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ZINCO ELETROLÍTICO Galvanização Definição Galvanoplastia: Técnica de deposição  de metais em superfícies metálicas a partir do fornecimento de diferença de potencial. DEFINIÇÕES:Cátodo: eletrodo no qual ocorre a redução (deposição do metal – objeto que será recoberto).Ânodo: eletrodo no qual ocorre a oxidação (pode ser solúvel – neste  caso o metal do anodo vai para a solução – ou insolúvel).Eletrólitos- São assim chamadas todas as soluções que conduzem a corrente elétrica.Íons- São assim chamadas as partículas carregadas que se   movimentam na solução. A galvanização é o processo de revestimento de um metal por outro a fim de protegê-lo contra a corrosão ou melhorar sua aparência. Trata-se de um processo de revestimento de superfícies por meio da eletrólise onde o metal a ser revestido funciona como cátodo e o metal que irá revestir a peça funciona como o ânodo (também pode ser utilizado como ânodo algum material inerte). A solução eletrolítica deve conter um sal composto por cátions do metal que se deseja revestir a peça. O controle da espessura da camada a ser depositada pelo processo de eletrogalvanização é feito por meio de modelos matemáticos. Podem ser usados diferentes metais para o revestimento de uma peça. Ao processo de revestimento por Zinco dá-se o nome de Zincagem. A zincagem é um tratamento de superfície que provê grande resistência à corrosão sendo que a camada protetora é uniforme e aderente. O tempo de Zincagem determina a espessura da camada depositada. · Zincagem Alcalina sem cianeto, rotativa e banho parado· Zincagem Ácida· Zincagem Zinco/Ferro· Zincagem Zinco Níquel Os processos de deposição de zinco a partir de uma solução ácida foram desenvolvidos há mais de 200 anos.Os primeiros processos eram baseados em sulfato de zinco. Ainda hoje utilizamos este tipo de processo para aplicações onde se necessita de operação em altas densidades de corrente como, por exemplo, linhas contínuas de chapas ou fios. Em processos de zinco que operam em tambor rotativo ou gancheiras, os processos ácidos adequados são aqueles que utilizam soluções a base de cloreto, Vantagens dos processos zinco ácido, base cloreto, comparado aos processos alcalinos: Alta eficiência de deposição, maior que 90%; Maior velocidade de deposição; Facilidade de deposição sobre bases ferrosas mais complicadas, como carbonitretadas e fundidas; Menor efeito de hidrogenação. Limitações dos processos zinco ácido base cloreto Extremamente corrosivo aos equipamentos, principalmente os processos a base de cloreto de amônio; Dificuldade no tratamento de efluentes com os processos base cloreto de amônio. A amônia age como um quelante, complexando os metais e dificultando a remoção; Distribuição de camada deficienos com produtos não solúveis em água, necessidade de uso de solventes; Aditivos pouco resistentes à temperatura, máxima temperatura de uso 30°C. Como o processo ácido tem uma eficiência muito superior, maior que 90%, enquanto processos alcalinos cianídricos ou isentos de cianeto têm eficiência entre 50 e 70%, a velocidade de deposição é maior, com isto a produtividade da linha de produção pode ser elevada na mesma proporção do aumento da eficiência do banho. Como o processo ácido tem uma eficiência muito superior, maior que 90%, enquanto processos alcalinos cianídricos ou isentos de cianeto têm eficiência entre 50 e 70%, a velocidade de deposição é maior, com isto a produtividade da linha de produção pode ser elevada na mesma proporção do aumento da eficiência do banho. Cálculo de eficiência A eficiência de deposição do banho é a relação entre a corrente realmente utilizada para a deposição do metal com a corrente total aplicada. 90% de eficiência significam que a cada 100 ampères aplicados, 90 ampères serão utilizados para a deposição de zinco, enquanto em um processo com 60% de eficiência, apenas 60 ampères serão utilizados para a deposição de zinco, o restante será consumido formando hidrogênio, ou seja, um processo com 90% de eficiência deposita 50% mais camada que o processo com 60% de eficiência. Consequentemente, os processos de menor eficiência serão mais suscetíveis a provocar a hidrogenação nas peças. As pesquisas tentam eliminar as limitações dos processos a base de cloreto, para poder aproveitar o benefício da melhor eficiência, que oferece maior produtividade e menor consumo de energia elétrica. Concentrações e condições de operação com os três processos Considerações sobre os parâmetros de operação Zinco Metal O zinco é reposto no banho através do uso de anodo de zinco de alta pureza em bolas, barras ou lingotes. Como o processo tem uma boa eficiência de corrosão anódica, é muito fácil manter a concentração de zinco no banho com um bom controle da área anódica. Os anodos em barras são pendurados no barramento anódico com ganchos de titânio, porém é muito mais comum o uso de cestas anódicas construídas em