ȘTIINȚA ȘI INGINERIA MATERIALELOR Specializarea : INGINERIA SECURIT ĂȚII ÎN INDUSTRIE – PROIECT DE DIPLOMĂ – Absolvent: SIMIONESCU Cătălin Indrumator… [628680]

UNIVERSITATATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV

FACULT ATEA DE
ȘTIINȚA ȘI INGINERIA MATERIALELOR

Specializarea :
INGINERIA SECURIT ĂȚII ÎN INDUSTRIE

– PROIECT DE DIPLOMĂ –

Absolvent: [anonimizat] : Prof.univ. dr.ing. Luca
Mihai – Alexandru

2017

UNIVERSITATATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV
Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor
Specializarea: Ingineria Securității în Industrie

Tema proiectului

Instalația de înlăturare chimică
accelerată a peliculelor rezistente la
uzare din TiN sau TiAlN ;Identificarea
și Evaluarea factorilor de risc
profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– PROIECT DE DIPLOMĂ –

Absolvent: [anonimizat]: Prof.univ. dr.ing. Luca
Mihai – Alexandru

– 3 – Cuprins
Introducere …………………………………………………………………………………………………………….. ………. 4
Capitolul I: Stadiul actual al cercetărilor despre instalatia de înlăturare chimică accelerată a
peliculelor rezistente la uzare din TiN sau TiAlN ……………………………………………………………….. 4
1.1 Reprezentarea 3D a instalației …………………………………………………………….. …………….. …..9
1.2 Reprez entarea 2D a componentelor instalației ………………………. ……………………….. …….. 10
1.3 Avantaje / Dezavantaje …………………………………….. ………………………………………………… 13
1.4 Scopul invenției ………………………………………………………………………………………………….. 14
Capitolul 2: Prelucrări mecanice prin așchie re………………………………………………………………….. 15
2.1 Scule așchietoare ………………………………………………………….. …………………………………….. 15
2.1.1 Oțelurile nealiate ……………….. ……………………………………………………………………….. 16
2.1.2 Oțeluri aliate ………………………………………………………………………………………………… 16
2.2 Oțeluri rapide pen tru scule ……………………………………………….. ………………………………….. 17
Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale ……………………………………………………….. 20
3.1 Procesele fizico -chimice care stau la baza tratamentelor termo -chimice …………………….. 20
3.2 Nitrurarea ……………. …………………………………………………………………………………………….. 27
3.3 Titanizarea…. ……………………………………………………………………………………………………… 28
3.3.1 Titanizarea în vid …………………………………………………………………………. …………….. 31
3.3.2 Descărca rea electrică în gaze rarefiate…………………………………………………. …………. 31
3.3.3 Nitrurarea în plasmă ………………………………………………………………………… …………. 34
Capitolul 4 : Depunerea straturilor subțiri din faza de vapori ……………………………………………… 37
4.1 Aplicații industriale ………………………………………………………………………………… ………….. 37
4.2 Depune rea prin procedee fizice – PVD …………………………………………………………….. …..37
4.2.1 Straturi rezistente la uzare realizate prin tehnologii PVD ………………………………….. 40
4.3 Depunere chimică din vapori asistată de plasmă – PACVD …………………………………….. 43
Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic ……………………………………………………………………. 46
5.1 Descrierea locului de muncă ………………………………………………………………………… ………. 46
5.1.1 Elementele componente ale sistemului de muncă evaluat …………………………………… 46
5.2 Lista de identificare a factorilor de risc profesional ………………………………………………… 48
5.2.1 Fișa de evaluare a locului de muncă ………………………………………………………………… 50
5.2.2 Reprezentarea grafică a nivelelor de risc parțial corespunzător fiecărui factor de
risc………………………………………… …………………………………………………………………………………….. 56
5.2.3 Interpretarea rezultatelor evaluării riscurilor de accidentare și îmbolnăvire
profesională ……………………………………….. ………………………………………………………………………. 56
5.2.4 Reprezentarea grafica a ponderii componentelor sistemului de muncă ………………… 57
5.3 Lista de măsuri propuse ………………………….. …………………………………………………………… 57
5.3.1 Fișa de măsuri propuse …………………………………………………………………………………. 58
Concluzii ………………………………… ……………………………………………………………………………………. 61
Bibliografie …………………………………………………………………………………………………………….. …….62

Capitolul I: Stadiul actual al cercetărilor despre instalatia de înlăturare chimică accelerată a
peliculelor rezistente la uzare din TiN sau TiAlN

– 4 –
Introducere
Titlul prezentei lucră ri < Instalați a de înlăturare chimică accelerată a peliculelor rezistente
la uzare din TiN sau TiAlN ; Identificarea ș i Evaluarea factorilor de risc profesional
pentru locu l de muncă : Tratamentist Termo -Chimic > aparține domeniului Științei și
Ingineriei Materialelor , mai exact unei ramuri relativ nou apărute , aceea a Ingineriei Securități i
în Industrie. Principalul obiectiv fiind : dezvoltarea domeniului industrial <Inginerie Industrială>
și creșterea nivelulu i de siguranță a omului <Ingineria Securității> ,dispunând de o gamă foarte
largă de tehnologii și metode pentru îndeplinirea obiectivului.

Capitolul I: Stadiul actual al cer cetărilor despre instalatia de
înlăturare chimică accelerată a peliculelor reziste nte la uzare din
TiN sau TiAlN

Invenția se referă la o metodă și o instalație de î nlătur are chimică accelerată a crustei ceramice
degradate compusă din nitruri TiN sau TiAlN , de pe suprafețele pieselor destinate
recondiționării prin depunerea unui nou strat rezistent la uzare. Procesul de înlăturare chimică a
peliculei de nitruri se desfășoară în mediu lichid în care sunt generate oscilații mecanice cu
frecvență și amplitudine reglabile .
Pentru sporir ea durabilității unor produse intens solicitate la uzare (ex. scule așchietoare,
matrițe , instrumente chirurgicale, arbori etc.), pe suprafața acestora se depune o peliculă
ceramică de TiN sau TiAlN. Stratul antiuzură poate fi depus prin diverse procedee tehnologice:
CVD (Chemical Vapour Deposition), PVD (Physical Vapour Deposition) sau în plasmă,
rezultând pelicule cu diverse compoziții chimice, grosime de 5…15 microni și o duritate de peste
1000 HV.
În timpul exploatării, stratul rezistent la uzare se erodează neuniform și astfel se produc
modificări dimensionale inaccept abile, sau local se produce eliminarea totală a stratului, lucru
care determină afectarea integrită ții materialului de bază. Pentru prelungirea duratei de utilizare a
pieselor, perio dic este necesară eliminarea peliculei ceramice degradate, urmată de depunerea
unui nou strat rezistente la uzare.
Din literatura de specialitate sunt cunoscute diverse metode de îndepărtare a stratului ceramic
pe bază de TiN sau TiAlN. Înlăturarea stra tului poate fi realizată printr -un procedeu chimic,
electrochimic, laser sau plasmă.
Confo rm invenției , în instalația propusă pentru această lucrare , pot fi utilizate diverse rețete
de soluții care sunt folosite în mod curent pentru eliminarea peli culelor pe bază de TiN sau

Capitolul I: Stadiul actual al cercetărilor despre instalatia de înlăturare chimică accelerată a
peliculelor rezistente la uzare din TiN sau TiAlN

– 5 –
TiAlN , rețete în componența cărora intră substanțe chimice comerciale. Prin generarea în baia
de lucru a unor unde mecanice , sunt accelerate reacțiile chimice care conduc la dizolvarea mult
mai rapidă a stratului de nitruri. Ex perimentele efectuate au arătat că în prezența câmpului de
oscilații mecanice , timpul necesar înlăturării peliculei de TiN de pe suprafața sculelor
așchietoare din oțel rapid , se reduce de la 3…4 ore , 1a 15…20 minute.
În urma exper imentelor efectuate a fost trasă concluzia că activarea reacțiilor chimice este
maximă atunci când în mediul de lucru sunt generate oscilații care au frecvența egală cu cea
proprie a piesel or imersate în soluția lichidă . În cazul în care piesele nu sun t suspendate în
mediul de lucru ci se află vrac într -un coș , atunci efectele maxime sunt înregistrate la frevența
de rezonanță a ansamblului coș – piese sau pe o frecvență corespunzătoare unei armonici
superioare. Alegerea frecvenței optime este determinată de for mă , masă și numărul pieselor.
Pentru generarea în mediul de lucru a unor unde mecanice de frecvență și amplitudine reglabile,
este utilizat un sistem electronic format dintr -un generator de semnal de joasă frecvență,
amplificator de putere și excitator el ectrodinamic.
Reacțiile de descompunere a stratului de nitruri sunt exoterme. În condițiile în care aceste
reacții se desfășoară în prezența unui câmp de oscilații mecanice, căldura degajată conduce la
creșterea pronunțată a temperaturii mediului de luc ru și astfel este depășită temperatura optimă
de procesare. Pentru majoritatea rețetelor chimice utilizate în mod curent ca mediu de lucru,
temperatura soluției lichide este de 70…80 ⁰C. La temperaturi mai reduse activitatea chimică este
mică, iar la dep ășirea acestui interval de temperaturi, mediul de lucru se degradează.
La instalațiile utilizate în prezent nu apare pericolul supraîncălzirii deoarece reacțiile se
desfășoară lent în timp, iar căldura provenită din reacții este degajată prin conducție și convecție
în mediul înconjurător. Aceste instalații sunt prevăzute doar cu un sistem de încălzire și
menținere a temperaturii incintei de procesare și nu necesită și un sistem de răcire.
În condițiile în care sub acțiunea câmpului de oscilații mecan ice, reacțiile chimice sunt
accelerate, apare riscul supraîncălzirii și degradării soluției chimice utilizate. Pentru prevenirea
acestui risc, instalația conform prezentei invenții este prevăzută cu un sistem de termoreglare.
Acesta are în componență un în călzitor electric rezistiv, precum și o serpentină de răcire prin
care în caz de necesitate circulă apă, asigurându -se astfel funcționar ea în limitele temperaturilor
impuse.
Deoarece în prezența oscilațiilor mecanice se produce o intensificare a reacții lor chimice, la un
moment dat la suprafața băii se produce spumarea soluției utilizate ca mediu de lucru. Pentru
prevenirea deversării în exterior a spumei formate, instalația conform invenției are prevăzută pe
circumferința cuvei, o hotă exhaustoare care la partea inferioară este prevăzută cu un jghiab în

Capitolul I: Stadiul actual al cercetărilor despre instalatia de înlăturare chimică accelerată a
peliculelor rezistente la uzare din TiN sau TiAlN

– 6 –
care se colectează și se răcește spuma. Prin răcire, spuma se transformă în lichid, iar acesta se
scurge înapoi în baie.
Hota cu jg hiabul de colectare a spumei are și rolul de exhaustare a gazelor și vaporilor care se
degaje la suprafața lichidului. Această hotă cu jghiab est e plasată de jur împrejur și este pusă în
legătură cu o turbină de aspirație. Prin fanta de deschidere a hotei se as igură aspirația gazelor și
vaporilor, împreună cu aerul din medi ul ambiant. Vaporii și spuma colectate, în contact cu aerul
rece se transformă în lichid, iar acesta se scurge înapoi în baie.
În următoarele lucrări sunt descrise și analizate pe larg diferite procedee de înlăturare chimică
a stratului ceramic reziste nt la uzare, prin utilizarea unor soluții lichide cu diverse compoziții
chimice:
– Bonacchi D. Chemical stripping of ceramic films of titanium aluminum nitride from
hard metal substrates. Surface and Coatings Technology, 2003. 165: pg. 35 -39 . [1]
– Bastien S. Selective chemical stripping of thin film coatings using hydrogen peroxide and
potassium oxalate. McGill University, Thesis, 2011 . [2]
– Rabib C . Selective wet chemical etching of erosion resistant coatings from titanium alloy
substrates. Thesis, Depar tment of Chemical Engineering McGill University Mont real,
Quebec, Canada, 2013 . [3]
Referitor la eliminarea chimică a stratului ceramic format din nitruri de titan, au fost analizate
mai multe brevete de invenție:
– WO 2013101907 A1, Compositions and methods for selec tively etching titanium nitride.
[4]
– US 20070087580 A1, Composition for removing an insulation material, method of
removing an insulation layer and method of recycling a substrate using the same . [5]
– US 20090017636 A1, Titanium nitride -stripping liquid, and method for stripping
titanium nitride coating film . [6]
– KP 1019960079325, Titanium nit ride coating laser stripper . [7]
În aceste brevete de invenție sunt revendicate diferite compoziții chimice și diferite
intervale de temperaturi optime ale mediilor de lucru utilizate pentru eliminarea stratului
ceramic. In general, soluțiile utilizate au la bază apa oxigenată în care sunt adăugate diverse
combinații de substanțe chimice. Prin utilizarea diverselor medii lichide de lucru, se realiz ează o
curățare corespunzătoare a suprafețelor, dar timpul în care se desfășoară proce sul este foarte
lung, respectiv 3…5 h.
Cu scopul reducerii timpului de procesare au fost dezvoltate și brevetate alte procedee,
respectiv procedeul electrochimic, laser sau plasmă.

