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 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:
  • 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

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 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

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"

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 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.

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.

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

• 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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