretada, ou seja, a condição da amostra padrão. (b) Difratograma obtido para o aço na condição 2. O tópico a seguir direcionara qual das condições de nitretações estudadas, terá destaque para a aplicação industrial. Esta condição deve apresentar: profundidade adequada de camada superficial de α N, dureza satisfatória e um bom

8 comportamento sob corrosão, e este ultimo, é um dos itens fundamentais e decisivos para a escolha da condição de nitretação mais adequada a ser aplicada no processo industrial de produção de uma broca cirúrgica Efeito da temperatura de nitretação na resistência à corrosão do aço ASTM 420F. Os ensaios foram realizados pelo LACTEC, onde foram efetuados inspeções com registros em 2, 4, 6, 8, 24 e 48 horas para Umidade Saturada e 2, 4, 6, 8 e 24 horas para ensaios de Nevoa Salina. No inicio, a inspeção ocorreu a cada 2 horas, pois nas primeiras horas podem ocorrer as mudanças mais significativas na broca e não se pode perder quando inicia o processo de corrosão. A partir de 8 horas, se houver a corrosão, passa a não ser tão rápida do que a cada 2 horas, por isso pode ser elevado o tempo de inspeção para 12 horas, e a partir de 24 horas os resultados começam a ser conclusivos. Nas Tab. (6) e Tab. (7) têm-se os resultados dos conceitos finais das inspeções para as condições de nitretação, para os ensaios de Umidade Saturada e Névoa Salina, respectivamente. E na Tab. (8) têm-se as imagens ao final da inspeção de Umidade Saturada, ou seja, após 48 horas de ensaio. A amostra de referência (amostra no padrão de comercialização temperada + DLC em condições comerciais) foi utilizada para comparação com as condições obtidas neste trabalho. Os pontos de corrosão mais relevantes foram marcados por uma seta. Tabela 6. Resumo da classificação da resistência à corrosão dos resultados obtidos a partir das inspeções realizadas no ensaio de Umidade Saturada. Tempo de ensaio de Umidade Saturada 48 horas Amostra Apenas Nitretada Conceito Nitretada com passivação Nitretada com passivação e DLC 1A D D D 1B B A C 2 D D A 3A D D D 3B D D D Tabela 7. Resumo da classificação da resistência à corrosão dos resultados obtidos a partir das inspeções realizadas no ensaio de Névoa Salina para a melhor condição revelada em Umidade Saturada. Tempo de ensaio em Névoa Salina 2 horas 4 e 8 horas 24 horas Conceito Amostra Apenas Nitretada Nitretada com passivação Nitretada com passivação e DLC Condição 2 B B B PADRÃO C (sem nitretação) Condição 2 C B B PADRÃO C (sem nitretação) Condição 2 D D D PADRÃO D (sem nitretação) Tabela 8. Comparação da resistência à corrosão (RC) do padrão de fornecimento (sem nitretação), com a amostra nitretada na condição 2 e suas variações, após 48 horas de ensaio de Umidade Saturada. Amostra Padrão: Sem nitretação (a) sem DLC (b) com DLC Amostra Nitretada: Condição: 2 Amostra Nitretada: Condição 2P Passivada Amostra Nitretada: Condição 2DLC Passivada e com revestimento DLC

9 (a) (b) Conforme esperado, para esse ensaio, a condição 2 que apresentou melhor resistência à corrosão em umidade saturada, para o tratamento duplex (nitretação + DLC) e teve um comportamento equivalente ao material padrão no ensaio de névoa salina. Portanto, a condição para se ter melhor resistência à corrosão precisa ser nitretada, passivada e receber o revestimento de DLC. 4. CONCLUSÕES Neste trabalho estudou o efeito da nitretação a baixa temperatura, na resistência a corrosão e dureza de aços inoxidáveis martensíticos do tipo ASTM 420F, assim como, a influência na dureza e resistência à corrosão do tratamento duplex, nitretação e DLC, de modo que se pode concluir que: A nitretação a baixas temperaturas resultam no aumento significativo da dureza superficial do material. Em relação à amostra padrão, todas as condições de nitretação proporcionaram a obtenção de durezas maiores na superfície. O aumento de dureza na superfície se deve ao fato da presença de martensita expandida α N ; A condição de maior dureza superficial de topo foi a 1B (1108 HV), e as condições com durezas intermediárias 3A (971 HV) e a 2 (894 HV). E suas camadas foram de 12, 13 e 8 µm de profundidade, respectivamente. As condições de nitretação que apresentaram maior dureza em relação a amostra sem nitretação, foram as condições 1B e 1A. E apresentaram durezas elevadas da superfície até 60 µm de profundidade em direção ao núcleo. A condição 2 teve conceito A de resistência à corrosão (isenta de corrosão) em Umidade Saturada após 24 horas e conceito D para o ensaio de névoa salina. 5. AGRADECIMENTOS A indústria Neodent, por disponibilizar a maioria dos recursos à realização do trabalho. Agradecimento especial ao Dr. Geninho Thomé, a Gislene do TH e Almir (Gerente Industrial), que acreditam na aplicação deste trabalho na indústria. 6. REFERÊNCIAS Astm D2247., 2002, Standard Practice for Testing Water Resistance of coatings in 100% Relative Humidity, United States. Astm F899.,2009, Standard Specification for Stainless Steel for Surgical instruments, United States. Astm B117., 2009, Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus, United States. Brasimet e bodycote., 2009; Catálodo de Especificações técnicas. Borges, P.C., Rocha, L.A., 2009, Improvement of Corrosion Resistance of 15-5PH Stainless Steel by solution Heat Treatments of plasma Nitrided Steels, Departamento de engenharia mecânica, Universidade de Minho, Portugal, Surface of Coatings technology. Dobrazanski, L.A., Brytan, Z., Grande, M. A., Rosso, M., Pallacicini, E. J., 2008, Properties of vacuum sintered duplex stainless steels, Gliwince Poland, Institute of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, Materials Processing Technology. Golin, A., 2005, Análise do comportamento de ferramentas de corte com diferentes revestimentos e seu efeito sobre a geração de calor no osso, Brasil; Pontifícia Universidade Católica do Paraná PUCPR; Programa de pós graduação em engenharia mecânica e de materiais.

