UDESC – UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E SISTEMAS
QUÍMICA GERAL E INORGÂNICA – PROCESSO DE GALVANIZAÇÃO – GALVANIZAÇÃO A FOGO
CARINA A.OLIVEIRA
DANIELA HILLE
ISABELA DUMKE
RAFAEL G. CARDOSO
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Guias e Dicas
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Encontrar documentos
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Pesquisar documentos Store
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Videoaulas
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Quiz
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Pergunte à comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Ranking universidades
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Os eBooks que salvam estudantes!
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
Galvanização, Notas de estudo de Engenharia de Produção
Galvanização a fogo e outros
Tipologia: Notas de estudo
2012
1 / 15
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Documentos relacionados
Pré-visualização parcial do texto
Baixe Galvanização e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Produção, somente na Docsity!
UDESC – UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E SISTEMAS
QUÍMICA GERAL E INORGÂNICA – PROCESSO DE GALVANIZAÇÃO – GALVANIZAÇÃO A FOGO
CARINA A.OLIVEIRA
DANIELA HILLE
ISABELA DUMKE
RAFAEL G. CARDOSO
1ª FASE
JOINVILLE, NOVEMBRO DE 2008.
INTRODUÇÃO
O trabalho acadêmico a seguir, é baseado em pesquisas relacionadas ao processo químico envolvido na galvanização.
De acordo com o Dicionário Rosseti de Química, podemos definir galvanoplastia como a tecnologia responsável pela transferência de íons metálicos de uma dada superfície sólida ou meio líquido denominado eletrólito, para outra superfície, seja ela metálica ou não. Este processo usa a corrente elétrica, sendo chamado de “eletrólise”.
Informações sobre os diversos tipos de galvanização, tal como suas aplicações, será o objetivo da pesquisa a seguir.
Para a maioria das estruturas e peças que precisam ser protegidas da corrosão, costuma-se dar preferência a um sistema que tenha o menor custo de manutenção possível, mesmo porque, com freqüência, não há possibilidade de acesso para a realização da mesma.
Nesses e em muitos outros casos, o processo de zincagem por imersão a quente quase sempre é o escolhido.
O PROCESSO DE ZINCAGEM POR IMERSÃO A QUENTE
DEFINIÇÃO
A zincagem por imersão a quente é um processo de revestimento de peças de aço ou ferro fundido, de qualquer tamanho, peso, forma e complexidade, visando sua proteção contra a corrosão.
PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE DO METAL-BASE Após o desengraxamento necessário para remover óleos e graxas, as peças são decapadas geralmente em ácido clorídrico ou sulfúrico. Os inibidores podem ser adicionados ao ácido , de maneira que se removam somente a ferrugem e as escamas (ou carepas) de óxidos e o metal-base seja pouco atacado. O jato abrasivo é muito usado na limpeza de peças fundidas e em peças de aço laminado, para eliminar salpicos de solda, ferrugem, carepas ou tinta, para tornar áspera a superfície da peça ou para melhorar a ancoragem. Nesse caso, apenas uma rápida decapagem é suficiente para remover os óxidos de ferro.
FLUXAGEM A função da fluxagem é remover qualquer impureza remanescente na superfície do metal-base, melhorar a “molhabilidade” pelo zinco fundido e evitar a oxidação das peças. Dois métodos de fluxagem são usados:
No método a seco, a peça decapada é enxaguada em água corrente, mergulhada em tanque de fluxo e secada. Pode-se também aspergir, após a decapagem, sais de fluxo sobre as peças e secá-las antes da imersão no zinco fundido.
No método úmido, a peça é retirada do tanque de enxaguamento, indo direto para o banho de zinco fundido que tem uma camada de fluxo sólido e glicerina sobrenadante na sua superfície.
A escolha do método de fluxagem varia com o tipo de peça e com o zincador, mas não altera a espessura e o valor da proteção final.
ZINCAGEM POR IMERSÃO A QUENTE
Quando imersos na cuba de zincagem, o ferro e o aço são imediatamente molhados pelo zinco. Ao se retirar as peças do banho, uma quantidade de zinco fundido é arrastada sobre as camadas de liga e, ao se solidificar, transforma-se na camada externa de zinco praticamente puro. O resultado é um recobrimento formado por uma camada externa de zinco e várias camadas de liga Fe-Zn que estão unidas metalurgicamente ao metal-base. A temperatura normal de zincagem é de 445 a 455°C; a velocidade da reação é muito rápida a princípio, formando-se durante esse período inicial a maior parte da espessura da camada. Em seguida, a reação passa a ser mais lenta e a espessura não aumenta muito, mesmo que a peça permaneça imersa por longo período.
Observando-se a micrografia do revestimento, ampliada 200 vezes, (ver figura ao lado) vêem-se as várias camadas de liga Fe-Zn formadas durante o processo.
Assim, a primeira camada GAMA (próxima do aço) possui de 21 a 28% de ferro. A Segunda camada DELTA contém de 7 a 12% de ferro. A terceira camada ZETA apresenta de 5,8 a 6,2% de ferro. Finalizando, a Quarta camada ETA é formada praticamente de zinco.
