Apostila

Prévia do material em texto

Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 
Universidade Federal do Rio Grande do Norte 
Departamento de Física Teórica e Experimental 
Laboratório de Proc. de Materiais por Plasma 
Fone : (084) 215 3800 Fax: (084) 215 3791 
e-mail: alvesjr@dfte.ufrn.br 
site: www.dfte.ufrn.br/labplasma 
 
 
 
 
 
 
TRATAMENTO E REVESTIMENTO 
DE SUPERFÍCIES 
 
 
 
 
CLODOMIRO ALVES JÚNIOR 
 DEPARTAMENTO DE FÍSICA TEÓRICA E EXPERIMENTAL 
LAB. DE PROCESAMENTO DE MATERIAIS POR PLASMA 
 
 
 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
APRESENTAÇÃO 
 
Essa apostila foi preparada inicialmente para um curso extracurricular 
ministrado no Departamento de Engenharia de Materiais da Universidade 
Estadual de Ponta Grossa – PR, no ano de 1994. Em seguida, foi adaptada para 
servir como material didático à disciplina de Engenharia de Superfície do 
Curso de Engenharia de Materiais da UFRN. Durante o curso foi solicitado aos 
alunos que fizessem críticas e/ou inserções de técnicas e ilustrações que 
enriquecessem esse conteúdo. O resultado foi animador e me estimularam a 
estender a solicitação não apenas para os novos alunos, mas também para os 
demais usuários, internautas ou não, que sentirem a necessidade de 
informações complementares nessa apostila. Desde já agradeço 
profundamente aos estudantes da primeira turma de Engenharia de Materiais 
pela colaboração na confecção dessa apostila: Allison, André, Andressa, 
Cláudio, Eduardo, Eilson, Lílian, Marcelo, Michele, Ruthilene, Túlio, 
Ygor. 
 
 
 
 
 
 
 
: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 ÍNDICE 
 
 
 
1-TRATAMENTOS DE SUPERFÍCIE 8 
1.1 - Tratamentos térmicos 8 
1.1.a - Endurecimento por indução 8 
1.1.b - Endurecimento por chama 12 
1.1.c - Endurecimento por laser 13 
Endurecimento por Têmpera 14 
Endurecimento por solidificação rápida 15 
Endurecimento por formação de ligas superficiais 15 
Cladagem por laser 15 
Endurecimento a laser por onda de choque 15 
Laser Melt/Particle Injection 16 
Laser CVD 16 
Laser PVD 16 
Revestimento auxiliado por laser 16 
1.1.d - Endurecimento por centelhamento 17 
1.1.e - Endurecimento por feixe de elétrons 17 
1.2 - Tratamentos termoquímicos 18 
1.2.a - Cementação 18 
Cementação sólida 19 
Cementação líquida ou em banho de sais 20 
Cementação gasosa 21 
Cementação a plasma 22 
1.2.b - Carbonitretação 22 
Carbonitretação líquida 23 
Carbonitretação gasosa 23 
1.2.c - Nitretação 23 
Nitretação em amônia 24 
Processos Modificados 25 
Nitretação líquida 26 
Nitretação em Banho de Sais Fundidos 26 
Processos Especiais 27 
Tratamentos termoquímicos por plasma 28 
a) Nitretação iônica 28 
Cementação iônica 37 
1.2.d - Boretação 38 
1.3 - Deposição Física de Vapor (PVD) 38 
1.3.a - Implantação iônica 38 
1.3.b - Implantação Iônica por Imersão em Plasma 40 
1.4 - Tratamentos mecânicos 42 
1.4.a - Jateamento (Shot peening ) 42 
2 - REVESTIMENTOS DE SUPERFÍCIE 43 
2.1 - Eletroquímico 43 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
2.2 - Revestimento químico 48 
Revestimento por solda 49 
Revestimento por aspersão térmica 50 
2.5 - Deposição química de vapor (CVD) 55 
2.5.1 Polimerização por descarga luminescente 57 
2.5.2 Aplicações 59 
2.6 - Deposição física de vapor (PVD) 62 
2.6.1 - Evaporação 63 
2.6.2 - Deposição por vapor ionizado (Ion plating) 65 
Deposição por vapor ionizado assistido por plasma (glow-discharge ion-plating) 65 
Deposição por vapor ionizado assistido por feixe de íons (ion-beam ion-plating) 68 
2.6.3 - Deposição por sputtering 69 
Métodos de sputtering 69 
Sputtering diodo de corrente contínua 70 
Sputering triodo de corrente continua 71 
2.6.4 Deposição a laser pulsado 73 
3 - TÉCNICAS HIBRIDAS DE PROCESSAMETO SUPERFICIAL 74 
3.1 Introdução a Microeletrônica 74 
3.1.1 Dispositivos básicos da microeletrônica 74 
3.2 Processamento de um Circuito Integrado 75 
3.2.1 Ciclo 0 76 
3.2.2 Ciclo 1 77 
3.2.3 Ciclo 2 82 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 84 
ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TÉCNICAS DE TRATAMENTO E REVESTIMENTO DE SUPERFÍCIES 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 
 
 Nos últimos anos, houve um grande crescimento no número de técnicas 
associadas a modificação de superfícies, isto é, métodos que modificam as propriedades 
da superfície sem alterar as propriedades do seu volume (Upadhya & Tiearney, 1989). 
A principal razão para esse crescimento é que as forças destrutivas em muitas 
aplicações tecnológicas concentram-se no exterior do componente requerendo, desse 
modo, propriedades superficiais que são intencionalmente diferentes do núcleo e pelo 
fato que raramente se faz um material com propriedades perfeitamente iguais a todos os 
requisitos de uma dada aplicação. Portanto isto freqüentemente torna-se necessário 
assumir um compromisso tal que um material tenha propriedades aceitáveis em cada 
área pertinente. Para atender tais exigências aplicasse a engenharia de superfície que 
melhora decisivamente e seletivamente a função e eficácia do tempo de vida de um 
material usado para fabricação de algum componente. Junto a racionalidade no uso dos 
materiais, há também a preocupação no uso de técnicas que causam impacto ambiental. 
Por isso, cada vez mais estas técnicas fazem uso de plasmas, feixes de íons ou elétrons, 
laser e deposição química e física de vapor, abandonando técnicas como a 
galvanoplastia, zincagem, pastas metálicas, nitretação e cementação convencionais e 
outras que possuem substancias nocivas ao ambiente e/ou baixa eficácia comparada 
com as técnicas modernas (Vento, 1988). De um modo geral, as técnicas tem como 
características a temperatura do processo, propriedades mecânicas, profundidade da 
camada e comportamento em serviço. Essas técnicas podem ser divididas em dois 
grandes grupos (Sankaran, 1992): 
Tratamento de superfície onde a composição e/ou propriedades mecânicas da 
superfície são alteradas; tendo como idéia geral, mudar as propriedades da superfície, 
fazendo com que o núcleo mantenha suas características originais; e esse tratamento de 
superfície inclui os processos mecânicos como o shot-peening que endurece a superfície 
por trabalho à frio; tratamento térmico por laser ou feixe de íons e elétrons, o qual 
endurece a superfície através de solidificação rápida; tratamentos por difusão como a 
cementação, nitretação e boretação que modifica a composição da superfície; tratamento 
químico, tais como o ataque e a oxidação, que remove ou muda a composição dos 
materiais por reação química e a implantação iônica, onde a composição da superfície é 
modificada pela implantação de íons de alta energia em camadas próximas à superfície. 
Revestimentos superficiais onde um material diferente é depositado para criar uma 
nova superfície. Inclui as técnicas de eletrodeposições e conversões químicas 
tradicionais, assim como técnicas mais recentes como a aspersão térmica, onde um 
plasma ou um arco elétrico é usado para fundir um pó ou um fio, e gotas do material 
fundido são aspergidas sobre a superfície do material que se deseja revestir; deposição 
física de vapor (PVD) em que um fluxo de vapor é criado por um processo físico como 
evaporação, sputtering ou remoção à laser e o processo de deposição química de vapor 
(CVD), onde uma reação das espécies no estado de vapor com as espécies da superfície 
da peça produzem o revestimento (Sandven, 1986). 
 Os diagramas das figuras 1 e 2 sumarizam as principais técnicas utilizadas para 
modificação de superfícies(Oakley, 1985). 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
Fillet
Rolling
Shot Peening
Implantação Iônica
Convencional
Aeração Acelerada
Sulfetação Acelerada
Convencional
Convencional
Baixa Pressão
Nitretação Iônica
Endurecimento por Indução
Endurecimento por Feixe de Elétrons
Endurecimento por Chama
Endurecimento a Laser
Endurecimento por Centelhamento
Carbonitretação
Nitretação
Boretação
Gás
Líquido
Em caixa
Iônica
Em caixa
Líquido
Gás
Gás
Cementação
Tratamentos
termoquímicos
PVD
Tratamentos
mecânicos
Tratamentos
térmicos
 
 
Figura 1 - Tipos de tratamentos de superfície 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 
 
Figura 2 - Tipos de revestimentos superficiais. 
 Das várias técnicas mencionadas, serão detalhadas algumas consideradas mais 
importantes ou aquelas mais recentes que utilizam o plasma ou laser como fonte 
energética. 
 
 
 
 
 
 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
1-TRATAMENTOS DE SUPERFÍCIE 
 
1.1 - Tratamentos térmicos 
 
 Essa classe de tratamento abrange os processos que modificam a superfície 
através de um tratamento térmico superficial, sem haver qualquer reação química com o 
ambiente. De maneira geral os tipos de tratamentos térmicos permite ser aplicado a 
peças de grandes dimensões, como por exemplo, engrenagens de 2 a 3 m; permite o 
endurecimento em áreas localizadas; pode ser usado quando a geometria da peça 
ocasionar grandes deformações; permite obter a combinação de altas resistências ao 
desgaste e dureza na superfície, com ductilidade e tenacidade no núcleo da peça; não 
exige fornos de aquecimento; é rápida (pode ser aplicada na oficina); não produz 
grandes oxidações e descarbonetações no aço. 
 
