Processos Químicos na Metalurgia: Fosfatização

Processos Químicos na Metalurgia

Fosfatização

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Porque utilizar o processo de Fosfatização?Fosfatização?

Processos Químicos na Metalurgia: Fosfatização

O processo de fosfatização é usado com a finalidade de adequar a superfície metálica ao

uso.

Temos quatro tipos de fosfatização com que, usualmente, trabalhamos, porém, dos quatro,

o mais usual é o fosfato de zinco, com a finalidade de proteção anticorrosiva para

pintura.

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Embora a finalidade mais visada da fosfatização de metais seja o aumento da proteção anticorrosiva, existem outros

motivos para o uso da mesma:

• Preparar o metal para receber e reter a pintura e proteger a superfície de corrosão entre o substrato e a pintura;

• Preparar a superfície metálica para receber agente adesivo metal/borracha ou vários tipos de camadas plásticas existentes;

• Preparar o metal para sofrer deformações e para minimizar a fricção causada, agindo como base de aderência para os óleos e lubrificantes;

• Melhorar a resistência à corrosão de partes metálicas, aumentando a aderência de óleos e ceras protetivas.

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O que é...

Corrosão?Corrosão?

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A corrosão metálica é um processo natural e resulta da tendência dos metais de reverterem para sua forma mais

estável. Os metais na sua maioria, e com exceção de poucos que também podem ser encontrados na forma metálica, como

ouro, platina, prata e cobre, são encontrados na natureza como óxidos, sulfetos, silicatos, etc. denominados minérios.

Isto significa que tais compostos são as formas mais estáveis. Durante o processo de extração e refino, é

adicionada uma quantia de energia ao minério para extrair ou os metais nele contidos.

Para que um metal cumpra a sua tendência de voltar a sua forma de composto mais estável, ele libera energia, que pode

ser aproveitada no caso e pilhas e baterias.

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É imprescindível conhecer os mecanismos e formas de corrosão para poder selecionar corretamente materiais e

revestimentos a fim de obter a função e a durabilidade necessárias as peça nas condições normais de uso, a preços

aceitáveis.

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Dados históricosDados históricos

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• A mais antiga manifestação referente a processo de fosfatização foi quando em 1849 De Bussy iniciou alguns trabalhos com carvão e fosfato de

cálcio com peças aquecidas ao rubro,c contudo a camada produzida era demasiadamente fina e de pouca expressão quanto à proteção contra

corossão.

•O primeiro registro de patente de processos relativos à proteção de pelas de ferro, tendo um composto de fósforo como elemento principal, foi em

1869.

•Mais tarde, em 1906, Coslett (T.W.) desenvolveu uma série de procedimentos para tratamentos de metais ferrosos, o que lhe rendeu

muitas patentes. Os processos relatados nestes documentos consistiam em submergir as peças de aço a serem tratadas em solução de ácido

fosfórico quase em ebulição.

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FundamentosFundamentos

A fosfatização é um processo pelo qual se transforma a superfície metálica de ferro ou aço, zinco e suas ligas e alumínio numa superfície com uma

camada de fosfato metálico.Isto se dá pelo contato da solução fosfatizante com uma superfície

metálica, por duas reações fundamentais e em sequência: uma primeira em que há o ataque à superfície metálica pela acidez do banho e uma segunda em que, pela redução local da acidez, à uma deposição ou uma formação

de fosfato insolúvel em água e no meio em que se dá sua formação.Essas reações fundamentais são bastantes conhecidas mais existe uma

série de reações secundárias ainda não todas absolutamente determinadas. Os componentes fundamentais de um banho de fosfatização são:ácido

fosfórico livre, fosfato ácido do metal formador da camada (zinco, manganês, cálcio) e oxidantes (nitratos, cloratos nitritos, peróxidos, etc.)

Com finalidades específicas outros íons podem estar presentes: níquel, cobre, flúor, etc.

Porém, não todos os produtos citados estão sempre presentes em todos os tipos de banhos de fosfatização e no caso de camadas de fosfato de ferro parte-se de solução contendo fosfatos ácidos de metais sendo o ferro do

fosfato da camada de fosfato proveniente do metal base.A função do ácido fosfórico livre é de manter em solução o fosfato ácido do

metal formador e provocar a primeira reação do processo que é o ataque no metal base.

O fosfato-ácido de metal formador de camada é o fornecedor do produto depositado ao metal base.

