3 Tipos de tecnologia de pré-tratamento de superfícies metálicas: O Guia Completo

O "pré-tratamento da superfície" refere-se ao tratamento mecânico, químico ou eletroquímico dos materiais e dos seus produtos antes de serem submetidos ao processamento da superfície. Este processo é efectuado para purificar, tornar áspera ou passivar a superfície, preparando-a para o subsequente tratamento ou ajustamento da superfície.

O pré-tratamento da superfície metálica inclui os seguintes métodos:

• O nivelamento de superfícies, que engloba tanto o nivelamento mecânico como polimento mecânico.
• Gravura, que pode ser feita através de gravura química ou gravura eletroquímica.
• Desengorduramento da superfície, que pode ser conseguido através de desengorduramento com solventes orgânicos, desengorduramento químico ou desengorduramento eletroquímico.

Nivelamento da superfície

O nivelamento de superfícies engloba uma variedade de métodos, incluindo: polimento mecânico, polimento químico, polimento eletrolítico, laminagem, escovagem, jato de areia e outros.

O específico processo de tratamento de superfícies O método utilizado depende do estado das peças e dos requisitos técnicos do trabalho.

1. Polimento mecânico

O principal objetivo do polimento é tornar a superfície áspera e irregular das peças metálicas lisa e plana. Para além disso, pode também remover rebarbasA sua função é a de eliminar as incrustações, a ferrugem, os buracos de areia, as ranhuras, as bolhas e outras imperfeições da superfície das peças metálicas.

O polimento é efectuado com uma mó elástica ligada a uma rebarbadora. A superfície de trabalho da mó está coberta de partículas abrasivas, que actuam como pequenas arestas de corte. Quando o rebolo roda a alta velocidade, a superfície da peça metálica é suavemente pressionada contra a superfície de trabalho do rebolo, fazendo com que as partes elevadas da superfície sejam cortadas e se tornem lisas e planas.

O polimento pode ser utilizado em todos os materiais metálicos e a sua eficácia depende das características do abrasivo, da rigidez da mó e da velocidade de rotação da mó. Os abrasivos normalmente utilizados para o polimento incluem o corindo artificial e o esmeril. O corindo artificial, que é constituído por alumina 90-95% e tem um certo grau de dureza, é muito utilizado devido à sua menor fragilidade e ao facto de as suas partículas terem mais arestas e cantos.

Fig. 1 Máquina de polir

Fig. 2 Al₂O₃ abrasivo (400X)

Os abrasivos podem ser classificados em diferentes classes com base na dimensão das partículas. A dimensão das partículas dos abrasivos é normalmente determinada pelo número de orifícios por unidade de área (centímetro quadrado) num peneiro. Quanto maior o número de peneiras, mais pequenos são os furos. O tamanho da partícula é representado pelo número de abrasivos que podem passar através da peneira. Quanto mais abrasivos passarem, mais fina será a granulometria, e quanto menos abrasivos, mais grossa será a granulometria.

A tabela 1 destaca as características e utilizações dos abrasivos comuns. O quadro 2 indica as velocidades mais adequadas das mós para o polimento de diferentes materiais metálicos.

Quadro 1 Características e utilizações dos abrasivos comuns

Tabela 2 Velocidade óptima da mó para polir diferentes materiais metálicos

2. Polimento

2.1 Polimento mecânico

O polimento é um tipo de processo de retificação. Alguns acreditam que funciona "arrancando" átomos da camada superficial da peça de trabalho, fazendo com que a camada inferior se torne instantaneamente lisa devido à ação da tensão superficial antes de se solidificar. Outros consideram que o polimento é o resultado da tensão superficial. Durante o processo de processo de polimentoO calor gerado pela fricção pode amolecer ou mesmo derreter a superfície, tornando-o mais do que um simples processo de polimento mecânico.

Durante o polimento, a camada superficial do metal é fundida, mas solidifica rapidamente num estado amorfo devido à elevada condutividade térmica do metal do substrato. Antes de solidificar, a superfície torna-se lisa em resultado dos efeitos combinados da tensão superficial e da fricção do agente de polimento.

As peças que requerem um elevado grau de acabamento devem ser submetidas a um polimento fino após o processo de polimento inicial.

O polimento mecânico é efectuado utilizando um agente de polimento na roda de polimento de uma máquina de polir. O agente de polimento pode ser uma pasta de polimento ou um fluido de polimento. O primeiro é uma mistura de abrasivo de polimento e um adesivo, como o ácido esteárico ou a parafina. O segundo é uma mistura de abrasivo e uma emulsão de óleo ou água.

À medida que o disco de polimento roda a alta velocidade, remove pequenas irregularidades na peça de trabalho e dá-lhe um brilho espelhado. O polimento mecânico é utilizado não só para o pré-tratamento da superfície antes do revestimento, mas também para o acabamento do revestimento após o revestimento, a fim de melhorar o acabamento da superfície.

É importante notar que o polimento mecânico é diferente do polimento. Durante o polimento, as aparas de metal são cortadas, enquanto o polimento mecânico não resulta numa perda significativa de metal. A elevada temperatura gerada pela fricção entre o disco de polimento rotativo de alta velocidade e a peça de trabalho provoca a deformação plástica da superfície metálica, preenchendo ligeiras irregularidades.

