“Pré-tratamento de superfície” refere-se ao tratamento mecânico, químico ou eletroquímico de materiais e seus produtos antes de serem submetidos ao processamento de superfície. Este processo é feito para purificar, tornar áspera ou passivar a superfície, deixando-a pronta para posterior tratamento ou ajuste de superfície.
O pré-tratamento de superfícies metálicas inclui os seguintes métodos:
- Nivelamento de superfície, que abrange tanto o nivelamento mecânico quanto o polimento mecânico.
- Gravura, que pode ser feita através de ataque químico ou ataque eletroquímico.
- Desengorduramento de superfícies, que pode ser obtido através de desengorduramento com solvente orgânico, desengorduramento químico ou desengorduramento eletroquímico.
Nivelamento de superfície
O nivelamento de superfície abrange uma variedade de métodos, incluindo: polimento mecânico, polimento químico, polimento eletrolítico, laminação, escovação, jato de areia e outros.
O processo específico de tratamento superficial utilizado depende do estado das peças e dos requisitos técnicos da obra.
1. Polimento mecânico
O principal objetivo do polimento é tornar a superfície áspera e irregular das peças metálicas lisa e plana. Além disso, ele também pode remover rebarbas, incrustações, ferrugem, buracos de areia, ranhuras, bolhas e outras imperfeições superficiais em peças metálicas.
O polimento é realizado por meio de um rebolo elástico preso a uma esmerilhadeira. A superfície de trabalho do rebolo é coberta por partículas abrasivas, que atuam como pequenas arestas de corte. Quando o rebolo gira em 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 usado em todos os materiais metálicos e sua eficácia depende das características do abrasivo, da rigidez do rebolo e da velocidade de rotação do rebolo. Os abrasivos comumente usados para polimento incluem corindo artificial e esmeril. O corindo artificial, que é composto por 90-95% de alumina e possui certo nível de tenacidade, é amplamente utilizado devido à sua menor fragilidade e ao maior número de arestas e cantos de suas partículas.
Figura 1 máquina de polimento
Figura 2Al2Ó3 abrasivo (400X)
Os abrasivos podem ser classificados em diferentes graus com base no tamanho das partículas. O tamanho das partículas dos abrasivos é geralmente determinado pelo número de furos por unidade de área (centímetro quadrado) em uma peneira. Quanto maior o número de peneiras, menores serão os furos. O tamanho da partícula é representado pela quantidade de abrasivos que podem passar pela peneira. Quanto mais abrasivos passarem, mais fino será o tamanho das partículas, e quanto menos abrasivos, mais grosso será o tamanho das partículas.
A Tabela 1 destaca as características e usos de abrasivos comuns. A Tabela 2 lista as velocidades do rebolo mais adequadas para polir diferentes materiais metálicos.
Tabela 1 Características e usos de abrasivos comuns
| Nome abrasivo | Esmeril artificial (SiC) | Corindo artificial (A2O3) | Esmeril natural | Areia de sílica (SiO2) |
| Dureza mineral/dureza Mohs | 9.2 | 9 | 7~8 | 7 |
| Dureza | Frágil | Relativamente difícil | Tenacidade | Tenacidade |
| forma | Afiado | Mais redondo | cilindro | Mais redondo |
| Tamanho de partícula/mm (malha) | 0,045 ~ 0,800 (24 ~ 320) | 0,053 ~ 0,800 (24 ~ 280) | 0,063 ~ 0,800 (24 ~ 240) | 0,045 ~ 0,800 (24 ~ 320) |
| Aparência | Cristal brilhante preto roxo | Grão branco a cinza preto | Vermelho acinzentado a areia preta | Areia branca a amarela |
| Propósito | É usado principalmente para polir metais de baixa resistência (como latão, bronze, alumínio, etc.) e metais duros e quebradiços (como ferro fundido, aço carbono para ferramentas, aço de alta resistência) | É usado principalmente para polir metais de alta resistência com certa tenacidade (como aço temperado, ferro fundido maleável e aço verde manganês) | Usado para polir metais em geral | Materiais de retificação e polimento de uso geral, também usados para jateamento e laminação |
Tabela 2 Velocidade ideal do rebolo para polir diferentes materiais metálicos
| Tipo de material | Aço, níquel, cromo | Cobre e ligas de cobre, prata e zinco | Alumínio e liga de alumínio, chumbo e estanho | ||
| Velocidade linear abrasiva / (M/s) | 18~30 | 14~18 | 10~14 | ||
| Velocidade adequada/(R/min) | Diâmetro do rebolo / mm | 200 | 2850 | 2400 | 1900 |
| 250 | 2300 | 1900 | 1530 | ||
| 300 | 1880 | 1500 | 1530 | ||
| 350 | 1620 | 1530 | 1090 | ||
| 400 | 1440 | 1190 | 960 | ||
2. Polimento
2.1 Mpolimento mecânico
O polimento é um tipo de processo de retificação. Alguns acreditam que funciona “rasgando” 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 solidificar. Outros consideram o polimento como resultado da tensão superficial. Durante o processo de polimento, o calor gerado pelo atrito pode amolecer ou até derreter a superfície, tornando-o mais do que um simples processo de polimento mecânico.