Capitolul I: Stadiul actual al cercetărilor despre instalatia de înlăturare chimică accelerată a
peliculelor rezistente la uzare din TiN sau TiAlN

– 7 –
Următoarele invenții se referă la eliminarea stratului de nitruri, prin aplicarea unor procedee
electrochimice:
– US 6531049 B1, 2003, Method of removing Ti film and apparatus .[8]
– WO 2008138301 A1, Verfahren zur Entschichtung eines Bau teils .[9]
– US 20110256807 A1 , Method for stripping nitride coatings .[10]
– WO 2011130135 A3, Method for stripping nitride coatings .[11]
Aplicarea procedeelor electrochimice prezintă dezavantajul că în timpul procesării se
manifestă inclusiv fenomenul de dizolvare anodică, care afectează materialul de bază pe care este
depus stratul ceramic. Acest lucru este inacceptabil în cazul produselor care necesită o precizie
ridicată de dimensiuni și formă.
Reducerea timpului de eliminare a stratului ceramic poate fi realizată și prin aplicarea
tehnologiei laser:
– S. Marimuthu , A.M.Kamara, D.Whitehead, P.Mativenga, L.Li, Laser removal of TiN
coatings from WC micro -tools and in -process monitoring, Optics & Laser Techn ology 42
(2010), pg. 1233 –1239 . [12]
– EP 03 88749 B1, 1995, Verfahren zum Entfernen von Titannitrid . [13]
Procesul de eliminare a stratului se bazează pe efec tul de ablație produs de fascicu lul
laser. Fasciculul emis determină o încălzire puternică atât a stratului depus, cât și a suprafeței
materialului de bază. Prin încălzirea la temperaturi înalte a materialului de bază este afectată
microstructura și implicit caracteristicile fizico -mecanice ale acestuia.
În continuare se prezintă un exemplu de realizare a invenției cu referire la figura 1.1

Fig.1. 1 Exemplu de realizare a instalației de înlătur are chimică accelerată a peliculelor rezistente
la uzare din TiN sau TiAlN

Capitolul I: Stadiul actual al cercetărilor despre instalatia de înlăturare chimică accelerată a
peliculelor rezistente la uzare din TiN sau TiAlN

– 8 –

1-Cuvă 2-Termoizolație
3-Coș pentru piese 4-Piese
5-Soluția lichidă 6-Conductă de evacuare a mediului de lucru
7-Hotă de exhaustare cu jghiab 8-Turbină de aspirație
9-Conductă de evacuare a gazelor 10-Spumă
11-Canale de scurgere a spumei lichefiate 12-Sistem de termoreglare
13-Senzor de temperatură 14-Rezistență de încălzire
15-Serpentină pentru racier 16-Circuitul apei de răcire
17-Generator de semnal de joasă frecvență 18-Amplificator de putere
19-Excitator electrodinamic 20-Membrană elastică
21-Răcitor
Conform invenției, instalația are în componență cuva 1, căptușită în exterior cu termoizolația
2.În cuva instalației se introduce coșul 3 în care sunt depuse piesele 4, precum și soluția lichidă
5, utilizată pentru desfășurarea procesului de eliminare a pe liculei ceramice existentă pe
suprafața pieselor. La sfârșitul procesului, mediul de lucru inactivat, precum și precipitatele
rezultate în urma reacțiilor, sunt evacuate prin conducta 6.
La partea superioară a cuvei se află hota exhaustoare cu jghiab 7, care aspiră aer rece împreună
cu gazele și vaporii de la suprafața lichidului, cu ajutorul turbinei de aspirație 8, iar după
condensarea vaporilor pe suprafața interioară a hotei, gazele rămase sunt evacuate prin conducta
9. Spuma 10 care poate rezulta în urma reacțiilor chimice și care ajunge în jghiabul hotei, prin
răcire se lichefiază, iar lichidul rezultat, împreună cu lichidul format prin condensarea vapor ilor
aspirați, se scurg înapoi î n cuvă prin canalele de scurgere 11.
Păstrarea temperaturii î n limitele impuse de procesul tehnologic, se realizează cu ajutorul
sistemului de termoreglare 12, care are în componență senzorul de temperatură 13 care comandă
încălzirea soluției prin activarea rezistenței de încălzire 14, sau răcirea soluției prin acce ptarea
curgerii apei de răcire prin serpentina 15, care este racordată la circuitul de răcire 16.
Undele mecanice a căror frecvență și amplitudine poate fi reglată, se propagă prin mediul
lichid și prin piese, accelerând reacțiile chimice. Undele sunt generate de sistemul format din
generatorul de semnal de joasă frecvență 17, amplificatorul de putere 18 și excitatorul
electrodinamic 19, care acționează asupra membranei elastice 20. Pentru protecția împotriva
încălzirii prin conducție a excitatorului 19 este utilizat sistemul de răcire 21, care este livrat la
cerere de către producătorul excitatorului.

Capitolul I: Stadiul actual al cercetărilor despre instalatia de înlăturare chimică accelerată a
peliculelor rezistente la uzare din TiN sau TiAlN

– 9 –
Invenția se referă la o metodă și o instalație de înlăturare chimică accelerată a crustei ceramice
degradate din TiN sau TiAlN, de pe suprafețele prod uselor destinate recondiționării prin
depunerea unui nou strat rezistent la uzare. Procesul de înlăturare chimică a peliculei de nitruri se
desfășoară într -un mediu de lichid (5) în care sunt generate oscilații mecanice cu frecvență și
amplitudine reglabil e, produse de un sistem compus dintr -un generator de semnal de joasă
frecvență (17), amplificator de putere (18) și un excitator electrodinamic (19) care acționează
asupra unei membrane elastice (20), fixată pe cuva (1) în care se desfășoară procesul. Men ținerea
temperaturii de lucru se realizează cu ajutorul unui sistem de termoreglare (12) care are în
componență un senzor de temperatură (!3), o rezistență electrică de încălzire (14) și o serpentină
pentru apa de răcire (15). Instalația este prevăzută cu o hotă cu jghiab de colectare (7) care
asigură aspirarea și condensarea vaporilor și a spumei care se formează la suprafața băii, iar
lichidul rezultat se scurge înapoi în cuvă.
1.1Reprezentarea 3D a instalației

Fig.1 .2 Reprezentarea 3D a instalației

Capitolul I: Stadiul actual al cercetărilor despre instalatia de înlăturare chimică accelerată a
peliculelor rezistente la uzare din TiN sau TiAlN

– 10 –

1.2 Reprezentarea 2 D a componentelor instalației
Fig.1 .3 Masa instalației

Fig.1 .4 Cuva instalației

Capitolul I: Stadiul actual al cercetărilor despre instalatia de înlăturare chimică accelerată a
peliculelor rezistente la uzare din TiN sau TiAlN

– 11 –

Fig.1 .5 Membrană flexibilă

Fig.1 .6 Senzor de temperatură

Capitolul I: Stadiul actual al cercetărilor despre instalatia de înlăturare chimică accelerată a
peliculelor rezistente la uzare din TiN sau TiAlN

– 12 –

Fig.1 .7 Serpentină

Fig.1 .8 Element încălzitor

Fig.1 .9 Valvă

Capitolul I: Stadiul actual al cercetărilor despre instalatia de înlăturare chimică accelerată a
peliculelor rezistente la uzare din TiN sau TiAlN

– 13 –

Fig.1 .10 Reducție

1.3 Avantaje / Dezavantaje
Avantajele aplicări i invenției constau în:
– reducerea substanțială a timpului de operare;
– reducerea noxelor;
– recuperarea pierderilor produsă prin vapori și spumă;
– neafectarea dimensională, a microstructurii și caracteristicilor fizico -mecanice ale
materialului de bază.
– crește productivitatea prin reducerea timpului de lucru de la 3…5 ore, la 15…20 minute,
prin accelerarea reacțiilor chimice în câmp de oscilații mecanice cu frecvență și
amplitudine reglabile;
– sistemul de termostatare asigură atât încălzirea cât și răcirea mediului de lucru,
menținând temperatura în limite le optime impuse, fiind împiedicată supraîncălzirea;
– pot fi utilizate medii de lucru cu compoziție chimică consacrată;
– prin accelerarea reacțiilor, la un moment dat la suprafața mediului de lucru se formează o
spumă care este colectată și răcită, transform ându -se în lichid care se scurge înapoi în
baie;
– prin aspirarea gazelor și vaporilor care se formează la suprafața băii, se asigură un mediu
curat de lucru.
Dezavantajele pe care le prezintă actualele metode de eliminare a straului ceramic pe bază de
TiN s au TiAlN sunt:
– la procedeul chimic: productivitate redusă, durata de 3…5 h;
– la procedeul electrochimic: afectarea materialului de bază prin dizolvare anodică;

Capitolul I: Stadiul actual al cercetărilor despre instalatia de înlăturare chimică accelerată a
peliculelor rezistente la uzare din TiN sau TiAlN

– 14 –
la procedeele laser sau plasmă: modificări dimensionale, microstructurale precum și ale
proprietăților materialului de bază.

1.4 Scopul invenției
Scopul invenției este acela de a înlătura dezavantajele semnalate, prin aplicarea unei metode
chimice de eliminare a stratului ceramic uzat, la care procesele sunt accelerat prin generarea în
soluția lichidă utilizată ca mediu de lucru, a unor unde mecanic e de frecvență și amplitudine,
reglabile.

Capitolul 2: Prelucrări mecanice prin așchiere

– 15 –
Capitolul 2: Prelucrări mecanice prin așchiere
Termenul de prelucrare este folosit pentru a descrie o varietate de procese de îndepărtare a
materialului, în care un instrument de tăiere elimină materialul nedorit de pe un semifabricat, cu
scopul obținerii unei piese cu forma dorită. Semifabricatul dest inat prelucrării este de obicei
debitat din produse laminate sub formă de bare, table, profile, țevi , sau este obținut prin turnare
sau matrițare. Prelucrarea include o varietate de procese prin care este eliminat surplusul de
material de pe un semifabric at. Procesele convenționale de îndepărtare a materialului sunt cele
care separă mecanic fragmente mici de material sub formă de așchii, cu ajutorul unor scule
specializate. Procesele neconvenționale de prelucrare pot utiliza mijloace chimice sau termice de
îndepărtare a surplusului de material.
Pentru aplicarea proceselor convenționale de prelucrare sunt utilizate scule așchietoare (de
tăiere) sau scule abrazive. Fiecare proces de prelucrare este unic definit prin tipul sculei de tăiere
utilizat și de mișcarea relativă a sculei față de piesa de prelucrat. În cadrul unui proces de
fabricație, pot fi folosite succesiv diverse scule și mișcări relative ale acestora. Succesiunea
operațiilor trebuie atent planificată pentru a realiza forma produsului finit, în condiții de eficiență
economică.
Metodele de îndepărtate a surplusului de material sunt:
– cu scule așchietoare: strunjire, frezare, raborare, mortezare, găurire, broșare;
– cu materiale abrazive: rectificare, honuire, rodare, cu jet abraziv, cu ultrasunete;
– cu mijloace chimice sau electrochimice;
– prin procedee termice, tăiere sau cu fascicul de radiații.
2.1 Scule așchietoare
Materialele folosite la confecționarea sculelor așchietoare trebuie să posede următoarele
proprietăți:
– duritate superioară materialului prelucrat, cu cel puțin câteva unități HRC;
– rezistență mecanică suficientă pentru a suporta solicitările complexe de așchiere;
– tenacitate bună pentru a suporta solicitările dinamice cu șoc care se manifestă în
timpul prelucrării, ev itându -se astfel știrbiri ale muchiilor așchietoare;
– stabilitate termică ridicată, manifestată prin păstrarea capacității de așchiere la
temperaturi înalte;
– prelucrabilitate bună, înțelegând prin aceasta o comportare corespunzătoare în timpul
fabricării sculelor prin deformare plastică, așchiere și tratament termic;

Capitolul 2: Prelucrări mecanice prin așchiere

– 16 –
– economicitate, ceea ce presupune fabricarea cu un costul scăzut și o durabilitate
ridicată.
2.1.1 Oțelurile nealiate
Pentru scule (C70U….C100U) au un conținut de 0,6…1,1%C. Pentru realzarea unei durități
corespunzătoare, sculele executate din aceste oțeluri se călesc, iar pentru reducerea fragilității
se supun unei reveniri joase. Duritatea rezultată este de 58…62 HRC
Principalele avantaje ale sculelor din oțeluri nealiate sunt:
– costul scăzut;
– duritate suficient de mare după tratamentul termic final;
– miez te nace (adâncime de călire mică).;
Dezavantaje le sunt :
– duritatea se păstrează numai până temperaturi de 200 – 250⁰C;
– sculele pot folosite numai la viteze de așchiere mici;
– deformabilitatea ridicată la operațiile de tratament termic;
Sculele executate din oțeluri nealiate sunt în general utilizate pentru operazii de prelucrare cu
viteze mici, acționate manual (filiere, tarozi, alezoare, etc), precum și unelte de mână (dălți,
poansoane, etc).
2.1.2 Oțeluri aliate
Pentru scule au un conținut de carbon, de 0,8 -2,2%, precum și o serie de elemente de aliere ca:
wolfram, crom, vanadiu, nichel, molibden, mangan etc. Prezența acestor elemente îmbunătățește
calitatea oțelurilor deteminând ridicarea rezistenței la uzare, la compresiune, a rezistenței termice
și a călibilității .
Structura acestor oțeluri prezintă o granulație fină, iar car burile libere ale elementeor de aliere
contribuie la mărirea durității și a rezistenț ei la uzare:
– cu sculele executate din aceste oțeluri se pot executa prelucrări cu viteze de așchiere
de 30…35 m / min, fără a se depăși în zona de așchiere temperaturi d e 350…4000C.
Aceste oțeluri sunt mai greu așchiabile decât oțelurile nealiate, dar în schimb se
comportă mai bine la tratament termic Din astfel de oțeluri se execută scule mai
intens solicitate mecanic și termic: broșe, filiere, tarozi, alezoare, dar și scule pentru
prelucrări prin deformare plastică.
– oțeluri rapide. Acestea sunt oțeluri înalt aliate cu un conținut de 0,8…1,4%C,
6…18%W, 3,8…4,5%Cr, 1…4%V. Elementele de aliere împreună cu carbonul
formează carburi care au o duritate foarte ridicat ă, pe care o păstrează până la

Capitolul 2: Prelucrări mecanice prin așchiere

– 17 –
temperaturi înalte. Sculele executate din oțeluri rapide își păstrează proprietățile de
așchiere până la temperatura de 550 ⁰C, fapt care permite prelucrări cu viteze de
așchiere mari. O creștere substanțială a durabilității s cule din oțel rapid poate fi
obținută prin aplicarea tratamentului clasic de călire și reveniri multiple, suplimentar
a unor tratamente termochimice. Prin aplica rea unor astfel de tratamente de inginerie
a suprafeței, durabilitatea sculelor crește substanial.
– plăcuțe din carburi metalice. Acestea au în componența lor carburi de wolfram, crom,
titan, tantal, legate prin sinterizare cu ajutorul cobaltului sau altor materiale cu rol de
liant. Datorită durității mari (68…75HRC) pe care o păstrează pân ă la cca. 700 ⁰C,
plăcuțele din carburi metalice sunt utilizate pentru prelucrări cu viteze de de așchiere
duble față de cele permise de oțelurile rapide. Au însă dezavantajul că datorită
fragilității nu pot fi utilizate în cazul prelucrărilor cu șocuri.
2.2 Oțeluri rapide pentru scule
Tab. 2.1 Oțeluri rapide – recomandări de utilizare
Simbol Nr.mat. Exemple de utilizare
HS12 -1-4-5 1.3202 Scule de degroșare, pt.prelucrarea materialelor cu duritate ridicată
HS10 -4-3-10 1.3207 Cuțite de strunjire eboș și finisare, în special pt. prelucrări pe mașini
automate, unde se impune o productivitate ridicată
HS6-5-2-5 1.3243 Scule cu profil, burghie, freze de productivitate mare, scule cu
tenacitate ridicată pt. eboșare
HS7-4-2-5 1.3246 Burghie, freze, alezoare, zencuitoare, pt. materiale cu rezistente
HS2-10-1-8 1.3247 Freze pt. matrițe și gravură, cuțite pt. mașini automate
HS2-9-2-8 1.3249 Scule de înaltă productivitate și puternic solicitate, freze melc, freze
profilate, burghie
HS18 -1-2-5 1.3255 Scule cu t enacitate și capacitate de așchiere mare, pt. prelucrări
grele
HS18 -1-2-15 1.3257 Scule pentru cele mai grele operații de prelucrare
HS18 -1-2-10 1.3265 Cuțite de strung și freze, rezistente la temperaturi înalte
HS12 -1-4 1.3302 Scule de mare productivitate – este necesară o răcire bună
HS12 -1-2 1.3318 Burghie, alezoare, freze, cuțite de strung pt. oțel

