Revestimentos PVD (Physical Vapor Deposition) e CVD (Chemical Vapor Deposition) são muito utilizadas para aumentar a vida útil de ferramentas e componentes mecânicos. As camadas geradas por estes processos normalmente possuem apenas alguns μm de espessura e este fato faz com que existam algumas dificuldades na determinação de parâmetros de qualidade destas camadas.
A seguir veremos alguns parâmetros que são analisados para avaliar a qualidade de camadas PVD/CVD. Os mais comuns para a caracterização de peças revestidas regularmente são: espessura e aderência. Em alguns casos, dependendo dos recursos disponíveis no fornecedor de revestimentos, podem ser feitas também medições de rugosidade e dureza. Já caracterizações de composição, micro/nanoestrutura, coeficiente de atrito, resistência a desgaste e tensão residual, normalmente são feitas em laboratórios especializados.
Espessura
A técnica mais comum para se medir espessura de camada é chamada de caloteste. Consiste em fazer uma esfera de metal duro ou aço rápido, de diâmetro conhecido, girar através de um dispositivo sobre uma superfície revestida. A ideia é promover um desgaste na forma de calota (semelhante a uma cratera) na superfície da peça até que se atinja o substrato. Para acelerar este processo, adiciona-se uma solução líquida abrasiva. Observando-se a calota gerada por cima, através de uma lupa, identifica-se dois círculos, um delimitando o diâmetro externo da calota e outro de diâmetro menor delimitando a transição entre o metal base e a camada. A partir destes dois diâmetros e através de relações geométricas, pode-se facilmente calcular a espessura da camada.
É importante notar que o caloteste deixa uma marca na peça analisada. Esta marca normalmente tem um diâmetro externo menor que 1 mm e uma profundidade de alguns micra, ou seja, um pouco maior do que a espessura da camada. Quando o requisito de qualidade da peça não tolerar esta marca, ou a dificuldade de se adaptar o dispositivo de medição sobre a peça for muito grande, opta-se por fazer a análise em corpos de prova que acompanham a carga.
Alternativamente a espessura de camada pode ser obtida através da técnica de fluorescência de raios X. Esta técnica tem a grande vantagem de não ser destrutiva. Existem, porém, limitações geométricas de peças para que a análise possa ser realizada, além da necessidade de se calibrar o equipamento para cada tipo de camada que se quer medir. Outra restrição é o fato de nem todos os tipos de camada serem compatíveis com esta técnica de análise.
Aderência
A técnica mais usada para se avaliar a adesão de camadas PVD/CVD é a de indentação. Este ensaio consiste em fazer uma marca de medição de dureza Rockwell C em uma superfície revestida e avaliar o padrão de quebra da camada nas bordas da indentação. Existe uma norma com seis figuras de referência para confrontar com o padrão de quebra obtido e assim chegar-se a uma classificação do nível de aderência. Apenas para ilustrar, no grau máximo de aderência a camada apenas trinca na borda da indentação, mas não desplaca. Já no grau mínimo de aderência, ocorre o desplacamento em toda a volta da indentação.
O ensaio de indentação pode eventualmente ser feito diretamente sobre uma peça, se seu requisito de qualidade permitir uma marca de ensaio de dureza e se a peça tiver dimensões compatíveis para teste em durômetro. Normalmente, entretanto, este ensaio é feito em corpos de prova que acompanham a carga.
A segunda técnica mais usada para medir adesão de camadas, normalmente usada de forma complementar ao ensaio de indentação, é o ensaio de riscamento.
No ensaio de riscamento utiliza-se um equipamento específico, através do qual se faz riscos de forma controlada (carga, velocidade, extensão) usando pontas de diamante, sobre a superfície revestida. Também aqui a ideia é analisar quebra/ desplacamento da camada nas bordas do risco e comparar com padrões pré-estabelecidos. Neste ensaio, sempre as análises são feitas em corpos de prova.
Rugosidade
O ensaio de rugosidade é realizado através de um rugosímetro e normalmente é feito em corpos de prova ou eventualmente em uma peça, se suas dimensões forem compatíveis com o equipamento de análise. São feitas medições antes e após o revestimento para avaliar um eventual aumento de rugosidade devido à camada depositada.
Dureza
Apesar das camadas depositadas pelos processos PVD/CVD normalmente possuírem uma dureza muito superior a de aços temperados, ou mesmo de metal duro, devido à sua espessura reduzida, não podem ser medidas com durômetros convencionais. O equipamento adequado para esta finalidade é o nanodurômetro, pois para a medição ser representativa, a profundidade da indentação não pode exceder 10% da espessura da camada, o que implica em cargas muito baixas, da ordem de 30 mN. Neste caso a deformação promovida na peça é tão pequena, que a recuperação elástica do material passa a ser significativa na análise do tamanho da indentação.
Assim sendo, a medição é feita com base no deslocamento vertical do indentador e não a partir do tamanho da indentação. Outro detalhe importante neste ensaio é que a rugosidade Ra da superfície não pode ser maior que 20 vezes a profundidade da indentação, sob risco de comprometer a precisão da análise.
