Química de superfície e atrito em nanoescala do aço-carbono AISI 1045 nitretado e pós-oxidado a plasma
Abstract
Este trabalho apresenta uma interpretação química quantitativa do atrito nas
camadas mais externas do aço AISI 1045 nitretado e pós-oxidado com diferentes tempos
de oxidação (0, 1, 5, 10, 20 e 30 min). A caracterização da morfologia, microestrutura,
espessura e composição química qualitativa das camadas nitretadas e pós-oxidadas foi
realizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de emissão
óptica por descarga luminescente (GD-OES). A estrutura cristalina presente nas camadas
mais superficiais das amostras foi identificada por difração de raios X (DRX), empregando
ângulo rasante. Na camada nitretada, as amostras apresentam as fases de nitretos g’-Fe4N
e e-Fe2-3N, enquanto que na camada oxidada há uma combinação das fases µ-Fe2O3 e Fe3O4
ou somente a fase Fe3O4 (amostra pós-oxidada por 1 min). A nanodureza foi obtida através
de indentações de baixa penetração (até 200 nm). O módulo de elasticidade reduzido, a
rugosidade superficial e o coeficiente de atrito (CoF) foram obtidos por ensaios de
deslizamento unidirecional, utilizando o equipamento nanoindentador Nanotest-600 da
MicroMaterials. O regime de deformação provocado por esses ensaios foi identificado
através do cálculo do índice de plasticidade (Y). As amostras apenas nitretada e a pósoxidada
durante 1 min apresentaram resultados constantes, dentro do erro experimental e
da faixa de profundidade analisada (entre 100 e 200 nm), das propriedades tais como
dureza, módulo elástico reduzido, rugosidade e índice de plasticidade, porém com
coeficientes de atrito (CoF) diferentes. Desta forma, a evolução do CoF em função da
química da superfície pode ser avaliada sem a influência de mudanças nas propriedades
mecânicas mais importantes, que determinam o CoF. Esses resultados experimentais
podem ser explicados usando um modelo baseado na origem fonônica do atrito, que
depende da frequência vibracional característica das camadas mais externas do material. O
modelo apresenta boa concordância com os resultados experimentais, com uma diferença
de 3% entre teoria e prática.