Capitolul 2: Prelucrări mecanice prin așchiere

– 18 –
HS3-3-2 1.1333 Burghie, alezoare, freze, cuțite de strung pt. oțel
HS6-5-2 1.3343 Burghie, tarozi, alezoare, freze, cuțite pt. strung și morteză
HS6-5-3 1.3344 Burghie, tarozi, alezoare, freze, cuțite pt. strung și morteză
HS2-9-1 1.3346 Burghie, tarozi, alezoare, freze, cuțite pt. strung și morteză
HS2-9-2 1.3348 Burghie, tarozi, alezoare, freze, cuțite pt. strung și morteză
HS18 -0-1 1.3355 Burghie, tarozi, alezoare, freze, cuțite pt. strung și morteză

Tab. 2.2 Oțeluri rapide – tratamente termice aplicate

Simbol
Nr.mat
.
Înmuiere
⁰C Călire
Revenire
⁰C
HRC
final Preînc. T I T II T final
⁰C ⁰C ⁰C ⁰C
HS12 -1-4-5 1.3202 780-810 450-600 850 1050 1250 -1260 560-580 65
HS10 -4-3-10 1.3207 800-830 450-600 850 1050 1210 -1250 550-570 65
HS6-5-2-5 1.3243 780-820 450-600 850 1050 1210 -1250 550-570 64
HS7-4-2-5 1.3246 770-840 450-600 850 1050 1180 -1220 540-570 64
HS2-10-1-8 1.3247 770-820 450-600 850 1050 1180 -1210 510-540 67
HS2-9-2-8 1.3249 790-820 450-600 850 1050 1190 -1230 550-570 64
HS18 -1-2-5 1.3255 820-850 450-600 850 1050 1260 -1300 560-580 64
HS18 -1-2-15 1.3257 820-850 450-600 850 1050 1260 -1300 560-580 64
HS18 -1-2-10 1.3265 820-850 450-600 850 1050 1260 -1300 560-580 64
HS12 -1-4 1.3302 780-810 450-600 850 1050 1220 -1260 560-580 65
HS12 -1-2 1.3318 780-810 450-600 850 1050 1230 -1270 550-570 64
HS3-3-2 1.1333 760-790 450-600 850 1050 1180 -1220 530-550 64
HS6-5-2 1.3343 790-820 450-600 850 1050 1200 -1240 540-560 64
HS6-5-3 1.3344 770-820 450-600 850 1050 1200 -1240 550-570 64
HS2-9-1 1.3346 790-820 450-600 850 1050 1180 -1220 530-550 64

Capitolul 2: Prelucrări mecanice prin așchiere

– 19 –
HS2-9-2 1.3348 780-810 450-600 850 1050 1190 -1230 540-560 64
HS18 -0-1 1.3355 820-850 450-600 850 1050 1250 -1290 550-570 64
Pentru o durificare maximă sculele din oțel rapid acestea sunt supuse tratamentului termic de
călire și de reveniri multiple (ex. oțelul: STAS -Rp3, EN -HS 18 -0-1 ). Incălzirea pentru călire se
efectuează în trepte pentru a fi evitată fisurarea. Datorită conductibilității termice reduse a
oțelurilor înalt aliate, la o viteză mare de încălzire, între miezul și suprafața sculei (piesei) sunt
generate tensiuni produse de dilatarea neuniformă și rapi dă a materialului. Astfel apar tensiuni
periculoase care pot provoca fisurarea materialului ..
Fig. 2.1 Ciclograma tratamentului termic final aplic at oțelurilor rapide

Carburile primare existente în semifabricatul livrat de producătorul oțelului (stare recoaptă –
duritate mică), nu trebuie să se dizolve în totalitate în timpul menținerii la temperatura maximă
de încălzire. Dacă timpul de menținere la temperatura finală e ste prea lung, atunci prin
dizolvarea avansată a carburilor se produce supra -alierea austenitei, fapt care va genera în final
obținerea unui conținut ridicat de austenită reziduală.
Prezența austenitei reziduale determină scăderea durității, respectiv a durabilității sculei.
Duritatea minimă impusă după călire este de 58…60 HRC. Pentru obținerea unei durități mai
ridicate este necesară transformarea austenitei reziduale in martensită prin aplicarea unor reveniri
multiple la 550…580oC, sau prin călire in medii refrigerente ( sub 0°C ).
Pentru sporirea durabilității sculelor din oțel rapid, după călire pot fi aplicate suplimentar, alte
tratamente temochimice care se vor desfășura la o temperatuă mai redusă decât cea la care s -au
efectuat revenirile.

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 20 –
Capitolul 3 : Tratamente termo chimice convenționale [14]
3.1 Procesele fizico -chimice care stau la baza tratamentelor termo –
chimice
Piesele care urmeaz ă a fi supuse tratamentelor termochimice, se introduc într -un spațiu închis
în care se introduce și un mediu activ (solid, lichid sau gazos), în scopul punerii în libertate în
urma unor reacții chimice a unor atomi activi, ai elementului cu care se urmărește îmbogățirea
suprafeței piesei. În timpul tratamentelor termochimice au loc trei procese principale: disocierea,
adsorbția și difuzia.
Disocierea constă din descompunerea moleculelor unor anumiți compuși ai mediului utilizat și
eliberarea în urma acestei descompune ri a unor atomi activi capabili de a fi adsorbiți la suprafața
piesei și apoi de a difuza înspre interiorul acesteia.
Pentru a caracteriza cantitativ m ăsura în care s -a produs disocierea, se folosește noțiunea de
grad de disociere, care reprezintă rapor tul dintre numărul de molecule disociate și numărul total
de molecule din mediul dat. Gradul de disociere este determinat de parametrii tehnologici ca:
temperatura, presiunea de lucru, prezența unor catalizatori, mărimea șarjei etc.
Atomii activi ob ținuți în urma disocierii suferă în continuare fenomenul de adsorbție la suprafața
pieselor metalice.
Adsorb ția este procesul prin care atomii activi sunt atrași de către suprafața pieselor care
urmează a fi tratate termochimic. Acest proces are loc la limita de separație dintre faza lichidă
sau gazoasă și suprafața metalului și este influențat atât de factori care țin de suprafața metalului
(compoziție chimică, natura, suprafe ței, geometrie etc.) cât și de factori care țin de compoziția
chimică a mediului, fel ul atomilor activi și de parametri la care se desfășoară procesul
(temperatură, presiune). De la suprafața piesei, atomii adsorbiți încep un proces de migrare spre
interiorul piesei (fig.2).
Fig.3 .1 Principiul desfășurării tratamentelor termochimice

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 21 –
Difuzia reprezintă procesul de migrare al atomilor adsorbi ți, de la suprafață spre miezul
pieselor supuse tratamentului termochimic. Difuzia este facilitată de vibrațiile atomilor din
rețeaua cristalină a materialului metaric, frecvență care este de ordinul 1013 Hz. Încălizirea
pieselor determină creșterea amplitudinii vibrațiilor atomilor și prin aceasta sunt create condiții
de formare a unui număr foarte mare de defecte punctiforme, de tipul vacanțelor. Creșterea
numă rului de vacanțelor este justificată prin dilatarea volumică a corpurilor încălzite, respectiv
prin scăderea densității. Prezența unui număr mare de vacanțe favorizează atât procesele de
autodifuzie a atomilor din rețeaua cristalină, cât și deplasarea atom ilor interstițiali.
Pentru descrierea și explicarea fenomenelor care au loc la difuzie, se folosesc legile lui Fick.
Expresia matematică a primei legi a lui Fick se referă la cantitatea de substanță ce difuzează într –
un corp solid cristalin izotrop. Pro cesul de difuzie este considerat ca un flux continuu de atomi
sau ioni pe suprafața (dm), printr -un strat izotrop de o anumită grosime (dx), cu secțiunea
transversală (ds), într -un interval de timp (dt). Cu (dC) este notată variația concentrației.
Expr esia primei legi a lui Fick este:

(1)
Conform primei legi, cantitatea de substan ță care difuzează este direct proporțională cu
gradientul de concentrație în direcția difuziei (dC/dx) , cu suprafața secțiunii transversale (dS) și
cu timpul (dt). S-a notat cu D factorul de proporționalitate care a primit denumirea de coeficient
de difuzie. Acesta reprezintă cantitatea de substan ță difuzată într -o secundă, printr -o suprafață de
1 m2 , la o variație a concentrației, egală cu unitatea. Coeficientul de difuzie se exprimă în m2/s,
semnul minus arătând că difuzia este însoțită de deplasarea atomilor dinspre porțiunile mai
bogate în substanța respectivă, spre porțiunile mai sărace.
Prima lege a lui Fick este valabil ă pentru cazul în care concentrația în orice punct, nu variază în
timp (starea staționară).
A doua lege a lui Fick descrie cazul unui flux nesta ționar când concentrația, în orice punct
variază în timp. În cazul în care coeficientul de difuzie D nu depinde de co ncentrație, a doua lege
a lui Fick are forma:

(2)
Prin cercet ări experimentale s -a stabilit că Între temperatură și coeficientul de difuzie D există
o dependență, redată de ecuația:

(3)

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 22 –
unde : Do – este un factor influențat de tipul re țelei cristaline, frecvența oscilațiilor atomului care
difuzează și de alți factori;
Q – energia de activare;
R – constanta gazelor perfecte;
T – temperatura la care are loc procesul de difuzie [K].
În principiu, variația coeficientului de difuzie în funcție de temperatură, este reprezentată în
figura 3.
Fig 3.2 Variația coeficientului de difuzie Fig .3.3 Influența timpului asupra
în funcție de temperatură adâncimii stratului de difuzie

Tab. 3.1 Coeficienții de difuzie ai fierului și carbonului [15]
Element Rețea D0 Energia de activare – Q Coef. de difuzie
m2/s kJ/mol eV/atom T [°C] D [m2/s]

Fe Feα -cvc 2,8×10-4 251 6,60 500 3,0×10-21
900 1,8×10-15
Feγ – cfc 5,0×10-5 284 2,94 900 1,1×10-17
1100 7,8×10-16

C în Fe α 6,2×10-7 80 0,83 500 2,4×10-12
900 1,7×10-12
în Fe γ 2,3×10-5 148 1,53 900 5,9×10-12
1100 5,3×10-11

O influență mare asupra adâncimii straturilor de difuzie obținute o au durata tratamentului
termochimic și temperatura la care el se desfășoară procesul. Cu creșterea duratei tratamentului,
intensitatea procesului de difuzie scade, datorită micșorării tre ptate a gradientului de

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 23 –
concentrație. Variația adâncimii stratului de difuzie, în funcție de durata procesului, pentru o
serie de tratamente termochimice se exprimă printr -o parabolă, care are ecuația:
(4)
unde: x – este ad âncimea stratulu i de difuzie;
t – durata procesului;
k – constant ă care depinde de natura substanței care difuzează, precum și de alți factori.
Reprezentarea grafic ă de principiu a acestei ecuații este dată în figura 3. 3.
Influența temperaturii asupra adâncimii stratului de difuzie este dată de relația :
(5)
unde: A și α sunt coeficienți experimentali;
T – temperatura în sistemul Kelvin.
Difuzia în cazul corpurilor cristaline, depinde de mai mulți factori cum ar fi: orientarea
cristalului în spațiu, fa ță de fluxul care difuzează, deformațiile rețelei cristaline, defectele
reticulare, granulație, transformările fazice, etc.
După cum s -a mai arătat, etapele principale ale unui tratament termochimic sunt: disocierea (d),
adsorbția (A) și difuzia (D). În fu ncție de raporturile existente între aceste trei procese de bază
pot să apară diferite situații:
– în cazul în care d < A, numărul de atomi activi fiind prea mic, nu se obține o
îmbogățire suficientă a suprafeței materialului de bază;
– în cazul în care d > A,atomii activi fiind în cantități prea mari, ei nu pot fi adsorbiți
integral și cei neadsorbiți se reunesc din nou în molecule, depunându -se pe suprafața pieselor,
ceea ce determină frânarea procesului de tratament termochimic;
– în cazul în ca re A < D, migrarea atomilor înspre interior se realizează cu o viteză care
nu poate fi compensată în procesul de adsorbție, stratul de difuzie va crește în grosime, dar
concentrația la suprafață nu va atinge valori ridicate;
– în cazul în care A > D dato rită migrării mai puțin accelerate a atomilor înspre interior,
concentrația la suprafață va atinge valoarea maximă, chiar la durate mici de menținere și la
grosimi mici ale stratului .
Pentru ca procesul de tratament termochimic s ă se producă în condiții o ptime ar trebui, în mod
teoretic, ca între cele trei etape să existe următoarea relație:
(6)

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 24 –
În practic a industrială, prin reglarea temperaturii și presiunii, și prin corelarea mediului utilizat
la îmbogățire, cu mărimea șarjei, se realizează, se optimizează și se satisface această relație, în
funcție de compoziția chimică a oțelului.
3.2 Nitrurarea
Nitrurarea este tratamentul termochimic de îmbogățire a suprafețelor cu azot. Se supun
nitrurării piese din oțeluri și fonte aliate. Se urmărește mărirea durității superficiale, a rezistenței
la uzare, la oboseală și chiar la coroziune. În raport cu cementarea, stratul nitrurat este mult mai
dur și deci mai rezistent la uzură și prezintă o stabilitate termică mai mare, duritatea înaltă
menținându -se până la temperaturi de 550…600°C.
Deși adâncimea stratului durificat prin nitrurare este mică, rezistenta la uzare a suprafetei este
mai ridicată decât în cazul carburării. Piesele nitrurate au o foarte bună capacitate de preluare a
presiunii de contact, iar rezistența la oboseală prin înc ovoiere este ridicată. Pericolul de exfoliere
și de smulgere a stratului este minim iar deformatiile pieselor tratate sunt extrem de mici.
Nitrurile de fier nu sunt însă stabile și prin ridicarea temperaturii pieselor, ele se descompun,
motiv pentru ca re nitrurarea nu este aplicată oțelurilor nealiate, ci numai celor aliate de
îmbunătățire sau scule. În stratul nitrurat al oțelurilor aliate se formează nitruri și carbonitruri
complexe care conferă suprafeței pieselor o duritate mai ridicată decât cea a martensitei și
implicit o rezistență la uzare superioară. Având în vedere că grosimea stratului nitrurat este
foarte mică, acest tratament se aplică doar pieselor finite, iar după tratament nu mai sunt admise
alte prelucrări sau tratamente termice.
Fig.3.4 Comparație între diferite procede e de durificare a suprafeței [16]