Dependendo da composição química do metal-base e da aspereza da superfície, podem-se obter espessuras de revestimento maiores do que o especificado. Conseqüentemente, como a vida de um revestimento é proporcional à sua espessura, não são poucos os produtos zincados por imersão a quente que duram muito mais do que o calculado pelo revestimento mínimo especificado.
Com chapas ainda não trabalhadas, que podem ser conformadas após a zincagem, o crescimento da camada-liga é deliberadamente suprimido, adicionando-se alumínio ao banho de zinco, para a obtenção de maior durabilidade do revestimento, com sacrifício da espessura.
Essa prática é normalmente empregada nas usinas siderúrgicas enquanto a chapa está em contínuo processamento.
A pureza do zinco utilizado não é crítica. Zincos com 98,0% de pureza, contendo pouco mais de 1,0% de chumbo e pequenos teores de outros metais como cádmio, ferro, estanho e cobre, são satisfatórios. O alumínio às vezes é adicionado em pequenas quantidades (cerca de 0,005%) para aumentar o brilho da peça e deixar o revestimento mais liso.
Durante o processo de zincagem por imersão a quente, dois resíduos aparecem e podem contaminar o banho: a borra, uma massa pastosa constituída de liga Fe-Zn (5,0% + 95,0%), mais pesada do que o zinco fundido, que se concentra no fundo do tanque; e cinza ou escória de óxido de zinco que ser forma na superfície do banho.
FLUXOGRAMA DE UM PROCESSO DE GALVANIZAÇÃO A FOGO
1 – Desengraxe
• Remoção dos materiais orgânicos.
• Processo mais conhecido: alcalino em solução aquosa a quente, à base de carbonatos,
silicatos, hidróxidos, fosfatos, detergentes e outros.
• Fornecimento: normalmente no estado sólido para serem dissolvidos em água,
conforme orientações dos fabricantes.
2 – Decapagem
• Óxidos, cascas de óxidos e carepas não são removidos nos banhos de desengraxe
alcalino. Sua remoção é feita em banhos e soluções ácidas, em um processo conhecido como decapagem
• Uma camada típica de oxidação apresenta os seguintes elementos e compostos:
• Fe (ferro base)
• FeO (óxido de ferro no estado menos oxidado)
• Fe3O4 (óxido de ferro no estado intermediário de oxidaçã )
• Fe2O3 (óxido de ferro no estado mais oxidado)
Características
• Camada de FeO contribui com 80% da espessura da camada total e é o elemento mais
solúvel em ácidos
• Camada de Fe3O4 contribui com cerca de 18% e é menos solúvel do que a anterior
• A camada de Fe2O3 contribui com o restante de 2% e corresponde ao estado mais
estável e menos solúvel destes óxidos
Aspecto prático: o ácido clorídrico ( muriático ) é o mais comumente usado nas galvanizações brasileiras, nas concentrações de 6 a 12%.
Ataque do ácido: através das rachaduras e poros existentes na camada de oxidação, até atingir o substrato de FeO, promovendo sua dissolução e propiciando o destacamento da camada de óxido.
Quimicamente, o elemento mais solúvel nestas circunstâncias é o Fe base através da reação:
Fe + 2HCl è FeCl2 + H
Cuidado especial: Ocorre a geração de hidrogênio nesta reação que, se por um lado auxilia mecanicamente a remoção da camada, por outro, dissolve-se no ferro base fragilizando a peça (fragilização por hidrogênio)
Utilizam-se então:
• Inibidores (reduzindo o ataque do ácido ao ferro base)
• Substâncias que promovam redução da tensão superficial entre o ácido decapante e a
peça (ação umectante, facilitando seu “molhamento”)
• Agitação e aquecimento aumentam a velocidade de decapagem
3 – Lavagem
Após a decapagem é muito importante que as peças sofram uma lavagem em água corrente, em banhos subseqüentes ( de preferência mais de um ) com a finalidade de remover os resíduos produzidos nas reações de decapagem, de forma a minimizar as contaminações dos banhos seguintes.
4 – Fluxagem
A ação do fluxante processa-se sob duas formas: a) parte é consumida na dissolução e escorificação dos resíduos remanescentes b) o restante exerce a função umectante ( ou mordente ) proporcionando um eficiente molhamento da peça pelo zinco fundido
Principais componentes de um fluxante
• São os compostos químicos cloreto de zinco ( ZnCl2 ) e cloreto de amônio (NH4Cl),
formando sais duplos
• A grande vantagem de utilização de fluxos baseados em cloretos duplos de zinco e
amônia é a redução drástica na formação de borra e a melhor qualidade do acabamento
• Concentrações variáveis de sal duplo entre 5 a 30%, dependendo do tipo de peças
tratadas, em temperaturas de 65 a 100oC.