Durante o polimento, a camada superficial do metal é derretida, mas solidifica rapidamente em um estado amorfo devido à alta condutividade térmica do metal do substrato. Antes de solidificar, a superfície torna-se lisa como resultado dos efeitos combinados da tensão superficial e do atrito do agente de polimento.
Peças que necessitam de alto grau de acabamento devem passar por polimento fino após o processo de polimento inicial.
O polimento mecânico é realizado usando 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 ácido esteárico ou parafina. Este último é uma mistura de abrasivo e uma emulsão de óleo ou água.
Como a roda de polimento gira em alta velocidade, ela remove pequenas irregularidades da peça de trabalho e confere-lhe um brilho espelhado. O polimento mecânico é usado não apenas para pré-tratamento de superfície antes do revestimento, mas também para acabamento do revestimento após o revestimento para melhorar o acabamento superficial.
É importante observar que o polimento mecânico é diferente do polimento. Durante o polimento, as aparas de metal óbvias são cortadas, enquanto o polimento mecânico não resulta em perda significativa de metal. A alta temperatura gerada pelo atrito entre o disco de polimento giratório de alta velocidade e a peça causa deformação plástica da superfície metálica, preenchendo leves 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 Cpolimento hemico
O polimento químico é um tipo de corrosão química controlada. É um método de processamento de metal que envolve o ataque do metal em uma solução de polimento específica, tornando a superfície plana e brilhante ao dissolver seletivamente o metal.
Comparado a outras técnicas de polimento, o polimento químico tem as vantagens de equipamento simples, baixo custo, fácil operação, alta eficiência e não ser afetado pela forma e estrutura das peças. Além disso, comparado ao polimento eletrolítico, o polimento químico não requer fonte de energia e pode ser usado para processar peças com formatos complexos. 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 de polimento químico pertence ao ataque de uma micro bateria no processo eletroquímico. Portanto, o princípio do polimento químico é semelhante ao do polimento eletrolítico.
Durante o processo de dissolução química, é gerado um filme 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 dissolvem-se mais lentamente.
Um filme de óxido passivo e um filme de óxido são constantemente formados na superfície das peças de aço, sendo o primeiro mais forte que o segundo. Devido à micro-irregularidade da superfície, as partes micro-convexas dissolvem-se primeiro, a um ritmo mais rápido do que as partes côncavas. A dissolução do filme e a formação do filme ocorrem simultaneamente, mas em taxas diferentes.
Como resultado, a rugosidade superficial da peça de aço é nivelada, resultando em uma superfície lisa e brilhante. O polimento químico pode remover com eficácia a camada de dano superficial causada pelo polimento mecânico, pois tem um forte efeito dissolvente na superfície.
2.3 Epolimento eletrolítico
O eletropolimento envolve colocar a peça como ânodo e conduzir a eletrólise em uma solução específica. Durante o processo, as partes microprotuberantes da superfície da peça têm alta densidade de corrente e se dissolvem rapidamente, enquanto a densidade de corrente nos microrecessos é baixa, fazendo com que a dissolução seja lenta. Isso resulta em uma superfície plana e brilhante.
O eletropolimento é comumente utilizado para acabamento decorativo de peças como aço carbono, aço inoxidável, alumínio e cobre, bem como acabamento superficial de algumas ferramentas ou para criação de superfícies altamente refletivas e amostras metalográficas.