 1.1.a - Endurecimento por indução 
 
 Este processo é extensivamente usado para endurecimento de superfície. Ele 
utiliza o princípio da indução eletromagnética, ou seja, usando bobinas de indução; 
onde a passagem de uma corrente elétrica através de um condutor produzirá um campo 
magnético, o qual induz uma corrente elétrica em outro condutor colocada no campo 
magnético. A quantidade de calor gerada é dada pela lei de Joule: 
 
Q = 0,239 . i 2 . R . t 
Onde: 
i = corrente em ampére; 
R = resistência do condutor em ohms; 
t = tempo que circula a corrente em segundos. 
 
 Quando uma corrente alternada de alta freqüência (500 a 15 x 106) flui através 
de um condutor, no caso em questão uma bobina de cobre, um campo magnético, 
também alternado e altamente concentrado, é criado em torno da bobina. Se nas 
proximidades dessa bobina é colocado um material condutor, o campo magnético 
induzirá uma corrente elétrica no mesmo que produzirá o aquecimento desse material 
(Alves Jr., 1984). A figura 3 ilustra o princípio. 
 
Figura 3 - Princípio de aquecimento por indução. 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
O material sendo um circuito fechado terá um aquecimento que dependerá de sua 
resistência elétrica. Esse aquecimento é dado pelas características do forno e da 
amostra. As características do forno são a corrente na bobina, número total de espiras e 
o fator de acoplamento bobina-amostra. Quanto ao material a ser aquecido, as 
características que limitam o seu aquecimento é o tamanho, resistividade elétrica, 
permeabilidade magnética e sua inclinação com relação ao campo magnético. O calor é 
então gerado dentro dos limites de uma casca superficial da peça, cuja espessura é dada 
por : 
δ ρμν= 3 05. (1)
 
onde δ é a profundidade de penetração das linhas de campo magnético(em mm), ρ é a 
resistividade do material (ohm/mm), μ é a permeabilidade magnética (Henry/mm) e ν é 
a frequência de alimentação da bobina (em Hz). Para o caso de endurecimento 
superficial de aços, tem-se que a profundidade de penetração é dada por (Child, 1980): 
δ ν=
20 (temperatura ambiente) (2)
δ ν=
500 (800oC) (3)
 
 Uma planta de endurecimento por indução consiste basicamente de três 
elementos, isto é, um gerador de alta frequência, uma bobina indutora e um mecanismo 
para manuseio dos componentes durante o aquecimento e resfriamento. A bobina 
indutora é geralmente construida de tubos de cobre que podem ser refrigerados à água. 
Diferentes formas de bobinas são então construidas para atenderem aos mais diversos 
fins. Na figura 4 é mostrado algumas ilustrações de configurações de bobinas e o quadro 
de aquecimento resultante (Bhusman & Gupta, 1991) e na figura 5 é mostrado casos 
ilustrativos de tratamento de têmpera por indução. 
 
 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 
Figura 4 - Algumas configurações típicas de bobinas indutoras e o quadro de aquecimento 
resultante. 
 
Figura 5 - Aplicações de tratamento de têmpera por indução. 
 Dependendo da área a ser tratada, a têmpera pode ser estacionária, progressiva 
ou rotativa. Para componentes como longas hastes é interessante fazer a bobina 
movimentar-se lentamente ao longo da mesma. Em outras situações como grandes 
engrenagens a bobina fará um movimento circular. Enfim, para cada uso haverá uma 
configuração e uma adaptação de bobina diferente. 
 Os aços que são endurecidos por indução deve ser aqueles que se austenitizam 
completamente com o pequeno tempo de aquecimento. Aços que possuem carbonetos 
finamente dispersos dissolvem mais rápido esses carbonetos que aqueles possuindo 
carbonetos grosseiros, por exemplo, martensita envelhecida pode austenitizar totalmente 
num curto tempo de aquecimento enquanto uma estrutura esferoidizada não terá um 
bom resultado. Aços ligados, com carbonetos estáveis, devem ser aquecidos a uma 
maior temperatura de austenitização que os aços carbono. Os aços mais comumente 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
usados para endurecimento por indução são os aços de médio carbono contendo de 0,3 a 
0,5 %C. Para maiores teores , o risco de trincamento é consideravelmente aumentado, 
mas com um controle adequado esses aços com alto carbono também podem ser 
endurecidos. Devido à alta taxa de aquecimento, na ordem de centenas de graus 
centígrados por segundo, a transformação da perlita em austenita ocorre em maiores 
temperaturas que a de equilíbrio. Os aços são normalmente resfriados em óleo ou água. 
Após o endurecimento, os aços são geralmente envelhecidos em 150oC a 200oC ou mais 
se uma menor dureza é desejada. Se as partes são envelhecidas em temperaturas 
inferiores haverá um grande risco de surgimento de tricas durante o lixamento da peça. 
 Esse método apresenta algumas vantagens sobre os métodos de endurecimento 
convencionais por tratamento, tais como: 
 
• Pode-se determinar com precisão a profundidade da camada temperada; 
• O aquecimento é rápido; 
• As bobinas podem ser facilmente confeccionadas e adaptadas à forma da peça; 
• Geralmente, possibilita um maior aumento da dureza e da resistência ao desgaste; 
• A resistência a fadiga é também superior; 
• Não tem problema de descarbonetação; 
• O endurecimento localizado reduz consideravelmente a energia comparada aos 
outros processos de tratamentos térmicos. 
• Os tempos necessários para endurecimento são curtos (1 a 30s) dando maior 
produtividade. 
• Os componentes possuem pouca variação dimensional após o aquecimento. 
• O processo é capaz de completa automação. 
 As limitações estão no alto investimento inicial e a aplicabilidade do processo 
em certas formas de peças. 
 Aplicações típicas inclui cames, eixos de rotação, válvulas, engrenagens, 
alavancas, componentes excêntricos,facas, roletes, eixos, mancais, entre outros. 
O controle da profundidade da camada depende da forma da bobina, distância 
entre a bobina e a peça, frequência elétrica (500-2.000.000 ciclos/s) e tempo de 
aquecimento. 
 A tabela 1 lista as temperaturas de endurecimento utilizadas para alguns aços e 
as respectivas durezas superficiais obtidas. 
 
Tabela 1 - Temperaturas de endurecimento por indução com os valores esperados 
da dureza superficial 
Metais Temp. de 
endurecimento 
(oC) 
Meio de 
têmpera 
dureza, HRC (HV)
Aços Carbono e ligados 
0,30%C 900-925 água 50(513) 
0,35%C 900 água 52(544) 
0,40%C 870-900 água 55(595) 
0,45%C 870-900 água 58(653) 
0,50%C 870 água 60(697) 
0,60%C 845-870 água 64(800) 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 óleo 62(746) 
Ferros fundidos 
Ferro cinzento 870-925 água 45(446) 
Ferro maleável 870-925 água 48(484) 
Ferro nodular 900-925 água 50(513) 
Aço inoxidável 
AISI 420 1095-1150 óleo ou ar 50(513) 
 1.1.b - Endurecimento por chama 
 
 Esse processo é semelhante ao processo de endurecimento por indução, em 
termos de materiais processados e suas aplicações (Bhushan & Gupta, 1991). É a forma 
mais simples de tratamento térmico superficial localizado. Consiste na utilização de 
maçaricos de solda a gás para aquecer a peça até o rubro (chegando à temperaturas 
acima da temperatura crítica – 850 a 950ºC), seguido de resfriamento em água. Os gases 
usados para aquecimento são misturas de gás combustível (gás natural, propano ou 
acetileno) com ar ou oxigênio. A mistura acetileno-oxigênio dá uma maior taxa de 
aquecimento e é usada para pequenas profundidades de camadas ou aplicações 
requerendo uma zona de transição mínima, isto é, com baixa tensão residual. Após o 
aquecimento, o resfriamento é realizado aspergindo água sobre a peça aquecida ou 
colocando-a num tanque. 
 A taxa de endurecimento é relativamente baixa, 50 a 200mm/min, e depende do 
tamanho da chama e a profundidade de endurecimento é influenciada pela distância da 
chama e da duração do aquecimento. Profundidades de endurecimento variam de 2 a 
30mm; onde pode ser aumentada pelo prolongamento do tempo de aquecimento. O 
controle da camada temperada depende da: intensidade, distância e tempo da chama 
aplicada. Esse processo é particularmente uma alternativa importante em componentes 
muito grandes, que não caibam em fornos, para endurecimento por indução como 
cilindros, guias de máquinas, etc. A figura 6 ilustra a disposição da peça, chama e 
resfriamento em duas situações diferentes no processo de endurecimento por chama 
(Child, 1980). 
 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 
Figura 6 - Ilustração do processo de endurecimento superficial por chama. (a) Endurecimento 
progressivo. (b) Endurecimento rotativo. 
 1.1.c - Endurecimento por laser 
 
O laser é um oscilador/amplificador ótico que produz feixes extremamente 
colimados e coerentes. Consiste basicamente de um invólucro com dois eletrodos, 
contendo vapor de uma dada substância sob pressão adequada. A energia elétrica 
entregue ao sistema através dos eletrodos é de alguma forma absorvida pelos átomos 
(ou moléculas), que ficam num estado excitado. O decaimento subsequente à excitação 
resulta na luz emitida pelo laser. Na verdade, para que um tubo de descarga opere como 
um laser é necessário fazer com que sejam estimuladas emissões de um dado 
comprimento de onda numa dada direção (Dionísio, P.H., 1993). A densidade de 
potência do feixe requerida para processamento de materiais está entre 500 - 2000 
W/cm
2
. Normalmente apenas lasers de CO2, garnet de Ytrio / Alumínio (YAG) ou laser 
do estado sólido de Nd são utilizados para modificação de superfície, sendo o primeiro 
mais utilizado em potências superiores a 500W/cm2. Quando um feixe de laser incide 
sobre uma superfície, parte de sua energia é absorvida como calor superficial. Se a 
densidade de potência for suficientemente alta, o calor pode ser gerado numa taxa maior 
que sua transferência para o interior da peça. Assim, num tempo muito curto de 
aplicação de laser, é possível encontrar a superfície da peça fundida enquanto seu 
interior ainda está fria (Sandven,1981) Conservando as propriedades do volume. 
Vantagens do laser: 
 
9 Penetração térmica controlada e portanto controle da distorção; 
9 Perfil térmico controlado e portanto controle da forma e da localização 
da região afetada; 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
9 Pouco ou nenhum requerimento para tratamentos posteriores; 
9 Possibilidade de processar sem contato; 
9 Automação relativamente fácil. 
 
