RELATÓRIO FINAL científico PIBIC- EMANUELL

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RELATÓRIO DE ATIVIDADES – PROGRAMAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DA UFPI 
 
Relatório. Iniciação Científica UFPI. 1/12 
 
PARTE I – IDENTIFICAÇÃO 
 
Tipo do Relatório: ( ) Parcial ( x ) Final 
Programa: 
( x ) 
( ) 
( ) 
( ) 
PIBIC/CNPq/UFPI 
PIBIC-Af/CNPq/UFPI 
ICV/UFPI 
PIBIC-EM/CNPq/UFPI 
Título do Plano de Trabalho: Caracterização e análise de tratamento duplex em aço super duplex 
UNS S32760. 
Nome do Orientador(a): Prof. Dr. Rômulo Ribeiro Magalhães de Sousa 
Nome do Orientando(a): Emanuell da Silva Belfort 
 
 
PARTE II – RELATO TÉCNICO-CIENTÍFICO 
 
1. Introdução 
 
Indústrias modernas e avançadas como as de petróleo, indústrias químicas e alimentícias requerem 
materiais igualmente modernos e tecnologicamente avançados. Nesse cenário se utiliza em larga escala o 
aço inoxidável devido as suas ótimas propriedades, tais como: boa resistência a corrosão (devido a formação 
de uma camada superficial passiva de oxido de cromo, que forma uma barreira protética contra a ação da 
corrosão de ambientes extremos, comuns nesse tipo de aplicação), boa ductilidade, baixa porosidade e bom 
acabamento superficial. No entanto, quando se trata de propriedades tribológicas, ou seja, resistência ao 
desgaste e ao atrito continuo, os aços inox não desempenham tão bem, o que termina por limitar suas 
aplicações (CAMPOS, 2009 apud LÚCIO, 2018; CASTELETTI; NETO 2010). 
A solução encontrada pela indústria foi o uso de aços inoxidáveis duplex e super duplex. Utilizados 
inicialmente em fabricas de papel sulfite na Suécia em 1930, com o objetivo de mitigar a ocorrência de 
corrosão intergranular nos aços inox austeníticos com alto teor de carbono. Outra aplicação inicial desse tipo 
de aço foi no combate a corrosão sob tensão em presença de cloretos. Esta ficaria conhecida como a primeira 
geração de aços inoxidáveis duplex. A segunda geração, desenvolvida no final da década de 1960 e início da 
década de 1970 com a introdução do nitrogênio no processo de fabricação do aço; foi responsável por eliminar 
o principal defeito da geração passada: a baixa resistência a tenacidade e a corrosão em regiões soldadas 
devido ao excesso de ferrita nessas regiões (as chamadas ZTA – zona termicamente afetadas). Logo foram 
criadas, e a segunda geração de aços duplex já foram incorporadas em plataformas offshore de gás e 
petróleo, onde se demandava materiais de alta resistência a corrosão por cloretos, altíssima resistência 
mecânica e bom processamento. Um exemplo seria o aço 2205, utilizado de forma abrangente na fabricação 
de tubulações e linhas de gás. Assim como os demais tipos de metais, os aços inoxidáveis duplex também 
possuem uma família de tipos, iniciando nos aços duplex, super duplex e até os hiper duplex (IMOA, 2012). 
Entretanto, mesmo os aços duplex e super duplex possuem dureza relativamente baixa, levando a 
uma baixa resistência ao desgaste, e baixas propriedades tribológicas quando aplicadas a ambientes 
extremos. Umas das soluções mais bem avaliadas é o processo de tratamento superficial por nitretação a 
plasma, fornecendo ao material alta resistência a degradação em locais agressivos, aumento da vida útil e 
redução dos custos de operação, ao mesmo tempo que em comparação com a nitretação convencional, a 
nitretação por plasma se mostra econômica, tanto enérgica quando financeiramente além de reduzir o impacto 
ambiental por usar gases não nocivos ao ambiente (LIMA, 2019; IMOA, 2010). 
 
2. Revisão de Literatura 
 
2.1. Aços Inox 
 
Os aços inoxidáveis ou aços inox, como são comumente chamados, são aços cuja composição 
contém valores entre 10,5% a 30% de cromo dissolvidos em solução sólida; sendo este elemento o 
responsável pela propriedade de resistência a corrosão dos aços inox. O cromo, quando em contato com o 
oxigênio, forma uma camada extremamente fina, logo, invisível ao olho humano. Essa camada tem como 
papel a proteção do material inferior a esta camada da ação corrosiva do ambiente externo; visto que o metal 
é um material extremamente fácil de se oxidar, e formar a “ferrugem” (LIMA, 2019). 
 