Além disso, a remoção repetida da película de óxido extremamente fina ou de outra película composta formada na superfície do metal sob a influência da atmosfera circundante resulta numa superfície plana e brilhante.

2.2 Polimento químico

O polimento químico é um tipo de corrosão química controlada. É um método de processamento de metais que envolve a gravação do metal numa solução de polimento específica, tornando a superfície plana e brilhante através da dissolução selectiva do metal.

Em comparação com outras técnicas de polimento, o polimento químico tem as vantagens de ser um equipamento simples, de baixo custo, de fácil operação, de alta eficiência e de não ser afetado pela forma e estrutura das peças. Além disso, em comparação com o polimento eletrolítico, o polimento químico não necessita de uma fonte de energia e pode ser utilizado para processar peças com formas complexas. No entanto, a eficiência da produção é maior, mas a qualidade do processamento da superfície é inferior à do polimento eletrolítico.

O polimento químico é um tipo de processo eletroquímico semelhante ao polimento eletrolítico. A reação do polimento químico pertence à gravação de uma microbateria no processo eletroquímico. Por conseguinte, o princípio do polimento químico é semelhante ao do polimento eletrolítico.

Durante o processo de dissolução química, é gerada uma película de óxido na superfície do metal, que regula a velocidade de difusão no processo de dissolução contínua. As partes convexas da superfície dissolvem-se mais rapidamente devido à fina espessura da película de óxido, enquanto as partes côncavas se dissolvem mais lentamente.

Uma película de óxido passiva e uma película de óxido são constantemente formadas na superfície das peças de aço, sendo a primeira mais forte do que a segunda. Devido à micro-uniformidade da superfície, as partes micro-convexas dissolvem-se primeiro, a um ritmo mais rápido do que as partes côncavas. A dissolução da película e a formação da película ocorrem simultaneamente, mas a ritmos diferentes.

Por conseguinte, o rugosidade da superfície da peça de aço é nivelada, resultando numa superfície lisa e brilhante. O polimento químico pode efetivamente remover a camada de danos superficiais causados pelo polimento mecânico, uma vez que tem um forte efeito de dissolução na superfície.

2.3 Polimento eletrolítico

O electropolimento consiste em colocar a peça de trabalho como ânodo e conduzir a eletrólise numa solução específica. Durante o processo, as partes micro-protuberantes da superfície da peça de trabalho têm uma elevada densidade de corrente e dissolvem-se rapidamente, enquanto a densidade de corrente nos micro-recessos é baixa, fazendo com que a dissolução seja lenta. O resultado é uma superfície plana e brilhante.

O electropolimento é normalmente utilizado para o acabamento decorativo de peças como o aço carbono, o aço inoxidável, o alumínio e o cobre, bem como para o acabamento da superfície de algumas ferramentas ou para a criação de superfícies altamente reflectoras e amostras metalográficas.

A solução de polimento de anidrido crómico com ácido fosfórico é amplamente utilizada para materiais de ferro e aço e contém componentes como ácido fosfórico, ácido sulfúrico, anidrido crómico e aditivos como inibidores de corrosão, branqueadores e espessantes. O cátodo é normalmente feito de chumbo e a tensão de alimentação pode ser de 12V.

Nos últimos anos, com a crescente procura de produtos de aço inoxidável, a procura de soluções de polimento eletrolítico também aumentou. Para evitar a poluição ambiental causada pelas soluções de polimento eletrolítico que contêm ácido fosfórico e anidrido crómico, a China envidou esforços para desenvolver soluções de polimento eletrolítico de aço inoxidável respeitadoras do ambiente, tendo alcançado progressos significativos.

A tabela 3 apresenta a composição da solução e as condições de processamento de várias novas soluções de polimento eletrolítico de aço inoxidável. As fórmulas 1 e 2 do quadro não utilizam anidrido crómico, o que resolve o problema da descarga de águas residuais e proporciona um agente de polimento eletroquímico isento de poluição e amigo do ambiente.

Tabela 3: Composição da solução e condições do processo da solução de electropolimento de aço inoxidável amiga do ambiente

Em comparação com o polimento mecânico, o electropolimento nivela a superfície polida através da dissolução eletroquímica, não deixando qualquer camada de deformação na superfície e evitando a mistura de substâncias estranhas. Além disso, o processo de eletrólise resulta na precipitação de oxigénio, formando uma película de óxido na superfície polida, o que melhora a sua resistência à corrosão.

O electropolimento é também útil para peças com formas complexas, fios, placas finas e peças pequenas, que são difíceis de polir mecanicamente. Além de nivelar, o electropolimento também pode remover inclusões superficiais e revelar defeitos como fissuras, buracos de areia e inclusões na superfície das peças.

3. Rolamento

A laminagem é um método comum utilizado para a preparação da superfície antes da galvanização ou para a modificação da superfície após a galvanização de grandes quantidades de peças pequenas. O polimento por laminagem é um processo em que as peças e os abrasivos são colocados juntos numa máquina de tambor ou numa máquina de sino para serem lixados por laminagem para remover rebarbasA superfície das peças é lisa, com aspereza e ferrugem.

