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Fluxograma de um processo de galvanização a fogo

Desengraxe

Fluxograma de um processo de galvanização a fogo

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

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

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 oxidação);
    • 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 + H2

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

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.

Fluxagem

Fluxagem

A ação do fluxante processa-se sob duas formas:

  • Parte é consumida na dissolução e escorificação dos resíduos remanescentes
  • 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°C a 100°C.

Secagem

Secagem

Objetivo do pré-aquecimento

  • Diminuir o choque térmico das peças a serem galvanizadas;
  • Prevenir contra respingos de zinco, na área ao redor da cuba de galvanização, durante a imersão da peça no zinco fundido, fato que acontece quando há umidade.

Cuidados práticos

  • Início sempre imediatamente após a retirada da peça do banho de fluxo, para manter a continuidade do aquecimento já iniciado na fluxagem;
  • Manter um fluxo contínuo de trabalho conforme o mix de produto;
  • Manter a temperatura entre 110º e 140ºC;
  • Temperaturas baixas não permitem a remoção total da umidade, havendo o risco de explosões durante o mergulho;
  • Temperaturas altas, acima de 150ºC, produzem superaquecimento que decompõe o fluxo e acarreta falhas na camada zincada;
  • 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"

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.

Explicação físico-químico-metalúrgica

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 445º 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.

Tempo de imersão

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.

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.

Composição do material base a ser galvanizado (aço/ferro fundido)

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;
  • 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

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.

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