 
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O nome dado a esta película de proteção formada pelo Cromo em contado com o oxigênio é de 
camada passiva. Sendo ela de formação espontânea, rápida e instantânea, além de ser praticamente livre de 
poros e extremamente estável. 
Conforme se varia a aplicação final do material, a sua composição também se modifica para atender 
os requisitos necessários para um bom desempenho final ou apenas melhorar a linha de produção, 
barateando o processo final ou acelerando a fabricação, com isso, se tem mais componentes na formulação 
do aço inox além do cromo, como: o níquel, carbono, manganês, nióbio, alumínio, titânio, entre outros. Tais 
elementos garantem ao aço inox propriedades como: altíssima resistência a corrosão, boa ductilidade, boa 
soldabilidade, elevada resistência mecânica, boa tenacidade, e muitas mais, variando de acordo com a 
aplicação desejada: tubulações hospitalares, equipamentos; instalações e utensílios sanitários; indústria 
petroquímica, alimentícia e até aeroespacial (LIMA, 2019; CASTELETTI; NETO,2010). 
 
2.1.1. Aços Duplex 
 
Os aços duplex por sua vez são ligas metálicas compostas geralmente por ferro, cromo, níquel, 
molibdênio e nitrogênio. São materiais de característica principal sua microestrutura proporcional na maioria 
dos casos de austenita e ferrita, podendo variar na faixa de 40 a 60% de ferrita e austenita em certas 
ocorrências. A produção comercial favorece levemente a austenita visando melhores valores de tenacidade 
e processamento; eliminando assim o fator de maior desvantagem dos aços austeníticos convencionais 
(BALDIN, 2020). 
Desenvolveu-se esse tipo de aço com o objetivo de aplicação em ambientes extremamente severos 
e agressivos (inclusive aqueles contendo cloretos e sulfetos) nos quais, os aços inoxidáveis apenas não 
suportariam a ação destes e viriam a se degradar. São propriedades desse tipo de aço: melhor resistência a 
corrosão por pites, por frestas e em ambientes não oxidantes quando comparado ao aço inox convencional; 
maior resistência mecânica; e ótima estabilidade química em situações de ambientes com presença de sais 
(tais como o mar) (DURAND, 2020). 
Portanto se tornou muito requisitado a aplicação de aços duplex em indústrias químicas, 
petroquímicas, plataformas de petróleo, equipamentos e estruturas que ficarão expostos a ambientes 
marinhos, entre outras. 
 
2.1.2. Aços Super Duplex 
 
Um aço inoxidável é considerado super duplex quando o seu valor de PREN (Pitting Resistance 
Equivalent Number) é superior a 40; ou seja, quando a sua resistência a corrosão por pites é superior a 40 
nesta escala especifica. Com isso, se tem um metal altamente resistente a corrosão, utilizado em ambientes 
extremamente severos e agressivos que requerem equipamentos com um tempo de vida satisfatório (longos 
períodos de tempo sem necessitar de trocas). Ambientes com a presença da água do mar e cloretos por 
exemplo, se faz necessário o emprego desse tipo de aço (BALDIN, 2020). 
Além da resistência a corrosão, o aço super duplex também conta com uma resistência a tensão, 
fadiga e uma compatibilidade galvânica com outros aços inox de alta liga, sendo utilizados também na 
fabricação de barras, elementos estruturais, chapas, tubos e componentes forjados. Sua composição contém 
basicamente valores maiores de cromo, molibdênio, níquel e nitrogênio (BALDIN, 2020; IMOA, 2012). 
 