Para além dos abrasivos, são frequentemente adicionados reagentes químicos, como ácido ou alcalino, durante o processo de laminagem. Assim, o processo de laminagem serve para remover rebarbas, rugosidade e ferrugem à medida que as peças e os abrasivos rolam em conjunto, bem como o papel dos reagentes químicos.

A Fig. 3 é o diagrama esquemático da calandra.

Fig. 3 Diagrama esquemático da calandra

O polimento por laminagem pode eliminar manchas de óleo e incrustações de óxido na superfície das peças e produzir uma superfície brilhante. Pode substituir parcial ou totalmente o polimento e o polimento, mas só é adequado para grandes quantidades de peças com requisitos de rugosidade superficial baixos.

A laminagem pode ser dividida em método seco e método húmido. O método seco utiliza abrasivos como areia, esmeril, vidro partido e couro, enquanto o método húmido utiliza bolas de aço, pedras esmagadas, serradura, lixívia, pó de chá, etc. como abrasivos.

A velocidade de rotação durante a laminagem depende das características das peças e da estrutura do tambor, variando normalmente entre 15 e 50 RPM. Se a velocidade for demasiado elevada, a força centrífuga impedirá que as peças friccionem umas contra as outras no tambor, reduzindo a eficácia da laminagem. Por outro lado, se a velocidade for demasiado baixa, a eficiência é reduzida.

Quando existe uma grande quantidade de manchas de óleo ou ferrugem na superfície das peças durante a laminagem, o desengorduramento e a corrosão devem ser efectuados primeiro. Se houver uma pequena quantidade de manchas de óleo, pode ser adicionada uma pequena quantidade de substâncias alcalinas ou emulsionantes, tais como carbonato de sódio, sabão ou sabão em pó, para a laminagem. Para peças com superfícies enferrujadas, pode ser adicionado ácido sulfúrico diluído ou ácido clorídrico. Depois de as peças serem laminadas no meio ácido, a solução ácida deve ser imediatamente enxaguada.

4. Escovagem

A escovagem é uma técnica de processamento de superfícies que utiliza uma roda de escovagem feita de materiais como arame metálico, pêlos de animais ou fibras naturais ou sintéticas. Este método é utilizado principalmente para remover contaminantes da superfície, tais como oxidação, ferrugem, escória de soldadura, tinta velha e outros detritos. Além disso, a escovagem também é utilizada para remover rebarbas deixadas nas arestas de uma peça de trabalho após a maquinagem.

As rodas de escovas mais utilizadas são feitas de fio de aço ou fio de latão. Se o material da peça de trabalho for duro, deve ser utilizada uma roda de escova de fio de aço de alta rigidez em conjunto com uma velocidade elevada. Por outro lado, para materiais mais macios, recomenda-se uma roda de escova de fio de latão.

A escovagem pode ser efectuada de forma mecânica ou manual. Ambos os métodos empregam tipicamente a utilização de uma técnica húmida, sendo a água a solução de escovagem mais comummente utilizada. Nalguns casos, pode também ser utilizada uma solução de carbonato de sódio ou fosfato de sódio de 3% a 5% (em massa) ao escovar materiais de aço.

5. Jato de areia

Jato de areia é um processo que utiliza ar comprimido para jactar areia seca, como areia de quartzo, areia de aço ou alumina, na superfície de peças metálicas para remover defeitos de superfície, como rebarbas, escamas, ferrugem, depósitos de carbono, escória de soldadura, resíduos de areia de moldagem, resíduos de sal, películas de tinta antiga e sujidade.

Este método é normalmente utilizado para a limpeza da superfície de peças de trabalho, como a remoção de areia residual e camadas de alto carbono em peças fundidas e a eliminação de ferrugem e incrustações em soldaduras de peças soldadas.

Jato de areia e a lavagem com ácido são ambas técnicas utilizadas para a remoção de ferrugem. No entanto, enquanto a lavagem com ácido pode fazer com que o hidrogénio penetre no interior das peças de aço, aumentando tensão interna e reduzindo a plasticidade, a decapagem com areia não provoca a fragilização por hidrogénio.

Após o jato de areia, as peças de trabalho em aço de alto carbonoO aço de alta resistência, ou materiais como o latão, o aço inoxidável e o alumínio, podem ter uma melhor aderência dos revestimentos ou das camadas de óxido. As peças cromadas duras e revestidas são normalmente limpas com jato de areia. Os acessórios de máquinas-ferramenta e as ferramentas de medição são frequentemente polidos com jato de areia antes da limpeza com branco leitoso cromagem.

O jato de areia é um método eficaz para o pré-tratamento de superfícies. Pode remover completamente as impurezas, tais como incrustações de óxido, ferrugem, películas de tinta antiga e manchas de óleo das superfícies metálicas, resultando numa cor uniforme do metal e numa rugosidade uniforme da superfície. Esta rugosidade pode melhorar a força de ligação entre o revestimento anti-corrosão e o metal de base, e aumentar a resistência à corrosão do metal.