A solução de polimento de anidrido crômico de ácido fosfórico é amplamente utilizada para materiais de ferro e aço e contém componentes como ácido fosfórico, ácido sulfúrico, anidrido crômico e aditivos como inibidores de corrosão, branqueadores e espessantes. O cátodo normalmente é feito de chumbo e a tensão da fonte de alimentação pode ser de 12V.
Nos últimos anos, com a crescente demanda por produtos de aço inoxidável, a demanda por soluções de polimento eletrolítico também aumentou. Para evitar a poluição ambiental causada por soluções de polimento eletrolítico contendo ácido fosfórico e anidrido crômico, a China tem feito esforços para desenvolver soluções de polimento eletrolítico de aço inoxidável ecologicamente corretas e alcançou progressos significativos.
A Tabela 3 apresenta a composição da solução e as condições de processamento de diversas novas soluções de polimento eletrolítico de aço inoxidável. As fórmulas 1 e 2 da tabela não utilizam anidrido crômico, o que resolve o problema de descarte de águas residuais e fornece um agente de polimento eletroquímico livre de poluição e ecologicamente correto.
Tabela 3 Composição da solução e condições de processo da solução de eletropolimento de aço inoxidável ecologicamente correta
| Composição da solução e condições do processo | Receita 1 | Receita 2 | Receita 3 |
| Ácido fosfórico (H3PO4,85%) /%Ácido sulfúrico (H2ENTÃO4,98%) /%Ácido nítrico (HNO3) /% ácido perclórico /%Água acética glacial (H2O) aditivo | 40~50 15~20 mesada Dextrina adequada |
20~30 20~30 mesada Quantidade adequada de glicerol |
10~15 8~10 mesada Pequena quantidade de aditivos |
| Temperatura / ℃ Densidade atual / (A / dm2)Tempo/minuto | 60~70 20~30 3~5 |
65~70 15~30 3~8 |
Temperatura alta 10~30 3~5 |
Comparado ao polimento mecânico, o eletropolimento nivela a superfície polida por meio da dissolução eletroquímica, não deixando nenhuma camada de deformação na superfície e evitando a mistura de substâncias estranhas. Além disso, o processo de eletrólise resulta na precipitação de oxigênio, formando uma película de óxido na superfície polida, o que melhora sua resistência à corrosão.
O eletropolimento também é útil para peças com formatos complexos, fios, placas finas e peças pequenas, que são difíceis de polir mecanicamente. Além do nivelamento, o eletropolimento também pode remover inclusões superficiais e revelar defeitos como rachaduras, buracos de areia e inclusões na superfície das peças.
3. Rolando
A laminação é um método comum usado para preparação de superfície antes do revestimento ou modificação da superfície após o revestimento para grandes quantidades de peças pequenas. O polimento por laminação é um processo em que peças e abrasivos são colocados juntos em uma máquina de tambor ou campânula para retificação por laminação para remover rebarbas, rugosidade e ferrugem da superfície das peças e obter uma superfície lisa.
Além dos abrasivos, reagentes químicos como ácidos ou álcalis são frequentemente adicionados durante o processo de laminação. Assim, o processo de laminação serve para remover rebarbas, rugosidade e ferrugem à medida que as peças e os abrasivos rolam juntos, bem como o papel dos reagentes químicos.
A Fig. 3 é o diagrama esquemático da calandra.
Fig.3 Diagrama esquemático do calendário
O polimento por rolo 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 é adequado apenas para grandes quantidades de peças com baixos requisitos de rugosidade superficial.
A laminação pode ser dividida em método seco e método úmido. O método seco utiliza abrasivos como areia, esmeril, vidro quebrado e couro, enquanto o método úmido usa bolas de aço, pedras trituradas, serragem, soda cáustica, chá em pó, etc.
A velocidade de rotação durante a laminação depende das características das peças e da estrutura do tambor, normalmente variando de 15 a 50 RPM. Se a velocidade for muito alta, a força centrífuga impedirá que as peças se esfreguem umas nas outras no tambor, reduzindo a eficácia da laminação. Por outro lado, se a velocidade for muito baixa, a eficiência será baixa.