2.1.2.1 Aço Super Duplex UNS S32760 
 
Reunindo todas as características e propriedades dos aços super duplex citados acima, o aço UNS 
S32760, é utilizado em diversas aplicações, tais como: acessórios de tubulação, peças forjadas, tarugos, 
laminas planas, na fabricação de barras e outros componentes estruturais, além de equipamentos de 
exigências gerais (IMOA, 2012). A sua composição contémos seguintes componentes: 
 
Tabela 1: Composição química do Aço super duplex UNS S32760. 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA (% em peso) 
Elemento C Cr Ni Mo N Mn Cu W 
S32760 0,03 24,0-26,0 6,0-8,0 3,0-4,0 0,20-0,30 1,00 0,5-1,0 0,5-1,0 
Fonte: Adaptado de IMOA (2012) 
 
Tabela 2: Propriedades físicas do Aço super duplex UNS S32760. 
PROPRIEDADES FÍSICAS 
 
 
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 Densidade Resistencia Elétrica Módulo de Young 
 g/cm³ Lb/in³ micro Ω m micro Ω in. GPa X10⁶ psi 
S32760 7,84 0,281 0,85 33,5 190 27,6 
Fonte: Adaptado de IMOA (2012). 
 
2.2. Plasma 
 
Tem se como plasma o fenômeno de uma descarga elétrica, gasosa ou luminescente que se aplica 
a um gás que possui espécies neutras e espécies eletricamente carregadas como: elétrons, íons positivos ou 
negativos, átomos e moléculas, sendo assim, o quarto estado da matéria (LOPES, 2015). 
As características do plasma são dadas pelos tipos de átomos e moléculas constituintes, da 
densidade e do grau de ionização; no entanto, existe um caso que é independente desses fatores: a quase 
neutralidade do plasma que acontece quando a densidade de espécies negativas se torna igual a densidade 
das positivas. Assim, surge o movimento dos elétrons em busca do equilíbrio (ALVES JR, 2001). No momento 
então, que se aplica uma tensão continua DC entre os eletrodos de um sistema hermeticamente fechado 
numa atmosfera que contém um gás à baixa pressão, ocorre a produção do plasma (LOPES, 2015). 
 
2.2.1. Nitretação a Plasma 
 
Esse processo consiste no tratamento termoquímico de deposição de nitrogênio assistido por plasma; 
melhorando assim a resistência a corrosão, a oxidação e propriedades mecânicas de superfícies como a 
fadiga, dureza, fricção e resistência ao desgaste (SILVA, 2014). 
Tratando-se de aços inoxidáveis deve-se realizar a nitretação por plasma a baixas temperaturas, pois 
a temperatura acima de aproximadamente 500°C o aço inox perde a camada passiva da sua superfície 
causado pelo oxido de cromo, perdendo consequentemente a resistência a corrosão devido a sensitizaçao 
do aço. Com isso, se faz a nitretação entre 300 e 450°C, onde o cromo possui maior afinidade com o nitrogênio 
do que com o ferro, no entanto, os embriões formados não atingem o raio critico necessário para atingir a 
estabilização, se dissolvendo na matriz (DURAND, 2020). 
Quando comparada ao processo convencional de nitretação a gás, a nitretação por plasma possui 
inúmeras vantagens, como: alto controle do tamanho da espessura da camada formada; simplicidade do 
processo quando comparada a nitretação convencional; baixas temperaturas são utilizadas, requerendo 
assim menos energia, logo mais economia; e não existem danos ambientais devido aos gases utilizados no 
tratamento (H2 e N2) (CASTELETTI; NETO, 2010). 
 
2.2.1.1. Sputtering 
 
É o processo no qual ocorre o desarranjo e descolamento de átomos da superfície de um sólido que 
nas colisões trocam energia com as partículas que compõem a superfície. No entanto, se faz necessário que 
a energia das partículas incidentes na superfície da peça tratada seja superior ou igual a energia de ligação 
do átomo da superfície para que o processo ocorra (ALVES JR, 2001; LOPES, 2015). 
Uma das principais vantagens do processo de Sputtering é a limpeza da superfície da amostra antes 
da deposição sem a exposição ao ambiente, o que ocorre na preparação de amostras para a nitretação 
convencional a gás por exemplo. Outras vantagens são: a deposição uniforme sobre grandes áreas pela 
utilização de alvos de diâmetro grande; controle preciso da espessura pelo controle dos parâmetros do 
processo e controle das propriedades dos filmes como cobertura de degrau e estrutura de grão (TATSCH, 
2000; LOPES, 2015). 
 
