Zincagem

A galvanoplastia com zinco é amplamente utilizada devido à sua capacidade de proteger o aço da corrosão. A natureza sacrificial da proteção e tolerância a riscos torna seu desempenho superior ao das tintas isoladamente. No entanto, o uso em metais básicos que não sejam aço ou aço inoxidável é raro. A zincagem pode ser preparada para ter uma aparência atraente e, como o custo é relativamente baixo, é um revestimento muito popular tanto para peças pequenas como parafusos, porcas, rebites, arruelas, pregos, dobradiças e ganchos, quanto para peças automotivas, interiores componentes e assim por diante. Também funciona como um subpêlo eficaz para tintas.

As faixas típicas de espessura mínima são especificadas entre 5 e 25 μm (8). A resistência à corrosão de um revestimento depende da espessura da camada e do pós-tratamento aplicado.

Três processos principais são usados ​​para zincagem: soluções de cianeto, não cianeto alcalino e soluções de cloreto fracamente ácidas. A escolha da solução depende da capacidade de tratamento de efluentes de uma planta e do tipo e material dos componentes a serem revestidos.

O processo de cianeto tem um bom poder de macrolançamento e, portanto, proporciona uma espessura de revestimento bastante uniforme, independentemente da forma geométrica do componente. O banho é de fácil manutenção e tolera grandes variações de concentração. Por ser alcalino, o banho não corrói peças de aço e também possui propriedades de limpeza superficial para tolerar pequenas quantidades de impurezas orgânicas. Porém, devido ao teor de cianeto, o banho é extremamente tóxico, o que causa elevados custos com água de enxágue e resíduos. Em altas densidades de corrente, a eficiência da corrente é baixa e o risco de fragilização por hidrogênio para peças tratadas termicamente e carbonitretadas é alto. As outras desvantagens dos banhos de cianeto são o fraco poder de microlançamento e as dificuldades no revestimento do ferro fundido. Isto se deve ao grafite na superfície do ferro fundido e à sua menor sobretensão de hidrogênio na solução de cianeto em comparação ao zinco, o que levará à evolução do hidrogênio nas manchas de grafite em vez da precipitação do zinco (9).

O zinco existe em banhos de cianeto como um complexo tetraciano Zn(CN)42−, que se dissocia na mesma velocidade que os íons Zn2 são precipitados no cátodo (10). A associação com o complexo cianeto, que como íon aniônico provoca uma grande polarização de concentração, aumenta o poder de macrolançamento do banho, mas torna baixa a eficiência da corrente. O poder de microlançamento (alavancagem) de um banho de cianeto é fraco. O complexo de cianeto torna fina a estrutura cristalina do metal precipitado, o que fornece uma boa base para os branqueadores produzirem revestimentos brilhantes, embora o brilho do depósito de um banho de cianeto sozinho não seja tão bom quanto o de outros tipos de banho. Em banhos alcalinos de cianeto, os íons zinco também estão associados a íons hidroxila como Zn(OH)42−, e há um equilíbrio entre o cianeto e os complexos hidroxila, que depende da quantidade de hidróxido de sódio adicionado ao banho.

Devido aos efeitos adversos do cianeto tóxico, sua quantidade no banho variou de banhos com alto teor de cianeto a banhos com médio e baixo teor de cianeto. O teor total de cianeto de sódio do banho com alto teor de cianeto é de 75 a 115 g.l-1, enquanto nos banhos de cianeto médio é de 35 a 55 g.l-1 e em banhos com baixo teor de cianeto, de 6 a 15 g.l-1 (10–12). Os custos de arraste e eliminação de resíduos são menores em banhos com baixo teor de cianeto, mas os requisitos de pré-tratamento e variação dos parâmetros operacionais são maiores. O teor de hidróxido de sódio deve ser alto o suficiente, 80–100 g l-1, para ter boa condutividade e dissolução anódica e para produzir bom brilho.

Os branqueadores adicionados ao banho de cianeto são geralmente orgânicos, uma vez que a concentração de branqueadores metálicos é muito crítica. Normalmente existem branqueadores primários e secundários. O branqueador primário mais comum é o álcool polivinílico (PVA), enquanto os branqueadores secundários típicos são moléculas menores que contêm ligações insaturadas e grupos polares, por exemplo, aldeídos aromáticos e piridinas.

