Galvanização
A Galvanização é o processo de aplicação de uma camada protectora de zinco ou ligas de zinco a uma superfície de aço ou ferro de modo a evitar a corrosão destes. O método mais comum é a galvanização por imersão a quente (hot-dip galvanizing ou HDG) no qual as peças ou estruturas são mergulhadas num banho de zinco fundido.
A Galvanização protege o aço de duas maneiras distintas:
- Forma um revestimento resistente à corrosão que evita a corrosão do substrato metálico;
- O Zinco é usado como um ânodo de sacrifício de maneira a que se a superfície for danificada e o aço exposto, ele continua protegido pelo restante Zinco que se corrói, mantendo o Aço intacto.
História e etimologia
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O zinco começou a ser usado na construção desde o Império Romano. A utilização de Zinco como revestimento protector de estruturas em ferro, tem a sua origem na Índia e a primeira evidência advém de armaduras indianas do século XVII existentes no Museu real de armas e armaduras, no seu pólo de Leeds.[1]
O primeiro registro histórico científico de galvanização ocorreu em 1742 quando um químico francês, Paul Jacques Malouin apresentou à Royal Society várias experiências envolvendo o revestimento de zinco fundido de peças de ferro.[2] No entanto teria que se esperar quase 100 anos até que a primeira patente de galvanização ser depositada por Stanislaus Modeste Sorel em 1837.[3] O processo de Sorel era bastante parecido ao usado hoje em dia.
O termo galvanização provém da língua francesa e tem origem no nome do cientista italiano Luigi Galvani que descobriu o efeito Galvânico em metais e foi usado por Sorel para descrever o mecanismo de protecção do aço por revestimento de zinco. O termo galvanização generalizou-se de modo a que hoje em dia significa o revestimento de peças com zinco ou ligas de zinco, com a exclusão de outros metais.
O processo de Sorel seria optimizado e a galvanização generalizou-se no resto do século XIX e XX.
Em 1850, o Reino Unido consumia cerca de 10 mil toneladas de zinco em ferro galvanizado.[2]
Actualmente e apenas nos Estados Unidos são consumidas anualmente 600 mil toneladas de zinco em galvanização.[2]
Métodos de galvanização
editarGalvanização por imersão a quente
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Ver artigo principal: Galvanização por imersão a quenteÉ um processo de revestimento em que a peça/estrutura a proteger é mergulhada num banho de Zinco ou liga de Zinco fundido. O fluxo do processo de Galvanização a quente é o seguinte:[4]
Desengorduramento
editarConsiste na imersão da peça num banho desengordurante que pode ser alcalino a quente ou ligeiramente ácido. O objectivo é a completa remoção de lixos e outros contaminantes superficiais, como lubrificantes, massas consistentes, marcações de fabrica etc.
Decapagem Ácida
editarApós passar por etapas de enxaguamento intermédias, a peça é mergulhada num banho ácido (ácido sulfúrico a quente ou ácido clorídrico a frio) que tem por objectivo a remoção total de óxidos (calamina, Ferrugem) presentes na superficie da peça. Após a decapagem a peça é mergulhada em água para neutralizar o seu pH.
Fluxagem
editarO objectivo da fluxagem é depositar na superfície da peça uma camada de cloreto de zinco e cloreto de amónio que se destina a remover os óxidos que se formaram na superfície após a decapagem e impedir a formação de corrosão antes da imersão da peça no banho de zinco. Após a fluxagem, a peça pode ou não ser secada.