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 25 –
Tratamentul termochimic de nitrurare se aplică de regulă, oțelurilor de îmbunătățire, aliate cu
Al, Cr, Mo, V sau chiar oțelurilor de scule bogat aliate. Nitrurarea poate fi aplicată și oțelurilor
refractare și inoxidabile, rezultând astfel produse cu o rezistență ridicată la uzare fără a fi
diminuate celelalte însușiri ale acestor oțeluri.
Oțeluri de îmbunătățire special elaborate pentru executarea unor piese supuse nitrurării sunt:
34CrAl6 (1.8504), 34CrAlMo5 (1.8507), 41CrAlMo7 (1.8509), 31CrMoV9 (1.8519),
39CrMoV13 -9 (1.8503).
Înainte de nitrurare, piesele din oțeluri cu un conținut m ediu de carbon se supun tratamentului
de îmbunătățire. Îmbunătățirea constând din călire și revenire înaltă, în urma căreia rezultă un
miez de sorbită globulară fină, care conferă pieselor o tenacitate și rezistență la oboseală ridicate.
Nitrurarea poa te fi aplicată și sculelor din oțel rapid. În mod obișnuit, acestor scule li se aplică
după călire, un ciclu de trei reveniri succesive cu scopul reducerii conținutului de austenită
reziduală. Temperatura de revenire coincide cu temperatura la care poate f i efectuată nitrurarea,
astfel încât în locul celei de atreia revenire este avantajos să se efectueze o nitrurare. În aceste
condiții se dealizează o importantă creștere a durabilității sculelor.
În vederea efectuării nitrurării, piesele sunt pregătite în mod corespunzător. Suprafețele care nu
necesită nitrurarea sunt protejate prin depunerea unui strat protector, care se poate realiza prin
cuprare (0,01.. 0,02 mm), nichelare (0,03…0,05 mm) sau zincare galvanică ( 0,04… 0,05 mm), cu
mențiunea că zin carea duce la reacții între stratul de zinc și atmosferă, modificând echilibrul
acesteia. Cea mai rentabilă protecție, care e simplă și ieftină, constă într -o dublă depunere de
sticlă solubilă de cca.1 mm grosime, cu uscare la 100 °C timp de 1,5 ore. Supra fețele supuse
nitrurării trebuie să fie curate și degresate, în care scop se folosește tricloretilena.
Nitrurarea se realizează în mediu de amoniac, care la încălzire peste 270 °C începe să
disocieze. Încălzirea pieselor se face în cuptoare speciale pre văzute cu o retortă din oțel refractar
(fig.6). După introducerea pieselor în cuptorul care nu trebuie să aibă mai mult de 200 ⁰C, retorta
se inundă timp de câteva ore prin insuflare de azot. La manevrele de alimentare a incintei de
lucru cu amoniac trebuie avut în vedere că la temperaturi sub 280 °C, în prezența aerului,
amoniacul provoacă explozie.
Parametrii tehnologici principali ai nitrurării sunt temperatura și durata tratamentului. În mod
curent, temperatura de nitrurare este de 500…550 °C, ceea ce conferă atât o difuzie slabă, cât și o
solubilitate redusă a azotului în ferită (la 500 °C, circa 0,04%), motiv pentru care durata de
nitrurare este foarte mare (40…60 h). În aceste condiții, grosimea stratului nitrurat este doar de
câteva zecimi de m m (0,4…0,6 mm), în schimb duritatea statului este deosebit de ridicată (65…75
HRC).

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 26 –
Fig.3.5 Schema echipamentului de nitrurare Fig. 3.6 Cuptor de nitrurare

În timpul încălzirii și menținerii are loc disocierea amoniacului, în urma căreia rezultă în prima
fază atât hidrogen, cât și azot în stare atomică, care apoi trec în stare moleculară:
2NH 3 → 2N activ+3H 2 (7)
Gradul de disociere depinde de temperatura, presiunea, viteza de circulație a amoniacului în
cuptor, precum și de mărimea suprafețelor în contact cu atmosfera gazoasă (suprafața pieselor și
a retortei). Pentru fiecare caz dat, există un grad optim de disociere, care asigură cantitatea
maximă de azot adsorbit. La grade prea mari de disociere, difuzează în parte și hidrogenul, ceea
ce are ca efect fragilizarea stratului nitrurat. Gradul de disociere se reglează prin debitul de
amoniac introdus în cuptor.
Grosimea stratului nitrurat este influențată de temperatura la care se desfășoară nitrurarea,
durata de menținere și compoziția chimică a oțelului (fig.8 ). Duritatea stratului nitrurat este
influențată de temperatură (în raport invers), durata de încălzire și compoziția chimică a oțelului.
Fig.3.7 Influența timpului și temperaturii asupra grosimii și dur ității stratului nitrurat

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 27 –
Fig 3.8 Influența elementelor de aliere asupra grosimii și durității stratului nitrurat

Trebui remarcat faptul că difuzia atomilor de azot este influențată și de tipul rețelei cristaline al
materialului de bază. În cazul alijelor Fe -C, rețeaua feritei (CVC → k = 0,68) care are o
compactitate mai redusă permite o difuzie mai facilă decât rețeaua austenitei (CFC → k = 0,74)
care are o compactitate mai ridicată. În aceste condiții difuzia atomilor de azot se produce mai
ușor la temperaturi sub punctul critic A 1. În tabelul 3.2 sunt prezenate valorile calculate ale
coeficientului de difuzie ai azotului pentru temperaturile la care se aplică în mod obișnuit
nitrurarea.
Coeficienții de difuzie au fost calculați pentru fiecare situație, utilizând valorile teoretice
pentru difuzare ai atomilor de azot, D 0 ≈ 0.0047 cm2 / s pentru ferită și D 0 ≈ 0,0034 cm2 / s
pentru austenită și Q = 18300 cal / mol pentru ferită și Q = 34600 cal / mol pentru austenită
Tab. 3.2 Coeficienții de difuzie ai azotului în ferită și austenită [17]
Coeficientul de difuzie al azotului D [m2/s]
Temperatura [°C] în austenită în ferită
350 2,73386×10-16 4,06908×10-16
400 3,769×10-16 7,45612×10-16
450 9,32314×10-15 1,24172×10-14
500 2,6668×10-14 2,9348×10-14

3.2.1 Nitrocarburarea la temperaturi joase (530- 650°C)
La temperaturi scăzute, oțelurile prezintă o structură ferito – perlitică sau perlitică, în funcție de
conținutul de carbon. Ferita dizolvă cu precădere azotul, motiv pentru care stratul nitrocarburat
va fi îmbogățit mai mult cu azot și mai puțin cu carbon. Nitrocarburarea la temperaturi joase se
aplic ă după călire și revenire. Acest tip de tratament se aplică în special sculelor executate din
oțeluri rapide, realizându -se sporirea rezistenței la uzare, a durabilității și a capacității de
așchiere.

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 28 –
Pentru nitrocarburare, se utilizeaz ă mai ales băile pe bază de cianuri alcaline, care conțin în
mod obișnuit 30 -45% NaCN și 30 – 35% KCNO, iar restul, săruri alcaline neutr e, respectiv
cloruri și carbonați.
Principalele reac ții chimice ce au loc în aceste băi sunt:
2NaCN + O 2 ↔ 2NaCNO
4NaCNO ↔ Na 2CO 3 +2NaCN + 2N + CO (8)
2C0 → CO 2 + C activ
Utilizarea b ăilor pe bază de cianuri prezintă dezavantajele că sunt toxice și cianurile sunt săruri
deficitare. Ținând seama de aceste dezavantaje se utilizează și băile de nitrurare moale pe bază
de uree, cu compoziția: 55% CON 2H4 (uree) și 45% Na 2CO 3, pentru temperaturi de 530 –
580°C. În acest caz, cianatul de sodiu (NaCNO) se ob ține în urma reacției care are loc în baie,
între uree și carbonatul de sodiu:
2CON 2H4 + Na 2CO 3 = 2NaCNO + 2NH 3 + CO 2 + H 2O (9)
În cazul sculelor din oțeluri rapide, nitrocarburarea poate fi aplicată în locul ultimei reveniri,
realizându -se astfel o importantă creștere a durabilității. În stratul realizat sunt înregistrate
durități de 800…1000HV.
Pe suprafața pieselor tratate aderă pelicule de sare care au efect coroziv. Din acest motiv se
impune curățirea lor, lucru care se ex ecută în bazine cu apă fierbinte, unde, prin menținerea de
câteva ore, sarea se dizolvă. Spălarea finală se face în apă curgătoare.
În lipsa condițiilor de aplicare a tratamentului în băi de săruri topite, nitrocarburarea la
temperaturi joase poate fi e fectuată și în mediu solid. Scule din oțel rapid sunt împachetate în
cutii metalice, la fel ca și la cementarea în mediu solid. Amestecul granular conține mangal de
1…5 mm, în proporție de 60…70%, carbonat de sodiu 10…20% și ferocianură de potasiu sa u de
sodiu 20… 30%. Temperatura la care se efectuează tratamentul este de 550…560 °C, iar durata
este între 1.. 3 ore, în funcție de grosimea stratului, care de regulă este de 0,02 … 0,03 mm.
3.3 Titanizarea
Titanizarea este un proces de tratament termo -chimic constând din saturația cu titan, prin
intermediul difuziei, a suprafețelor aliajelor feroase, predominant oțelurilor de scule. Tratamentul
se aplică cu scopul creșterii rezistenței la uzare. În stratul titanizat al oțelurilor cu conț inut ridicat
de carbon se formează carburi de titan care determină creșterea durității până la 3000…3500 HV.
Grosimea straturilor este de 0,01…0.015 mm. Tratamentul se desfășoară la temperaturi în

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 29 –
intervalul de 950 -1100 °C, timp de până la 10 h, în atm osferă cu gaze protectoare, împachetare în
pulberi sau paste,în băi de săruri și paturi fluidizate.
Tratamentul în mediu lichid. Piesele supuse tratamentului sunt introduse într -o topitură
conținând săruri neutre NaCl + BaCl 2 (1:9) – 70 % , pulbere TiO 2 -19%, agent reducător Al +
CeCl 3 (3:1) și catalizator NaF – 7% [27]. Temperatura la care se desfășoară procesul este de 950
… 1100⁰C, timp de 4…10h. Mecanismele de disociere a sărurilor topite, adsorbția și condițiile de
difuzie a ionilor liberi în diferita materiale de bază su nt amplu descrise în lucrarea [18 ].
Titanizarea în mediu solid poate fi efectuată într -un amestec de pulberi care pun în libertate
atât atomi de titan, cât și alți atomi ca de exemplu C, N, Al, Si. Astfel, în stratul superfi cial se
formează diverși compuși chimici care conferă stratului caracteristici superioare. Avantațul
aplicării unui astfel de tratament constă în faptul că acesta se aplică și oțelurilor cu un conținut de
carbon mai redus.
Straturile multi -component și multifazice prezintă un interes deosebit datorită combinației
excelente dintre proprietățile fizice, chimice și mecanice. În cazul titanizării formarea unor
compuși de tipul TiN, TiC, TiB, TiCN, TiBN și TiBCN prezintă un interes deosebit.
Un exemplu de boro -titanizare a oțelului C40 este descris în lucrarea . În prima etapă a
tratamentului termochimic se realizează o borizare în mediu săruri topite. Sunt folosite
amestecuri de săruri: borax (Na 2[B4O5(OH) 4 · 8 H2O; T top = 743°C), acid boric (B(OH) 3; Ttop =
175°C) și ferosiliciu (35% Si+Fe; T top = 1210°C) pentru saturarea cu fier a topiturii. Astfel, s -a
realizat o borizare la temperatura de 900°C timp de 2 ore.
În faza a doua a fost realizată titanizarea în mediuu solid format din pulberi de ferotitan,
clorură de amoniu și alumină, la temperatura de 1000°C cu un timp care a variat de la 1h…4h.
Stratul realizat în acest mod a fost analizat prin metoda GDOES (Glow Discharge Optical
Emission Spectroscopy) cu scopul determinării distribuției atomilo r pe adâncimea atratului
(fig.3.9 ).
Fig.3.9 Concentrația atomilor din stratul Fig.3.10 Variația gr osimii stratului în
boro-titanizat [19] dependență de durata a titanizării [19]

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 30 –
Așa cum se arată în Fig. 10 în stratul boro -titanizat, la suprafață predomină îmbogățirea cu
titan, iar borul a difuzat spre adâncimea stratului. De asemenea, se constată o îmbogățire cu
carbon a suprafeței, fapt care favorizează formarea carburilor de tit an. Astfel, borurile de fier s –
au format sub stratul boro -titanizat.
Studiile cu raze X au arătat că fazele formate pe suprafețele de oțel sunt TiB 2, TiC, TiN și
Fe2B. Adâncimea stratului de format a variat de la 3,41…6,59 µm, în funcție de durata
tratamentului. Duritatea medie a stratului realizat a fost 4527 284 HV 0, 005.
Titanizarea în mediu solid este aplicată și componentelor din oțeluri austenitice inoxidabile cu
scopul creșterii durității suptafeței, respectiv a rezistenței la uzare. Lucr area [30] prezintă
cercetările efectuate pentru titanizarea oțelului X2CrNiMo17 -12-2.
Pentru titanizare a fost folosită pulbere de titan tehnic pur (77%), pulbere de alumină (Al 2O3 –
20%) și clorură de amoniu (NH 4Cl – 3%). Temperatura de lucru a variat în limitele
1000…1200°C, iar timpul tratamentului a fost de 2, 5 și 7,5h.
Fig.3.11 Influența temperaturii și timpului de menținere
asupra grosimii stratului titanizat [19]

Cercetările au condus la concluzia că în mediul de titanizare folosit, condițiile optime de
tratament sunt atinse la temperatura de 1150°C cu durata de 5h. În aceste condiții a re zultat
radiografia din figura 3.12 .
Fig.3.12 Imagine RX – Kα Ti, x1200
(X2CrNiMo17 -12-2, titanizat în pulbere de titan – 77%-masă, 1150°C, 5h) [19 ]

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 31 –
3.3.1 Titanizarea în vid

