ZINCO A FOGO
A Zincagem é o processo mais antigo e mais utilizado na proteção de objetos feitos de ferro ou de aço. O processo é o mesmo utilizado para outros materiais, porém o zinco possui uma temperatura de fusão de aproximadamente 419°C e, por isso, a solução (substrato) deve estar a uma temperatura entre 430 e 460°C, acelerando a reação entre ferro e zinco. Esse processo popularmente conhecido como galvanização a fogo ou galvanização a quente foi descoberto pelo químico francês Melouin em 1741 e patenteado pelo engenheiro Sorel em 1837.
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.
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
§ Operação subseqüente ao desengraxe.
§ Operação fundamental pois qualquer resíduo que permaneça sobre a peça, contaminará os tratamentos subseqüentes.
§ 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:
§ 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 + 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
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
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°C a 100°C.
A ação do fluxante processa-se sob duas formas:
Secagem
a) Diminuir o choque térmico das peças a serem galvanizadas
b) 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 110 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.
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 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 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 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 normaisde 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)