titânio. As cestas devem ser mantidas cheias, não deixar que a quantidade de anodos dentro das cestas baixe ao nível de 50% da capacidade. Alta voltagem (acima de 9 volts) eleva a formação de oxigênio no anodo, causando maior oxidação e decomposição de aditivos orgânicos, decompondo mais produtos, além de que acima desta voltagem pode iniciar o ataque ao titânio. Voltagens superiores podem destruir a cesta de titânio. Maior concentração de zinco diminui a queima na alta densidade de corrente, diminui a penetração em áreas de baixa densidade de corrente e eleva o custo, devido ao aumento de perda por arraste. Cloreto O cloreto é o responsável pela condutividade da solução e pela corrosão anódica. Altas concentrações de cio reto diminuem o ponto de turbidez da solução. Maior concentração de cloreto, maior tendência a queima na alta densidade de corrente, maior dissolução do anodo. pH Durante a eletrólise existe uma evolução de hidrogênio, conforme a reação mostrada anteriormente. Com isto, o pH se eleva e deve ser corrigido com ácido clorídrico. Cloreto de amônio, além das outras funções, também serve como um tampão de pH. Quando não se utiliza amônia é necessário utilizar ácido bórico para esta função. Para a eliminação completa do c1oreto de amônio foi necessário o desenvolvimento de novos sistemas de aditivos para se conseguir os mesmos resultados conseguidos com amônia. Os aditivos eram compostos de produtos organlcos não solúveis em água que necessitavam de…
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FRAGILIZAÇÃO POR HIDROGÊNIO POR DR. ROLF JANSEN E DRA. CÉLIA REGINA TOMACHUK Artigos: Fragilização por Hidrogênio / por Dr. Rolf Jansen e Dra. Célia Regina Tomachuk 28/02/2008 e 30/04/2008 – REVISTA DO PARAFUSO : http://www.revistadoparafuso.com.br Nas várias fases dos processos de eletrodeposição de zinco, tais como, decapagem, desengraxamento eletrolítico catódico e, inclusive, na zincagem eletrolítica, o hidrogênio é formado junto à superfície de peças de ferro. O hidrogênio pode se difundir no interior do material e, especialmente, peças tratadas termicamente podem ser afetadas severamente pela fragilização por hidrogênio causando tensões e até mesmo a ruptura do mesmo. – Como deveríamos considerar um pré-tratamento adequado, em particular a decapagem, para minimizar a adsorção do hidrogênio? – Há diferenças entre os processos de zinco? Quais efeitos eles têm e se todos os tipos de eletrólitos são adequados? – Qual método é o melhor para remover a maioria do hidrogênio adsorvido sem destruir a camada de zinco? Este artigo técnico tem como objetivo responder estas questões e mostrar os conceitos e métodos para minimizar a fragilização por hidrogênio. 1- Formação do hidrogênioO hidrogênio é formado durante a decapagem em ácidos minerais, limpeza eletrolítica catódica e zincagem devido à redução catódica. No caso da decapagem, a reação inversa, anódica é a dissolução do metal e esta ocorre na mesma região de evolução do hidrogênio. No caso da limpeza eletrolítica ou zincagem, a reação inversa, anódica, é a formação do oxigênio e esta ocorre em locais distintos, nos anodos. Caminhos do hidrogênioO átomo de hidrogênio é muito reativo e rapidamente busca uma reação parceira. A menos que encontre outro átomo de hidrogênio, ele forma uma fraca ligação com átomos de ferro presentes na superfície da peça. Isto é conhecido como hidrogênio atômico adsorvido (Had), o qual pode combinar-se com outro hidrogênio atômico passando a hidrogênio molecular. O hidrogênio é formado e liberado do eletrólito como uma bolha de gás, podendo se difundir no interior do material através de discordâncias, vazios ou porosidades danificando a estrutura cristalina. Superfícies metálicas imersas em eletrólitos adsorvem uma fina camada, a qual é formada por moléculas de água, cátions, ânions ou compostos orgânicos, tais como: inibidores, surfactantes, conforme mostra a Figura 1. A taxa de cobertura da superfície com um dos componentes em relação a toda superfície da peça, depende do potencial eletroquímico, da temperatura e da concentração de todos os componentes no eletrólito. De acordo com as leis da difusão, o transporte do hidrogênio atômico aumenta a concentração de Had sobre a superfície que diverge do hidrogênio no interior do material. O que significa dizer que em uma maior concentração de hidrogênio sobre a superfície, o gradiente de penetração no interior do material é demasiadamente alto e reverso. O tempo de exposição, também, é importante. Em tempos curtos de tratamento, pouco hidrogênio é capaz de penetrar no interior do material. 