Un alt procedeu de titanizare este cunoscut sub denumirea PVD (Physical Vapour Deposition).
Primele instalații de metalizare prin depunere de straturi în vid au fost lansate în industrie în anul
1980. Prin acest procedeu se realizează depunerea unui strat subțire de TiN pe suprafața sculelor
așchietoare executate din oțeluri rapide. Sculele cu suprafața titanizată sunt ușor de recunoscut
după aspectul auriu al suprafețelor.
În principiu, se realizează vaporizarea metalului care urmează a fi depus pe sup rafața sculei,
prin bombardament cu un fascicul de electroni. Procesul se desfășoară într -o incintă inițial
vidată, în care ulterior este introdus un amestec de argon și azot, păstrându -se însă o presiune
scăzută (subatmosferică). Titanul în stare de vapor i reacționează cu azotul din incinta
depresurizată formând nitrura de titan, TiN.
Pentru obținerea unui strat titanizat de calitate corespunzătoare, este necesară o ionizare foarte
avansată a azotului din incintă, iar drumul parcurs de atomii de titan până la atingerea suprafeței
sculei să fie suficient de lung, astfel încât să existe o probabilitate mare ca să se producă
coliziunea cu cu ionii de azot, rezultând TiN. Lungirea traseului parcurs de particulele ionizate se
realizează cu ajutorul unor câmp uri magnetice exterioare care produc deviația și orientarea
fluxului de particule. Fluxul de particule ionizate este în final dirijat în câmp electrostatic și
lovesc suprafața rece a sculei (catod), unde prin condensare formează stratul rezistent la uzare.
Dezavantajul acestui procedeu constă în faptul că pot fi depuse doar straturi rezistente la uzare
formate din TiN sau TiCN, azotul și/sau carbonul provenind din amestecul de gaze din incinta de
lucru. Pentru depunerea unor straturi cu compoziție chimic ă mai complexă, de exemplu TiAlN,
sunt folosite instalații în a căror incintă de lucru sunt plasate două sisteme de vaporizare cu
reglarea independentă a parametrilor. Un vaporizator pune în libertate atomi de titan, iar al doilea
eliberează atomi de alumi niu. Prin interacțiunea cu ionii de azot rezultă compuși aliați de tipul
TiAlN, care bombardează suprafața sculei și sublimează pe aceasta.
Sculele astfel tratate prezintă straturi rezistente la uzură, cu grosime de 10…12μm, care
determină creșterea durabilității de 3…4 ori. Evident, după reascuțire, scula se va comporta ca și
una obișnuită executată din oțel rapid.
3.3.2 Descărcarea electrică în gaze rarefiate
Gazele pot fi aduse în stare de plasmă la temperaturi scăzute, în incinte cu presiune scăzută.
Gazele rarefiate pot deveni bune conducăoare de electricitate dacă se află într -un câmp electric

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 32 –
cu diferență de potențial suficient de mare. Starea de plasmă a gazelor rarefiate poate fi
întreținută prin compensarea pierderilor de energie realizată printr -un aport de energie provenită
de la un câmp electric extern, continuu sau alternativ.
În principiu, pentru generarea plasmei este necesară existența unui si ngur electron cu o energie
suficient de mare pentru a produce o ionizare locală. Electronii liberi sunt accelerați în câmpul
electromagnetic și produc ionizarea altor atomi, în condițiile în care energia pe care o primesc
între două ciocniri consecutive es te mai mare decât potențialul de ionizare al atomilor respectivi.
Se produce astfel o multiplicare în avalanșă a ionizărilor, iar plasma se aprinde. Valorile
intensității câmpului aplicat și a curentului electric prin circuitul plasmatic determină gradul d e
ionizare al gazului și tipul descărcării electrice în acest mediu.
Dacă între doi electrozi situați într -o incintă în care se găsește un gaz rarefiat se aplică o
diferență de potențial de 350…1500 V, funcție de natura și presiunea gazului, se stabil ește un
curent de descărcare ale cărui caracteristici variază în timp (f ig.3.13 ).
Fig.3.13 Caracteris tica U – I a descărcării Fig. 3.14 Ionizarea gazului în domeniul
electrice în gaze rarefiate descărcării dependente

Gazele care au potențial de ionizare pozitiv (CO, CO 2, H 2, N 2, NH 3 etc.) pierd electroni,
devenind ioni pozitivi și se vor deplasa în câmpul electric spre catod, iar gazele care au
potențiale de ionizare negative (O 2, Cl 2 etc.) captează electroni și devenind ioni negativi și se
deplasează spre anod.
Zona b -c din figura 14 corespunde descărcării dependente -zona întunecată, iar în zona c -d se
produce aprinderea descărcării. La densități mici de curent, luminiscența cuprinde numai o parte
din suprafața catodului. În acest caz, valoarea căderii catodice nu depinde nici de intensitatea
curentului, nici de presiunea gazului, se produce descărcarea cu luminiscența normală (segmentul
d-e). După ce întregul catod devine luminiscent, creșterea ulterioară a curentului antr enează

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 33 –
mărirea tensiunii de descărcare (segmentul e -f), moment care corespunde descărcării luminiscente
anormale, domeniu în care se aplică majoritatea proceselor de tratament al suprafețelor. Valori
mai mari ale diferenței de potențial decât valoarea core spunzătoare punctului f, conduce la
descărcarea în arc (segmentul f -g), descărcare care conduce la distrugerea catodului, și deci
trebuie evitată.
Ionii pozitivi accelerați în câmpul electric, la impactul cu catodul cedează energia cinetică
pe care o posedă, aceasta transformându -se în cea mai mare parte în căldură și în acest mod
temperatura catodului (piesei) crește. O parte din energia cinetică a ionilor care lovesc catodul
determină smulgerea unor atomi și electroni din suprafața catodului, care la rândul lor vor lovi
moleculele de gaz, întreținând o stare de ionizare puternică în jurul catodului (fi g.15).
Plasma este formată din electroni, molecule sau atomi neutri de gaz, ioni pozitivi, și ea emite o
luminiscență în domeniul UV. Atunci când toate aceste molecule, ioni si atomi vin în contact și
interacționeză cu o anumită suprafață, se inițiază tratamentul cu plasmă. De aceea, prin
selectarea amestecului de gaze, presiunea, puterea etc, efectele tratamentului cu plasmă poate fi
particularizat și reglat pentru orice tip de material (substrat).
Tratamentul în mediu de plasmă a suprafețelor dive rselor materiale poate determina
modificarea unor proprietăți fizice sau mecanice, în funcție de natura mediului plasmatic și
caracteristicile tehnologice ale procesului. Plasma de joasă presiune și temperatură poate fi
generată în incinte închise într -un vid (10-3…10-9 bar). În aceste condiții, numărul de particule pe
unitatea de volum scade în comparație cu cel existent la presiunea atmosferică și acest lucru
conduce la posibilitatea deplasării libere a particulelor pe o distanță mai mare, iar numărul
ciocnirilor să fie mai redus. Prin urmare, plasma are o tendință mai mică de a se relaxa iar
particulele se pot răspândi pe un domeniu mai larg în spațiu.
Particulele reactive existente în plasmă reacționează într -un mod direct cu suprafața produselor
introduse în acest mediu, fără a produce modificări structurale în profunzimea materialului. În
general modificarea suprafeței se limitează la adâncimi de 10…1000 Å ale substratului. O
caracteristică distinctivă a plasmei este descărcarea luminiscentă din spectrul vizibil, cu culori
variind de la albastru -alb la violet închis, în funcție de tipul gazului si sitemului de excitare
electromagnetică.
Echipamentele pentru producerea plasmei cuprind în general cinci componente principale:
incinta vidată, un g rup de pompare -vidare, un sistem de alimentare controlată a gazelor utilizate
în proces, un generator de curent continuu sau înaltă frecvență, precum și un controler de sistem
cu microprocesor. Pot fi adăugate diferite dispozitive pentru poziționarea obiec telor în incinta de
lucru, rafturi, sisteme de ghidare etc.

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 34 –
3.3.3 Nitrurarea în plasmă
Nitrurarea în plasmă, numită și nitrurare ionică sau ionitrare este aplicată cu scopul sporirii
rezistențelor la uzare, coroziune și oboseală. Față de procedeele de nitrurare în gaze (amoniac)
sau băi de săruri topite, acest procedeu prezintă numeroase ava ntaje:
– curățarea suprafețelor pieselor în prima fază a procesului;
– favorizarea adsorbției prin pasivarea suprafețelor oțelurilor înalt aliate;
– temperatură mică de procesare;
– deformații minime;
– realizarea unor straturi mai dense și mai puțin fragile;
– timp de procesare mai scurt;
– consum minim de energie;
– nu este necesară curățarea suprafețelor la finalul operației.
În funcție de natura materialului, temperatura de procesare poate varia în limitele 350…570°C.
Stratul exterior poate atinge o grosime de pâ nă la 30 µm și constă din nitruri de fier bogate în
azot – nitruri ε (Fe 2-3N)-și nitruri γ` (Fe 4N) mai bogate în fier. Comparativ cu nitrurarea în mediu
gazos, stratul de legătură cu materialul de bază este mai compact.
În funcție de parametri de lucru stratul de difuzie are o grosime de 0,1…0,7 mm și prezintă și
acesta o densitate mai mare decât la nitrurarea în amoniac disociat. În funcție de grosimea dorită
tratamentul poate fi realizat într -un timp de 10 minute până la 70 ore.
În stratul de difuzie precipită diverse tipuri de nitruri în funcție de compoziția materialului de
bază. Duritatea suprafeței este cu atât mai mare, cu cât oțelul este mai bogat aliat. La oțelurile
nealiate duritatea stratului rămâne scăzută, 250 -300 HV, l a oțelurile slab aliate se realizează
durități de 600…700 HV, iar la oțelurile bogat aliate pot fi atinse valori de 800…1200 HV.
Fig.3.15 Schema de principiu a echipamentului de nitrurare în plasmă

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 35 –
În figura 16 este prezentată schema unui echipa ment de nitrurare în mediu de plasmă. Piesele
supuse tratamentului sunt dispuse pe un suport astfel încât gazele rarefiate din incinta de lucru să
aibă acces la suprafețele care urmează să fie nitrurate. O pompă de vid asigură depresurizarea și
eliminarea aerului din incintă. Într -o primă fază, în spațiul de procesare se crează un mediu
rarefiat de argon. Sub acțiunea diferenței de potențial create între mantaua interioară a incintei de
lucru și piese, în spațiul ionizat ionii de argon accelerați bombardeaz ă suprafața pieselor. Acest
lucru determină încălzirea și curățarea suprafețelor expuse.
În următoarea fază în incinta de procesare se injectează un amestec de gaze cu care se
realizează nitrurarea sau nitrocarburarea. În funcție de proporția gazelor re zultă straturi de
tranziție spre materialul de bază care au diferite caracteristici (tab.5).
Tab. 3.3 Influeța proporției amestecului de gaze asupra consistenței zonei de tranziție [19]

Stratul de tranziție Raportul gazelor
predomină Fe 2-3N H2 < N 2 1:3 sau 1:4
+ CH 4 pentru nitrocarburare
predomină Fe 4N H2 > N 2 3:1 (încălzire accelerată)
fără strat de tranziție H2 >> N 2 8:1

După realizarea stratului durificat, răcirea pieselor se efectuează în gaze de protecție, argon sau
azot. Pentru accelerarea răcirii, respectiv pentru creșterea productivității, o suflantă asigură
răcirea cu aer a pereților incintei, iar un ventilator agită gazul de protecție care are o presiune
normală și favorizează astfel schimbul de căldură prin conv ecție forțată.
În figura 17 este prezentată ciclograma unui tratament de nitrurare sau nitrocarburare în
plasmă, iar în figurile 18 și 19, caracterisicile, microstructura și variația durității stratului.
Fig.3.16 Ciclograma nitrurării și nitrocarburăr ii în plasmă

Capitolul 3 : Tratamente termochimice convenționale

– 36 –
Fig.3.17 Caracteristicile și microstructura stratului nitrurat în plasmă [20 ]

Fig.3.18 Variația durității și tensiunilor interne în adâncimea stratului nitrurat în plasmă [20 ]

Capitolul 4 : Depunerea straturilor subțiri din faza de vapori

– 37 –
Capitolul 4 : Depunerea straturilor subțiri din faza de vapori
4.1 Aplicații industriale
Sunt considerate straturi (pelicule, filme) subțiri acelea care au o grosime de până la 10µm.
Realizarea straturiloror subțiri prin procedee fizice de depunere din vapori se produce în incinte
cu vid înalt (10-5…10-1 Pa) sau ultraînalt (< 10-5 Pa) . Morfologia stratului și aderența acestuia la
substrat este influențată de procedeul folosit, de parametrii procesării, compoziția s ubstratului și
de reactivitatea elementelor din încinta vacumată, din strat și substrat.
Echipamentele și tehnologiile depunerii unor straturi subțiri din fază de vapori oferă acesor
straturi o calitate superioară față de cele obținute prin procedee chi mice sau electrochimice. Au
fost dezvoltate diverse procedee de depunere a straturilor subțiri din fază de vapori grupate în
două categorii:
– depunere fizică din vapori PVD (Physical Vapour Deposition);
– depunere chimică din vapori CVD (Chemical Vapour Deposition).
Aceste procedee sunt aplicate pentru acoperirea celor mai diverse materiale de bază: metale,
aliaje, materiale plastice sau ceramice, sticlă etc. Straturile depuse pot avea compoziții extrem de
variate care asigură:
– rezistență la uzare;
– duritate mare la temperaturi ridicate de funcționare;
– coeficient de frecare redus;
– proprierăți anti -lipire;
– aspect decorativ în diferite culori;
– protecție la radiația luminoasă;
– proprietăți electrice și magnetice etc.
Procedeele au o largă utilizare în pr ocesul de fabricație a autovehiculelor, aeronavelor,
televizoarelor , microelectronică , optică , electrotehnică , precum și pentru îmbunătățirea
aspectului obiectelor ornamentale și de larg consum.
4.2 Depunerea prin procedee fizice – PVD
În principiu toate procesele de depunere fizică din faza de vapori implica trei etape importante
care se desfășoară în incinte vacumate:
– eliberarea particulelor destinate pentru depunere (ioni sau molecule ionizate) prin
evaporarea sau bombardarea unui materi al aflat în fază solidă sau lichidă;

Capitolul 4 : Depunerea straturilor subțiri din faza de vapori

– 38 –
– transportul particulelor aflate în fază gazoasă de la sursă la substrat. În funcție de
reactivitatea particulelor existente în mediul plasmatic (ex oxigen, azot, metan etc.),
pe parcursul tranzitului spre substrat se po t produce reacții chimice astfel încât pe
substrat se vor depune diverși compuși chimic (oxizi, nitruri, carbonitruri etc.);
– adsorbția și condensarea particulelor pe substratul cu temperatură scăzută.
Evaporarea termică poate fi realizată prin diferite metode fizice, utilizând diverse surse de
încălzire: surse încălzite cu rezistență electrică, cu arc electric, prin inducție, cu fascicul de
electroni, ioni sau laser (fig.20). Materialul care urmează să formeze stratul este încălzit în
mediul vacumat și s e evaporă. Sub acțiunea unui câmp electric de înaltă tensiune, particulele
sunt ionizate și este generată starea de plasmă. În plasmă ionii sunt transportați spre substrat, îl
bombardează, cedează energia, sunt neutralizați și prin adsorbție și condensare se formează
filmul care acoperă substratul.
Fig.4.1 Surse de evaporare a materialului care va fi depus pe substrat

a– filament (acoperit cu paste sau pulberi); b – creuzet încălzit rezistiv; c – creuzet încălzit CIF;
d – descătcare în arc electric; e – bombardare cu fascicul de electroni, ioni sau laser
Avantajul utilizării procedeelor PVD care folosesc surse de evaporare în este faptul că
materialul sursă poate fi din orice element metalic pur sau din compuși chimici. Figura 21
prezintă schema echipa mentului PVD la care evaporarea este produsă cu ajutorul unui fascicul
de electroni. În locul tunului electronic, evaporarea poate fi realizată prin oricare alt principiu
prezentat în figura 20. Pentru depunerea unor straturi uniforme sunt necesare dispozi ve de
poziționare și mișcare a pieselor în interiorul incintei de lucru.
Fig.4.2 Schema echipamentului PVD cu vaporizare cu fascicul de electroni

