Kripto Teması: Ötekiliğin Yeni Hayaleti

A engenharia de superfície vem ganhando espaço crescente no tratamento de materiais metálicos, aplicados em elementos de máquina e ferramentas para o setor metal/mecânico, em vários segmentos da indústria

automobilística, construção civil, eletroeletrônico, militar, petroquímico, dentre outros. O tratamento de superfície dos materiais metálicos tem papel fundamental na prevenção contra a corrosão visando aumentar a durabilidade e a vida útil dos materiais e, na promoção da aderência da pintura, que é uma película protetora e decorativa aplicada posteriormente nos materiais metálicos. Os tratamentos superficiais comumente utilizados na indústria e de principal interesse são: fosfatização (sobre aço e zinco) e a cromatização (sobre ligas de alumínio).

2.2.1. Fosfatização

A fosfatização do aço, aço galvanizado e zinco representa um estágio essencial no tratamento superficial desses materiais. É empregado como pré- tratamento à pintura aumentando a proteção contra a corrosão, melhorando a conformação a frio e a aderência [17-18]

A fosfatização de zinco é um revestimento de conversão que é formado no substrato metálico, utilizando reações químicas entre os íons metálicos que são dissolvidos em ácidos e, em seguida, são diluídos com água para formar a solução do processo. Ao contrário dos processos tradicionais que utilizam corrente elétrica para formar o revestimento, a fosfatização de zinco se baseia nas reações que ocorrem no substrato metálico quando a solução do processo entra em contato com o metal. Os ácidos normalmente utilizados para dissolverem os íons metálicos são os ácidos nítrico e fosfórico [17-18].

No processo de fosfatização são adicionados alguns aceleradores com a finalidade de controlar a velocidade da reação, eliminar hidrogênio e controlar a formação de lamas [17-18].

Um exemplo de composição básica de um banho de fosfatização de zinco é apresentada na Tabela 2.2.

Tabela 2. 2– Composição básica de um banho de fosfatização de zinco. [18] Fosfato primário de zinco Zn(H2PO4)2

Ácido fosfórico H3PO4

Aceleradores ClO3-; NO3-

Catalisadores Ni, Cu

A primeira reação que ocorre quando a solução de fosfato de zinco entra em contato com a superfície metálica é a reação de decapagem que irá dissolver o metal da superfície. Após a reação de decapagem, há uma limpeza química que é importante para a adesão do revestimento no metal. Durante a reação de decapagem, ácidos livres próximos à superfície do metal são consumidos devido à dissolução do metal na superfície. Íons metálicos são transferidos para a solução do processo. O tipo desses íons metálicos depende do substrato tratado. Agentes oxidantes (aceleradores) são utilizados para minimizar a presença de hidrogênio [17-18].

A segunda reação que ocorre é a reação de deposição do revestimento. Por causa do consumo de ácidos livres na interface líquido-metal, o pH aumenta e os cátions metálicos, que não podem permanecer em solução, reagem com o fosfato na solução, depositando na superfície metálica cristais de fosfato de zinco [17-18].

As camadas fosfatizadas formadas sempre apresentam porosidade devido à formação dos cristais, do tipo de fosfato e do substrato. As camadas fosfatizadas formadas com cristais finos e uniformes apresentam baixa porosidade, com poros de dimensões pequenas, enquanto que, as camadas fosfatizadas com cristais grandes e não-uniformes apresentam alta porosidade, com poros de dimensões grandes [19].

A porosidade das camadas fosfatizadas expõe o substrato ao meio e, por esta razão, as camadas de fosfato apresentam baixa capacidade de proteger o substrato do processo de corrosão. [19].

A Figura 2.3 mostra as imagens da microestruta dos cristais de fosfato de zinco em diferentes processos de fosfatização, obtidas por microspia eletrônica de varredura

Figura 2. 3– Imagens de microscopia eletrônica de varredura obtidas por elétrons secundários, das microestruturas da camada de fosfatização obtidas nos processo de fosfatização de zinco por imersão (A), por spray (B) e por laminação (C).[18]

A lama é formada durante o processo de fosfatização devido à oxidação (utilizando aceleradores) dos íons metálicos (Fe2+_{) dissolvidos na reação de}

decapagem que precipitam na forma de lama. Essa lama é retirada do processo por filtração. No caso dos íons metálicos de zinco (Zn2-_{), são}

incorporados no processo e não formam lama [17-18].

(A)

(B)

O banho de fosfatização tem a sua composição variando ao longo do tempo de utilização devido o consumo de seus constituintes que se dá pela formação da camada no substrato, formação da lama e perda por arraste durante a retirada das peças fosfatizadas [18].

2.2.2. Cromatização

A cromatização é produzida pelo tratamento químico de uma superfície metálica que produz uma película gelatinosa contendo um complexo de cromo do metal. A formação da película ocorre por reação química entre a superfície do metal, ativadores, catalisadores e cromo trivalente e hexavalente. O processo químico é uma reação de oxi-redução, onde o metal é oxidado à sua valência normal (+2 ou +3) e o cromo hexavalente é reduzido ao estado trivalente. A película de cromato resultante adere ao metal e confere uma barreira autoprotetiva. O grau de proteção é melhorado pelo aumento do teor de cromato na película e também pelo aumento da espessura do depósito [19- 21].

O banho de cromatização é constituído basicamente por íons de cromo hexavalente que podem ser introduzidos na forma de ácido crômico (óxido de cromo), bicromato de sódio ou bicromato de potássio ou cromato de sódio, ácidos orgânicos e inorgânicos (ácidos sulfúrico e clorídrico) e íons de cromo trivalente, presentes pela adição e pela formação durante o processo devido à redução do cromo hexavalente. O ataque químico facilita a formação de um filme protetivo que contém compostos complexos de cromo [19-22].

O mecanismo de formação da película cromatizada é considerado como um mecanismo de precipitação-dissolução, onde ocorre dissolução do metal, redução dos íons H+, redução do cromo hexavalente para cromo trivalente ou reação de precipitação. A película cromatizada formada pode ser utilizada como base para a pintura e outros acabamentos orgânicos (fins decorativos) [19-22].

O banho de cromatização hexavalente contém ainda,surfactantes (perfluorados), que são voláteis e tóxicos, e catalisadores (sulfato, fluoreto, complexos de flúor), os quais são altamente tóxicos e agressivos. Pela agressividade desse banho ao meio ambiente, pesquisadores tem

desenvolvido o banho de cromatização trivalente que são diferenciados por ter em sua composição um sal condutor a base de cloretos, ácidos carboxílicos como catalisador e alcanos sulfonados como surfactantes. Os banhos de cromatização trivalente se diferenciam ainda dos banhos de cromatização hexavalente, por precisarem de agitação a ar, filtração contínua e obrigatório sistema de troca iônica. No entanto, o banho de cromatização trivalente não ganha força quanto à sua aplicação, em relação ao banho de cromatização hexavalente, devido ao seu alto custo de produção, dificil ajuste dos parâmetros e tempo de vida útil limitado devido à elevada sensibilidade contra contaminações [19-22].

A composição do banho de cromatização varia com o tempo de utilização devido à formação da película cromatizada e da perda durante a filtração, precisando ter reposição periódica dos seus constituintes no banho [19-21].

Atualmente, alternativas de tratamento superficiais ambientalmente amigáveis tem sido desenvolvidas com o intuito de substituir a cromatização, que é altamente tóxica e agressiva ao meio ambiente.