2.2.2. Deposição em Gaiola Catódica 
 
Nesse método o plasma age na gaiola catódica e retira material majoritariamente das paredes dos 
furos, que reage com gases do plasma e se depositam sobre a amostra de aço posicionado no interior da 
gaiola em potencial suspenso. Nos furos das paredes da gaiola ocorrem descargas de catodo oco que geram 
maiores densidades de íons de que as descargas convencionais, devido a densidade do plasma dentro dos 
furos ser significantemente maior, assim um maior número de íons é ejetado das paredes dos furos. (SILVA 
et al. 2017). 
Apesar de recente, esta é uma técnica que se mostra bastante promissora, por conta da versatilidade 
de utilização (deposição ou nitretação), assim como da complexidade geométrica das amostras (LOPES, 
2015). 
 
 
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Figura 1: Esquema interno de um reator de plasma. 
 
 
Fonte: SOUSA (2017) e Lopes (2015). 
 
2.2.3. Nitreto de Titânio 
 
Classificado oficialmente como uma liga intersticial, devido ao fato dos átomos de nitrogênio 
ocuparem locais de interstício específicos na estrutura dos átomos de titânio, o nitreto de titânio se faz uma 
excelente alternativa para utilização como revestimento duro em aços inoxidáveis. Dessa forma, são 
requisitados na indústria por conta da sua aplicação sobre aços visando o aumento da dureza superficial e 
melhoria das propriedades anticorrosivas, boa estabilidade térmica, grande resistência a abrasão e baixo 
coeficiente de atrito, sendo aplicados na fabricação de ferramentas de corte por exemplo (ALMEIDA, 2019). 
 
Figura 2 – Esquema da estrutura cristalina do nitreto de titânio. 
 
Fonte: Adaptado de Pierson (1996). 
 
Essa característica em especial do nitreto de titânio (um nitreto intersticial) proporciona a ele 
propriedades tanto de materiais cerâmicos como dureza e ponto de fusão elevados, quanto de materiais 
metálicos, no caso da condutividade elétrica e elevada condutividade térmica (FEITOSA, 2011 apud 
ALMEIDA, 2019). 
Outros atributos são: a sua dureza varia de 2000 a 3500 HV, alto ponto de fusão (3160 a 3250°C), 
alto módulo de elasticidade (251 GPa) baixo coeficiente de atrito e alta fragilidade. Detém resistência à 
oxidação até, por volta de 800 °C e uma cor particular de aspecto dourado em condições estequiométricas, 
no entanto, pode alternar de acordo com a concentração de nitrogênio, entre cinza claro metálico e marrom 
avermelhado (PASCHOAL, 1998; DAUDT, 2012; NASCIMENTO, 2017; CARVALHO et al. 2019 apud 
ALMEIDA, 2019). 
 
3. Metodologia 
 
3.1. Material 
 
 
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Foram utilizadas 12 (doze) amostras de aço inoxidável super duplex UNS S32760. Dentre essas, 10 
(10) amostras foram empregadas no tratamento duplex e 2 (duas) foram mantidas para conferência e 
comparação. A configuração das amostras consistia em um formato cilíndrico de aproximadamente 6 mm de 
altura e 15 mm de diâmetro. Sua composição química especificamente compunha-se de: 
 
Tabela 3: Composição química das amostras utilizadas de UNS S32760. 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA (% em peso) 
Elemento C Cr Ni Mo N Mn Cu W 
S32760 0,030 25,30 6,85 3,70 0,25 1,00 0,75 0,75 
Fonte: Adaptado de Villares Metals. 
 
3.2. Métodos 
 
3.2.1. Preparação das amostras 
 
Realizou-se a preparação das amostras nos seguintes passos: lixamento das amostras em lixas de 
220, 400, 600, e 1200 MESH, nessa ordem respectivamente; posteriormente, foi feito o polimento das 
amostras com disco de feltro e a adição de pasta de diamante de 3 µm e 1 µm sob o mesmo com o objetivo 
de se obter uma face espelhada das amostras. Imediatamente após o polimento as amostras foram imersas 
em álcool por 10 minutos em um equipamento de ultrassom buscando uma limpeza efetiva sendo logo após, 
secadas por secador. 
 
3.2.2. Tratamento por plasma 
 
Efetuou-se o tratamento por plasma no Laboratório de Plasma (Labplasma), situado na Universidade 
Federal do Piauí (UFPI), mais especificamente no Centro de Tecnologia(CT). O maquinário compreende-se 
basicamente de um reator, uma bomba de vácuo, uma fonte de corrente contínua de 1200 V de tensão 
máxima e corrente máxima de 2 A, termômetro digital e o sistema de alimentação de gases (ALMEIDA, 2019). 
 