A decapagem com jato de areia é normalmente utilizada em tratamentos de revestimento por pulverização térmica e de desbaste de plásticos. Outras técnicas de desbaste de superfícies incluem roscagem, serrilha, desbaste por faísca eléctrica, entre outras.

Existem dois tipos de jato de areia: o jato seco e o jato húmido. A decapagem húmida utiliza abrasivos misturados com água para formar uma argamassa, sendo normalmente adicionado um inibidor de corrosão à água para evitar a ferrugem do metal. A granalhagem a seco é eficiente, mas resulta numa superfície rugosa, gera uma grande quantidade de poeira e faz com que o abrasivo se desfaça mais facilmente. Por outro lado, a granalhagem húmida tem um impacto ambiental mínimo, pode ter um efeito decorativo e protetor na superfície e é frequentemente utilizada para um processamento mais preciso.

Gravura

A gravação é um processo utilizado para remover a ferrugem, as incrustações de óxido (formadas durante a fundição, o forjamento, a laminagem e o tratamento térmico) e outros produtos de corrosão da superfície de uma peça de trabalho. Isto é conseguido através da utilização de soluções ácidas, que têm uma forte capacidade de dissolver óxidos metálicos. Por conseguinte, a decapagem é também designada por decapagem.

Para alguns metais não ferrosos, pode ser utilizado o ataque alcalino. A remoção de uma grande quantidade de óxidos e de uma estrutura superficial deficiente é conhecida como ataque forte, enquanto a remoção de uma fina película de óxido na superfície da peça para a preparar para a galvanoplastia é referida como ataque fraco.

Os ácidos inorgânicos, como o ácido sulfúrico, o ácido clorídrico, o ácido nítrico, o ácido fosfórico e o ácido fluorídrico, são normalmente utilizados para aço de decapagem. Podem também ser utilizados ácidos orgânicos, como o ácido acético, o ácido gordo e o ácido cítrico. A ação dos ácidos orgânicos é suave e o ácido residual não tem efeitos secundários significativos. Para além disso, a superfície da peça de trabalho fica limpa após o tratamento e é menos provável que volte a enferrujar.

Os ácidos orgânicos, apesar de terem a vantagem de não causarem efeitos secundários significativos, têm um custo elevado e uma baixa eficácia na remoção de ferrugem, pelo que são utilizados principalmente para limpar as incrustações de ferrugem no interior de contentores de equipamentos eléctricos e outros componentes com requisitos especiais.

Os ácidos inorgânicos, por outro lado, têm uma elevada eficiência na remoção da ferrugem, uma velocidade rápida, uma vasta gama de fontes de matérias-primas e um baixo custo. No entanto, se a concentração de ácidos inorgânicos não for devidamente controlada, o metal pode ficar "excessivamente corroído" e o ácido residual é altamente corrosivo. Se a solução ácida não for cuidadosamente limpa, o efeito do revestimento será afetado.

Para abrandar a corrosão e fragilização por hidrogénio de metais, deve ser adicionada uma quantidade adequada de tampões, como a rutina, a urotropina e a tioureia, à solução de remoção de ferrugem.

1. Decapagem de produtos siderúrgicos

(1) Princípio da decapagem

O objetivo do ácido na decapagem é dissolver e remover mecanicamente os óxidos da superfície da peça de trabalho. Utilizando o ácido sulfúrico como exemplo, o ácido sulfúrico reage com os óxidos de ferro (FeO, Fe3O4) para formar sulfato ferroso e sulfato férrico.

O ácido sulfúrico reage com o ferro da matriz através das lacunas na escala de óxido, causando a dissolução do ferro e a libertação de hidrogénio. A reação entre o ácido sulfúrico e o ferro da matriz acelera a taxa de dissolução química, reduzindo o sulfato de ferro de baixa solubilidade a sulfato ferroso de alta solubilidade. O hidrogénio produzido sob a incrustação de óxido também cria efeitos mecânicos de fissuração superior e de decapagem na incrustação de óxido, melhorando a eficiência da decapagem.

No entanto, a reação entre o ácido sulfúrico e o ferro da matriz pode resultar numa corrosão excessiva da matriz e em alterações do tamanho da peça de trabalho. Estas são as desvantagens da utilização do ácido sulfúrico no processo de decapagem.

A evolução do hidrogénio durante o processo de decapagem pode também resultar na permeação de hidrogénio na peça de trabalho, causando fragilização por hidrogénio.

O ácido clorídrico dissolve principalmente óxidos. Reage com o óxido de ferro para formar cloreto ferroso e cloreto férrico, ambos com elevada solubilidade. Como resultado, o efeito de decapagem mecânica do ácido clorídrico é menos pronunciado do que o do ácido sulfúrico.

Para as incrustações de óxido soltas, a corrosão com ácido clorídrico é rápida e há menos corrosão da matriz e permeação de hidrogénio. No entanto, no caso de incrustações de óxido apertadas, é consumida uma grande quantidade de ácido quando se utiliza apenas ácido clorídrico. Uma solução ácida mista de ácido clorídrico e ácido sulfúrico é frequentemente utilizada para obter o efeito de remoção mecânica do hidrogénio.