Os banhos de cianeto também contêm carbonato de sódio, que é formado quando as moléculas de cianeto são oxidadas pelo oxigênio do ar. É necessário algum carbonato para formar uma camada de revestimento densa, mas uma quantidade excessiva, acima de 70-80 g l-1, deve ser removida do banho, baixando a temperatura do banho abaixo do limite de solubilidade do carbonato de sódio.

Parâmetros operacionais importantes são as relações entre as concentrações de NaCN e Zn e a densidade de corrente catódica. Quanto maior a quantidade de Zn, menor é o fator NaCN/Zn, o que aumenta a eficiência da corrente. No entanto, o poder de lançamento macro será menor e a operação do processo de chapeamento é mais exigente. A seleção de uma densidade de corrente catódica depende das concentrações, branqueadores utilizados, temperatura e agitação. Os valores típicos são 2–5 Adm−2. Densidades de corrente mais altas diminuirão a eficiência da corrente catódica. Os banhos de cianeto funcionam à temperatura ambiente.

A pureza de um material anódico é importante para banhos de cianeto, pois afeta o brilho da camada de revestimento. Normalmente, o material do ânodo contém mais de 99,99% de zinco puro, em forma de bola ou barra. Quando o banho não for utilizado, o zinco se dissolverá no banho; para evitar acúmulo excessivo de zinco, os ânodos devem ser removidos.

Banhos alcalinos de zinco sem cianeto podem ser preparados dissolvendo óxido de zinco ZnO em hidróxido de sódio e adicionando branqueadores. O banho conterá 8–10 g l-1 de zinco e 90–120 g l-1 de NaOH, e o zinco estará na solução como íons Zn(OH)42− (11,12). A maioria das propriedades do banho são determinadas pelos sistemas branqueadores, que geralmente são patenteados e podem incluir, por exemplo, PVA e iminas. As boas propriedades dos banhos são baixo teor de metal e tratamento de efluentes geralmente barato, bom brilho, bom poder de macrolançamento e poder moderado de microlançamento. O perigo de fragilização por hidrogênio para aços com alto tratamento térmico é menor em comparação com banhos de cianeto. O banho requer melhor controle operacional do que os banhos de cianeto; em particular, o teor de metal deve ser controlado durante os períodos de inatividade, uma vez que concentrações de metal demasiado elevadas deteriorarão o brilho. No entanto, um teor de metal muito baixo diminuirá a eficiência da corrente. O banho funciona à temperatura ambiente.

As soluções de cloreto fracamente ácidas ganharam mais participação no mercado à medida que as propriedades das soluções foram desenvolvidas. O banho contém 15–30 g l-1 de zinco e cloreto de amônio ou potássio, de modo que o teor de cloreto do banho é 110–150 g l-1 (10,11). Branqueadores orgânicos devem ser incluídos no banho. A faixa ideal de pH é 4,5–5,5. O zinco será dissolvido na solução como íons Zn2. O precipitado será colunar e áspero, a menos que sejam usados ​​branqueadores. Depósitos muito brilhantes podem ser obtidos pelo uso de branqueadores, e soluções fracamente ácidas são geralmente consideradas as que proporcionam o melhor brilho entre os processos de zincagem. A eficiência de corrente é ao mesmo tempo muito alta, em torno de 95-98% em uma grande área de densidade de corrente, o que é benéfico para o revestimento de aço carbonitretado e ferro fundido. O poder de microlançamento é muito bom, mas como a eficiência da corrente é alta, o poder de macrolançamento é fraco. Isto, juntamente com a química do banho, exige que as peças sejam limpas cuidadosamente antes do revestimento, e muita atenção deve ser dada aos acessórios do revestimento. O efeito adverso da solução de cloreto ácido é a corrosão potencial dos materiais do substrato e a coloração do revestimento, a menos que seja cuidadosamente enxaguado. Portanto, peças soldadas por pontos ou outras peças com estruturas lamelares não são adequadas para a solução. O tratamento do efluente é geralmente fácil, embora o amônio possa perturbar o funcionamento de uma estação de efluentes ao formar complexos com metais pesados. O banho é operado em temperatura ambiente e densidades de corrente de até 6 Adm−2 podem ser usadas sem queda significativa na eficiência da corrente.