Capitolul 4 : Depunerea straturilor subțiri din faza de vapori

– 39 –

Un dezavantaj al procedeelor de depunere prin evaporarea în vid este acela că este dificilă
păstrarea compoziției stochiometrice a materialului care este depus pe substrat. Din acest motiv
procedeele sunt utilizate predominant pentru depuneri de straturi constituite din elemente
metalice de puritate înaltă. De asemenea, substratul este expus unor radiații care conduc la
creșterea temperaturii acestuia, astfel încât pot fi depuse straturi pe materiale care nu se
degradează printr -o încălzire excesivă.
În cazul depunerii prin pulverizare sub acțiunea unui fascicul de electroni sau fascicul laser,
ionii pozitivi de gaz bombardează materialul care urmează să fie depus pe substrat. Materialul
bombardat poartă denumirea de țintă (target). Din ținta bomardată sunt dislocați atomi care se
ionizează și sunt a poi transportați spre substrat unde sunt adsorbiți și condensează.
Prin adăugarea unui câmp magnetic se produc descărcări în plasmă, de tip magnetron. Exista
diferite tipuri de magnetroane fiecare având avantaje specifice pentru substraturi diferite.
Câmpul magnetic induce o localizare a plasmei în apropierea suprafeței substratului (catodului)
și astfel este generată o plasmă mult mai densă față de descarcarea fără câmp magnetic.
În figura 23 este prezentată schema de principiu a echipamentului car e utilizează un magnetron
pentru realizarea unei plasme cu densitate mai ridicată în vecinătatea materialului care urmează
să fie depus. În incintă sunt pompați atomi de argon care se ionizează, bombardează ținta din
care sunt smulse particule care la rând ul lor sunt ionizate și transportate spre substrat.
Fig.4.3 Schema echipamentului PVD cu plasmă concentrată în zona materialului din care
sunt smulse particule (ținta)

La acest procedeu sunt generate impulsuri foarte scurte de mare putere de ordinul kW/cm2.
Acest lucru determină sporirea ionizării, accelerarea ionilor de argon care bombardează

Capitolul 4 : Depunerea straturilor subțiri din faza de vapori

– 40 –
materialul și prin împroșcare se creează o plasmă pe bază de metal. Acest lucru contrastează cu
plasma de gaz care se formează la o pulverizare normală. Având în vedere că durata impulsurilor
este mică temperatura țintei crește relativ puțin, dar se poate asigura și răcirea cu apă atât a țintei
cât și cea a magnetronului.
Depunerile realizate prin acest procedeu sunt foarte dense și netede. Se realizează depuneri de
[21]:
– metale, Al, Ag, Au, Cd, Co, Cu, In, Ir, Mo, Ni, Nb, Pt, Sn, Ta, Ti, V, W, Zn, Zr;
– oxizi, Al20 3/ZnO, ZnO/Ga 2O3, In 2O3, ZrO 2, TiO 2, ZnO, InSnO, ZrO 2
– nitruri, TiN, CrN/NbN și CrAlYN/CrN (în mediu de azo t).
Principalul avantaj al acestui procedeu este acela că temperatura substratului rămâne scăzută,
astfel încât se pot realiza depuneri pe materiale sensibile la încălzire (ex. mase plastice). Un
dezavantaj al depunerilor realizate prin pulverizare cat odică, cu fasicul de electroni sau ioni sau
în câmpul de radiofrecvență al magnetronului, este acela că vitezele de depunere sunt mai mici
decât la procedeele de evaporare termică, iar proprietățile filmului depind și unghiul de incidență
al fluxului de pa rticule. De asemenea, aceste echipamente sunt mai scumpe în raport cu sursele
de evaporare.
4.2.1 Straturi rezistente la uzare realizate prin tehnologii PVD
În prosele de fabricație a celor mai diverse produse sunt utilizate scule care în interacțiune cu
materialul prelucrat suferă o degradare prin frecare – uzare, degradare sub acțiunea temperaturii
și mediilor corozive etc. Aceste efecte au o influență negat ivă asupra calității produselor,
consumului de materiale și energie, precum și a productivității.
Ca urmare a dezvoltărilor recente din domeniul ingineriei suprafețelor, performanțele și
durabilitatea sculelor de așchiere, deformare plastică, de turnar e sau injectare sub presiune etc.,
poate fi mult prelungită durabilitatea acestora. De asemenea, prin aplicarea unor acoperiri cu
materiale ceramice a sculelor pot fi aplicate regimuri de prelucrare mai agresive care să faciliteze
creșterea productității.
Procedeele de modificare a caracteristicilor suprafețelor prin aplicarea tehnologiilor PVD sunt
benefice atât în domeniul fabricării sculelor de orice tip, cât și la creșterea calității, durabilității și
siguranței în exploatare a echipamentelor utiliz ate în cele mai diverse domenii: transport terestru,
maritim și aerian, construcția de mașini și a bunurilor de larg consum etc.

Capitolul 4 : Depunerea straturilor subțiri din faza de vapori

– 41 –
Pentru creșterea durabilității prin sporirea durității, rezistenței la temperaturi ridicate și
rezistenței la degradare chim ică, dar și pentru îmbunătățirea aspectului exterior, sunt aplicate cu
foarte bune rezultate acoperiri cu straturi subțiri (2…20 µm) cu diverse nitruri, prin procedeele
PCD.
Acoperirea cu straturi dure de nitruri este aplicată oțelurilor de scule, în special celor din
oțeluri rapide, plăcuțelor sinterizate din carburi, precum și oțelurilor de îmbunătățire din care se
realizează componente care necesită o comportare tribologică superioară, precum arbori, roți
dințate etc. În principal, sunt realizate a coperiri cu:
– Nitrură de titan (TiN) – Stratul are duritate înaltă și proprietăți anti -aderență.
– Nitrură de crom (CrN) – Stratul de acoperire are o foarte bună aderență la substrat
și previne lipirea la rece sub presiune.
– Carbo nitrură de titan (TiCN) – Acoperire oferă o duritate foarte înaltă și
rezistență ridicată la uzare abrazivă.
– Nitrură de zirconiu (ZrN) – Acoperirea se caracterizează prin densitate ridicată și
rugozitate redusă, astfel, acest strat este recomandat ș i pentru aplicatii decorative.
– Nitrură de titan și aluminiu (AlTiN) Stratul de acoperire are o duritate înaltă,
aderență bună este rezistent la oxidare și chimic inert

Tab. 4 .1 Straturi de nitruri și aplicații specif ice [22]

Strat Culoare Duritate
HV Tmax
[°C] Frecare
µ Aplicații specifice

TiN
Auriu

2500 –
2800
500
0,4-0,5 Scule așchietoare, matrițe pentr
turnare sub presiune, modele
pentru tunătorie, injectoare, arbori,
roți dințate;

CrN
Argintiu
1800
700
0,3-0,4 Scule de ambutisare și extrudare la
rece, matrițe pt. deformarea la
semicald a aliajelor de cupru;
ZrN Galben deschis 2000 550 0,4 Scule așchietoare pt. prelucrarea
aliajelor de aluminiu și titan

TiCN
Albastru –
cenușiu
3700
400
0,2-0,4 Scule pt. așchiere fragmentată,
freze, poansoane pt. perforare,
forme pt. injectarea maselor
plastice, arbori, roți dințate;
TiAlCN Violet deschis 3300 500 0,3 Acoperire universală pt. frezare,
găurire, filetare, ambutisare,
stantare

TiAlN
Violet închis
2800 –
800
0,3-0,5 Acoperire de înaltă performanță pt.
tăiere, găurire, frezare, alezare,

Capitolul 4 : Depunerea straturilor subțiri din faza de vapori

– 42 –
3500 strunjire (prelucrarea uscată),
matrițe

AlTiN
Negru
3800
900
0,7 Scule Pt. prelucrări de mare viteză
uscat; prelucrarea de materiale
dure > 52 HRC (aliaje de titan,
Inconel);

AlCrN
Albastru –
cenușiu
3000 –
3200
1100
0,3-0,6 Acoperirea plăcuțelor din carburi
sinterizate, a sculelor di oțel rapid,
matrițe pt. forjare la cald, ștanțe
TiCrN Gri-închis 2100 700 0,5 Scule complicate pt, deformarea
tablelor
AlTiCrN Albastru –
cenușiu 3400 900 0,5 Acoperire universală

În figura 24 este prezentat principiul depunerii straturilor de nitruri prin procedeul PVC cu
evaporare prin arc electric. Materialele de bază (ținta) din care se eliberează particule sub
acțiunea arcului electric sunt aluminiul, titanul, cromul, de înaltă puritate. În incinta de lucru sunt
plasate câte un sistem de evaporare pentru fiecare țintă.
Prin reglarea intensității curentului de descărcare a fiecărei surse de evaporare în arc, se
realizează dozarea stoechiometrică a ionilor necesari pentru formarea compusului chimic dorit.
În incinta de lucru se pompează azot care disociază în condițiile presiunii scăzute și a
descărcărilor care se produc în plasmă. Prin interacțiunile dintre ionii metalici și cei de azot se
stabilesc legături chimice, iau n aștere nitruri care se depun pe substrat.
Fig.4.4 Schema depunerii de nitruri prin procedeul PVC cu evaporare prin arc electric

Prin aplicarea procedeelor de depunere PVC pot fi obținute dife rite tipuri de straturi . Straturile
cu compoziție unică au o compoziție de tipul celor prezentate în tabelul 7. Pentru îmbunătățirea
aderenței la substraturile din oțel sunt aplcate două straturi cu compoziții diferite. Pe substrat se
realizează o primă depunere de Cr sau CrN care prezintă o aderență supe rioară față de nitririle de
de tip TiN, TiAlN sau TiCN. Peste acest strat sunt depuse apoi acoperile consacrate.

Capitolul 4 : Depunerea straturilor subțiri din faza de vapori

– 43 –
Fig.4.5 Tipuri de depuneri prin procedeele PVC

În cazul sculelor care sunt supuse unor șocuri puternice se recomandă trecerea graduală de la
stratul de bază la cel de suprafață. Acest lucru se realizează prin reglarea continuă a debitului de
ioni metalici și de azot din incinta de lucru.
Performanțe deosebite sunt obținute prin realizarea unor depuneri de tip multistrat sau
compozit. Astfel de straturi, cu dispunerea fazelor pe domenii cu dimensiuni de ordinul
nanometrilor, prezintă o durabilitate mult sporită. Procedeul se aplică atât sculelor din oțeț rapid
cât și celor din carburi sinterizate . [23]
Tab. 4.2 Compoziții recomandate pentru depuneri multistrat sau compozite

Strat Culoare Duritate
HV Tmax
[°C] Frecare
µ Aplicații specifice
TiN/Ti Auriu 2800 500 0,4 Scule așchietoare, matrițe pentr
turnare sub presiune
TiN/TiAlN Violet
închis 2800 -3500 700 0,5-0,46 Scule pt. prelucrări cu șocuri
TiN/CrN Argintiu 3000 600 0,4 Matrițe, oțeluri rapide, oțeluri
înat aliate

TiAlN/AlCrN Albastru –
cenușiu
3300
>1100
0,3-0,4 Scule masive din carburi
sinterizate utilizate la
prelucrarea materialelor foarte
dure (>60 HRC)

4.3 Depunere chimică din vapori asistată de plasmă – PACVD
Procedeul de depunere chimică din vapori asistat de plasmă (PACVD) mai este cunoscut și sub
denumirea de (PECVD) – Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition. La aplicarea acestui
procedeu de depune re a straturilor, energia de activare termică a reacțiilor specifice procedeelor
CVD, cuprinde și o activare suplimentară determinată de prezența plasmei generate în incinta de
procesare. Starea de plasmă este susținută printr -un câmp electric generat de u n curent continuu
sau pulsator de înaltă tensiune, sau de un câmp de radiofrecvență realizat de un magnetron.
Procedeul PACVD este frecvent utilizat în situațiile în care substratul sau straturile depuse ar

Capitolul 4 : Depunerea straturilor subțiri din faza de vapori

– 44 –
suferi o degradare dacă sunt supuse la temperatur i ridicate, impuse de procedeele termice CVD.
Astfel, prin procesarea la temperaturi mai scăzute și prin intervenții asupra stării plasmei se poate
realiza un control suplimentar asupra compoziției și caracteristicile stratului depus. Prin aplicarea
PACVD sunt realizate depuneri de straturi din materiale binare, ternare, cuaternare sau din
materiale nanostructurate.
Fig.4.6 Duritatea substratului și a unor straturi depuse prin procedeele PACVD și PCV [24 ]

Procedeul PACVD este recomandat în primul rând pentru depunerea unor straturi dure și
extradure (fig.6.12) pe suprafețele active ale matrițelor de dimensiuuni mari utilizate pentru
turnarea sub presiune sau pentru injectarea maselor plastice. De asemenea p rocedeul este aplicat
și pentru acoperirea sculelor așchietoare, a celor pentru ambutisare și ștanțare sau pentru
deformare plastică la temper aturi care nu depășesc 500°C . [25]
Mai multe tipuri de depuneri realizate prin PACVD prezintă microduritatii în domeniul
"superdur", în timp ce pentru PVD numărul depunerilor în acest domeniu este limitat.
Superduritatea este definită prin microdurități care depășesc 4000 HV. În general, duritatea este
sporită prin creșterea energiei atomilor depozitați în prezen ța plasmei pe substratul cu
temperatură ridicată. Depunerile PACVD permit crearea unor straturi subțiri cu grosime și
compoziție chimică uniformă, și cu o bună aderență pe substraturi cu geometrie complexă
executate din diverse materiale.