O ácido nítrico é utilizado principalmente para o tratamento de aço de alta liga e é frequentemente misturado com ácido clorídrico para o tratamento de metais não ferrosos. O ácido nítrico tem uma forte capacidade de dissolver óxidos de ferro, e a solubilidade do nitrato ferroso e do nitrato férrico é elevada, com uma reação mínima de evolução do hidrogénio.

Quando utilizado em aço inoxidável, o ácido nítrico não causa corrosão da matriz devido às suas propriedades passivadoras. No entanto, quando utilizado em aço-carbono, a questão da corrosão da matriz deve ser abordada.

O ácido fluorídrico é utilizado principalmente para remover substâncias que contêm silício, tais como elementos de liga em certos tipos de aço inoxidável e liga de açoescória de soldadura mista em soldaduras e areia de moldagem residual em peças fundidas.

A combinação dos ácidos fluorídrico e nítrico é frequentemente utilizada para tratar o aço inoxidável, mas o ácido fluorídrico é extremamente corrosivo e deve ser manuseado com precaução.

O ácido nítrico liberta nitretos tóxicos e pode ser difícil de eliminar, pelo que devem ser tomadas precauções adicionais para evitar danos no corpo humano.

O ácido fosfórico tem uma boa solubilidade para o óxido de ferro e é menos prejudicial para o metal porque forma uma camada de fosfato insolúvel em água (película fosfatante) na superfície do metal, o que ajuda a evitar a corrosão.

Além disso, constitui uma excelente camada de base antes da pintura. É normalmente utilizado para remover a ferrugem de peças de precisão, mas o custo do ácido fosfórico é relativamente elevado.

Quando o ácido fosfórico é utilizado para a remoção de ferrugem, a sua principal função é transformar o óxido de calcário e a ferrugem em Fe (H₂PO₄) ₃ e FeHPO insolúvel em água₄ e Fe₃ (PO₄) ₂.

A difusão do hidrogénio é um processo fraco.

Quando se utiliza ácido fosfórico para a decapagem, a quantidade de hidrogénio produzida é aproximadamente 1/10 a 1/5 da produzida através da decapagem com ácido clorídrico ou ácido sulfúrico. Além disso, a taxa de difusão e penetração do hidrogénio é metade da dos dois últimos ácidos.

O aço inoxidável e o aço ligado têm uma composição complexa e uma estrutura densa para a sua escala de óxido, tornando-a difícil de remover na despoeiramento solução para o aço-carbono comum. Normalmente, é utilizada uma mistura de ácidos para este efeito.

Na decapagem de ligas de aço que contenham titânioÉ necessário adicionar ácido fluorídrico.

A escala de óxido espessa e densa formada pelo tratamento térmico pode ser "solta" numa solução alcalina quente e concentrada contendo um oxidante forte, e depois gravada usando uma mistura de ácidos clorídrico e nítrico, ou ácidos sulfúrico e nítrico.

(2) Aditivo de decapagem

É crucial utilizar um inibidor de corrosão na solução de decapagem. A crença geral é que um inibidor de corrosão pode formar uma película de adsorção ou uma película protetora insolúvel na superfície do metal de base numa solução ácida.

A formação desta película ocorre através de uma reação eletroquímica quando o ferro metálico entra em contacto com o ácido, que carrega a superfície do metal. O inibidor de corrosão, sendo uma molécula polar, é atraído para a superfície metálica e forma uma película protetora, impedindo assim a ação contínua do ácido sobre o ferro e atingindo o objetivo de inibir a corrosão.

Do ponto de vista eletroquímico, a película protetora formada não só bloqueia significativamente o processo de polarização anódica, como também promove a polarização catódica, inibe a produção de hidrogénio e abranda o processo de corrosão.

As incrustações de óxido e a ferrugem não adsorvem as moléculas polares do inibidor de corrosão para formar uma película porque interagem com o ácido através da ação química normal e não têm qualquer carga nas suas superfícies.

Por conseguinte, a adição de uma quantidade específica de inibidor de corrosão à solução de despoeiramento não afecta a sua eficiência de despoeiramento.

Para avaliar a eficácia de vários inibidores de corrosão, é crucial determinar a sua eficiência de inibição da corrosão.

A eficiência da inibição da corrosão pode ser determinada comparando a perda de peso [g / (m2 - h)] de uma amostra com e sem o inibidor de corrosão no mesmo meio e sob as mesmas condições.

A quantidade especificada de diferentes inibidores de corrosão utilizados em várias soluções ácidas varia.

À medida que a temperatura da solução de lavagem ácida aumenta, a eficiência de inibição do inibidor de corrosão diminui ou até falha completamente.

Por conseguinte, cada inibidor de corrosão tem uma temperatura de funcionamento específica permitida.

Os agentes molhantes utilizados nas soluções de decapagem são principalmente tensioactivos não-iónicos e aniónicos, sendo os tensioactivos catiónicos raramente utilizados. Isto deve-se ao facto de os tensioactivos não-iónicos serem estáveis em meios fortemente ácidos e de o único tensioativo aniónico aceitável ser do tipo ácido sulfónico.

