Filmes finos carbonosos e carbetos de titânio foram depositados em substratos de aço ferramenta AISI D2 por meio da técnica de deposição a plasma com gaiola catódica, com o objetivo de avaliar a influência dos parâmetros de tratamento, tais como o tipo de material da gaiola, utilização do cátodo oco e atmosfera de tratamento, na deposição dos filmes finos em termos de microdureza superficial, morfologia e estrutura, buscando, também, analisar a viabilidade de uma potencial aplicação desses revestimentos em ferramentas para trabalho a frio. As amostras tratadas termoquimicamente foram avaliadas por ensaio de microdureza Vickers e pelas técnicas de caracterização de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva de raios-X (EDS), Difração de raios-X (DRX) e Espectroscopia Raman. Após o tratamento, a microdureza dos filmes finos obtidos aumentou significativamente, alcançando um valor máximo de 1832,46 HV que representa um aumento de 7,33 vezes em relação à dureza do substrato. A morfologia dos filmes finos exibiu, em grande parte, um aspecto granular e rugoso.