Baseado neste princípio de gradiente de temperatura, várias técnicas surgiram 
onde utilizam o laser em diferentes condições. Nessa seção serão incluidas todas elas, 
embora algumas não pertençam à classe de tratamentos térmicos, a saber 
(Sankaran,1992): 
• Endurecimento por têmpera 
• Endurecimento por solidificação rápida (LSM - Laser Surface Melting) 
• Ligas superficiais ( LSA -Laser Surface Alloying) 
• Cladagem ( LSC - Laser Surface Cladding) 
• Endurecimento por choque de laser (LSP - Laser Shock Processing) 
• Laser Melt/Particle Injection 
• Laser CVD 
• Laser PVD 
• Revestimento auxiliado por laser 
 
Variáveis que controlam a profundidade da camada:
 
• Diâmetro do raio; 
• Intensidade; 
• Velocidade de varredura. 
Endurecimento por Têmpera 
 
 Neste processo, um feixe de laser incidindo sobre uma superfície de um material 
endurecível, aquece-a numa temperatura de austenitização. Não há fusão, apenas o 
aquecimento da superfície, com isso é utilizada baixa densidade de potência. A taxa de 
resfriamento é geralmente rápida o suficiente para dar um endurecimento devido a 
formação de martensita. O aumento da temperatura abaixo da superfície é por condução 
apenas, portanto se a taxa de calor absorvido e as propriedades térmicas da amostra 
forem conhecido a distribuição de temperatura na amostra pode ser calculada e com isso 
é determinada a condição ótima do processo. 
 As vantagens deste processo são (Ritter et alli, 1992): 
-O tratamento pode ser localizado. 
-O calor sendo bastante confinado dará pouca distorção, podendo ser usado para áreas 
selecionadas. 
-O tratamento pode ser realizado em peças acabadas. 
-O controle preciso da profundidade tratada é possível. 
-O processo pode ser facilmente automatizado, ou seja, softwares de automação podem 
ser usados para controlar os parâmetros. 
-A velocidade do processo são relativamente alta, levando a alta produtividade. 
O uso desta técnica se faz para reduzir o desgaste, aumentar a lubrificação, 
envelhecimento de metais, criar superfícies ricas em carbonetos. 
 
 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
Endurecimento por solidificação rápida 
 
 A principal diferença entre este e o anterior é que neste caso a superfície deve ser 
fundida e portanto utilização de alta densidade de potência. As principais características 
desta técnicas são : 
-Taxa de solidificação rápida, produzindo uma estrutura extremamente fina. 
-Pouca penetração térmica. Isto resulta em pouca distorção e a possibilidade de operar 
próximo a materiais termicamente sensíveis. 
-Acabamento de superfície em torno de 25 μm é facilmente obtido. 
Três áreas de interesse atual, para utilização desta técnica incluem ferros fundidos, aços 
ferramentas e certos eutéticos que podem formar vidros intermetálicos em altas taxas de 
resfriamento. 
Endurecimento por formação de ligas superficiais 
 
 Este processo é semelhante ao anterior , exceto que neste caso outro material é 
adicionado na poça fundida que se liga as primeiras camadas atômicas do substrato.Os 
elementosde liga adicionados difundem rapidamente na poça de fusão, resultando em 
profundidade desejada em curto período de tempo. As principais características deste 
processo são as seguintes (Tsai et alli, 1994): 
-Muitos materiais podem ser ligados em diferentes substratos. 
-A espessura da camada formada pode ser de 1-200 μm. 
-A região ligada apresenta microestrutura fina com mistura dos componentes 
homogênea; 
-Possibilidade de segregação mínima devido ao rápido resfriamento; 
-Outras características são semelhantes ao processo anterior. 
Cladagem por laser 
 
 O objetivo deste processo é fundir uma liga na superfície de um substrato com 
um mínimo de diluição do substrato, a camada tratada apresentará microestrutura e 
propriedades completamente diferentes do substrato. O laser tem a capacidade de fundir 
ligas de elevado ponto de fusão em peças de baixo ponto de fusão, dentro das 
exigências requeridas do processo. O processo pode ser realizado colocando 
previamente o pó (material que se pretende reagir) sobre a superfície do substrato ou 
soprando o pó na poça fundida pelo laser. Outra opção é aplicar o material em forma de 
fio ou folhas finas. Aplicações típicas incluem assentos de válvulas, anéis de pistão, 
paredes de válvulas e outras aplicações que envolvam resistência ao desgaste abrasivo, 
erosivo, corrosivo e resistência ao impacto (Oakley, P. J.,1985) 
Endurecimento a laser por onda de choque 
 
 Este processo consiste em revestir a superfície a ser tratada com um material 
opaco à luz do laser e depois com um material transparente. Quando o laser passa pelo 
material transparente, a energia do feixe é inicialmente absorvida pelo material opaco, 
vaporizando uma fina camada dele. O vapor então absorve o resto da energia do feixe, 
aquecendo-se e expandindo-se rapidamente e, confinado pelo material transparente, 
gera alta pressão. Parte da onda de choque da alta pressão penetra na peça quando o 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
material transparente é rompido, provocando um efeito semelhante ao shot - peening 
(Vaccari, J. A., 1993). 
 
 
Laser Melt/Particle Injection 
 
Neste processo há a formação de um compósito matriz metálica/partícula na 
superfície da peça, sem fusão da segunda fase, isto ocorre através da injeção das 
partículas, no estado sólido, na poça fundida por intermédio do laser, o processo pode 
ser observado na figura abaixo. Se a segunda fase é dura, como um carbeto, a camada 
formada (compósito) apresentará alta resistência ao desgaste. 
 
 
Figura 7 - Descrição do processo de laser Melt/Particle Injection. 
Laser CVD 
 Este método atraiu, consideravelmente, pesquisadores da área de circuitos 
eletrônicos e de filmes resistentes ao desgaste, como TiC. A principal limitação do 
processo foi o aquecimento do substrato. Atualmente, lasers pulsados de alta potência 
são utilizados a fim de diminuir este problema. Ele consiste em soprar materiais 
quimicamente sensíveis sobre a superfície do substrato. Dessa forma são gerados vários 
pontos quentes, os quais experimentam a pirólise sobre a superfície (Ritter, U. et alli., 
1992). 
Laser PVD 
 Neste processo o laser é utilizado como aquecedor do substrato de forma a 
controlar a localização da condensação do vapor. 
Revestimento auxiliado por laser 
 
 A irradiação por um feixe de laser em um substrato utilizado como catodo 
durante uma eletrólise causa uma modificação drástica na região irradiada. Os aspectos 
interessantes deste processo são: 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
- Possibilidade de aumentar a taxa de revestimento em áreas selecionadas. 
- Possibilidade de modificar a estrutura de revestimentos eletrodepositados. 
 
Devido a grande utilização de aços inoxidáveis em ambientes corrosivos, o 
emprego de técnicas de modificação de superfície tem sido adotado para aumentar a sua 
dureza e conseqüentemente a resistência ao desgaste, e uma técnica recentemente 
adotada é o processo de “laser alloying” (LSA) com pós de Si3N4, que aumenta a sua 
dureza e gera uma camada passivante que eleva a sua resistência a corrosão.
 
1.1.d - Endurecimento por centelhamento 
 
 Neste processo, uma fina e dura camada é gerada pela ação de micro-arcos entre 
a superfície e o eletrodo de varredura. Um eletrodo positivamente carregado do material 
duro é colocado a vibrar contra outro carregado negativamente. Cada vez que o contato 
é feito, o material do eletrodo é rapidamente aquecido e resfriado resultando na 
transferência e difusão do material duro para o eletrodo negativo. Esse processo é usado 
em componentes de máquinas ferramentas e outros componentes onde a resistência ao 
desgaste seja desejável (Welsh & Watts, 1962). 
Recentemente, estudos foram dirigidos para aperfeiçoamento de técnicas de 
texturização superficial por subtração de biomateriais, envolvendo o uso de laser. A 
contaminação de superfícies de titânio que receberam técnicas tradicionais de 
texturização influenciou pesquisadores a desenvolver técnicas cuja realização não 
exigisse diferentes elementos químicos. O laser, por ser um feixe de luz concentrado, 
que necessita somente de um meio físico para propagar-se, foi utilizado para este fim. 
Estudos preliminares indicaram uma superfície mais regular quando da análise 
topográfica para implantes por laser, apresentando rugosidade com profundidade e 
diâmetro maiores ou menores de acordo com a programação de intensidade do pulso da 
fonte emissora. Além disto, o grau de contaminação superficial de implantes 
texturizados por laser, em comparação com as técnicas tradicionais de adição e 
subtração superficial, foi significativamente menor. 
 