A utilização de tensioactivos com propriedades de molhagem, penetração, emulsificação, dispersão, solubilização e descontaminação pode melhorar consideravelmente o processo de decapagem e encurtar o tempo de decapagem.

A fim de minimizar a perda de corrosão da matriz, reduzir o impacto da permeação de hidrogénio, diminuir a névoa ácida e melhorar o ambiente de trabalho, é aconselhável adicionar um inibidor de corrosão e névoa eficiente à solução de decapagem.

No entanto, é importante notar que o inibidor de corrosão pode formar uma película na superfície da peça de trabalho, que deve ser cuidadosamente limpa. Além disso, o inibidor de corrosão pode reduzir o efeito de decapagem mecânica da reação de evolução do hidrogénio.

(3) Seleção do tipo de ácido, concentração e temperatura para a decapagem

O método de limpeza da superfície de uma peça de trabalho depende do material da peça de trabalho, da presença de ferrugem e de incrustações de óxido e do nível desejado de qualidade de limpeza da superfície.

Para peças de aço, é normalmente utilizado ácido sulfúrico, ácido clorídrico ou uma combinação dos dois.

Para dissolver os compostos que contêm silício na superfície das peças fundidas, adiciona-se ácido fluorídrico ao ácido sulfúrico ou ao ácido clorídrico.

A concentração de ácido sulfúrico é normalmente de cerca de 20%. Com esta concentração, a velocidade de corrosão da escala de óxido é rápida e os danos no material subjacente são mínimos.

A concentração de ácido clorídrico é normalmente inferior a 15%, uma vez que produz fumos quando a concentração excede 20%.

À medida que a concentração de ácido clorídrico aumenta, a velocidade de decapagem acelera e o tempo de decapagem diminui.

A Tabela 4 ilustra a relação entre o tempo de decapagem e a concentração de ácido para peças de aço com o mesmo grau de corrosão em ácido clorídrico e ácido sulfúrico.

Quadro 4 Relação entre a concentração de ácido clorídrico e o tempo de decapagem com ácido sulfúrico do ferro e do aço

À medida que a temperatura aumenta, a velocidade de decapagem também aumenta e o tempo necessário é reduzido.

A Tabela 5 mostra a relação entre o tempo de decapagem e a temperatura para peças de aço com o mesmo nível de corrosão em ácido clorídrico e ácido sulfúrico.

Quadro 5 Relação entre o tempo de decapagem e a temperatura

(4) Processo de decapagem de peças de ferro e aço

Os métodos de decapagem e de remoção de ferrugem incluem a decapagem por imersão, a decapagem por pulverização e a remoção de ferrugem por pasta ácida.

Depois de ter sido submetido a um tratamento de desengorduramento, o metal impregnado e decapado é colocado num tanque de ácido.

Uma vez removidas as incrustações de óxido e a ferrugem, o metal é lavado com água e neutralizado com um alcalino para produzir uma superfície adequada para a pintura.

A Tabela 6 fornece informações sobre os parâmetros do processo de gravura forte para peças de aço.

Tabela 6 Parâmetros do processo de gravura forte de peças de aço

2. Gravura eletroquímica

A gravação eletroquímica consiste em utilizar a eletrólise para remover a superfície de uma peça de trabalho, que serve de ânodo ou cátodo, numa solução ácida ou alcalina. O processo também pode ser acelerado através da agitação da solução, que gera hidrogénio no cátodo e renova a solução de corrosão na superfície da peça de trabalho.

A remoção eletroquímica de ferrugem pode ser classificada em gravura anódica e gravura catódica, dependendo da polaridade da peça de trabalho.

Durante o ataque anódico, a incrustação de óxido é removida através de uma combinação de dissolução química e eletroquímica do metal da peça de trabalho e remoção mecânica de oxigénio.

No ataque catódico, a incrustação de óxido é removida principalmente através do efeito mecânico da grande quantidade de hidrogénio gerado e do efeito de redução do hidrogénio atómico primário sobre o óxido.

O ataque anódico resulta em grandes e poucas bolhas de oxigénio com um efeito de remoção mecânica limitado, mas se demorar demasiado tempo, pode causar corrosão excessiva do metal subjacente.

Por outro lado, o ataque catódico minimiza a corrosão do metal, preservando o tamanho da peça de trabalho, mas pode levar à permeação de hidrogénio e a resíduos de cinzas.

O ataque anódico é lento e corrosivo para o metal de base, o que o torna adequado apenas para peças com uma fina camada de óxido. No entanto, não causa fragilização por hidrogénio.

Por outro lado, o ataque catódico é rápido e não resulta em corrosão excessiva da peça de trabalho, tornando-o adequado para peças de trabalho com peles de óxido espessas. No entanto, tem a desvantagem da permeação de hidrogénio.

Atualmente, a maioria dos métodos utilizados na China são o ataque anódico ou uma combinação de ataque catódico e anódico. A corrosão eletroquímica é utilizada tanto para a corrosão forte como para a fraca.