Quando houver uma grande quantidade de manchas de óleo ou ferrugem na superfície das peças durante a laminação, o desengorduramento e o ataque químico devem ser realizados primeiro. Se houver uma pequena quantidade de mancha de óleo, uma pequena quantidade de substâncias alcalinas ou emulsificantes, como carbonato de sódio, sabão ou sabão em pó, pode ser adicionada para enrolar. Ácido sulfúrico diluído ou ácido clorídrico pode ser adicionado para peças com superfícies enferrujadas. Após as peças serem enroladas em meio ácido, a solução ácida deve ser enxaguada imediatamente.
4. Escovação
A escovação é uma técnica de processamento de superfície que utiliza uma roda de escovação feita de materiais como arame de metal, pêlos de animais ou fibras naturais ou sintéticas. Este método é usado principalmente para remover contaminantes superficiais, como oxidação, ferrugem, escória de soldagem, tinta velha e outros detritos. Além disso, a escovação também é usada para remover rebarbas deixadas nas bordas de uma peça após a usinagem.
As rodas de escova mais comumente usadas são feitas de fio de aço ou fio de latão. Se o material da peça for duro, uma roda de escova de aço de alta rigidez deve ser usada em conjunto com uma alta velocidade. Por outro lado, para materiais mais macios, recomenda-se uma roda de escova de arame de latão.
A escovação pode ser realizada mecanicamente ou manualmente. Ambos os métodos normalmente empregam o uso de uma técnica úmida, sendo a água a solução de escovação mais comumente usada. Em alguns casos, uma solução de 3% a 5% (em massa) de carbonato de sódio ou fosfato de sódio também pode ser usada ao escovar materiais de aço.
5. Jateamento de areia
Jateamento de areia é um processo que usa ar comprimido para soprar areia seca, como areia de quartzo, areia de aço ou alumina, na superfície de peças de metal para remover defeitos superficiais, como rebarbas, escamas, ferrugem, depósitos de carbono, escória de soldagem, moldagem resíduos de areia, resíduos de sal, películas de tinta antigas e sujeira.
Este método é comumente usado para limpar a superfície de peças de trabalho, como remover areia residual e camadas de alto carbono em peças fundidas e eliminar ferrugem e incrustações em soldas.
Jateamento de areia e lavagem com ácido são técnicas usadas para remoção de ferrugem. No entanto, embora a lavagem ácida possa fazer com que o hidrogénio penetre no interior das peças de aço, aumentando a tensão interna e reduzindo a plasticidade, o jacto de areia não resulta em fragilização por hidrogénio.
Após o jateamento de areia, peças feitas de aço de alto carbono, aço de alta resistência ou materiais como latão, aço inoxidável e alumínio podem ter melhor adesão de revestimentos ou camadas de óxido. Peças de trabalho revestidas e cromadas duras são normalmente limpas com jato de areia. Acessórios de máquinas-ferramenta e ferramentas de medição são frequentemente polidos com jato de areia antes do cromagem branco leitoso.
O jateamento de areia é um método eficaz para pré-tratamento de superfície. Ele pode remover completamente impurezas como incrustações de óxido, ferrugem, películas de tinta antigas e manchas de óleo de superfícies metálicas, resultando em uma cor metálica uniforme e uma rugosidade uniforme na superfície. Essa rugosidade pode melhorar a força de ligação entre o revestimento anticorrosivo e o metal base e aumentar a resistência à corrosão do metal.
O jateamento de areia é comumente usado em revestimentos por spray térmico e tratamentos de rugosidade de plástico. Outras técnicas de rugosidade de superfície incluem rosqueamento, serrilhado, rugosidade por faísca elétrica e muito mais.
Existem dois tipos de jateamento de areia: jateamento seco e jateamento úmido. O jateamento úmido usa abrasivos misturados com água para formar uma argamassa, e um inibidor de corrosão é normalmente adicionado à água para evitar a ferrugem do metal. O jateamento a seco é eficiente, mas resulta em uma superfície áspera, gera uma grande quantidade de poeira e faz com que o abrasivo se quebre mais facilmente. Por outro lado, o jateamento úmido tem impacto ambiental mínimo, pode ter um efeito decorativo e protetor na superfície e é frequentemente utilizado para processamento mais preciso.
Gravura
A corrosão é um processo usado para remover ferrugem, incrustações de óxido (formadas durante a fundição, forjamento, laminação e tratamento térmico) e outros produtos de corrosão da superfície de uma peça de trabalho. Isto é conseguido através do uso de soluções ácidas, que possuem uma forte capacidade de dissolver óxidos metálicos. Como resultado, a gravação também é chamada de decapagem.