Figura 3 - Equipamento empregado na deposição por plasma. 
 
Fonte: Autoria própria (2021). 
 
A princípio, realizou-se o tratamento em 5 (cinco) amostras por nitretação a plasma convencional 
durante 2 (duas) horas (Tratamento-1) e 5 (cinco) amostras ao longo de 4 (quatro) horas (Tratamento-2), em 
concordância com os parâmetros expostos na tabela 4: 
 
Tabela 4 – Parâmetros de tratamento para a nitretação convencional. 
NITRETAÇÃO CONVECIONAL 
Tratamento 1 Temperatura Composição dos 
gases 
Tempo Pressão 
Pré-Sputtering 350°C 50% H2 – 50% Ar 1 hora 1,5 Torr 
Sputtering 450°C 80% H2 – 50% N2 2 horas 2,5 Torr 
Tratamento 2 
 
 
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Pré-Sputtering 350°C 50% H2 – 50% Ar 1 hora 1,5 Torr 
Sputtering 450°C 80% H2 – 20% N2 4 horas 2,5 Torr 
Fonte: Autoria própria (2021). 
Na etapa de pré tratamento ou pré-sputtering ocorre a remoção das impurezas e resíduos restantes 
da preparação das amostras, juntamente com a formação de “espaços” (vazios) na superfície destas, 
facilitando assim a difusão do nitrogênio. Terminado o pré-sputtering (durando 1 (uma) hora)), modificou-se 
os parâmetros, onde o N2 toma lugar do Ar como gás reagente, dando início ao tratamento efetivamente. 
Passado o tempo de tratamento, este é finalizado com o resfriamento das amostras ainda dentro do reator, 
até se atingir a temperatura ambiente de forma contínua e natural, só então a amostras são removidas. 
Feita a nitretação, prosseguiu-se com o tratamento duplex nas amostras (deposição a plasma com 
gaiola catódica). Aqui, foram sujeitas à deposição de TiN, 4 (quatro) amostras do Tratamento -1 e 4 (quatro) 
amostras do Tratamento-2, sendo 2 (duas) amostras (de ambos Tratamento-1 Tratamento-2) com o tempo 
de tratamento de 2 (duas) horas (Duplex-1) e 2 (duas) amostras com tempo de tratamento de 4 (quatro) horas 
(Duplex-2); utilizando os seguintes parâmetros: 
Tabela 5 – Parâmetros de tratamento para a deposição de TiN duplex. 
DEPOSIÇÃO POR PLASMA COM GAIOLA CATÓDICA 
Duplex 1 Temperatura Composição dos 
gases 
Tempo Pressão 
Pré-Sputtering 350°C 50% H2 – 50% Ar 1 hora 1,5 Torr 
Sputtering 450°C 25% H2 – 75% N2 2 horas 2,5 Torr 
Duplex 2 
Pré-Sputtering 350°C 50% H2 – 50% Ar 1 hora 1,5 Torr 
Sputtering 450°C 25% H2 – 75% N2 4 horas 2,5 Torr 
Fonte: Autoria própria (2021). 
Assim como na nitretação convencional, o pré tratamento de 1 (uma) hora de duração também foi 
executado na deposição de TiN a fim de promover a remoção de resíduos restantes e a formação de lacunas 
na superfície das amostras visando a formação da fina camada de titânio, para suportar o filme de TiN a ser 
depositado. Posteriormente se alterou os valores, de modo a substituir o Ar pelo gás reagente N2, iniciando o 
tratamento efetivamente. 
3.2.3. Nomenclatura das amostras 
 
Com o objetivo de organização e simplificação na discussão dos resultados as amostras receberam 
um código de identificação referente as condições de tratamento, descrito na tabela 6: 
 
Tabela 6 – Nomenclatura das amostras submetidas aos tratamentos térmicos e sem tratamento. 
 Nitretação 
convencional 
Duplex 
(Nitretação 2h) 
Duplex 
 (Nitretação 4h) 
Sem 
Tratamento 
Tempo 2h 4h 2h 4h 2h 4h - 
Nomenclatura NC2 NC4 N2-D2 N2-D4 N4-D2 N4-D4 ST 
Fonte: Autoria própria (2021). 
 