Capitolul 4 : Depunerea straturilor subțiri din faza de vapori

– 45 –
Datorită versa tilități,i procedeul PACVD este utilizat inclusiv în domeniul echipamentelor
optice pentru fabricarea filtrelor optice, pelicule antireflex și dispozitive cu un indice de refracție
dorit.
În electronică și microelectronică procedeul este folosit pentru a realizarea unor straturi
izolatoare (de exemplu, SiO 2), semiconductoare (de exemplu, Si sau GaAs) sau acoperiri
conductoare (de exemplu Al sau SiCr), precum și în producția de celule solare pentru pasivarea
suprafețelor.
Fig. 4.7 Echipament cu magnetron folosit pentru procedeul PACVD – PECVD

Depunerea unei pelicule cu proprietăți speciale poate fi realizată prin PACVD, la care
amestecul de gaze și substanțele de acoperire gazificate sunt activate prin aplicarea unui câmp
electric sau electromagneti c care generează o specie de plasmă reactivă (ioni, electroni, radicali,
atomi și molecule). Această procedură PACVD permite ca reacția să aibă loc la temperaturi joase
(aproximativ 100…400°C), ceea ce îl face deosebit de util atunci când substratul nu p oate rezista
la temperaturi ridicate. Mai mult decât atât, creșterea densității plasmei determină concentrația
speciilor reactive, și în consecință crește viteza de reacție. Creșterea densității plasmei poate fi
realizată și la presiuni mai reduse, ceea ce duce la un control mai bun asupra directionalității
ionilor. Toate acestea contribuie la flexibilizarea tehnologiilor de acoperire, la eficientizarea
proceseloe și la lărgirea domeniilor de aplicare.

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 46 –
Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional
pentru locul de muncă : Tratamentist Termo -Chimic
5.1 Descrierea locului de muncă
Procesul de m uncă :
• asigură efectuarea lucrărilor de tratare termică și tratare chimică a pieselor rezultate din
cadrul atelierului de prelucrări prin aș chiere pentru îmbunătățirea calității lor și ulterior
verificarea duritătii.
5.1.1 Elementele c omponente ale s istemului de m uncă evaluat
Mijloace de p roducț ie:
• cuptor electric
• cuptor cu gaz
• bazin de ră cire cu apă
• bazin pentru tratament e chimice
• bazin de ră cire cu ulei
• polizor
• dispozitive de probat si î ncercat duritatea
• șmirghel
• menghină
• dulap de depozitare substante chimice
Sarcina de muncă
• execută opera tiunile de tratare termo -chimică a pieselor de schimb pentru utilajele
dinamice , conform instrucț iunilor de lucru specifice ș i dispozițiilor primite de la șeful de
echipă ;
• execută lucrări de tratare a metalelor specifice mașinilor unelte p e care le deservește
(cuptoare, diverse băi) în scopul trată rii, modificării sau că liri unor piese de schimb , părți
componente, ansamble ș i subansamble;
• asigură existența și utilizarea corespunzătoare a carcaselor de protecție și apărătorilor, a
răcirii cuptoarelor;
• execută lucrările de călire la piesele așchiate fără suprasolicitarea cuptoarelor;
• se preocupă de buna funcționare a instalațiilor și nu permite altor persoane să lucreze la
aceste instalații ;

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 47 –
• este obligat să aiba î n dotare toate sculele necesare pentru efectuarea lucră rilor, pentru
tratare, necesare cuptoarelor ș i conform comenz ilor de lucru emise de instalaț iile
tehnologice;
• asigură deblocarea permanentă a culoarelor, drumurilor PSI, scărilor de acces,
podeț elor, de materiale ce ar putea împiedica intervenț ia pentru stingerea incendiilor si
evacuarea materialelor;
• nu efectueaza reparații de natura mecanică sau electrică la cuptoarele deservite;
• remedierea oricărei defecțiuni de natura mecanică sau electrică se face numai de că tre
personal calificat corespunză tor;
• asigură curățirea, ungerea și intreținerea zilnică a mașinii unelte ș i a SDV – urilor (scule și
dispozit ive verificatoare ) din dotare;
• asistă la probele de punere în funcțiune a utilajelor deservite după reparații/reviz ii,
verifică parametri de funcționare în gol și în sarcină precum și precizia de execuție,
informează șeful de echipă despre eventualele nereguli constatate ;
• verifică ș i se asigură că zona pe care o deserveș te din cadrul atelierului este asigurată cu
materialele PSI și PM în stare perfectă, pentru a putea fi folosite în caz de nevoie și
răspunde de avariile , incendiile ș i pagubel e cauzate, ce se datoreaza neluării acestor
măsuri din partea sa;
• se preocupă de colectarea ș i separarea pe grupe de materiale a deșeurilor din oț el, bronz,
aluminiu, materiale nemetalice etc.) , rezultate î n cursul pr ocesului de tratare la locul
său de muncă ;
• verifică modul de funcționare a aparatelor de protecție și instalaț iilor de prevenire a
incendiilor, legăturile de punere la pământ a utilajelor, sesizând orice neregulă în
funcționare a acestora;
• participă la instructajul sumar de PM ș i de PSI la începerea lucrului, efectuat de șeful de
echipă (predă legitimația) precum ș i la instructajele periodice, la examene le profe sionale ,
psihologice ș i medicale;
• participă la intervenții, incidente ,avarii și lucrări deosebite după ce a fost instruit de șeful
direct și numai echipat corespunzător cu echipament de lucru și de protecție din dotare,
verificat î n prealabil d acă este c orespunză tor;
• sesizează ș eful direct pentru orice abatere sau situaț ie ce ar putea provoca accidente
tehnice sau umane și nu părăsește locul de muncă fără dispoziția șefului direct;

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 48 –
• respectă cu strictețe folosirea focului deschis și numai pe baza permisului de lucru cu foc
deschis ;
• execută orice dispoziție dată de către șeful de echipă pentru profil sau de activitate ori
situaț ii deosebite , altele fatță de cele menționate în fiș a postului;
• execută zilnic curățenia, ordinea și întreținerea dotă rilor teh nice atât personale cât ș i
comune, din cadrul atelierului;
Mediul de m uncă
• temperaturi ridicate pe timpul verii;
• iluminat artificial;
• solicită ri psihice, concentrare;
• zgomot la locul de muncă ;
• efort dinamic;
• substanț e toxice .
5.2 Lista de identificare a factorilor de r isc profesional
A.Executant
Acțiuni greș ite
• permi terea accesului persoanelor stră ine la comenzile cuptoarelor; (F1)
• neutilizarea mijloacelor c ulisabile de protecț ie (paravane sau scuturi); (F2)
• cădere de la același nivel prin împiedic are, alunecare, dezechilibrare în timpul deplasări
de la un loc de muncă la altul, datorită depozitărilor necorespunză toare de materiale; (F3)
• poziț ionarea piesel or/sculelor pe traseul că ilor de acces; (F4)
• plagă tăiată sau amputarea degetelor dat orită unor acțiuni greșite sau datorită poziției
greșite a mâ inilor; (F5)
• suprasolicitarea componentelor de taiere/slefuire ale atelierului – rupere a acestora cu
împrăș tiere de schije; (F6)
• nerespectarea spaț iilor special amenajate pentru fumat; (F7)
• lucrul cu foc î n zone interzise; (F8)
• poziționarea mâinilor și a degetelor în locuri nepermise, în vecinătatea pieselor în
mișcare; (F9 )
• demontarea s cuturilor, paravanelor, siguranț elor, etc. (F10 )
• lovirea părț ilor corpului (cot, palme, picior, etc) de su prafeț e ascuțite (muchii, colțuri)
datorită neatenț iei în mișcări; (F11 )

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 49 –
• revizii și intervenții de reparații la cuptoarelor electrice fără scoaterea acestora de sub
tensiune – autodeclanș area mecanismenlor. (F12 )
• poziționarea, fixarea greșită a piesei ce u rmează a fi șlefuită (F13 )
• reglaje greșite a echipamentului de muncă (alimentarea cuptoarelor) (F14 )
• schimbarea substanței chimice din bazinul de tratament ,fără folosirea echipamentului de
protecție. (F15)
• depozitarea greșită a substanțelor chimice . (F16)
Omisiuni
• părăsirea locului de muncă în timpul funcționă rii cuptoarelor. (F17 )
• neutilizarea echi pamentului individual de protecție; (F18 )
B.Sarcina de muncă
Conținut necorespunzător al sarcinii de muncă în raport cu cerinț ele de securitate și sănătate în
muncă
• operații, reguli, procedee greșite – absența unor operații indispensabile securităț ii si
sanătăț ii în muncă (F19 )
• metode de muncă necorespunzătoare – succesiunea greșită a operațiilor (F20 )
Sarcina sub/supradimensionala î n raport cu e xecutantul
• afecț iuni ale sistemului osteo -musculo -articular din c auza transportului sau a manevră rii
sarcinilor grele; (F21 )
• efort dinamic, lucrul prelungit și statul în picioare; (F22 )
• efort psihic datorită activităților care necesită concentrare (măsură tori exacte, reglaje fine,
etc.) (F23)
C.Mediul de muncă
Factorii de risc f izic
• temperatura ridicată a aerului la locul de muncă; (F24 )
• calamități naturale: seisme, trăsnet, inundații, alunecări de teren; (F25 )
• nivel de iluminare scăzut, în special pe tim pul nopții; (F26 )
• umiditatea scăzută sau ridicată a aerului, în funcție de condițiile atmosferice (F27 )
• afecț iuni ale urechii, hipoacuzie datorită zgomotului produs în procesul de călire a
pieselor (F28 )
• pulberi în suspensie – particule fine de materiale și aliaje provenite din polizarea pieselor
metalice (F29 )
• vibratii transmise î ntregului corp – datorat zgomotului tehnologic (F30 )

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 50 –
D.Mijloace de producț ie
Factorii de risc m ecanic
• span sau bucăți de metal care străpung epiderma , care pot produce infecții datorită
neextragerii bucăților de fier si netratării zonei lezate (F31 )
• proiectare de bucăți de metal, particu le din piatra de polizat datorită necentrării pieselor
de prelucrat (F32 )
• leziuni provocate de manevrarea greșită a sculelor și pieselor cu suprafețe înțepătoare sau
tăioase. (F33 )
• autodeclanș area organelor de miscare, în timpul fixării pieselor (F34 )
• căderea, alunecarea pe picioare a pieselor grele, în timpul manipulării acestora (F35 )
• prinderea, agățarea îmbrăcă mintei sau accesor iilor vestim entare la organele în mișcare în
timpul utilizării acestora sau în timpul fixă rii pieselor. (F36 )
• vibratii exce sive ale echipamentelor teh nice – strung, polizor etc. (F37 )
Factori de risc c himic
• afecț iuni ale pielii, arsuri de la contactul pielii cu substa nțele toxice
(degresanți,substanțele chimice utilizate in procesul de muncă, )(F38 )
• afectarea sistemului respirator , inhalarea gazelor toxice (F39)
• leziuni la nivelul sistemului vizual (F40)
Factori de risc e lectric
• electrocutare prin atingere a directă din cauza unor defecte de protecț ie sau a unor defecte
de izolaț ie a cabluri lor de alimentare sau a instalației electrice. (F41 )
• electrocutarea datorită folosiri unor surse de alimentare fară împământare sau a căror
împămâ ntare nu mai corespunde cu ce rințel e de securitate și sănătate în muncă (F42)
5.2.1 Fișa de evaluare a locului de muncă
Tab. 5.1 : Fișa de evaluare a locului de muncă
Unitatea:
Fișa de evaluare a
locului de muncă Numărul de persoane expuse:
S.C. ______________ S.R.L.
Locația: Durata expunerii: 8 h / schimb
Locul de muncă:
Tratamentist termo -chimic Fișa NR. 1 Echipa de evaluare:

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 51 –
Componența
sistemului de
muncă Factorii de
risc
identificați Forma concretă de
manifestare a
factorilor de risc Consecința
maximă
previzibilă Clasa
de
gravi –
tate Clasa
de
proba –
bilitate Nive l
parțial
de
risc

Executant

F1 Comenzi gre șite la
acționarea cuptoarelor
de tratamente
termo -chimice Deces 7 1 3
F2 Utiliz area incorectă a
echipamentului de
protecție din dotare ITM 3 – 45 2 5 3
F3 Căderea de la același
nivel ITM 45 -180 3 4 3
F4 Cădere la acelaș nivel
prin alunecare,
împiedicare sau
dezechilibrare în
timpul de plasării în
cadrul atelierului,
datorita căilor de
acces blocate, pete de
ulei, etc . ITM 3 – 45 2 5 3
F5 Neutilizarea
echipamentului de
protecție din dotare
(ochelari de protecție,
bocanci cu bombeu
metalic, etc.) ITM 3 – 45 2 5 3
F6 Utilizarea de scule
improvizate sau
necorespunzătoare la
realizarea sarcinii de
muncă ITM 3 -45 2 5 3

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 52 –

Executant

F7 Declanșarea unui
incendiu Deces 7 1 3
F8 Declanșarea unui
incendiu Deces 7 2 4
F9 Strivirea membrelor
superioare Inv. gr. II 5 3 4
F10 Intervenții făcute la
echipamentele de
muncă și fără
aprobarea șefului
ierarhic direct
( șef atelier) ; Deces 7 1 3
F11 Loviri asupra corpului
datorită neatenției în
mișcări ITM 1 -3 1 6 1
F12 Revizii și intervenții
asupra ET fără
asigurarea zonei de
lucru Deces 7 2 4
F13 Strivirea membrelor
din cauza poziționări
greșite a pieselor în
timpul sarcini de
muncă Inv.gr. II 5 2 4
F14 Solicitare fizică mare
la operațiile de
alimentare a
cuptorului ITM 45 -180 3 5 4
F15 Arsuri asupra corpului
la operațiile de
schimbare a substanței
chimice Inv. gr.III 4 3 4

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 53 –
F16 Inhalarea de substanțe
toxice din cauza
depozitării greșite sau
din cauza unor
scurgeri de substanțe
chimice ITM 45 -180 3 5 4
Executant
F17 Neasigurarea în
timpul deplasări de la
locul de muncă ITM 45 -180 3 1 2
F18 Utiliz area incorectă a
echipamentului
individual de protecție
din dotare ITM 45 -180 3 3 3

Sarcina de
muncă

F19 Alunecare, rostogolire ,
cădere piese, scul e,
subansamble în timpul
efectuă rii sarcinii de
muncă și/sau
transportul acestora ITM 3 -45 2 5 3
F20 Alunecare, rostogolire,
cădere piese, scule,
subansamble în timpul
efectuarii sarcinii de
munca și/sau
transportul acestora ITM 3 -45 2 5 3
F21 Solicitare fizică mare
la operațiile de
alimentare a
cuptorului, transport
subansamble grele,
peste sarcina admisă
de HG 1425/2006 ITM 45-180 3 4 3

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 54 –
Sarcina de
muncă
F22 Solicitarea fizică la
executarea sarcinilor
de muncă ITM 3 -45 2 5 3
F23 Solicitarea pshică
(măsurători exacte și
reglaje fine) ITM 1-3 1 5 1