2- Ensaios para determinar a fragilização por hidrogênioPeças temperadas são normalmente testadas para determinar a fragilização por hidrogênio no final do processo galvânico. Dependendo do tipo de peça, realiza-se ensaio de tração, desgaste ou dobramento. Devido ao fato desses ensaios serem destrutivos, o controle de qualidade, referente ao ensaio de fragilização, é realizado em uma pequena amostragem, a qual deve ser representativa de todo o lote. Por esse motivo, uma alternativa é usar peças mais sensíveis ao ensaio de fragilização (peças de teste), as quais serão galvanizadas junto com as demais peças. Para assegurar que o resultado seja adequado para o controle de qualidade, as peças de teste devem atender as seguintes condições: # os defeitos causados por fragilização devem ser determinados com facilidade e;# serem mais sensíveis à fragilização por hidrogênio do que as peças normais;# seguirem a mesma seqüência de tratamento que as peças normais;# possuírem o mesmo tratamento superficial das peças normais;# serem ensaiadas em conjunto com as peças normais. As peças adequadas para o ensaio e propostas pelos engenheiros do departamento central de pesquisa FV/PLO1 da Bosch, em Schwieberdingen (Alemanha), são anéis de segurança, especificado conforme norma DIN 471, 5 x 0,6 mm (diâmetro interno x espessura), dureza 650 HV [1]. O ensaio é realizado conforme o seguinte procedimento: Vinte e cinco (25) anéis de teste são selecionados e colocados na mesma seqüência de tratamento superficial como se fossem peças normais, incluindo o tratamento térmico. Posteriormente, são colocados em uma baqueta de vidro com 5 mm de diâmetro, usando uma pinça que possui um mecanismo que impede a sobreposição dos anéis (Figura 2). Os anéis de teste devem estar intactos quando colocados na baqueta. O ensaio é considerado satisfatório se os anéis não apresentarem ruptura após 24 horas. Os anéis de teste são adequados, também, para examinar, separadamente, as fases de tratamento, como por exemplo: testar diferentes aditivos de decapagem ou a efetividade do tratamento térmico. Em caso de examinar um aditivo de decapagem, os anéis de teste são colocados na baqueta de vidro e depois imersos dentro do decapante, conforme mostra a Figura 3. É aconselhável usar uma proveta, uma vez que os anéis poderão quebrar fortemente e parte deles poderão espirrar para fora da solução. Equipamentos de proteção individual (EPI) são aconselháveis, como por exemplo, óculos de segurança. Os anéis quebrados são contados em intervalos de 1 a 5 minutos. O número de anéis quebrados versus tempo é colocado em um gráfico. Analisando o andamento das curvas dos aditivos de decapagem, no gráfico de tempo em função de porcentagem de defeitos, é possível identificar a atuação do ataque ácido, conforme mostra a Figura 4 do próximo item. 3- Métodos para evitar a penetração do hidrogênio no interior do material A superfície coberta com hidrogênio atômico deve ser a menor possível e o tempo de exposição o mais curto possível. 3.1- Decapagem com ácido mineral Durante a decapagem, há evolução de hidrogênio e o tempo de tratamento é muito longo. As peças com alta dureza e baixa tenacidade (sensíveis ao teste de fragilização) não deveriam ser decapadas, mas na maioria das vezes estão contaminadas ou passivadas e sem a decapagem não poderiam seguir o tratamento.…
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CONHEÇA MAIS SOBRE A CORROSÃO CORROSÃO A corrosão metálica é a transformação de um material metálico ou liga metálica pela sua interação química ou eletroquímica num determinado meio de exposição, processo que resulta na formação de produtos de corrosão e na libertação de energia. Quase sempre, a corrosão metálica (por mecanismo eletroquímico), está associada à exposição do metal num meio no qual existe a presença de moléculas de água, juntamente com o gás oxigênio ou íons de hidrogênio, num meio condutor. A adoção de uma ou mais formas de proteção contra a corrosão dos metais deve levar em conta aspectos técnicos e econômicos. Entre os aspectos técnicos, o meio de exposição é um parâmetro de grande importância. Quanto a este parâmetro, o uso de inibidores de corrosão ou o controle de agentes agressivos (SO2, H+, Cl-) são impraticáveis nos casos em que se deseja proteger um determinado metal contra a corrosão atmosférica e o mesmo vale para a utilização da proteção catódica, restando nestes casos somente a modificação do metal ou a interposição de barreiras como uma alternativa para proteção contra a corrosão. Em alguns casos, a modificação do metal é perfeitamente aplicável, citando como exemplo, a utilização do alumínio e suas ligas em componentes como esquadrias, portas e janelas ao invés do aço-carbono. No entanto, para estruturas de grande porte, nas quais a resistência mecânica é um requisito importante, o alumínio e suas ligas nem sempre podem ser utilizados, sendo os aços inoxidáveis ou os aços aclimáveis, potenciais materiais alternativos. A utilização dos aços inoxidáveis nem sempre é economicamente viável, enquanto que a utilização dos aços aclimáveis esbarra na questão de condições de exposição, visto que estes só apresentam desempenho satisfatório em atmosferas moderadamente contaminadas com compostos de enxofre e em condições