• Para o aço baixo-carbono revestido em banho de zinco fundido, sem nenhum
elemento de adição e para as condições de operação comumente utilizadas, obtém-se um revestimento constituído por quatro fases
Características principais
• As três primeiras fases são formadas devido à reação entre o zinco fundido e o aço,
chamadas de fases intermediárias
• Esta reação pode continuar após a retirada do aço de dentro da cuba, se a velocidade
de resfriamento for baixa
• A última fase, denominada Eta (de zinco puro) é formada pela solidificação do zinco
fundido aderido à peça por arraste
Aspectos importantes na Galvanização a Fogo
1. Temperatura do processo
As temperaturas usadas para zincagem variam normalmente entre 445 a 455oC.
Cuidados práticos:
• Deve-se galvanizar à mínima temperatura que permita um escorrimento fácil do
excesso de zinco durante a extração do material
• Temperaturas acima de 470oC são desaconselháveis pois a reação do zinco com as
paredes da cuba (para o caso de cubas metálicas) se torna muito intensa acelerando seu desgaste e diminuindo sua vida útil
2. Velocidade de imersão e remoção
Velocidade de imersão
• A imersão deve ser a mais rápida possível para que não haja tempo de uma espessa
camada de zinco se formar na primeira parte da peça, antes que toda ela tenha entrado em contato com o zinco
• A velocidade de imersão varia de 6 a 7 m/minuto
Velocidade de remoção
• Em contrapartida, quanto mais lenta e constante for a velocidade de remoção, melhor
será a uniformidade da camada e menos espessa a camada “eta”
• A velocidade de remoção está na média de 1,5 m/minuto
3. Tempo de imersão
• Quanto maior o tempo de imersão, mais espessa é a camada, até determinado limite,
passando a ocorrer uma estabilidade
• Observa-se um crescimento acentuado no primeiro minuto de imersão, etapa que
corresponde à rapidez da reação entre o zinco e o ferro para, em seguida, ocorrer uma etapa de reação mais lenta, correspondendo a um conseqüente crescimento mais lento da camada Aspecto prático
• O término da primeira fase, na prática, é percebido durante a zincagem pelo cessar do
borbulhamento da superfície do banho. Para espessuras normais de camadas, este fenômeno é uma indicação do fim de reação e do momento de retirada da peça do banho
• O tempo de imersão pode variar de 10 a 300 segundos
4. Composição do material base a ser galvanizado (aço/ferro fundido )
Fator dos mais importantes na formação e evolução da camada zincada
• Elementos que mais ativam a reação entre o zinco e o aço a ser galvanizado: carbono,
silício, fósforo, enxofre e manganês (C-Si-P-S-Mn)
• Mais reativo e mais comum de aparecer entre eles: silício (Si)
• Acima de 0,12% o mecanismo normal de formação da camada Fe-Zn é modificado,
obtendo-se camadas espessas e de coloração escura acinzentada
5. Composição do banho de zinco
• O zinco utilizado nas galvanizações brasileiras é o Zn SHG (Special High Grade)
com pureza igual a 99,995%
• O metal mais utilizado como elemento de liga do banho de galvanização é o
alumínio. É adicionado em pequenas quantidades, de forma a se ter no banho de galvanização em média cerca de 0,0050%
• Aconselha-se ter no banho no máximo cerca de 0,01%. Acima deste teor podem
ocorrer vários tipos de problemas nas peças galvanizadas além de reagir com o aço da cuba metálica
• Borra de zinco, mais conhecida como "areião", é um resíduo formado por cerca de
96% Zn e 4% Fe
• Aparência arenosa e composta de cristais de ferro-zinco insolúveis à temperatura
normal de trabalho, que se depositam no fundo da cuba durante o processo de galvanização
• Além de representar uma perda de zinco, prejudica o aquecimento da cuba, (mau
condutor de calor) e o aspecto das peças zincadas, quando adere a sua superfície
• Não é possível impedir a formação de borra, porém, é indispensável que se saiba sua
origem para poder controlar sua formação
Cinza de Zinco
• Cinza de zinco, mais conhecida como "terra de zinco", é um resíduo composto de
óxido de zinco, zinco metálico e cloretos em teores variáveis
• A cinza forma-se na superfície do banho devido à oxidação do zinco com o oxigênio
do ar e as escórias da reação fluxo-zinco-ferro
Facilitadores na geração de cinza
• Temperatura de trabalho, quanto mais alta, mais intensa a oxidação da superfície do
banho
• Agitação do banho, quanto maior a perturbação da superfície do banho, mais intensa
é a formação de cinzas
CONCLUSÃO
O processo anteriormente detalhado, a galvanização, é uma saída quimicamente eficiente para reduzir grandes perdas de ferro que oxidam devido a exposição ao ar e a água. Tratando de maneira simplificada, a galvonoplastia é a ligação do zinco metalurgicamente ao aço, que proporciona tripla proteção às peças que são revestidas.
Apesar do investimento inicial, que varia de acordo com o tamanho dos ítens em que o processo é aplicado, a longo prazo há menores custos de manutenção em relação a pintura e desgaste devido a corrosão. Entretanto, a galvanização também apresenta custo de manutenção, o sistema mais econômico é o processo de zincagem por imersão a quente em cubas em que o zinco e fundido e arrastados sobre às peças molhadas pelo mesmo composto.