10 Padovan, L. E., Sartori, I. A., Thomé, G., & Melo, A. C., 2008, Carga imediata e Implantes Osseointegrados Possibilidades e Técnicas, 1ª Edição, São Paulo, Santos. Recco, A., 2008, Estudo da obtenção e das propriedades dos filmes de TiN e TiC depositados sobre aços ferramentas AISI H13 e D2 nitretados e não nitretados, Brasil; Escola Politécnica da Universidade de São Paulo; Departamento de Engenharia Metalúrgica e de materiais. Scheuer, C.,2011, Cementação a baixa temperatura do aço inoxidável martensítico AISI assistida por plasma, Brasil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná UTFPR; Programa de pós graduação em engenharia mecânica na área materiais e fabricação, Short, K. T., Zang, Z., Finnie, K., Collings, G.A., Figueroa, C.A., 2008, A new duplex process for corrosion protection by PI 3, Australia and Caxias do Sul-RS; Australian Nuclear Science and Technology Organization and Centro de Ciências Exatas e Tecnologia, Universidade de Caxias do Sul; Science Direct. 7. DIREITOS AUTORAIS Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho. EFFECT OF PLASMA NITRIDING ON HARDNESS AND CORROSION RESISTANCE OF THE SURGICAL-GRADE STAINLESS STEEL ASTM 420F Silviane Caroline Fiorani, silviane_fiorani@hotmail.com 1 Paulo César Borges, pborges@utfpr.edu.br 1 Ricardo Fernando dos Reis, ricardo@utfpr.edu.br 1 Sabrina Rodrigues Meira, sa_rmeira@hotmail.com 1 Milton Lima, msflima@yahoo.com.br 2 1 Parana Federal Institute of Technology - UTFPR, Avenida Sete de Setembro, 3165 Curitiba/PR, Brasil CEP Institute for Advanced Studies - IEAv, Rodovia dos Tamoios, km 5,5 São José dos Campos/PR, Brasil CEP Abstract. The martensitic stainless steels are widely used in biomedical applications due to their excellent corrosion resistance and good mechanical properties. However, in applications such as drills for implantology, their performance is unsatisfactory. In this application, coatings, as Diamond Like Carbon (DLC), have been usually used to improve corrosion resistance, wear resistance and decrease the friction coefficient between drill and bone. Several studies in the literature show that nitriding at low temperatures produces surface layers of high hardness and high corrosion resistance. It is also known that increasing the hardness of the substrate improves the adhesion of the DLC coating. These treatments are known as duplex. Here we studied the effect of low-temperature nitriding in corrosion resistance and hardness martensitic stainless steel ASTM type 420F, as well as the influence on hardness and corrosion resistance of duplex nitriding treatment and of DLC. Five pairs of parameters (temperature versus time) for nitriding were chosen to evaluate the performance in hardness and corrosion resistance. The parameters that showed the best performance, achieving higher hardness and providing better corrosion resistance among others, was 380 C for 6 hours. In this condition, the average hardness at the upper surface was 894 HV (1kgf) showing no corrosion in the nitrided layer with diamond-like coating. It can be expected that these conditions applied to a surgical drill show that tool wear is low, because its surface has a greater hardness than those found on usually commercialized surgical drill, while maintaining its corrosion resistance in aggressive environments. Keywords: Stainless steels, plasma nitriding, corrosion resistance, surgical instruments. RESPONSIBILITY NOTICE The authors are the only responsible for the printed material included in this paper.