O oxidante despolariza localmente a superfície metálica permitindo uma rápida deposição e remove o excesso ou a totalidade de ferro que é

colocada na solução peça ação da decapagem, precipitando-o em forma de fosfato férrico que é uma lama, subproduto natural do processo de

fosfatização.

Os oxidantes são também comumente chamadas de aceleradores porque, pela sua ação despolarizante, permitem que o processo de fosfatização,

antigamente realizados em tempos bastante longos, seja efetuado atualmente em poucos minutos.

Os agentes oxidantes são às vezes divididos em internos e externos, sendo chamados internos aqueles que são incorporados as produto conforme

fornecido e externos aqueles que são adicionados aos banhos de fosfatização em funcionamento, em separado.

A camada de fosfato formada varia fisicamente dentro de parâmetros bastante grandes, dependendo da finalidade desejada, pelos diferente tipos

de composição, equilíbrio, condições de aplicação e também das operações de pré-tratamento antes da fosfatização propriamente dita.

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Tipos de fosfatoTipos de fosfatoO tipo a ser utilizado depende de uma série de fatores, tais como: finalidade

da utilização, característica de qualidade desejada, etc.Exemplos:

• Para preparação para acabamentos por pintura são usados geralmente os fosfatos de zinco, mistos zinco – cálcio, zinco – manganês e de ferro.

• Para ancoramento para óleos protetores são usados geralmente fosfato de zinco e manganês.

• Para a preparação para ancoramento de lubrificantes antes das operações de deformação a frio são usados fosfatos de zinco e de zinco – cálcio.

• Para suportes de para lubrificantes de peças que trabalham com atrito é usado quase exclusivamente o fosfato de manganês.

• Para isolante elétricos são usados fosfatos de zinco e ferro.

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Tipos de processosTipos de processos

• Manual: a aplicação é feita com pincel ou brocha.

• Imersão: as peças, normalmente em cestos ou gancheiras são imersas nos diferentes estágios.

• Pulverização ou jato: as peças caminham dentro de um túnel e vão recebendo os jatos de solução em diferentes estágios.

• Misto: pode – se ter imersão e pulverização quer simultaneamente quer em sequência.

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Processo por imersãoProcesso por imersão

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1- DesengraxeOs desengraxantes têm como finalidade remover todos os tipos de óleos e

graxas das peças. Sem eles não seria possível a etapa posterior.O método mais usado no tratamento da superfície é o desengraxante

alcalino, não só pelas facilidades que apresenta como também pelo seu baixo custo. A composição e a natureza dos desengraxantes variam de

acordo com o tipo de trabalho. Os chamados alcalinos pesados são usados em peças de aço ou ferro fundido, ideais para grandes quantidades de

sujeira e de natureza severa. Já os alcalinos médios são usados em alumínio, latão, zinco etc. E os alcalinos leves são totalmente isentos de

alcalinidade por hidróxidos e são indicados para metais e ligas facilmente atacáveis.

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Em desengraxantes, geralmente, usa-se uma mistura de tensoativos

(molécula com uma parte solúvel em óleo e outra solúvel em água, que faz com que atue na interface dos meios aquosos/não-aquosos), e determina-se, de forma geral, a

temperatura de trabalho em média 20° C acima do ponto de turvação da

mistura de tensoativos.

Ponto de turvação é a temperatura em que a solução aquosa do tensoativo começa a turvar.

Objetivo: Eliminar óleos, graxas e sujeiras aderidas na peça.Temperatura do banho: 45 à 60º C.Tempo de imersão: 3,5 à 4 minutos.Concentração do banho: 1,0 à 2,0 %.

Produto Utilizado: água + desengraxante alcalino.

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2- LavagemTem como objetivo remover o excesso de desengraxante, proporcionando uma não contaminação da próxima etapa eliminando também os resíduos

da etapa anterior. Utiliza-se água com trasbordamento contínuo ou conforme produção.

Objetivo: Retirar o excesso de desengraxante.Temperatura do banho: ambiente.Tempo de imersão: 35 segundos à 1 minuto.pH do banho: 8 à 10.

Produto Utilizado: água de reuso + transbordo da lavagem 2.

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3- LavagemTem como objetivo remover o excesso de desengraxante, proporcionando uma não contaminação da próxima etapa eliminando também os resíduos

da etapa anterior. Utiliza-se água com trasbordamento contínuo ou conforme produção.

Objetivo: Retirar o desengraxante residual da lavagem 1.Temperatura do banho: ambiente.Tempo de imersão: 35 segundos à 1 minuto.pH do banho: 8 à 10.