1.1.e - Endurecimento por feixe de elétrons 
 
 Nesse processo, a superfície é aquecida rapidamente pelo bombardeamento 
direto de um feixe de elétrons acelerados, onde o processo é de fácil automatização, 
processo muito similar ao endurecimento por laser; sendo o feixe manipulado com o uso 
de espiras eletromagnéticas. Num ciclo de tratamento de 0,5 a 2,5s, o fluxo de elétron 
pára abruptamente para permitir que o componente sofra uma têmpera e assim 
formando uma estrutura martensítica com uma tensão compressiva na superfície da área 
endurecida. Como no endurecimento a laser, esse processo é normalmente adaptado 
para superfícies polidas, pois a transferência de energia rápida e controlada faz com que 
não provoque danos à superfície (Schiller et al., 1982). Esse processo é muito eficiente 
quando comparado com o laser (90% para 10%). Além disso, o custo de operação é a 
metade quando comparado ao endurecimento a laser. O processo é realizado num 
vácuo (0,5 x 10-2Pa ou ~10-4torr) ), visto que o feixe de elétrons dissipa-se facilmente no 
ar. Uma relação típica entre a profundidade de camada, temperatura da superfície e 
potência de entrada como função do tempo de tratamento são mostradas na figura 8. As 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
temperaturas são mantidas abaixo do ponto de fusão e ajustadas para produzir a 
profundidade de camada desejada. 
 
 
Figura 8 - Profundidade de camada, temperatura superficial e potência de entrada como função do 
tempo de tratamento durante o endurecimento por feixe de elétrons. 
 
1.2 - Tratamentos termoquímicos 
 
 Nesta classe de tratamentos estão aqueles onde ocorre reação química, 
termicamente ativada, da superfície com sua atmosfera. 
 1.2.a - Cementação 
 
 A cementação é um processo termoquímico que objetiva a introdução de 
carbono na superfície do aço (acima da temperatura crítica, 850-950ºC, para 
austenitização). A finalidade do processo é conseguir peças com núcleo tenaz e 
superfície com propriedades tribológicas superiores. Os aços utilizados na cementaçãosão aqueles com médio e baixo teor de carbono, embora aços até 0,3%C seja o mais 
indicado para atender o compromisso de tenacidade do núcleo. A cementação é ainda 
usada com sucesso para substituir peças feitas de aço médio ou alto carbono que vão 
sofrer operações severas de dobramentos. Devido ao baixo alongamento, a tendência 
destas peças é se trincarem. Para solucionar tal problema, pode-se confeccioná-la com 
aço 1010, conformá-la e depois cementá-las totalmente, temperando e revenindo em 
seguida. Desta forma, o aço 1010, com a introdução do carbono na seção total, irá se 
comportar como um aço 1080 (Vendramin, 1994). 
 Existem quatro meios diferentes de realizar a cementação, a saber: cementação 
sólida, cementação líquida, cementação gasosa e cementação em plasma. 
O processo deve ser seguido de têmpera e revenido para atingir máxima dureza e 
alta resistência ao desgaste sendo aplicável a aços de baixo carbono. Na superfície, o 
conteúdo de carbono fica acima da composição eutetóide decrescendo com a 
profundidade. A profundidade da cementação depende do tempo, temperatura, 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
concentração inicial de carbono no aço (se for o caso), natureza do gás de carbonetação 
ou do agente carbonetante e velocidade do fluxo do gás (se também for o caso). 
 
Cementação sólida 
 
 A cementação sólida consiste na colocação das peças numa caixa de reação 
junto com o material cementante. A fonte fornecedora de carbono é constituida de 
carvão vegetal e um ativador (composto inorgânico, podendo ser carbonato de bário, 
sódio ou potássio ou óleo de linhaça (5 – 10%). Outra possibilidade está no uso de 
fórmulas previamente preparadas como o granulado Durferrit. Em qualquer caso, usa-se 
caixas como a apresentada na figura 9. 
 
Figura 9 - Caixa para cementação sólida. 
 
 Nesse tratamento é aplicado temperaturas na faixa de 900 a 9500C, devido ao 
aumento da solubilidade dos elementos na matriz, assim como o aumento do coeficiente 
de difusão do carbono e a decomposição do material cementante. Entretanto, 
temperaturas demasiadamente elevadas podem acarretar um aumento excessivo na 
concentração de carbono na superfície do aço, o que torna a camada superficial frágil e 
quebradiça. Durante o aquecimento da caixa, formam-se dois gases, um deles 
proveniente da reação com o oxigênio existente nos poros do granulado de carvão e o 
outro de outras fontes de carbono e oxigênio oriundos dos compostos inorgânicos que 
atuam como ativadores (Coelho, 1978): 
 
C O CO
C O CO
+ →
+ ⇔
2 2
22 2
 
(4)
(5)
 
O monóxido de carbono reage quimicamente com o ferro do substrato, enriquecendo-o 
em carbono: 
 
2 3
2
3 2
2
CO Fe Fe C CO
CO C CO
+ ⇔ +
+ ⇔ 
(6)
(7)
 
Nessa última reação, o CO2 volta a combinar-se com o carbono do cementante e o ciclo 
reinicializa. 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 Pela figura 9, verifica-se que é dificil se atingir a uniformidade da camada, uma 
vez que a temperatura possui uma distribuição pouco uniforme, isto é, as partes mais 
próximas às paredes alcançam mais rapidamente a temperatura de austenitização. Uma 
vez atingida a temperatura, deixa-se um tempo, denominado de tempo de encharque, 
suficiente para atingir a profundidade de camada desejada, e em seguida tempera-se. A 
têmpera pode ser direta, isto é, da mesma temperatura de austenitização, ou as peças 
podem ser resfriadas, reaquecidas e temperadas de temperaturas mais baixas. 
 A grande vantagem do processo é não necessitar de mão-de-obra especializada, 
nem fornos sofisticados. Em contrapartida, este processo resulta em baixa 
produtividade, não uniformidade de camada para espessuras até 0,5mm e 
impossibilidade de controle do potencial de carbono. 
 
Cementação líquida ou em banho de sais 
 
 A cementação líquida utiliza o princípio ativo dos cianetos que, pela oxidação, 
produzem CO que entra em solução sólida no aço. Devido a decomposição do cianeto 
em cianato e deste em CO2 e N2, há também a formação de nitrogênio atômico que 
penetra em pequenas quantidades no aço, melhorando a resistência ao desgaste. Há dois 
tipos de cementação líquida: a de baixa penetração, utilizando temperaturas entre 800 e 
9000C e a de grande penetração, utilizando altas temperaturas (900-9500C) (Vendramin 
& Vitorasso, 1994). Nas cementações a baixas temperaturas, o agente cementante ativo 
é o cianeto de sódio (NaCN) ou cianeto de potássio (KCN). Esses banhos são 
geralmente acelerados do tipo cianogênio contendo outros constituintes (10 a 
23%NaCN, 20 a 40%NaCL, 30%Na2CO3(max.), 0,5 a 1%NaNCO, e KCl, outros sais de 
metais alcalinos e aceleradores). Várias reações ocorrem simultaneamente nessa baixa 
temperatura, dependendo da composição do banho, para produzir diferentes produtos 
finais, dentre eles o C, Na2CO3, N2 ou 2N, CO, CO2, Na2CN2(cianamida), e NaCNO. As 
duas principais reações que se acredita ocorrer durante o banho são são a formação da 
cianamida e a decomposição do cianeto para cianato. Estas reações são (Bhushan & 
Gupta, 1991): 
 
2 2 2NaCN Na CN C⇔ + 
 
e a formação de cianetos em cianatos 
 
(8)
2 22NaCN O NaNCO+ → (9)
 
Ou 
NaCN CO NaNCO CO+ ⇔ +2 (10)
 
Reações que influenciam o conteúdo de cianato são as seguintes: 
 
NaNCO C NaCN CO+ → + (11)
e ainda 
NaNCO O Na CO CO N+ → + +2 2 2 42 2 3 (12)
 
ou ainda 
 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
4 4 2 62 2 3NaNCO CO Na CO CO 4 N+ → + + (13)
 
As reações que produzem ou CO ou C, que são importantes no controle da espessura da 
camada, são: 
 
Fe CO Fe C CO+ → +2 2[ ] (14)
 
e 
 
Fe C Fe C+ → [ ] (15)
 
 Os banhos para cementações de penetração profunda consistem basicamente de 
cianetos e uma maior proporção de cloreto de bário com ou sem aceleração suplementar 
de outros sais de metais alcalinos terrosos (6 a 16%NaCN, 30 a 55%BaCl2\, 
30%Na2CO3(máx.), 0,5%NaNCO(máx.), e sais de outros metais alcalinos terrosos, Kcl, 
NaCl, e aceleradores). Embora as reações mostradas para baixa temperatura também se 
aplica em algum grau para altas temperaturas, a principal reação é a formação da 
cianamida (Bhushan & Gupta, 1991): 
 
Ba CN BaCN C( )2 2→ + (16)
 
Na presença de ferro, a reação será: 
 
Ba CN Fe BaCN Fe C( ) [2 2+ → ]+ (17)
 
Embora em pequenos teores, pela decomposição do cianato, sempre ocorre a evolução 
de nitrogênio nascente que também entra em solução sólida no ferro. 
 
Cementação gasosa 
 
 Ela é consideravelmente mais simples e mais largamente usada que os processo 
de banho de sais e cementação sólida. Ela consiste em aquecer a peça num meio gasoso 
contendo carbono (Bhushan & Gupta, 1991), o gás propano, raramente gás natural e, 
atualmente com bastante sucesso, o álcool etílico (Vendramin & Vitorasso, 1994). Os 
principais constituintes da atmosfera são CO, N2, H2, CO2, H2O, e CH4. Desses 
constituintes, N2 é inerte, atuando como um diluente. Nesses casos a cementação ocorre 
principalmente como resultado da decomposição do monóxido de carbono (Stickels et 
al., 1981) como 
 
2 2CO C COFe→ +( ) (18)
 
e 
 ( ) OHCHCO Fe 22 +→+ (19)
 
Um processo cementante baseado apenas na decomposição de CO deve requerer um 
grande fluxo de atmosfera gasosa. O enriquecimento com o gás metano ou propano, 
fornece a fonte primária do carbono para a cementação pelas reações lentas como 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 
CH CO CO H4 2 2 2+ → 2+ (20)
 
e 
 
CH H O CO H4 2 3+ → 2+ (21)
 
que reduzem as concentrações de CO2 e H2O, respectivamente. Essas reações regenera 
o CO e H2. O controle do potencial da atmosfera do forno é realizado variando-se ofluxo de hidrogênio e mantendo um fluxo constante do gás endotérmico. 
Esse processo tem como vantagem em relação a cementação sólida e a líquida, o 
seguinte: (i) mistura carbonetante permanece estável durante toda a cementação; (ii) 
possibilidade de um melhor controle do teor de carbono e consequentemente da camada 
cementada; (iii) facilidade da cementação de peças delicadas; (iv) evita a oxidação; (v) 
permite a têmpera direta após a cementação (sem contato com o ar e sem 
reaquecimento); (vi) o processo é limpo (não precisa de limpeza posterior); (vii) a 
penetração do carbono é rápida e as deformações por tensões são menores. Tendo como 
desvantagem: (i) a temperatura e a mistura carborizante necessitam rígido controle 
durante o processo; (ii) as instalações são complexas e dispendiosas; (iii) as reações são 
complexas. 
 
