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Fluxograma de um processo de galvanização a fogo
Fonte: Revista Portal da Galvanização (http://www.icz.org.br/portaldagalvanizacao/galvanizacao-fluxograma-de-um- processo-de-galvanizacao-a-fogo.php)
Desengraxe
Remoção dos materiais orgânicos, óleos e graxas. 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.
Lavagem
Operação subsequente ao desengraxe. Operação fundamental, pois qualquer resíduo que permaneça sobre a peça, contaminará os tratamentos subsequentes. Importante: materiais como tintas, vernizes e resinas, não podem ser removidos por banhos de desengraxe alcalino, devendo sofrer um tratamento prévio com solventes ou removedores. Devido às características combustíveis destes produtos, muitas vezes opta-se pela remoção por jateamento abrasivo.
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: o Fe (ferro base) o FeO (óxido de ferro no estado menos oxidado) o Fe3O4 (óxido de ferro no estado intermediário de oxidação) o 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 é 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.
Lavagem
Após a decapagem é muito importante que as peças sofram uma lavagem em água corrente, em banhos subsequentes (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.
Aconselha-se galvanizar as peças imediatamente, pois devido à absorção de umidade pelo sal, que é bastante higroscópico, as peças podem se umedecer novamente.
Imersão a quente - "Zincagem a quente"
Conceito:
Imersão do substrato de aço, limpo e adequadamente preparado em um banho de zinco líquido, dentro de uma cuba metálica ou cerâmica, a uma temperatura em torno de 450°C.
Explicação físico-químico-metalúrgica:
Durante a imersão, ocorre difusão do zinco no substrato de aço, havendo uma reação metalúrgica com formação de intermetálicos (compostos Fe-Zn) cuja composição varia na espessura da camada, sendo que a porção mais externa é constituída basicamente de zinco puro. 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 Esta (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 455°C.
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 470°C 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 consequente crescimento mais lento da camada.
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 A finalidade de se adicionar Al no banho é a de promover melhor escorrimento, melhor uniformidade das camadas e maior brilho das peças recém-galvanizadas.
Resfriamento
Aconselha-se um resfriamento rápido em água, para que cesse o crescimento das camadas de ligas, evitando-se uma cristalização grosseira e frágil.
Aspectos práticos
Em algumas galvanizações, aproveita-se este tanque de resfriamento para realizar a passivação da camada de zinco das peças galvanizadas. Trata-se de um banho rápido em soluções cromatizantes, à base de ácido crômico e bicromato de sódio, com a finalidade de retardar o aparecimento da chamada “corrosão branca” (capa protetora em torno de 0,5μm de cromato de zinco insolúvel). Esta passivação confere ao zincado um aspecto ligeiramente amarelado, sendo mais claro quanto menor a concentração da solução ou menor o tempo de imersão.
Aspecto prático: Coloração da peça X Corrosão
Corrosão branca: é característica da corrosão do zinco. Inicia-se quando a proteção da passivação foi comprometida Corrosão vermelha: coloração típica quando a corrosão atinge o metal base
Estocagem dos materiais galvanizados
Orientações gerais
Resfriamento em solução cromatizante Empilhar as peças somente quando secas
Adotar o critério de, sempre que possível, empilhar as peças com qualquer parte côncava para baixo. Passar a fita de aço para fixar os amarrados, sobre uma faixa de estopa para proteger o galvanizado. Empilhar os amarrados, um sobre o outro, com espaçadores de madeira, não esquecendo que o primeiro, rente ao chão, deverá estar também sobre estes espaçadores.
Resíduos gerados no processo de galvanização a fogo
Borra de Zinco
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
Pó de zinco
Pó de zinco – existe exaustor sobre o banho de zincagem que faz a extração do óxido de zinco em suspensão, arrastado para o filtro manga, depositado finalmente em reservatório apropriado.
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.