3.3. Caracterizações 
 
3.3.2. Microdureza 
 
O ensaio de microdureza foi realizado no Laboratório de Metalografia do curso de Engenharia 
Mecânica da Universidade Federal do Piauí, com um equipamento denominado Microdurômetro da maca 
INSIZE, modelo ISH-TDV 1000, que forneceu medidas de microdureza na escala Vickers (HV), a fim de estudo 
e verificação da modificação na dureza superficial das amostras provenientes do tratamento duplex. Cinco 
medidas de microdureza foram feitas para cada amostra individualmente, com movimento do cursor do centro 
para as bordas da amostra, sendo aplicada uma caga de 50 gf, por tempo de 15 segundos. Considerou-se 
para cada amostra os valores de dureza média como resultado. 
 
3.3.2. Microscopia Óptica (MO) 
 
 
 
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Com o propósito de mensurar a espessura da camada depositada sobre as amostras que passaram 
por nitretação e a posteriori por tratamento duplex, ou seja a deposição de TiN, foi realizada a microscopia 
óptica (MO). A preparação das amostras para a realização dessa caracterização consistiu em: lixar as 
amostras transversalmente, com lixas d’água de SiC em politriz de alta rotação resfriada constantemente, 
visando uma superfície plana e perpendicular ao revestimento depositado. Em seguida, as amostras foram 
embutidas em baquelite e submetidas ao procedimento padrão na Metalografia, ou seja: preparar a superfície 
com lixas d’água de SiC com granulometria de 220, 400, 600 e 1200 MESH respectivamente, sendo logo 
após polidas com pasta de diamante com granulometria de 3 μm e 1 μm. Finalmente, as amostras foram 
atacadas com solução Behara objetivando acentuar a microestrutura e analisadas com microscópio óptico 
metalográfico upright BEL Photonics, modelo MTM-1A. 
 Realizou-se então medidas de espessura durante o comprimento do filme juntamente com os 
cálculos dos valores médios de espessura e desvio padrão dos valores, dispostos em tabela. As imagens das 
microestruturas e camada de compostos foram atingidas com aumento de 500 e 800 vezes. Utilizou-se de 
software (ImageJ) na obtenção das medidas de espessuras das camadas das amostras. 
 
3.3.3. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 
 
Visto que não foram obtidas boas visualizações da espessura e morfologia dos filmes de TiN, a técnica 
de Microscopia Eletrônica de Varredura foi aplicada. Para este ensaio, as amostras foram lixadas com o 
propósito de se adquirir uma superfície plana perpendicular ao revestimento depositado, com a mesma 
metodologia descrita no tópico anterior (3.3.2.). 
Um aumento de 50.000 vezes foi adotado no ensaio, foram também efetuadas medidas de espessura 
ao longo do comprimento das camadas constituídas e calculados os valores médios da espessura e o desvio 
padrão dos valores. Utilizou-se o software ImageJ na medição da espessura das camadas nas imagens 
fornecidas pelo ensaio MEV. 
Fez-se uso do microscópio eletrônico de modelo QUANTA FEG 250, marca FEI COMPANY, 
localizado no Laboratório Interdisciplinar de Materiais Avançados LIMAV do Centro de Tecnologia – UFPI. 
 
3.3.4. Polarização Potenciodinâmica 
 
Em alusão ao exame de Polarização Potenciodinâmica, não foi possível obter resultados pois os 
laboratórios disponíveis que dispõem do equipamento necessário para realização dos testes, estavam 
fechados, por conta da pandemia atual do vírus covid-19. Inviabilizando, portanto, a execução dos ensaios 
requeridos e desejados no plano de trabalho, a fim de melhor compreensão dos resultados alcançados 
durante a pesquisa. 
 
4. Resultados e discussão 
 
Obtidos os valores de microdureza, constatou-se que os tratamentos superficiais de fato elevaram a 
dureza das amostras, onde se alcançou um aumento de aproximadamente 4,3 vezes na dureza superficial 
da amostra submetida à nitretação convencional no decorrer de duas horas e de 4 vezes para a amostra N2-
D2, ocorrendo o mesmo com todos os demais tratamentos, que apresentaram dureza superficial ressaltada 
quando comparadas com as amostras sem tratamento algum. A seguir, o gráfico de resultados de 
microdureza com valores antes e após o tratamento. 
 
