Fase-S

À primeira vista, o título parece mais o de um texto sobre estratégias para se vencer um jogo de videogame. Longe disso, fase-S se refere a um estado particular assumido pela austenita (fase alotrópica do aço) quando submetida a tratamentos de nitretação (adição de nitrogênio) ou cementação (adição de carbono) ao ponto de ter expandida sua estrutura cristalina original, que é cúbica de face centrada (CFC) — por este motivo, a fase-S também é conhecida como austenita expandida. Associados a esta peculiar configuração cristalográfica, estão muitos defeitos de empilhamento (falhas na sequência de empilhamento dos planos atômicos) e altas tensões residuais, conferindo à fase elevadíssimas durezas (que podem ultrapassar 1500 HV) e resistência ao desgaste por abrasão.

Outra particularidade da fase-S é a elevada concentração de solutos intersticiais (da ordem de 25 at.%) exclusivamente em solução sólida, ou seja, sem a formação de precipitados (fase distinta) devido à interação do carbono, ou do nitrogênio, com os demais elementos da matriz metálica (ferro, cromo, níquel, etc.) que formariam compostos específicos. Tal característica também proporciona uma excelente resistência à corrosão, uma vez que não empobrece a liga metálica dos elementos responsáveis por sua passivação (proteção contra oxidação), tais como o cromo e o níquel. Dessa forma, as aplicações dos aços inoxidáveis austeníticos e ligas de cobalto-cromo e níquel-cromo, importantes em diversos setores — que vão desde a fabricação de componentes críticos para reatores nucleares até apetrechos de cozinha —, podem ser bastante ampliadas, já que suas principais limitações são, justamente, as baixas resistências à abrasão e à corrosão.

As principais técnicas de obtenção da camada superficial de fase-S são os tratamentos termo-químicos de baixa temperatura, especialmente os auxiliados por plasma. Isto porque estes processos possuem a capacidade de eliminar a camada de passivação desses metais durante o processo, eliminando a necessidade de etapas adicionais e permitindo que a difusão dos elementos intersticiais, essencial à formação da camada, não seja prejudicada. Nas últimas duas décadas, a tecnologia de obtenção dessa estrutura vem sendo sensivelmente apurada, não obstante muitas das características fundamentais da fase-S ainda não terem sido satisfatoriamente esclarecidas. Um caminho promissor nesse sentido é o desenvolvimento de novas técnicas para uma avaliação mais efetiva das propriedades mecânicas da camada, tal como a microesclerometria instrumentada, mas isto é um assunto para um outro dia.

Para quem quiser se aprofundar no assunto, uma das melhores referências sobre o tema é o artigo de Dong, H. S-phase surface engineering of Fe-Cr, Co-Cr and Ni-Cr alloys. In: International Materials Reviews. ASM International: 2010. v. 55. n. 2.