Em comparação com o ataque químico, o ataque eletroquímico é mais eficaz na remoção rápida da escala de óxido firmemente ligada à superfície do metal. Também é menos afetado por alterações na concentração de ácido e tem pouco impacto no material subjacente.

Este método é fácil de operar e gerir, mas requer equipamento especializado e exige mais operações de suspensão. Existe também o risco de dissolução desigual da escala de óxido.

As vantagens do condicionamento eletroquímico incluem uma velocidade de condicionamento rápida, baixo consumo de ácido e pouca influência do teor de iões de ferro na solução sobre a capacidade de condicionamento.

No entanto, este método requer equipamento de alimentação eléctrica e consome energia.

As peças de trabalho com formas complexas são difíceis de gravar devido à fraca capacidade de dispersão.

Quando a incrustação de óxido é espessa e densa, deve ser pré-tratada com ataque químico de ácido sulfúrico para soltar a incrustação de óxido antes de ser submetida a ataque eletroquímico.

Desengorduramento de superfícies

1. Desengorduramento com solventes orgânicos

O desengorduramento com solventes orgânicos é um método comum para remover gordura de materiais metálicos. Funciona através da utilização das propriedades de dissolução física dos solventes orgânicos em ambos os tipos de óleos.

A gasolina e o querosene são solventes normalmente utilizados, mas o clorobenzeno e o querosene são alternativas mais económicas e menos tóxicas.

O desengorduramento com solvente orgânico caracteriza-se pelo facto de não aquecer, pela rápida velocidade de desengorduramento e pela ausência de corrosão da superfície metálica. É particularmente adequado para a remoção de óleos minerais com elevada viscosidade e pontos de fusão elevados, que são difíceis de remover com soluções alcalinas.

Por conseguinte, é um pré-tratamento adequado para quase todas as tecnologias de tratamento de superfícies, especialmente para peças com poluição grave por óleo ou peças metálicas que são susceptíveis à corrosão provocada por soluções de desengorduramento alcalinas.

No entanto, este método não é exaustivo e podem ser necessários métodos químicos e electroquímicos para complementar o processo de desengorduramento. Para além disso, a maioria dos solventes orgânicos são inflamáveis e tóxicos, e o seu custo pode ser elevado.

É importante dar prioridade à segurança, tomar precauções e manter uma boa ventilação durante o funcionamento.

2. Desengorduramento químico de solução alcalina

Atualmente, o desengorduramento químico com uma solução alcalina é amplamente utilizado na produção.

Embora o tempo de remoção do óleo por este método seja mais longo do que o dos solventes orgânicos, tem as vantagens de não ser tóxico, não ser inflamável, requerer equipamento simples e ser barato e fácil de operar, tornando-o uma escolha razoável para a remoção de óleo.

A essência deste método consiste em remover o óleo através da saponificação e da emulsificação. A primeira remove os óleos animais e vegetais, enquanto a segunda remove os óleos minerais.

Com uma seleção adequada do processo, não é difícil remover os dois tipos de gordura.

No entanto, quando existem requisitos elevados para a força de ligação do revestimento, confiar apenas numa solução alcalina para a remoção química de óleo de peças revestidas pode não ser suficiente.

Isto é particularmente verdade quando a mancha de óleo é principalmente óleo mineral, uma vez que demora muito tempo a ser removida e pode não ser completamente removida devido ao efeito de emulsificação limitado da solução alcalina de remoção de óleo.

Nestes casos, é necessário utilizar a remoção eletroquímica (electrolítica) de óleo com uma emulsificação mais forte para obter resultados satisfatórios.

3. Remoção eletroquímica de óleo

A remoção eletroquímica de óleo, também conhecida como remoção electrolítica de óleo, é um processo de remoção de óleo através da colocação de peças metálicas num líquido de remoção de óleo e da utilização das peças como ânodo ou cátodo enquanto ligadas a uma corrente contínua.

A composição da solução de desengorduramento eletroquímico é semelhante à das soluções de desengorduramento químico.

Uma placa de níquel ou uma placa de ferro niquelado é normalmente utilizada como contra-elétrodo, que serve apenas como condutor.

A experiência de produção demonstrou que a remoção eletroquímica de óleo é várias vezes mais rápida do que a remoção química de óleo e elimina eficazmente a poluição por óleo. Isto deve-se ao mecanismo de remoção eletroquímica de óleo.

Nova tecnologia de pré-tratamento de superfícies

1. Reforço por ultra-sons

A limpeza por ultra-sons utiliza um sinal de oscilação de alta frequência que é convertido em oscilação mecânica de alta frequência por um transdutor.

A onda ultra-sónica pode propagar-se eficazmente em diferentes meios, incluindo gás, líquido, sólido, solução sólida, e pode transmitir uma energia forte. A onda ultra-sónica é transmitida para o líquido de limpeza no tanque através da parede do tanque e faz com que as microbolhas no líquido vibrem devido à reflexão, interferência e ressonância.

As ondas ultra-sónicas criam fortes impactos e cavitação na interface, que é a base da limpeza ultra-sónica. A eficácia da limpeza por ultra-sons depende de vários factores, incluindo o tipo de fluido de limpeza, o método de limpeza, a temperatura e o tempo de limpeza, a frequência ultra-sónica, a densidade de potência e a complexidade das peças a limpar.