Banho de zinco
editarA peça é mergulhada num banho de zinco que contém pelo menos 98% de zinco com outros aditivos, e que se encontra a cerca de 450 °C. A peça permanece dentro do banho até que atinja a temperatura do banho. Durante a imersão o zinco do banho reage com o ferro do aço e forma uma série de camadas de liga intermetálica Zinco-Ferro, metalurgicamente ligadas.[5]
Arrefecimento
editarApós a sua remoção do banho de zinco, as peças são Arrefecidas ao ar ou por imersão em água ou solução de passivação.[5] No caso da galvanização de porcas e parafusos, e outras peças muito pequenas, as mesmas são colocadas num tambor rotativo que é sucessivamente passado pelas várias fases do processo. Após a sua imersão no banho de zinco, o tambor é removido do banho e centrifugado a alta velocidade para remover o excesso de zinco que não reagiu com o Aço.[4]
A galvanização por imersão a quente encontra-se normalizada pelas seguintes normas:
- NP EN ISO 1461:2012 - Revestimentos de zinco por imersão a quente sobre produtos acabados de ferro e aço; Especificações e métodos de ensaio;
- NP EN ISO 10684:2013 - Elementos de fixação; Revestimentos por galvanização a quente;
- NP EN 10346:2015 – Galvanização por imersão em Zinco quente de produtos planos de aço para conformação a frio;
- NP EN 10240:1998 - Revestimentos para protecção interior e/ou exterior de tubos de aço; Especificações para os revestimentos de galvanização por imersão a quente em instalações automatizadas;
Galvanização por imersão em banho de zinco electrolítico
editar Ver artigo principal: GalvanoplastiaÉ um processo de revestimento onde os ions de zinco numa solução, ligados ao pólo positivo de um circuito eléctrico (ânodo) são levados através de um campo eléctrico a revestir uma peça ligada ao pólo negativo (cátodo). Sendo o zinco reduzido na forma de depósito superficial sobre a peça a proteger. A galvanoplastia de zinco é normalizada pela norma EN ISO 2081:2008 - Metallic and other inorganic coatings; Electroplated coatings of zinc with supplementary treatments on iron or steel.
Cementação pelo zinco (sheradizing)
editar Ver artigo principal: Cementação pelo ZincoÉ um processo de galvanização de superfícies ferrosas que consiste no aquecimento a 500 °C, num tambor rotativo, de peças metálicas (pequenas) conjuntamente com Zinco em Pó e um inerte. Acima de 300 °C o Zinco vaporiza e difunde-se para dentro do substrato ferroso formando camadas de liga intermetálica Zn-Fe.
A cementação pelo Zinco é normalizado pela norma EN 13811:2003 - Sherardizing; Zinc diffusion coatings on ferrous products; Specification;
Tecnicamente falando não são considerados como métodos de galvanização, a popularmente conhecida Galvanização a frio, que se trata de tinta de zinco em aerossol, destinada a pequenos retoques em peças galvanizadas. A pulverização térmica de zinco, também conhecida por metalização também não pode ser considerada como um método de Galvanização.
Processo contínuo de galvanização
editarÉ um processo de galvanização que é utilizado para o revestimento de chapas de aço e apesar de ser um processo contínuo pode ser subdividido e e possui as seguintes etapas conforme ABM[6] :
Tesoura de entrada: tem a função de cortar a parte da bobina danificada no manuseio e no transporte.
Máquina de soldagem elétrica: utilizada para soldar as chapas, garante o processo de forma contínua.
Acumulador de entrada: acumula a chapa para manter a seção do processo contínua.
Desengraxe: procedimento utilizado para a retirada de óleo e finas partículas de ferro que permanecem na chapa após a laminagem a frio. A remoção é feita com uma solução de soda cáustica e água desmineralizada, por meio de três etapas: alcalina (aplica-se a solução sobre a chapa), eletrolítica (utiliza a mesma solução associada a descargas elétricas) e mecânica (aplicação de escovas para remoção das partículas).
Obs.: Existem alguns processos que utilizam somente a limpeza alcalina e a mecânica.
Enxaguamento: aspersão de água desmineralizada nas chapas.
Secagem: feito com ar quente.
Forno de recozimento: serve para restaurar as características mecânicas (resistência) do aço. O aquecimento mantém-se entre 730º e 830 °C, e a atmosfera é formada por hidrogênio (5%) e nitrogênio (95%). O forno está divido em quatro zonas:
- Aquecimento a gás no interior de tubos radiantes - gera um fenômeno de radiação térmica que provoca o aquecimento da chapa enquanto passa entre os tubos.