de molhamento e secagem, além da sua limitação de utilização em atmosferas com alta concentração de cloretos como, por exemplo, as marinhas severas. Em resumo, são muitos os casos em que os metais ferrosos (aço-carbono ou ferro fundido) continuam sendo os materiais mais adequados para utilização em estruturas expostas a atmosferas em geral, restando tão somente a interposição de uma barreira entre este metal e o meio como uma forma de proteção contra a corrosão. Para esta finalidade, tanto os revestimentos orgânicos (tintas), como os inorgânicos (revestimentos metálicos ou de conversão como a anodização, cromatização) ou uma combinação dos dois são utilizados. A escolha de um sistema de proteção contra a corrosão para os metais ferrosos (como o aço-carbono) dependerá de uma série de fatores, citando como um dos principais, o grau de corrosividade do meio. Na engenharia hidráulica e na engenharia mecânica é grande a preocupação com a corrosão em bombas e em turbinas, sobretudo devido aos prejuízos que podem causar nas estações elevatórias e nas usinas hidrelétricas. Não se deve confundir o fenômeno químico da corrosão com os fenômenos físicos da cavitação e da abrasão,embora os efeitos nas pás de bombas e de turbinas sejam parecidos. Tipos de corrosão A corrosão por processos eletroquímicos apresenta mecanismos idênticos sempre constituídos por regiões nas quais há a formação de ânodos e cátodos, entre as quais há a circulação de elétrons e no meio a circulação de íons. Mas a perda de massa do material e a maneira pela qual se dá seu ataque se processará de diferentes maneiras e evoluções. Listam-se aqui diversos tipos de corrosão e seus específicos mecanismos, abordando-se as características do ataque corrosivo e as formas de desgaste. Corrosão uniforme A corrosão se processa em toda extensão da superfície, ocorrendo perda uniforme de espessura. É chamada por alguns de corrosão generalizada, mas essa terminologia não deve ser usada por tornar-se redundante. O termo generalizada é aplicável à corrosão por pite ou alveolar, quando manifestadas em toda a extensão da superfície corroída. Corrosão por pites A chamada corrosão por pites (do inglês pit, “poço” ou “cova”) é uma forma de corrosão localizada que consiste na formação de pequenas cavidades de profundidade considerável e o mais importante, significativa frente a espessura do material. Ocorre de maneira extremamente determinada, podendo portanto ser chamada de puntiforme, não apresentando ataque no material circundante. Caracteriza-se por atacar materiais metálicos que apresentam formação de películas protetoras passiváveis e sendo resultado, geralmente, da atuação de “ilha” ativa-passiva nos locais de pequena área (disto pontos) onde há o rompimento de tal camada passiva. Sendo uma corrosão que não implica uma homogênea redução da espessura e ocorrendo no interior de equipamentos torna-se um tipo de corrosão de acompanhamento mais difícil. É um tipo de corrosão que nos materiais passiváveis a acção dos halogenetos (Cl-, Br-, I-, F-) causa o rompimento da passividade e a dissolução causada localmente da película produz um área ativa que diante do restante passivado circundante, muito maior, produz uma corrosão muito intensa e localizada. O potencial em que haja a quebra de passividade é uma variável muito importante neste processo, sendo considerado de fato que o que ocorra seja a alteração do comportamento da polarização anódica do sistemas de materiais, tanto o metálico quanto seu produto passivo, pela ação dos íons halogenetos. É de se considerar que um fator importante para o mecanismo da formação de pites seja a existência de pontos de maior fragilidade da película passivante (defeitos em sua formação), fazendo com que o pH no interior do pite se altere substancialmente para o espectro ácido dificultando a restituição da camada passiva inicial. Resultando disto que a pequena área ativa anódica formada diante de uma grande área catódica provoca a corrosão localizada e intensa já citada. Corrosão por concentração diferencial A variação de determinados componentes no meio no qual o material está permanentemente ou mesmo eventualmente imerso (em contato) provoca igualmente ação corrosiva, a qual é denominada corrosão por concentração diferencial. Seu mecanismo de ação é a formação de pilhas de concentração iônica diferencial e pilhas de aeração diferencial. Este tipo de corrosão pode ser dividido em corrosão por concentração iônica diferencial, associada com a variação de determinadas concentrações iônicas propriamente ditas do meio, a corrosão por aeração diferencial, variando a concentração de determinados gases da atmosfera gasosa em contato com o material, a corrosão em frestas, ocasionada por configuração geométrica do material corroível, que possibilita a formação de variações de concentração ou de aeração e pelo mesmo motivo, a corrosão…
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