Os líquidos comuns utilizados na limpeza por ultra-sons incluem solventes orgânicos, soluções alcalinas e soluções de limpeza à base de água.

O dispositivo de limpeza e desengorduramento por ultra-sons mais comummente utilizado é constituído por um transdutor ultrassónico, um tanque de limpeza e um gerador. Pode também incluir componentes adicionais para a circulação, filtragem, aquecimento e transporte do fluido de limpeza.

A limpeza por ultra-sons é um método popular devido à sua simplicidade, velocidade de limpeza rápida e bons resultados.

2. Remoção de óleo com baixa temperatura e agente de limpeza de alta eficiência

A utilização de um agente de limpeza de alta eficiência e baixa temperatura para remover manchas de óleo em superfícies metálicas não só é altamente eficaz, como também é eficiente em termos energéticos devido à sua baixa temperatura de limpeza.

3. Limpeza por aspiração e desengorduramento

A limpeza por desengorduramento a vácuo é uma tecnologia de limpeza nova e amiga do ambiente. Utiliza um agente de limpeza de carboneto de hidrogénio, que tem um impacto mínimo na saúde humana, é menos irritante e não tem odor.

Esta tecnologia proporciona o mesmo nível de limpeza que a trietanolamina e é ainda mais eficaz do que o licor alcalino. Além disso, o agente de limpeza pode ser recuperado e regenerado.

O dispositivo de limpeza por desengorduramento a vácuo é um sistema fechado que é livre de poluição, tem um elevado fator de segurança, é altamente produtivo e permite a carga e descarga automática de materiais, tornando-o conveniente para operar.

No futuro, espera-se que a tecnologia de desengorduramento por vácuo, com ou sem limpeza líquida, seja amplamente utilizada.

4. Pulverizar o plástico para remover a tinta (camada de revestimento)

Ao realizar ensaios não destrutivos de superfície em componentes importantes de grandes dimensões, como aeronaves, para detetar fissuras de fadiga e danos duros, o revestimento da superfície (tinta) tem de ser removido primeiro.

Os métodos tradicionais de remoção do revestimento incluem a decapagem química ou a retificação manual com uma mó, mas ambos os métodos têm desvantagens. A decapagem química pode corroer e danificar a matriz metálica, enquanto a retificação com uma mó pode danificar facilmente o substrato e é pouco eficiente.

Recentemente, foi desenvolvido um novo processo de remoção de tinta utilizando a pulverização de plástico, que tem apresentado bons resultados. Este processo envolve a pulverização de plástico granulado sobre a superfície da peça de trabalho a alta velocidade através de uma pistola de pulverização alimentada por ar comprimido.

A camada de tinta é removida pelo arestas vivas e os cantos do plástico cortam e impactam a superfície. Isto proporciona uma forma eficiente de remover a tinta.

A remoção de tinta com granalha de plástico tem várias vantagens, tais como o facto de não danificar o substrato ou o revestimento devido ao facto de a granalha de plástico ter uma dureza superior à da camada de tinta, mas inferior à do substrato ou do revestimento e da camada de superfície anodizada. Isto também proporciona uma superfície limpa para a nova camada de tinta, melhorando a sua aderência. Além disso, os grânulos de plástico podem ser reciclados e facilmente separados da camada de tinta descascada.

5. Jato de areia supersónico com chama de ar e granalhagem

O jato de areia ultrassónico é um processo de engrossamento da superfície de um substrato que utiliza ar comprimido para pulverizar partículas de areia dura a alta velocidade sobre a superfície, resultando num efeito de limpeza mecânica. A velocidade do jato de areia ultrassónico é de 300 a 600 metros por segundo e é mais eficiente do que o jato de areia tradicional, com uma eficiência de jato três a cinco vezes superior.

É normalmente utilizado no pré-tratamento da superfície de grandes peças estruturais, como a limpeza da superfície antes da aplicação do revestimento de superfície em pontes, navios, caldeiras e tubagens. Além disso, é frequentemente utilizado para o engrossamento da superfície antes da pulverização de peças ou equipamento de grandes dimensões com elevados requisitos para efeitos de pulverização e limpeza de superfícies de equipamento com poluição natural pesada, como tinta, cimento e incrustações orgânicas ou inorgânicas.

O tratamento de engrossamento aumenta o efeito de "gancho de ancoragem" entre o revestimento e o substrato, reduzindo a tensão de contração do revestimento e melhorando a força de ligação entre o revestimento e o substrato.

A areia utilizada para o jato de areia deve ter elevada dureza, densidade, resistência ao esmagamento e baixo teor de poeiras. A dimensão das partículas deve ser determinada com base na rugosidade da superfície pretendida. Os grãos de areia habitualmente utilizados incluem areia de corindo (alumina), areia de sílica, carboneto de silício e esmeril.

Disparo supersónico à superfície descasque é um processo em que projécteis supersónicos são pulverizados sobre a superfície da peça de trabalho, causando deformação plástica na superfície e formando uma camada de reforço com uma determinada espessura.