- Encharque ou manutenção da temperatura - o aquecimento é elétrico, e a temperatura da chapa se mantém constante por um período determinado.
- Resfriamento rápido - trocador de calor com uso de água resfriam a atmosfera e sopradores ajudam a resfriar a chapa.
- Equalização - aquecedores elétricos asseguram que a temperatura da chapa seja a mesma do zinco no momento do banho.
Banho de zinco: aplicação de revestimento de zinco nas chapas com aquecimento de 460 °C.
Navalha de ar/nitrogênio: retirada da camada de zinco excedente para garantir a espessura de revestimento adequado.
Torre de resfriamento: há uma variação de procedimento de acordo com o tipo de produto.
A chapa passa pelo resfriamento a ar e chega à temperatura de que podem variar de 250 °C à 320 °C, o necessário para evitar a aderência do zinco nos rolos existentes no topo da torre.
A chapa passa por mais uma zona de resfriamento a ar, antes do resfriamento final no tanque de água.
Medidor da espessura: Controlo automático da espessura do revestimento aplicado.
Laminador de encruamento: tem a função de garantir as propriedades mecânicas do material, imprime a rugosidade especificada pelo cliente e melhora a planicidade da chapa. A operação utiliza uma emulsão de água desmineralizada com óleo.
Cromatização: reveste a chapa com uma fina camada de cromatos por meio de conversão química. O objetivo é otimizar ainda mais a proteção da chapa contra a corrosão.
Acumulador de saída: tem função semelhante à do acumulador de entrada, mas o procedimento é o inverso. O equipamento sobe, assegurando o tempo necessário para corte da chapa e rebobinamento.
Oleadeira eletrostática: Confere a chapa já galvanizada uma fina e controlada camada de óleo.
Efeito da composição do aço na Galvanização
editarA grande maioria dos aços são adequados para serem galvanizados, no entanto os seus componentes mais importantes e que influenciam a qualidade da Galvanização são o silício e o fósforo.
À gama de valores da percentagem de silício e fósforo que influenciam negativamente a galvanização chama-se a Gama de Sandelin e situa-se entre 0.03% e 0.14% em peso. Aços com estas características não devem ser galvanizados, porque neste níveis a reacção entre o zinco e o ferro é muito forte, resultando num revestimento muito espesso, irregular e com uma aderência muito baixa. Aços com valores entre 0.15% e 0.35% podem ser galvanizados, mas o revestimento será mais quebradiço e a espessura do revestimento de zinco resultante será sempre muito superior aos aços com níveis entre 0% e 0.03%, devendo por isso ser usados apenas em estruturas que sejam expostas a ambientes muito corrosivos. A percentagem de Fósforo não deve ultrapassar os 0.2%.[7]
Ver também
editar- ↑ Stallybrass, Helen B. (30 de setembro de 1999). «Zinc coatings of indian plate and mail armour» (em inglês). Consultado em 28 de outubro de 2015. Arquivado do original (html) em 23 de junho de 2016
- ↑ a b c American Galvanizers Association. «What is hot-dip galvanization» (html). Consultado em 28 de outubro de 2015
- ↑ Filadélfia: Pergamon PressJournal of the Franklin Institute, (html) (em inglês). Process for protecting articles made of Iron or Steel from oxidation 22-26. 442 páginas. 1838
- ↑ a b Galvanizers Association of Australia. «Galvanizing process» (html) (em inglês). Consultado em 28 de outubro de 2015
- ↑ a b American Galvanizers Association. «HDG Process» (em inglês). Consultado em 28 de outubro de 2015. Arquivado do original (html) em 29 de outubro de 2015
- ↑ «O processo contínuo da linha de galvanização da Vega do Sul - ABM». www.abmbrasil.com.br. Consultado em 5 de junho de 2016. Arquivado do original em 18 de agosto de 2016
- ↑ Nordic Galvanizers Association. «Steels suitable for Galvanizing» (html) (em inglês). Consultado em 29 de outubro de 2015