Cementação a plasma 
 
 Esse processo utiliza o plasma como fonte energética. Sendo o plasma criado por 
uma ionização do gás (metano) a baixa pressão, fazendo com que o carbono iônico seja 
transferido para a superfície da peça. Esse processo tem como vantagem: (i) tempos de 
processo menores (~30 % em relação à gasosa); (ii) a peça não sofre oxidação, já que o 
processo é feito sob vácuo; (iii) fácil automatização; (iv) produção de peças de alta 
qualidade. Ele será exaustivamente discutido juntamente com o processo de nitretação a 
plasma, neste curso. 
 
 
 1.2.b - Carbonitretação 
 
 Esse processo é uma forma modificada da cementação. Nele, tanto o carbono 
como o nitrogênio são introduzidos simultaneamente na superfície do aço na condição 
austenítica, em temperaturas entre 800 e 8700C usando ou um meio líquido ou um meio 
gasoso e depois temperando. A quantidade difundida de carbono é superior a do 
nitrogênio; para uma camada típica de aço doce (0,08C; 0,19Si; e 0,4Mn), a quantidade 
de C e N é encontrado na ordem de 0,80% e 0,26%, respectivamente. O nitrogênio 
aumenta a dureza mais efetivamente que carbono. Assim, a carbonitretação é usada, 
principalmente, para aumentar a resistência ao desgaste. Embora sendo um processo 
derivado da cementação, a carbonitretação possui uma limitação de espessura de 
camada atingida, não superior a 750μm enquanto na cementação praticamente não 
existe limite de espessura. 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
Carbonitretação líquida 
 
 Também chamado de carbonitretação em banho de sais ou cianetação, é um 
processo em que o aço é aquecido acima da temperatura de austenitização num banho 
contendo cianetos alcalinos e cianatos. A superfície do aço absorve carbono e 
nitrogênio dos sais fundidos. Quando temperados em óleo mineral, óleo à base de 
parafina, água ou salmoura, o aço desenvolve uma camada superficial dura que contém 
menos carbono e mais nitrogênio que a cementação líquida. O agente carbonitretante 
ativo é o cianeto de sódio (NaCN) com uma concentração de 30 a 97%. Os sais inertes 
de cloreto de sódio e carbonato de sódio são adicionados ao ao cianeto para aumentar a 
fluidez e controlar o ponto de fusão de toda a mistura.As vantagem em relação à 
cementação são: maior rapidez; maior resistência ao desgaste e a corrosão e menor 
temperatura de processo. 
Carbonitretação gasosa 
 
 É uma modificação do processo de cementação gasosa. A prática usual é 
adicionar quantidades específicas de amônia na atmosfera cementante através do 
controle da taxa de entrada de gases inertes entre 3 e 8%. A concentração de nitrogênio 
no aço é função tanto da temperatura como da quantidade de amônia. A temperatura 
típica do banho é 8500C, quando menos amônia e distorção são requeridas. Após o 
tratamento, o aço é endurecido do mesmo modo que na cementação gasosa. 
 As propriedades encontradas nos aços carbonitretados são semelhantes às 
encontradas nos aços cementados, com algumas pequenas diferenças: 
• A dureza da superfície é aumentada, uma vez que a têmpera pode ser realizada em 
óleo, em vez de água, com pouco risco de trincamento. 
• Maior resistência ao desgaste e à corrosão para muitas condições de serviço. 
• Resistência ao envelhecimento é superior. 
• Melhor resistência ao desgaste adesivo. 
 
 1.2.c - Nitretação 
 
 
 Embora a primeira patente para nitretação de aços tenha sido registrada em 
1913, por Adolph Machlet, o processo tornou-se comercialmente viável somente após o 
trabalho publicado por Adolph Fry em 1929 (Fry, 1986). Este trabalho tratou do 
desenvolvimento de aços especiais, contendo alumínio, os quais aumentavam 
consideravelmente a dureza da camada nitretada, conhecidos atualmente pelo nome de 
“nitralloy”. Além destes resultados, ele também sugeriu alguns trabalhos de caráter 
básico e também forneceu inúmeros resultados de pesquisas relacionadas com a teoria 
da dureza aplicadas na nitretação. Os materiais disponíveis até aquela época (1913 - 
1929), quando expostos a uma atmosfera de amônia, embora produzisse uma camada 
muito dura, ela era apenas superficial tendo assim, uma aplicação muito limitada 
(Homemberg & Walsted, 1986). Após o surgimento destes aços começaram a surgir 
inúmeras patentes relacionadas com processos para nitretação de aços. A figura 10 
apresenta um diagrama mostrando os principais processos existentes, até o momento, 
para nitretação de aços em temperaturas inferiores a 600° C. 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
em amônia
em amônia + hidrogê nio
ou nitrogê nio
em amônia + hidrogê nio +
ar ou oxigê nio
amônia + gá s natural amônia + gás endotérmico amônia + gá s exoté rmico
em amônia + componentes
contendo carbono
Nitretaç ã o Gasosa
banho de cianetos
banho de
cianetos-cianatos
banho de
carbonatos
banhos de
soda - nitratos
banhos contendo
enxôfre
Nitretaç ã o Lí quida Nitretaç ã o Iônica
NITRETAÇÃO ( T < 600° C)
 
Figura 10. Processos de nitretação comercialmente popular (Kurney et al.; 1986). 
Todos estes processos possuem em comum a criação de nitrogênio atômico necessário 
para a formação da camada nitretada, mudando apenas o meio saturante (Kurney et al., 
1986). De um modo geral, o processo de nitretação consiste de três etapas. A primeira 
etapa é a formação do nitrogênio atômico como resultado das diversas reações químicas 
(Novikov, 1994), a segunda etapa é a adsorção dos átomos de nitrogênio na superfície 
da peça e a terceira é a difusão dos átomos adsorvidos desde a superfície para o interior 
da peça. 
 
De um modo geral, o processo de nitretação permite: 
 
¾ Obter alta dureza superficial; 
¾ Obter elevada resistência ao desgaste; 
¾ Melhorar a resistência à fadiga, à corrosão e ao calor; 
¾ Propicia um menor empenamento das peças, já que é realizado a temperaturas mais 
baixas; 
¾ Não necessita de tratamento térmico posterior. 
 
Considerações gerais do processo de nitretação: 
 
¾ O tratamento térmico(com têmpera e revenido) se desejado deve ser realizado antes 
da nitretação; 
¾ A nitretação promove um aumento nas dimensões da peça; 
¾ Depois de um tratamento de nitretação só é possível retificar, não sendo possível 
usinar porque a superfície é muito dura. 
 
Nitretação em amônia 
 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 Neste processo, a nitretação é realizada numa atmosfera de amônia numa 
temperatura entre 500 e 565°C. A amônia, nestas condições, dissocia-se parcialmente na 
superfície da peça liberando assim o nitrogênio nascente, de acordo com a equação 22. 
( )Fe2233 NHNH +⇔ (22)
O nitrogênio produzido combina-se com a ferrita formando nitreto de ferro ou forma 
nitretos complexos, de alta dureza, com os elementos de liga do aço. 
O processo é controlado medindo o fluxo de amônia e determinando a porcentagem de 
dissociação. A porcentagem de dissociação aumenta através do aumentoda temperatura 
ou diminuindo o fluxo de amônia (Gilder, 1977). Tipicamente o processo é conduzido 
numa condição tal que a dissociação de amônia esteja entre 15 e 30%. Este processo 
produz uma camada frágil, rica em nitrogênio, conhecida como camada branca, seguida 
de uma zona de difusão. Uma alternativa deste processo é o processo Floe, o qual 
consiste de uma nitretação em dois estágios. Ela é realizada com a finalidade de 
minimizar a camada branca. Consiste em nitretar a peça inicialmente em 525°C, com 
20% de dissociação de amônia, durante 5 - 8 h, seguido de uma outra etapa em 550°C 
com uma dissociação de amônia entre 80 e 85%. Este segundo estágio serve como um 
ciclo de difusão com a superfície tendo uma alta concentração de nitrogênio. 
 
