ZINCO A FOGO

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 )

§  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.

Objetivo do pré-aquecimento:Fator dos mais importantes na formação e evolução da camada zincada

Resfriamento

§  Aconselha-se um resfriamento rápido em água, para que cesse o crescimento das camadas de ligas, evitando-se uma cristalização grosseira e frágil

§  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

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

Fonte : Portal da Galvanização

http://www.icz.org.br/portaldagalvanizacao/galvanizacao-fluxograma-de-um-processo-de-galvanizacao-a-fogo.php

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