 
 
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Relatório. Iniciação Científica UFPI. 8/12Figura 4 - Valores de microdureza das amostras tratadas e sem tratamento. 
 
 Fonte: Autoria própria (2021). 
 
No entanto, observou-se também uma redução da dureza superficial em todas as amostras que 
passaram por tratamento duplex. Supõe-se três alternativas a fim de compreender esse fato. A primeira diz 
que a adesão dos filmes não ocorreu de forma ideal. A segunda alternativa refere-se que nos filmes de TiN, 
a camada formada no pré-sputtering, formada por um filme de titânio (Zona 1), contém uma baixa dureza em 
relação ao filme de TiN, de acordo com Zalnezhad et al. (2012), sendo o filme de titânio puro bastante macio, 
com uma dureza por volta de 255 HV. Já a terceira hipótese sugere que o teste de microdureza não seja ideal 
no exame e estudo da dureza dos filmes de TiN, propondo-se o teste de nanodureza ao invés. Assim, os 
filmes formados em N2-D2 e N4-D2 forneceram melhores resultados que as amostras N2-D4 e N4-D4, pois 
por serem menos estreitos a avaliação de microdureza não preservou tão bem a microdureza identificada 
para a camada nitretada quanto das amostras N2-D2 e N4-D2. 
Examinando a figura 5, que mostras as imagens de microscopia óptica das amostras NC2 (A) e NC4 
(B), conclui-se que se formaram camadas de compostos espessos e em grande parte uniformes, de média 
de 16,64 µm para o tratamento de duas horas e 14,43 µm no tratamento de 4 horas. 
 
 Figura 5 – Imagens obtidas por microscopia óptica das amostras NC2 (A) e NC4 (B). 
 
 Fonte: Labplasma (2021). 
 
Foi verificado também a formação de nitretos de cromo nas regiões mais escuras da camada 
nitretada, que conforme Tachieva et al. (2019), provém do alto teor de cromo presente no substrato em que 
as camadas de nitreto buscam se formar devido à forte energia de ligação entre o cromo e o nitrogênio. 
331,86
1427,28 1348,37 1384,91
1128,35
1322,8
944,99
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
ST NC2 NC4 N2-D2 N2-D4 N4-D2 N4-D4
M
ic
ro
d
u
re
z
a
Amostras
(A) (B) 
 
 
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Quanto a espessura das camadas após o tratamento duplex, na figura 6 se observa as amostras N2-
D2 (A), N2-D4 (B), N4-D2 (C) e N4-D4 (D) com imagens providas do microscópio óptico, com os valores 
expondo a dimensão total das camadas obtidas, onde é somada a camada apenas nitretada com a camada 
de TiN depositada. 
 
 Figura 6 - Imagens obtidas por microscopia óptica das amostras N2-D2 (A), N2-D4 (B), N4-D2 (C) e N4-D4 (D). 
 
 Fonte: Labplasma (2021). 
Desse modo, visualizou-se camadas uniformes do tratamento de nitretação, notando a presença 
numerosa de poros juntamente com o crescimento da camada, que acompanha a orientação dos grãos. 
Todavia, os filmes de TiN são pouco evidentes, com a exclusão de N2-D4, em que é possível verifica-lo por 
ser o mais espesso, ainda que difícil de mensura-lo, sendo necessário o emprego do MEV. A tabela 7, 
evidencia as medidas de espessura média e o desvio padrão das camadas após a nitretação e após o 
tratamento duplex para todas as amostras. 
Tabela 7 – Espessura média e desvio padrão das camadas após nitretação e após o tratamento duplex. 
AMOSTRA ESPESSURA MÉDIA DESVIO PADRÃO 
NC2 16,64 µm ± 0,89 µm 
NC4 14,43 µm ± 1,03 µm 
N2-D2 16,21 µm ± 1,10 µm 
N2-D4 11,39 µm ± 0,81 µm 
N4-D2 13,45 µm ± 0,91 µm 
N4-D4 13,50 µm ± 0,67 µm 
Fonte: Autoria própria (2021). 
 
No que se refere a microscopia eletrônica de varredura, a figura 7 expõe as imagens adquiridas e 
ampliadas na zona dos filmes de TiN, além das respectivas medidas das espessuras ao longo da camada. 
As imagens A, B, C, e D representam, nessa ordem, as amostras N2-D2, N2-D4, N4-D2 e N4-D4. 
 