Processos Modificados 
 
Foi observado que o uso de adições de outros elementos à mistura gasosa muda, 
apreciavelmente, a composição da superfície nitretada e a cinética de nitretação. 
Adições de oxigênio, vapor d’água e ar na atmosfera do forno acelera o processo de 
nitretação (Kurney et al., 1986). Foi observado (Bell, 1977) que a espessura da camada 
de compostos de um aço nitretado numa mistura de 50% NH3 / 50% CH4 , varia com a 
adição de oxigênio. Para adições entre 0,5 e 2% de oxigênio, a camada variou de 10 - 15 
μm de espessura, para um tratamento de duas horas. Rogalski et al. (Rogalski et al., 
1976) observaram que a adição de 5% de H2O numa atmosfera de amônia, aumenta a 
espessura da camada nitretada quando aplicada a aços rápidos. Embora a adição de 
oxigênio aumente a cinética da nitretação, a sua dureza diminui sistematicamente. 
Ainda para aços rápidos, observou-se que a dureza diminui de 1300 HV (nitretado em 
amônia), para 900 HV (oxinitretado em 75% H2O + 25% NH3 ). Também foi 
observado (Gilder et al., 1977) que a passivação de aços contendo Cr pode ser 
eliminada através da adição de cloro e seus compostos, na atmosfera do forno. A ação 
positiva do cloro na nitretação destes aços não é devido a quebra do filme óxido mas, 
principalmente, devido a um acréscimo na energia dos elementos interagentes, que 
levam a um aumento na emissão eletrônica da superfície tratada e um maior numero de 
íons negativos de amônia na zona de adsorção. Outras modificações da mistura gasosa 
também pode ser feita introduzindo gás natural, gás endotérmico ou gás exotérmico à 
amônia. O gás endotérmico adicionado é o propano e o processo que faz uso do mesmo 
é conhecido como Nitemper, desenvolvido pela Ipsen Company (U.S.A), em 1970. Ele 
consiste de uma mistura de 50% de NH3 e 50% de propano. Algumas alternativas deste 
processo é encontrado em outros paises como a Alemanha onde ele é denominado de 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
“Nkotriding” e no Japão onde é denominado de “Naitemper” (Kurney et al., 1986). 
Outro processo igualmente conhecido é o “Nitroc” desenvolvido na Alemanha. Este 
processo utiliza gäs exotérmico não purificado como meio carbonitretante, para 
aumentar a formação de carbonitretos ε. O nível de amônia utilizada é geralmente 50% 
do fluxo do gás exotérmico (Bell, 1977). 
 
Nitretação líquida 
 
 
 Esta técnica emprega a mesma faixa de temperatura que a nitretação gasosa, isto 
é, entre 500 e 570°C. Assim como na cementação líquida, o meio nitretante é 
constituido de sais de cianetos fundidos (como por exemplo: NaCN, Na2CO3, KCN, 
KCNO, KCl). Porém, ao contrário da cementação, ela é realizada em abaixo da 
temperaturas de transformação do aço a ser tratado. Além disso, a nitretação líquida 
adiciona mais nitrogênio e menos carbono ao aço. Em geral, o uso da nitretação líquida 
e nitretação gasosa são semelhantes entretanto, em aplicações onde se requer 
profundidades de camadas mais duras, a nitretação gasosa é preferida, e o tempo de 
tratamento é de no máximo de 2 horas. Em casos onde se deseja nitretar aços carbono 
com uma boa camada de compostos, utiliza-se a nitretação líquida (Gilder, 1977). 
 
Nitretação em Banho de Sais Fundidos 
 
 A distinção precisa entre os vários métodos que utilizam sais fundidos é muito 
difícil devido ao grande número de patentes. No entanto, todos os processos são 
oriundos, basicamente, de duas patentes inglesas, comercialmente conhecidas por 
“Tufftride” e por “Sulfinuz” (Santos, 1987). Em ambos, as amostras são pré - aquecidas 
entre 350 e 400°C, e depois carbonitretadas a 570°C. Os processos se desenvolvem 
através de uma reação de oxidação e de uma reação catalítica. No método “Tufftride”, 
tem-se a oxidação do cianeto de sódio, transformando-se em cianato, conforme a 
reação: 
 
4 2 42NaCN O NaCNO+ → (23)
 
A reação catalítica ocorre quando o cianato entra em contato com a superfície do aço, 
produzindo o seguinte resultado: 
 
4 22 3NaCNO Na CO NaC 2N CO N→ + + + (24)
 
No método “Sulfinuz”, as reações são: 
 
Na SO NaCN Na S NaCNO2 3 23 3+ → + (25)
4 22 3NaCNO Na CO NaC 2N CO N+ + + + (26)
 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
A função do enxofre ou cloro neste último, é acelerar a formação do cianato. Um banho 
típico é composto de 60 a 70% ( em peso) de sais de sódio ( NaCN, Na2CO3 e NaCNO) 
e 40 a 30% de sais de potássio ( KCN, K2CO3, KCNO e KCl ) operando em torno de 
570 °C. Este banho deve ser envelhecido por 12 h, numa temperatura entre 570 a 
590°C, antes de sua utilização. Este envelhecimento serve para diminuir o conteúdo de 
cianeto e aumentar o cianato e carbonato. Demonstrou-se que a taxa de nitretação e as 
propriedades da camada nitretada depende do teor de cianato no banho (Kurney, 1986). 
Os seguintes procedimentos devem ser obedecidos para se ter um bom resultado na 
nitretação líquida : 
i) O banho deve ser envelhecido e o conteúdo de cianato mantido constante. 
ii) As peças devem ser apropriadamente limpas, desengorduradas e pré - 
aquecidas, para ser introduzidas no banho. 
iii) O banho deve ser analisado periodicamente e as composições 
restabelecidas. Os produtos de oxidação deve ser eliminados. 
iv) Superaquecimento do banho acima de 600°C deve ser evitado. 
v) Os sais devem ser trocados após 3 a 4 meses de operação. 
vi) Geralmente, cadinhos de Ti ou revestidos de Ti dão melhores resultados. 
Em temperaturas superiores a 570°C, carbonatos e nitratos são formados, o consumo de 
sal aumenta e as propriedades do núcleo e da camada são inferiores. Em temperaturas 
inferiores, nitretos contendo carbono são formados, o processo torna-se mais lento e as 
propriedades da superfície deterioram devido a formação de nitretos indesejáveis 
(Santos & Baumvol, 1986). A principal desvantagem destes banhos está na toxidez e 
impregnação de resíduos sólidos na peça. 
Processos Especiais 
 
 Assim como na nitretação gasosa, vários processos foram desenvolvidos usando 
adititivos para acelerar a atividade química do banho e melhorar as propriedades 
obtidas. Dentre eles pode-se citar: 
 
a) Nitretação em banho pressurizado - Neste processo a amônia é injetada num banho 
de cianetos-cianatos e mantida a uma pressão entre 1 a 30psi (Kurney, 
1986). A dissociação da amônia é controlada pelo seu fluxo cujo valor está 
entre 15 e 30% (Gilder et al., 1977). A profundidade da camada nitretada 
também depende da temperatura e tempo de tratamento, no entanto um ciclo 
típico está em torno de 24 h, embora possa variar de 4 a 72 h. Se a dureza no 
núcleo deve ser mantida, recomenda-se, igualmente aos demais processo de 
nitretação, uma temperatura de revenimento com 30°C a mais que a 
temperatura de nitretação. 
b) Nitretação em Banho Aerado - Neste processo, quantidades medidas de ar são 
bombeadas através de um banho de sais fundidos. A introdução do ar 
aumenta a agitação e a taxa de nitretação devido a formação de mais 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimentode Superfícies – Apostila 
 
cianato. Este processo também é conhecido como nitretação ativada 
(Kurney et al., 1986). O teor de cianeto deste banho, calculado como NaCN, 
é preferencialmente mantido entre 50 - 60% do conteúdo total, enquanto o 
cianato fica entre 32 e 38% e o restante do banho sendo carbonato de sódio 
(Gilder et al., 1977). Este processo produz uma camada de difusão de 300 
μm de profundidade em aços de médio ou baixo carbono, para um ciclo de 
1,5 h. A camada superficial é composta da fase ε e cementita. A camada de 
compostos é normalmente mais espessa que no método de nitretação gasosa. 
c) Sulfocianetação - Neste processo, o aço é saturado simultaneamente com carbono, 
nitrogênio e enxofre. O enxofre, em quantidades de 2 - 25 % é adicionado 
ao banho de sais. A estrutura de uma camada sulfocianetada é a mesma que 
aquela obtida na nitretação líquida, exceto que ela possui uma fina camada 
de sulfeto na superfície. Este processo é também conhecido como o 
“Sursulf” ou “Soft Nitriding”. 
 
Tratamentos termoquímicos por plasma 
 
a) Nitretação iônica 
 
 Praticamente tudo que será discutido neste item, poderá ser usado também para a 
cementação iônica. A principal diferença deste para a cementação iônica é que no 
segundo a atmosfera é cementante e a peça precisa sofrer um resfriamento rápido. 
Um equipamento típico de nitretação iônica está esquematizado na figura 11. Ele é 
constituído basicamente de um sistema de vácuo, uma fonte de potência e um reator. 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 
Figura 11 - Esquema básico de um equipamento para nitretação iônica (Jones et al., 1973). 
O sistema de vácuo deve ser capaz de atingir em torno de 10-2 torr de pressão e possuir 
válvulas para controlar a vazão dos gases introduzidos para tratamento. A fonte de 
potência possui uma saída d.c com uma voltagem máxima de aproximadamente 1500V 
e uma corrente capaz de fornecer energia à peça para que ela seja aquecida a uma 
temperatura entre 300 e 600° C (Jindal, 1978; Jones et al., 1973; Collignon, 1976; Alves 
Jr., 1991). No reator estão dois eletrodos onde o catodo é também o porta amostra. 
Ainda no reator devem existir saídas para medida da pressão, temperaturas e outras 
variáveis desejadas para o melhor controle do processo. Devem ter ainda entradas para a 
atmosfera nitretante, bomba de vácuo e outros acessórios que sejam necessários à 
nitretação da amostra. Inicialmente um vácuo de aproximadamente 10-2 torr é produzido 
no reator. Aplica-se uma diferença de potencial entre os eletrodos, entre 400 e 1200V e 
então introduz-se o gás nitretante (tipicamente uma mistura de N2- H2) no reator até 
atingir a pressão de trabalho (1-20torr). 
Para pressões baixas a descarga possui um brilho de cor rósea de pequena intensidade 
que é característico do material do catodo (geralmente aço) e do gás. À medida que se 
aumenta a pressão, este brilho vai ficando mais intenso e mais localizado em torno do 
catodo, até que se atinge uma condição de descarga propícia à nitretação, como é 
mostrada na figura 12. 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 
Figura 12 - Curva de voltagem vs. corrente, mostrando a condição onde ocorre a nitretação 
iônica. 
Nestas condições o plasma já está revestindo completamente o catodo e a peça a ser 
nitretada. Os íons deste plasma estão sendo acelerados para a superfície do catodo onde 
diversos efeitos ocorrem, dentre eles o aquecimento da peça devido ao bombardeamento 
pelos íons (Edenhofer, 1974). Outros efeitos que também ocorrem é a criação de 
defeitos na rede cristalina e o arrancamento de átomos superficiais da peça (sputtering). 
Esses átomos arrancados reagem com as espécies ativas do plasma, formando nitretos 
primários que são redepositados na superfície e recombinados para nitretos secundários 
mais estáveis. Dessa recombinação surgirá o nitrogênio de excesso que irá difundir para 
dentro do material. Através desse mecanismo duas zonas são formadas na peça; a mais 
superficial constituida de nitretos Fe2-3N - ε e Fe4N - γ’, denominada de zona de 
compostos e a zona mais interna formada por uma solução sólida de nitrogênio em ferro 
e precipitados dispersos de nitretos de elementos de liga, denominada de zona de 
difusão (Edenhofer, 1974). A figura 13 detalha esse mecanismo. 
 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 
Figura 13 - Mecanismo da nitretação iônica segundo Kölbel (Edenhofer, 1974) 
A temperatura da peça devido ao bombardeamento iônico é então controlada pela 
corrente até o valor desejado. A partir daí é contado o tempo de duração do processo. 
Após este tempo, a fonte é desligada e a peça é deixada resfriar naturalmente. 
O sucesso da nitretação iônica deve-se, além do caráter ecológico, às inúmeras 
vantagens da mesma sobre os processos convencionais . Elas podem ser sumarizadas 
como se segue (Kurney et al., 1986): 
 