Produto Utilizado: água nova .

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4 - Refinamento da camada

As camadas obtidas com o fosfato de zinco apresentam em geral granulação grosseira. Ao microscópio, os cristais se assemelham a

agulhas, que se projetam em ângulos da superfície tratada, formando um emaranhado. O Refinamento promove o que se pode chamar de uma

“programação” da superfície metálica a ser fosfatada. São criados pontos preferenciais de cristalização, num processo de “sementera”.

Objetivo: Ativar a superfície da peça para receber a camada de fosfato.Temperatura do banho: 40º C máximo.Tempo de imersão: 35 segundos à 1 minuto.pH do banho: 8 à 10.

Produto Utilizado: água + mais refinador alcalino.

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5- FosfatizaçãoÉ um processo utilizado para proteção de metais, recobrindo-os de fosfatos monoácidos e neutros de zinco, ferro, manganês ou cromo, aumentando a

porosidade e permitindo uma boa penetração da tinta, aumentando sua aderência e a resistência da superfície à corrosão. Sendo pouco solúveis em água, os fosfatos depositam-se sobre a superfície metálica em contato

com as soluções, sob a forma de finas camadas de cristais.

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As principais vantagens da camada de fosfato são:- baixa porosidade;

- alto poder isolante, impedindo a propagação de correntes galvânicas (causas da corrosão);

- grande aderência à superfície metálica;- boa afinidade para óleos e tintas;

- baixo custo de aplicação;- excelente resistência à corrosão;

- preserva as propriedades mecânicas e magnéticas e;- evita o alastramento da ferrugem para áreas em que a

pintura foi destruída.

Objetivo: Camada inibidora de corrosão e ancoragem para posterior pintura.Temperatura do banho: 45 à 55º C máximo.Tempo de imersão: 3,5 à 4 minutos.Acidez livre: 0,9 à 1,4 ml.Acidez total: 1,5 à 2,5 ml.Acelerador: 1,5 à 2,5 ml.

Produto Utilizado: água + mais fosfato tricatiónico.

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6- LavagemTem como objetivo remover o excesso de fosfato da etapa anterior. Utiliza-

se água com trasbordamento contínuo ou conforme produção.

Objetivo: Retirar o excesso de fosfato.Temperatura do banho: 40º C máximo.Tempo de imersão: 35 segundos à 1 minuto.pH do banho: 4 à 7.

Produto Utilizado: água nova + mais transbordo de água deionizada.

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7- PassivamentoÉ um processo que tem como finalidade a selagem, passivação da camada

de fosfato. É um complemento e ao mesmo tempo um nivelamento dos cristais da camada de fosfato. A passivação aumenta a resistência à

corrosão das peças tratadas.

Objetivo: Selar a camada de fosfato aplicada na peça.Temperatura do banho: 40º C máximo.Tempo de imersão: 35 à 40 segundos pH do banho: 3,5 à 4,5.

Produto Utilizado: água + passivador orgânico.

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8- Lavagem com água deionizada

Tem como objetivo remover partículas e resíduos ácidos da etapa anterior. Utiliza-se água deionizada.

Objetivo: Eliminar sais residuais da superfície da peça.Temperatura do banho: 40º C máximo.Tempo de imersão: 35 segundos à 1 minuto.Condutividade do banho: 50 µs máximo.

Produto Utilizado: água deionizada

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Controles e testesControles e testes

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Controle durante o processo. 

Durante o processo é feito o controle da concentração,o controle dos contaminantes, acidez livre e total.

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Testes de peças já prontas

Os testes com as peças já prontas são feitos de duas maneiras: 

Através de um microscópio: 

• Granulação: depende da aplicação a camada de fosfato terá uma granulação diferente. Ex: preparo para pintura terá uma granulação

mais fina ou prepara para óleo onde terá uma granulação mais grossa.

• Peso da camada: quanto foi depositado de material por cm².• Camada fechada: verifica-se se não houve falha na cobertura.

• Tamanho do grão. 

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Através de câmara de Salt Spay: 

Nesta câmara é efetuado o teste de corrosão. As condições do teste devem seguem um padrão internacional.

Condições da câmara:

Concentração de cloreto de sódio de 5%.PH de 6,8 a 7,2

Temperatura da câmara de 35 º CTemperatura do saturador de 47 º C

Pressão de mais ou menos 15 kgf/cm²

O teste dura, dependendo da especificação da aplicação do produto, de 24 a mais de 1000 horas.