Elementos terras raras têm sido utilizados em tratamentos termoquímicos de cementação, nitretação e boretação para acelerar a difusão. Nestes processos, cloretos de cério e lantânio são adicionados como reagentes, e a resultante difusão de elementos terras raras no substrato metálico modifica as fases e propriedades das camadas formadas. Para uma investigação mais abrangente do efeito dos elementos terras raras nos tratamentos termoquímicos de superfície, ítrio, lantânio, neodímio, samário e gadolínio foram adicionados aos reagentes do processo de boretação em granulados na forma de óxidos e nitratos. O tratamento termoquímico foi realizado em duas temperaturas diferentes, 840ºC e 900ºC e o patamar em temperatura foi fixado em 4 h. As camadas de boretos assim formadas na superfície de amostras de aço carbono AISI 1045 foram caracterizadas por meio de microscopia óptica, ensaio de microdureza, difração de raios-X, espectroscopia de emissão óptica de descarga luminescente e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X. O potencial de boro do meio boretante, modificado pela adição de elementos terras raras, foi avaliado através da análise química da concentração de boro em fitas de ferro por espectrometria de emissão óptica de plasma indutivamente acoplado. Os resultados mostraram que a adição de elementos terras raras aos reagentes do processo de boretação, tanto na forma de óxidos como de nitratos, promove aumento da difusão de boro, observável em profundidades de camada maiores na temperatura de processo de 900ºC, e em concentração maior de boro na camada, para boretação realizada a 840ºC. Nessa temperatura, foi possível constatar que a adição de nitratos de lantânio, neodímio, samário e gadolínio aos reagentes do processo de boretação não tem efeito catalisador nas reações de liberação de boro nascente para difusão no substrato de aço AISI 1045, o que sugere que os efeitos da adição de elementos terras raras sobre a difusão de boro no aço está relacionada com a formação de boretos terras raras tridimensionais nos contornos de grão, em subestruturas tubulares através das quais os átomos de boro se difundem facilmente e atingem maiores profundidades de penetração. O tipo de boreto difere entre os elementos terras raras adicionados em razão da ampla variação de raios iônicos dos elementos investigados, e para o processo de boretação realizado a 840ºC, a difusão de boro é inversamente proporcional ao raio iônico do elemento terra rara utilizado.

Rare earth elements have been used in thermochemical treatments of carburizing, nitriding, and boronizing to enhance diffusion. At these processes, cerium and lanthanum chlorides are added as reagents, and the resulting rare earth element diffusion into the metal substrate modifies the phases and properties of the layers formed. To further investigate the effect of rare earth elements on surface thermochemical treatments, yttrium, lanthanum, neodymium, samarium, and gadolinium were added to the reagents of the powder-pack boronizing process in the form of oxides and nitrates. The thermochemical treatment was carried out at two different temperatures, 840ºC and 900ºC and the holding time was set as 4 h. The resulting boride layers formed on the surface of carbon steel AISI 1045 samples were characterized by means of optical microscopy, microhardness test, X-ray diffraction (XRD), glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES), and X-ray excited photoelectron spectroscopy (XPS). The boron potential of the boronizing medium, modified by the addition of rare earth elements, was evaluated by chemical analysis of the boron concentration in iron foils by inductively coupled plasma - optical emission spectrometry (ICP-OES). The results showed that the addition of rare earth elements to the reagents of the boronizing process, in the form of oxides and nitrates, promotes an increase in boron diffusion, observable in higher layer depths at the process temperature of 900ºC, and in higher boron concentration in the layer, for boronizing at 840ºC. At this temperature, it was possible to verify that the addition of lanthanum, neodymium, samarium, and gadolinium nitrates to the reagents of the boronizing process does not have a catalytic effect on the reactions of nascent boron releasing for diffusion in the AISI 1045 steel substrate, which suggests that the effect of rare earth element addition on the diffusion of boron in a steel substrate is related to the formation of three-dimensional rare earth borides in the grain boundaries, in tubular substructures through which boron atoms easily diffuse and reach greater depths of penetration. The type of boride varies among the rare earth elements added due to the wide variation of ionic radius of the investigated elements, and for the boronizing process carried out at 840ºC, the boron diffusion is inversely proportional to the rare earth element ionic radius used.