i. Baixa temperatura de tratamento - Em temperaturas tão baixas como 300° C é 
possível se realizar a nitretação, evitando assim distorções dimensionais que 
normalmente ocorrem em tratamentos a maiores temperaturas. A nitretação 
em baixa temperatura também é particularmente importante em peças que já 
tiveram um tratamento térmico anterior para endurecimento do núcleo, pois 
a dureza do mesmo será menos reduzida em baixa temperatura de 
tratamento (Casteletti et al., 1994). 
ii.Controle da camada - A estrutura da camada pode ser completamente controlada 
através das variáveis do processo. Pode-se, com facilidade, produzir uma 
fina e tenaz camada monofásica de γ' (~1-8μm de espessura) ou então uma 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
espessa camada (~1-26μm) monofásica de ε, as quais são escolhidas 
dependendo da aplicação. 
iii. Tempo de tratamento inferior - O tempo efetivo de tratamento é inferior aos dos 
processos convencionais. Comparada com a nitretação gasosa, que 
apresenta tempos de 40 a 60h, na nitretação iônica obtém-se a mesma 
espessura de camada num tempo máximo de 20 h, utilizando a mesma 
temperatura de tratamento. Esta taxa acelerada de nitretação pode ser 
atribuída à transferência mais efetiva de nitrogênio do plasma para a 
superfície do metal e à presença de outras espécies ativas no plasma. 
iv. Uniformidade na espessura da camada - O plasma é uniforme em toda a superfície 
da peça, assim a espessura da camada é extremamente uniforme 
independente da distância entre eletrodos. 
v. Nitretação de partes da peça - O revestimento de estanho e cobre utilizado como 
proteção contra a nitretação convencional não pode ser utilizado na 
nitretação iônica. Ao invés disso, áreas que não se pretende nitretar podem 
ser protegidas com materiais isolantes ou com materiais metálicos sem 
haver necessidades de grandes ajustes entre a peça e a máscara. 
Normalmente é utilizado, como máscara de proteção contra a nitretação, aço 
carbono comum cuja folga máxima entre a máscara e a peça deve ser em 
torno de 1mm (Jones et al., 1986). 
vi. Possibilidade de desnitretação - A desnitretação é facilmente conseguida através de 
um tratamento em plasma utilizando apenas hidrogênio como atmosfera em 
fluxo contínuo. Através da formação de amônia, o nitrogênio vai sendo 
retirado da peça e sendo levado para fora do sistema. 
vii. Mais Economia - O custo da energia e do gás é bem menor que nos processos 
convencionais. Na nitretação se trabalha a uma baixa pressão (1-20 torr) e 
um fluxo muito baixo (menor que 25 sccm), diminuindo o consumo do gás, 
que apresenta também um custo inferior quando comparado com os sais de 
cianetos utilizados no banho químico. Quanto ao consumo da energia, o 
aquecimento é realizado diretamentesobre a peça, não necessitando aquecer 
nenhuma parede refratária, como ocorre nos fornos resistivos. Além disso, a 
transferência de calor por condução e convecção é muito baixa, de forma 
que o rendimento de um aquecimento a plasma chega até a 80% (Petitjean, 
1982). De um modo geral, a manutenção do equipamento de nitretação 
possui um custo inferior ao custo da nitretação convencional. 
 
 Obviamente algumas limitações existem na aplicação deste processo. A grande 
maioria das limitações já possui boas soluções que serão comentadas posteriormente. 
Outras limitações passam a ser vantagens sob alguns aspectos. Essas limitações podem 
ser sumarizadas como se segue: 
 
a.Efeito em catodo oco - Este efeito ocorre em peças com geometria complexa 
(Ahmed, 1987). Ele se baseia no aumento da densidade do plasma em 
algumas regiões que possuem pequenos furos ou concavidades que leva a 
um aumento da concentração de elétrons secundários na região. A figura 14 
ilustra dois tipos de configurações sensíveis ao efeito de catodo oco. 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 (a) (b) 
Figura 14 - Exemplos de confinamento de elétrons. (a) Eletrodo em forma de calota. Os elétrons 
são focalizados. (b) Eletrodo vazado. Os elétrons secundários são refletidos pelas 
paredes, aumentando seu tempo de residência no plasma. 
Na figura 14a, os íons bombardeando a superfície da peça liberam elétrons secundários 
que são focalizados numa região, aumentando dessa forma, a densidade do plasma 
(Dugdale, 1971). O aumento desta densidade afetará a temperatura da peça e a taxa de 
sputtering na superfície próxima a esta região. Na figura 14b ocorre também um 
confinamento de plasma, mas desta vez não é devido a focalização de elétrons 
secundários e sim por reflexão dos mesmos. Os elétrons secundários que são gerados 
em uma das superfícies dirigem-se para a superfície frontal, na qual são repelidos. Este 
efeito também aumentará a densidade do plasma e provocará resultados semelhantes ao 
caso da focalização discutida anteriormente. 
Este efeito é quase sempre indesejável porque leva a um maior aquecimento nas partes 
da peça que possuam geometrias complexas. Num tratamento de nitretação em peças 
com pequenos furos (φ = 5 mm), a diferença de temperaturas entre partes planas e o 
fundo do furo pode chegar mais que 100° C (Alves Jr, 1993). 
O efeito catodo oco pode ser aplicado quando se deseja aumentar o dano 
superficial, ou seja, para uma mesma temperatura de processo, produz-se mais defeitos 
na superfície que na nitretação iônica convencional, esse método é conhecido como 
Nitretação em Catodo Oco. Este método consiste em nitretar a peça numa atmosfera 
altamente ionizada. A alta ionização é conseguida porque os elétrons no plasma são 
obrigados a refletirem sucessivamente entre duas superfícies catódicas. A Figura 15 
ilustra esta situação. Elétrons são repelidos pelo cátodo central que pode ser a peça que 
se deseja nitretar em direção aos cátodos externos. Ao se aproximarem destes, são 
também repelidos realizando, assim, um movimento de zig-zag que aumentará a taxa de 
ionização da região em questão. Uma alta densidade de íons significará maior 
bombardeamento na superfície, ocasionando uma alta incidência energética. 
 
 
 
 
 
 
 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 
 
 
 
 
Figura 15 - Desenho esquemático de uma amostra na nitretação em cátodo oco. 
Uma aplicação desse método está sendo desenvolvida pelo grupo de biomateriais da 
universidade Federal do Rio grande do Norte, que utiliza a Nitretação em Catodo Oco 
para nitretar implantes de titânio aplicados na odontologia. Esse método tem se 
mostrado eficaz tanto na cinética de formação da camada, como na criação de defeitos 
(rugosidade). A observação, por microscopia eletrônica de varredura, da superfície dos 
implantes nitretados indicam uma textura adequada para uma boa Adesão celular. A 
Figura 16 mostra um implante nitretado em descarga de catodo oco. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 16 - Textura da superfície de um implante nitretado, mostrando regiões de oclusões. 
b.Efeito da razão A/V - Um outro efeito igualmente indesejável na nitretação de peças 
é o superaquecimento em partes da peça que possuam uma maior relação 
entre a área superficial e o volume (A/V). Diferentemente dos métodos de 
aquecimento convencionais, na nitretação iônica a energia para aquecimento 
da peça é cedida através do bombardeamento de íons e espécies neutras 
energéticas na superfície da peça. A eficiência deste mecanismo pode 
chegar até 90% e depende da pressão e composição do gás (Ruset, 1991). A 
densidade de potência na superfície da peça não é constante. Ela depende 
significativamente da densidade de corrente que por sua vez está 
relacionada com a geometria da peça. Como a temperatura de uma 
determinada área da peça é estabelecida pelo equilíbrio entre a potência 
catodos 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
fornecida pelo bombardeamento e a potência dissipada por condução, 
convecção e radiação, espera-se que, numa peça que possua partes com 
razões A/V diferentes, haja um superaquecimento naquela área com maior 
razão A/V. Este caso é ilustrado na figura 17 e 18. Na figura 17 tem-se uma 
única peça com razões A/V diferentes. A parte inferior possui um volume de 
aproximadamente três vezes maior do que o volume da parte superior. 
Entretanto, a área superficial da parte inferior é apenas ligeiramente maior 
que a área da parte superior, assim, tem-se que a potência fornecida para as 
duas partes é aproximadamente a mesma, entretanto, a potência dissipada, 
principalmente por condução através da peça, são bem diferentes. Haverá 
então um superaquecimento da parte superior da peça. Na figura 18 o efeito 
ocorre quando colocam-se cargas de geometrias diferentes para serem 
nitretadas simultaneamente. O raciocínio é o mesmo seguido para a figura 
17. As duas peças possuem a mesma massa, mas a potência de entrada da 
peça da figura 18a é aproximadamente três vezes maior do que a da peça da 
figura 18b (Grün & Günther, 1989). 
 