(A) 
(D) (C) 
(B) 
 
 
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 Figura 7 – Micrografias obtidas por MEV com as medidas de espessura dos filmes de TiN. 
 
 Fonte: Labplasma (2021). 
É visível na figura 7 a diferença entre a região onde julga-se a dos filmes de TiN e a região da camada 
nitretada (designadas na figura). Percebe-se também certa distinção entre os filmes de TiN, formando duas 
zonas, nas quais são mais evidentes em B, atenuadas em D e pouco definidas em A e C. Foi nomeada de 
Zona 1 a inferior do filme, em tom mais escuro, vista em B. Enquanto a Zona 2, diz respeito a região superior 
de TiN, em tom mais claro. Atribui-se a formação da Zona 1 à etapa de pré-sputtering, em que um filme, de 
maior composição ou formado apenas de titânio cresce devido à ausência do nitrogênio na atmosfera do 
reator, assim, não ocorre a formação do nitreto de titânio e o plasma age sobre a gaiola de titânio, extraindo 
átomos desta. Estes átomos, portanto, se depositam na superfície da amostra, dando origem a esta região. 
Já a Zona 2, deduz-se que seja formada predominantemente de TiN. 
Nota-se ainda que, nos tempos de 4 (quatro) horas (B e D), as camadas formadas se apresentam de 
maneira uniforme e definida, apontando boa eficácia dessa condição. Em relação as amostras tratadas em 
tempos de 2 (duas) horas apresentam camadas estreitas e pouco definidas, apresentando regiões em que se 
assemelham com o aspecto da baquelite, apesar disso, foi possível realizar a identificação e medições. 
Concomitantemente, identificou-se diversos aglomerados nos filmes das amostras submetidas ao tratamento 
duplex de 2 (duas) horas, que, segundo Nascimento (2017), é comum a técnica de deposição utilizando a 
gaiola catódica e à temperatura, em que ocorre uma contração da espécie formada quando o material é 
extraído da gaiola e chega a superfície do substrato, em consequência, a próxima espécie formada tenderá 
a se agrupar com a espécie de maior afinidade, levando ao surgimento de um aglomerado, em detrimento de 
um espalhamento uniforme no substrato. 
A tabela 8 exibe os resultados com as medidas de espessura dos filmes de TiN formados, contendo 
a média de espessura ao longo do filme e o desvio padrão. 
 
Tabela 8 – Espessura média dos filmes de TiN das amostras N2-D2, N2-D4, N4-D2 e N4-D4. 
 
AMOSTRAS 
ZONA 1 ZONA 2 
ESPESSURA 
MÉDIA 
DESVIO PADRÃO ESPESSURA 
MÉDIA 
DESVIO PADRÃO 
N2-D2 0,36 µm ± 0,06 µm 0,77 µm ± 0,13 µm 
N2-D4 1.01 µm ± 0,05 µm 2,33 µm ± 0,03 µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
µm 
A B 
D C 
Camada nitretada Camada nitretada 
Camada nitretada Camada nitretada 
Filme de TiN 
Filme de TiN Filme de TiN 
Zona 1 
Zona 2 
Zona 1 
Zona 2 
Filme de TiN 
µm 
 
 
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N4-D2 0,41 µm ± 0,01 µm 0,62 µm ± 0,20 µm 
N4-D4 0,39 µm ± 0,01 µm 1,10 µm ± 0,07 µm 
Fonte: Autoria própria (2021). 
 
 
5. Conclusão 
 
A técnica de tratamento duplex se mostrou bastante eficiente, pois em todas amostras em que se 
aplicou o tratamento, foram observados os filmes de TiN calculado, além de proporcionar um aumento de 
dureza superficial de até 4 vezes. Ressaltando que em tempos de duas horas, formaram-se filmes com 
menores espessuras e não uniformes, e nos tempos de quatro horas produziram filmes uniformes e mais 
espessos com duas regiões visualmente perceptíveis, entretanto, tendo de ser realizado um exame da sua 
aderência a camada nitretada. 
Em relação a redução da dureza após a deposição de TiN, julga-se necessário o ensaio de 
nanodureza a fins de elucidação e maior clareza teórica, dado que foram compostas camadas bem definidas, 
conformes e regulares nos tempos de 4 horas tratamento, contudo, estas se mostraram com os menores 
valores de dureza. 
 
6. Referências 
 
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