Mediul de
muncă F24 Temperatura
ridicată/scăzută
vara/iarna în timpul
desfășurării activității ITM 3 -45 2 5 3
F25 Afectarea ET și
locației în care se
desfășoară activitatea Deces 7 1 3
F26 Iluminatul foarte slab ITM 1 -3 1 6 1
F27 Umiditatea aerului
scăzută ITM 1-3 1 5 1
F28 Zgomot în mediul
locurilor de muncă
unde se desfășoară
activitatea Inv.gr.III 4 3 4
F29 Particule în suspensie ITM 45 -180 3 4 3
F30 Zgomot datorat
funcționării ET ITM 3 -45 2 5 3
Mijloace de
producț ie
F31 Infecții datorită
bucăților de fier și
netratării zonei lezate ITM 3 -45 2 4 2
F32 Leziuni datorate
particulelor din piatra
de polizor ITM 3 -45 2 4 2
F33 Leziuni din cauza
manevrări greșite a
sculelor cu suprafețe
ascuțite ITM 3 -45 2 4 2

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 55 –

Mijloace de
producț ie
F34 Strivirea sau prinderea
mâinilor la
autodeclanșarea
organelor în mișcare ITM 45 -180 3 3 3
F35 Strivirea membrelor
inferioare la
manipularea pieselor Inv.gr. II 5 3 4
F36 Prinderea hainelor la
fixarea pieselor ITM 3 -45 2 4 2
F37 Vibrații excesive la
folosirea ET ITM 1 -3 1 5 1
F38 Arsuri la nivelul
epidermei la contactul
cu substanțele toxice Inv. gr. III 4 2 3
F39 Afectarea sistemului
respirator din cauza
gazelor toxice ITM 45 -180 3 4 3
F40 Leziuni la nivelul
sistemului vizual Inv.gr.III 4 2 3
F41 Electrocutarea Deces 7 2 4
F42 Electrocutarea Deces 7 2 4

Nivelul de risc global se calculează cu:

Nrg=∑

∑
( ) ( ) ( ) ( )
=3,19 (10)

Nrg-nivel de risc global ; n-numărul de factori de risc identificați ;
ri – rangul factorului de risc„ i ”,
Ri –nivelul de risc pentru factorul de risc „ i ”

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 56 –
5.2.2 Reprezentarea grafică a nivelelor de risc parțial corespunzător
fiecărui factor de risc

Fig. 5.1 Reprezentarea grafică a nivelelor de risc parțial corespunzător fiecărui factor de risc

5.2.3 Interpretarea rezultatelor evaluării riscurilor de accidentare și
îmbolnăvire profesională
Nivelul de risc global calculat pentru locul de muncă „ Tratamentist termo -chimic” este egal cu
3,19 , valoare ce se încadrează în categoria locurilor de muncă cu nivel de risc mic, deoarece nu
a depășit limita maximă acceptabilă (3,5), conform metodei de evaluare a riscurilor utilizate.
Rezultatul este susținut de „Fișa de evaluare”, din care se observă că din totalul de 42 factori de
risc identificați numai 11 depășesc, ca nivel parțial de risc, valoarea 3, ei încadrându -se în
categoria factorilor de risc mediu și pentru acești factori vom aplica măsuri.

01234567
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
F10
F11
F12
F13
F14
F15
F16
F17
F18
F19
F20
F21
F22
F23
F24
F25
F26
F27
F28
F29
F30
F31
F32
F33
F34
F35
F36
F37
F38
F39
F40
F41
F42Nivelurile de risc nivel de risc mediu
nivel de risc mic
nivel de risc minim / nivel de risc
foarte mic
Factorii de risc

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 57 –
5.2.4 Reprezentarea grafica a ponderii co mponentelor sistemului de
muncă

Fig. 5.2 Reprezentarea grafica a ponderii componentelor sistemului de muncă

5.3 Lista de măsuri propuse
Măsuri propuse:
• însușirea ș i respectarea măsurilor de securitate a muncii ș i modul de aplicare a acestora;
• desfășurarea activităților în așa fel încât să nu expună la un pericol de accidentare sau
îmbolnăvire profesională atât propria persoană, cât ș i pe celelalte persoane participante la
procesul d e muncă ;
• aducerea la cunoștință a conducătorului locului de muncă despre orice defecțiune tehnică
sau altă situaț ie care const ituie un pericol de accidentare sau îmbolnăvire profesională ;
• înștințarea conducătorului locului de muncă despre accidentele de muncă suferite de
propria persoană ș i de alte persoane p articipante la procesul de muncă ;
• oprirea lucrului la apariți a unui peri col grav și iminent de producere a unui accident de
muncă și informarea de îndată a conducătorul locului de muncă ;
43%
12% 17% 28%
Executant
Sarcina de muncă
Mediu de muncă
Mijloace de producție

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 58 –
• utilizarea echipamentului indi vidual de protecție din dotare, corespunză tor scopului
pentru care a fost acordat .
5.3.1 Fișa de măsuri propuse
Tabelul 9: Fișa de măsuri propuse
Nr.
Crt. Factorii de
risc Nivel
de risc Nominalizarea măsurilor propuse Competențe /
Răspunderi Termene
0 1 2 3 4 5
1 Lucrul cu foc
în zone
interzise 4 -efectuarea periodică a
instructajului la locul de muncă ;
-atenționarea prin tăblițe
avertizoare a zonelor cu pericol de
incendiu sau explozie ;
-interzicerea lucrului cu foc
deschis ( țigări aprinse, chibrite ,
etc.) în zonele cu pericol de
incendiu :
-interzicerea lucrului cu foc
deschis dacă nu există un permis
de lucrul cu foc deschis. Persoana
responsabilă
de SSM
Conducătorul
locului de
muncă Permanent
2 Poziționarea
mâinilor și a
degetelor în
locuri
nepermise, în
vecinătatea
pieselor în
mișcare 4 -utilizarea corectă a EIP
corespunzător riscurilor existente
la locul de muncă ;
-orice intervenție la echipamentul
de muncă se va face de personal
calificat, autorizat și instruit
corespunzător ;
-verificarea înainte de începerea
lucrului a sculelor și materialelor . Conducătorul
locului de
muncă Permanen t
3
Revizii și
intervenții de
reparații la
cuptoarelor
electrice

4 -efectuarea numai de lucrări
prevazute prin sarcina de muncă,
fără intervenții neautorizate de
conducătorul locului de muncă
( șef de secție ) ;
-efectuarea instructajului periodic,
cu respectarea regulilor impuse de
conducerea societății ;
-intervențiile majore ce trebuie
făcute la echipamentele de muncă. Persoana
responsabilă
de SSM
Conducătorul
locului de
muncă Permanent

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 59 –
4 Poziționarea,
fixarea
greșită a
piesei ce
urmează a fi
șlefuită (F13 ) 4 -respectarea întocmai a sarci nilor
și a tehnologiei de lucru;
-verificarea piesei înainte să fie
șlefuită;
-efectuarea instructajului periodic
la locul de muncă . Persoana
responsabilă
de SSM
Conducătorul
locului de
muncă Permanent
5

Reglaje
greșite a
echipamentul
ui de muncă
(alimentarea
cuptoarelor) 4 -efectuarea numai de lucrări
prevazute prin sarcina de muncă,
fără intervenții neautorizate de
conducătorul locului de muncă
( șef de secție ) ;
-efectuarea instructajului periodic,
cu respectarea regulilor impuse de
conducerea societății ;
-intervențiile majore ce trebuie
făcute la echipamentele de muncă
din dotare, să fie făcute numai de
personal aut orizat și instruit în
acest sens . Persoana
responsabilă
de SSM
Conducătorul
locului de
muncă Permanent
6 Depozitarea
greșită a
substanțelor
chimice 4 -efectuarea periodică a
instructajului la locul de muncă ;
-atenționarea prin tăblițe
avertizoare a zonelor special
amenajate pentru depozitarea
substanțelor chimice .
Persoana
responsabilă
de SSM
Permanent
7 Afecț iuni ale
urechii,
hipoacuzie
datorită
zgomotului
produs în
procesul de
călire a
pieselor 4 -efectuarea determinărilor
zgomotului la toate locurile de
muncă pentru verificarea nivelului
de poluare fonică ;
-se vor dota lucrătorii cu EIP
contra zgomotului (antifoane) ;
-obligativitatea purtării
antifoanelor la locul de muncă Persoana
responsabilă
de SSM
Permanent

Capitolul V :Identificarea și Evaluarea factorilor de risc profesional pentru locul de muncă :
Tratamentist Termo -Chimic

– 60 –
8 Căderea,
alunecarea pe
picioare a
pieselor
grele, în
timpul
manipulării
acestora 4 -asigurarea contra căderii a
pieselor de schimb în rastele,
magazii, prevăzute pentru piese
schimb in atelier ;
-respectarea strictă a
instrucțiunilor de lucru și a fișei
locului de muncă ;
-respectarea legislației în vigoare,
privind manipularea și depozi tarea
materialelor, pieselor,
subansamblelor, etc.

Persoana
responsabilă
de SSM
Permanent
10 Electrocutare
prin atingerea
directă din
cauza unor
defecte de
protecție sau
a unor
defecte de
izolație a
cablurilor de
alimentare
sau a
instalației
electrice 4 -interzicerea interventiei
tratamentistului la tabloul electric;
-usile tabloului vor fi inchise si
asigurate ;
-verificarea zilnică a legăturilor de
nul de protecție și împământare, a
rezistențelor izolațiilor electrice, a
prizelor și rețelelor electric e ;
-remedierea imediată a
defecțiunilor constatate ;
-orice intervenție la echipamentul
de muncă se va face de person alul
calificat și autorizat ;
-instructiuinilor int erne și instruit
corespunzător . Persoana
responsabilă
de SSM
Conducătorul
locului de
muncă Permanent
11

Electrocutare 4 -interzicerea interventiei
tratamentistului la tabloul electric;
-usile tabloului vor fi inchise si
asigurate ;
-verificarea zilnică a legăturilor de
nul de protecție și împământare, a
rezistențelor izolațiilor electrice, a
prizelor și rețelelor electrice ;
-remedierea imediată a
defecțiunilor constatate ;
-orice intervenție la echipamentul
de muncă se va face de person alul
calificat și autorizat ; Persoana
responsabilă
de SSM
Conducătorul
locului de
muncă Perman ent

– 61 –
Concluzii
 conform invenției , în instalația propusă pentru această lucrare , pot fi utilizate diverse
rețete de soluții care sunt folosite în mod curent pentru eliminarea peliculelor pe bază de
TiN sau TiAlN , rețete în componența cărora intră substanțe chimice comerciale ;
 conform experimentelor făcute în prezența câmpului de oscilații mecanice , t impul
necesar înlăturării peliculei de TiN de pe suprafața sculelor așchietoare din oțel rapid , se
reduce de la 3…4 ore , 1a 15…20 minute ;
 în urma experimentelor efectuate s-a observat că activarea reacțiilor chimice este maximă
atunci când în mediul de lucru sunt generate oscilații care au frecvența egală cu cea
proprie a pieselor imersate în soluția lichidă ;
 în urma identificării și evaluării riscurilor s -a constatat că nivelul de risc global este de
3,19 , fiind sub nivelul de risc global de 3,5 ;
 pentru factorii de risc care depășesc nivelul de risc parțial 3 ,s -au aplicat o serie de măsuri
propuse pentru diminuarea probabilității unui accident de muncă și scăderea nivelului de
risc global.

– 62 –
Bibliografie

1. Bonacchi, D., et al., Chemical stripping of ceramic films of titanium aluminum nitride
from hard metal substrates. Surface and Coatings Technology, 2003. 165: pp. 35 -39.
2. Bastien, S. Selective Chemical Stripping of Thin Film Coatings Using Hydrogen
Peroxide and Potassium Oxalate. McGill University, Thesis, 2011.
3. Rabib C., Selective Wet Chemical Etching of Erosion Resistant Coatings from Titanium
Alloy Substrates. Thesis, Department of Chemical Engineering McGill University
Montreal, Quebec, Canada, 2013 .
4. WO 2013101907 A1, Compositions and methods for selectively etching titanium nitride .
5. US 20070087580 A1, Composition for removing an insulation material, method of
removing an insulation layer and method of recycling a substrate using the same .
6. US 20090017636 A1, Titanium n itride -stripping liquid, and method for stripping
titanium nitride coating film .
7. KP 1019960079325, Titanium nitride coating laser stripper .
8. WO 2011130135 A3, Method for stripping nitride coating .
9. US 6531049 B1, 2003, Method of removing Ti film and apparatu s.
10. US 20110256807 A1, Method for stripping nitride coatings .
11. WO 2008138301 A1, Verfahren zur Entschichtung eines Bauteils .
12. S. Marimuthu , A.M.Kamara, D.Whitehead, P.Mativenga,L.Li, Laser removal of TiN
coatings from WC micro -tools and in -process monitoring , Optics & Laser Technology 42
(2010) 1233 –1239.
13. EP 0388749 B1, 1995, Verfahren zum Entfernen von Titannitrid .
14. Luca M.A.; Tratamente termice, Ed. Univ. Transilvania Brașov, 2015 .
15. http://web.utk.edu/~prack/MSE%20300/surface%20treatments.pdf .
16. Frank Czerwinski (2012). Thermochemical Treatment of Metals , Heat Treatment –
Conventiona land Novel Applications , from: http://www.intechopen.com/books/heat –
treatment -conventional -and-novel -applications/thermochemical -treatment -of-metals .
17. Marga rita Bobadilla, Andre Tschiptschin; On the Nitrogen Diffusi on in a Duplex
Stainless Steel, Materials Research, Mat. Res.,vol.18, no.2, São Carlos Mar./Apr., 2015 .
18. Yu.P. Zaikov, V.V. Chebykin, A.I. Anfinogenov; Current less electrochemical synthesis
of funct ional metallic materials în ionic and ionic electronic salt melts, Institute of High –
Temperature Electrochemistry, Ural Branch RAS .

– 63 –
19. O.Kon, Pazarloglu, M.Durmaz,U.Sen,S.Sen; Structural Characterization of Boro –
Titanized AISI 1040 Steel, Pro ceedings of the 4th International Congress APMAS2014,
April 24 -27, 2014, Fethiye, Turkey .
20. Mirela Biritchi, N. Ene, M. Olteanu, C. Radovici; Titanium diffusion coatings on
austenitic steel obtained by the packcementation method, Journal of the Serbian
Chemical Society, No 74 (2), 2009, p. 203 –212.
21. Uwe Huchel; Plasmanitrieren – Anwendungen in der Automobilindustrie und in der
Luftfahrt, Eltro GmbH, Epectropuls, Wildau, 2011 .
22. Sigma – Aldrich, Physical Vapor Deposition (PVD), Material Science Products .
23. Peter M. Martin; Superhard Thin Films Coating, http://www.vtcmag.com/articles/PMM –
WEB072012/ .
24. MeysamZarchi, Sharokh Ahangarani, Maryam Zare Sanjari; The role of PECVD hard
coatings on the perfo rmance of industrial tools, Metallurgical and Materials Engineering,
2014, vol. 20, br. 1 .