Figura 17 - Aquecimento diferenciado numa peça com razão A/V diferente, em diferentes partes. 
 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
Figura 18 - Aquecimento diferenciado em peças com geometrias diferentes. A peça da figura (a) 
possui o mesmo volume que a peça da figura (b) 
c. Abertura de arcos catódicos - Quando partes de geometrias complexas como furos, 
arestas, pontas, cantos, microprojeções, contaminantes adsorvidos, 
contornos de grãos, etc.(Schwirzke, 1991) são nitretados, haverá 
normalmente um confinamento de plasma nestas regiões, como discutido 
anteriormente. Se este confinamento gerar uma densidade de corrente 
superior àquela existente na descarga anômala, haverá a abertura de arcos 
(Rossnagel et al. 1989). Quando o arco é aberto, haverá uma queda de 
potencial e, como este novo potencial é normalmente inferior à tensão de 
ruptura, o plasma se extinguirá. Por outro lado, se o equipamente for de alta 
potência, haverá uma fusão localizada, que poderá danificar as peças. 
Em aplicações industriais, peças como matrizes, bicos de injeção, 
virabrequins, pinhões, moldes de injeção para plásticos, entre outros, são 
suscetíveis aos efeitos de superaquecimento e abertura de arcos se a fonte de 
potência utilizada for de tensão contínua. 
d. Penetração do plasma em pequenos furos - No capítulo passado discutiu-se a 
existência da bainha catódica entre a luminescência negativa e a superfície 
da amostra. Foi visto que a largura desta bainha é de aproximadamente 1mm 
em 15 torr e que varia inversamentecom a pressão. É nesta região onde 
ocorrem todas as reações dos átomos da superfície com as espécies do 
plasma e também onde os íons são acelerados para bombardear a superfície. 
Quando nitreta-se peças com pequenos furos, existirá um limite de diâmetro 
abaixo do qual o plasma não penetrará. Este limite é de aproximadamente 
duas vezes a largura da bainha catódica (Chapman, 1980). Neste caso, a 
parte interna do furo não será nitretada. Na verdade esta limitação pode se 
transformar numa vantagem, caso não se pretenda nitretar o furo. Para isto, 
qualquer que seja o diâmetro do furo, pode-se variar a pressão até um valor 
tal que a largura da bainha tenha um valor no qual não exista penetração de 
plasma. A figura 19 ilustra estas situações (Grün & Günther, 1989). 
 
Figura 19 - Processo de cobertura do plasma em peças com pequenos furos. A pressão em (a) é 
menor que em (b), dificultando assim a penetração do plasma nos furos. 
e. Taxa de aquecimento - Existe um compromisso entre a pressão, a temperatura e a 
faixa de densidade de corrente para a descarga anômala, que pode ser assim 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
resumido: 
Se a temperatura da peça é baixa ou se a pressão no reator é alta, ou ambos, a faixa de 
densidade de corrente para a descarga anômala é estreita e levará a um 
plasma instável e um alto risco de abertura de arco. 
Se a temperatura da peça é alta ou se a pressão no reator é baixa, ou ambos, a faixa de 
densidade de corrente para a descarga anômala será alargada, o plasma será 
estável sem risco de abertura de arcos. Entretanto, em baixa pressão haverá 
uma baixa taxa de aquecimento o que torna o processo inviável. Quando 
inicia-se o processo, a situação se encontra na primeira condição, 
temperatura baixa. Para se aquecer a peça, sem risco de instabilidade do 
plasma, é preciso elevar a pressão lentamente até que a peça atinja uma 
temperatura alta (~ 200° C), para então elevar a pressão até o valor de 
trabalho. Este procedimento torna o aquecimento da peça extremamente 
lento (Grün & Günther, 1989). 
Cementação iônica 
 
 Toda a discussão anterior para a nitretação iônica é válida para a cementação, 
com exceção de algumas complementações como a atmosfera utilizada, temperatura de 
tratamento e a taxa de resfriamento. Nesse processo é utilizada uma atmosfera de 
metanol, numa temperatura entre 850 a 9000C e taxas de resfriamento superiores a 
nitretação iônica. A figura 20 mostra a variação da temperatura e pressão, assim como a 
atmosfera utilizada num processo de cementação iônica típico (Akutsu & Nakamura, 
1989). 
 
 
 
Figura 20 - Variação da temperatura e pressão durante um tratamento típico de cementação em 
plasma. 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
 1.2.d - Boretação 
 
 A boretação é um processo desenvolvido principalmente para a indústria 
aeroespacial e aplicado em aços carbono e aços de baixa liga (Bibbulph, 1974; 
Carbucichio et al., 1980; Liliental et al., 1983; Rus et al., 1985). Mas também esse 
processo pode ser aplicado para aços baixa liga austeníticos; ligas não-ferrosas (níquel e 
cobalto); metais refratários como Ti e Ta; e carbonetos metálicos ligados, tais como 
WC-Co, para aumentar sua resistência ao desgaste (Sakai, 1985). Superfícies 
extremamente duras são obtidas por esse processo e alta resistência ao desgaste se a 
abrasão e triboxidação são os principais mecanismos de desgaste atuando. A boretação 
pode ser realizado em meios sólidos, líquidos, gasoso e plasma, em temperaturas 
normalmente entre 9000C e 11000C, por 1h a 6h de tratamento, dependendo do processo 
e do substrato. O método mais utilizado é a boretação em caixa, em que o substrato é 
enrolado em compostos de boro ou carbonetos de boro com ativadores. Esse método é 
tecnologicamente mais simples e particularmente apropriado para produção em pequena 
escala. A boretação líquida e gasosa atraiu menor interesse nos últimos anos, devido a 
sua alta toxidade de produtos químicos utilizados. A camada boretada pode ter 
espessuras até 100μm. Consiste de boretos de ferro, isto é, FeB (16,5%B) e Fe2B 
(8,84%B), com o primeiro concentrada na superfície com numa camada bifásica. O FeB 
é mais duro em aços médio carbono e mostra um valor entre 1800 e 2000HV, enquanto 
o Fe2B é mais mole, mais dútil e mais homogênea com dureza entre 1500 e 1600HV. 
Uma composição usada por St. John e Sammells (1981) para boretação sólida era 
composta de 20%molB4C, 5%molKBF4 (ativador), 75%mol de grafite. Substratos de 
aço 1008 foram aquecidos de 1 a 5h em 960±100C em recipientes de alumina ou aço 
304. 
 Na boretação líquida, os substratos metálicos são imersos em banhos de sais 
fundidos de compostos de boro em temperaturas entre 900 e 10000C por 4 a 12h. 
Qing’en & Zaizhi (1984) boretaram ferro puro , aços carbono, aços inox austenítico e 
aço baixo carbono forjado num banho de que consistia de 80 a 85% de borax e 15 a 
20% de carbeto de silício em 9500C por 4 a 8h. 
 Na boretação gasosa, vapores contendo boro são gerados através da 
decomposição térmica de hidretos de boro Me(BH4)n, e o processo é conduzido em altas 
temperaturas. O outro processo alternativo envolve redução por hidrogênio dos haletos 
de boro como o BCl3 e BBr3. Esse processo é particularmente vantajoso quando 
profundidade de camada devem ser controladas quanto a espessura e homogeneidade 
como componentes de precisão que possui formas geométricas complexas. 
 
1.3 - Deposição Física de Vapor (PVD) 
 
 1.3.a - Implantação iônica 
 
 A modificação da região próxima a superfície pelo uso de feixe de íons 
energéticos tem sido exaustivamente investigado nos últimos anos (Santos, 1987; 
Sankaran, 1992; Shohet, 1991; Hulett, 1985). A aplicação original desta técnica foi para 
controlar a composição de filmes semicondutores. A natureza do processo permite 
qualquer elemento ser introduzido na região próxima a superfície de uma forma 
controlada e reproduzível fazendo com que ocorra modificações nas propriedades da 
Clodomiro Alves Jr. DFTE/UFRN - Tratamento e Revestimento de Superfícies – Apostila 
 
superfície sem alterar as propriedades do volume. Devido ao caráter de não equilíbrio 
do processo, estruturas e composições não obtidas por outros processos podem ser 
obtidas. 
O processo consiste em implantar, sobre a superfície de um material, íons altamente 
energéticos produzidos por um canhão de íons. Este canhão acelera os íons com uma 
energia entre 10 - 500 keV, numa pressão em torno de 10
-6
 torr. A área de impacto do 
feixe de íons deve ser constantemente movida para evitar superaquecimento local. Os 
parâmetros mais importante na implantação de íons são: 
• A espécie do íon; 
• A energia do feixe; 
• O número total de íons que bombardeia a superfície do material; 
• A densidade de corrente do feixe. 
Suas principais características são: 
-Controle preciso do número de íons injetados. 
-Controle da profundidade de penetração. 
-Permite usar todas combinações de materiais de íons e de alvos 
-Pode-se obter concentrações acima do limite de solubilidade. 
-Pode ser realizado em baixa temperatura. 
 O grande número de publicações dessa técnica está mais concentrada em 
aplicações para aumento de resistência ao desgaste e para diminuir o atrito. Exemplo 
disso é a utilização de feixes de íons nas articulações de próteses ortopédicas para obter 
uma superfície mais dura e mais resistente ao desgaste. Outros dispositivos como, 
aplicações ortodônticas, instrumentos cirúrgicos e sondas venosas, são tratadas para 
melhorar a fricção, resistência a fadiga (fretting) e a biocompatibilidade dos materiais. 
 As principais partes de um equipamento são (Bushan & Gupta, 1991): 
• A fonte de íon que ioniza sólidos, líquidos ou gases. 
• Um sistema de