Para alguns metais não ferrosos, o ataque alcalino pode ser usado. 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 prepará-la para galvanoplastia é chamada de ataque fraco.
Ácidos inorgânicos, como ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido nítrico, ácido fosfórico e ácido fluorídrico, são normalmente usados para decapagem de aço. Ácidos orgânicos, tais como ácido acético, ácido graxo e ácido cítrico, também podem ser usados. A ação dos ácidos orgânicos é suave e o ácido residual não apresenta efeitos colaterais significativos. Além disso, a superfície da peça de trabalho fica limpa após o tratamento e tem menos probabilidade de enferrujar novamente.
Os ácidos orgânicos, embora tenham a vantagem de não causarem sequelas significativas, apresentam alto custo e baixa eficiência na remoção de ferrugem, por isso são utilizados principalmente para limpeza de incrustações de ferrugem no interior de recipientes de equipamentos elétricos e outros componentes com requisitos especiais.
Os ácidos inorgânicos, por outro lado, apresentam alta eficiência de remoção de ferrugem, alta velocidade, ampla variedade de fontes de matéria-prima e baixo custo. No entanto, se a concentração de ácidos inorgânicos não for controlada adequadamente, o metal pode ficar “supercorroído” e o ácido residual é altamente corrosivo. Se a solução ácida não for completamente limpa, isso afetará o efeito do revestimento.
Para retardar a corrosão e a fragilização por hidrogênio dos metais, uma quantidade adequada de tampões, como rutina, urotropina e tioureia, deve ser adicionada à solução de remoção de ferrugem.
1. Decapagem de produtos siderúrgicos
(1) Princípio de decapagem
O objetivo do ácido na decapagem é dissolver e remover mecanicamente os óxidos da superfície da peça. Usando o ácido sulfúrico como exemplo, o ácido sulfúrico reage com óxidos de ferro (FeO, Fe3O4) para formar sulfato ferroso e sulfato férrico.
O ácido sulfúrico reage com o ferro da matriz através das lacunas da escala de óxido, causando a dissolução do ferro e a liberação de hidrogênio. 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 em sulfato ferroso de alta solubilidade. O hidrogênio produzido sob a incrustação de óxido também cria efeitos mecânicos de craqueamento e remoção na incrustação de óxido, melhorando a eficiência da decapagem.
No entanto, a reação entre o ácido sulfúrico e o ferro da matriz pode resultar em corrosão excessiva da matriz e alterações no tamanho da peça. Estas são as desvantagens do uso de ácido sulfúrico no processo de decapagem.
A evolução do hidrogênio durante o processo de decapagem também pode resultar na permeação do hidrogênio na peça, causando fragilização por hidrogênio.
O ácido clorídrico dissolve principalmente óxidos. Reage com o óxido de ferro para formar cloreto ferroso e cloreto férrico, ambos com alta solubilidade. Como resultado, o efeito mecânico de remoção do ataque com ácido clorídrico é menos pronunciado do que o do ácido sulfúrico.
Para incrustações de óxido solto, o ataque com ácido clorídrico é rápido e há menos corrosão da matriz e permeação de hidrogênio. No entanto, para incrustações de óxido compactas, uma grande quantidade de ácido é consumida quando se utiliza apenas ácido clorídrico. Uma solução ácida mista de ácido clorídrico e ácido sulfúrico é frequentemente usada para obter o efeito de remoção mecânica do hidrogênio.
O ácido nítrico é usado principalmente para o tratamento de aço de alta liga e muitas vezes é 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 alta, com reação mínima de evolução de hidrogênio.
Quando utilizado em aço inoxidável, o ácido nítrico não causa corrosão da matriz devido às suas propriedades passivantes. Contudo, 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, como elementos de liga em certos tipos de aço inoxidável e ligas de aço, escória de soldagem mista em soldas e areia de moldagem residual em peças fundidas.
A combinação de ácidos fluorídrico e nítrico é frequentemente usada para tratar aço inoxidável, mas o ácido fluorídrico é extremamente corrosivo e deve ser manuseado com cuidado.
O ácido nítrico libera nitretos tóxicos e pode ser difícil de descartar, portanto, deve-se tomar cuidado extra para evitar danos ao corpo humano.
O ácido fosfórico tem boa solubilidade para o óxido de ferro e é menos prejudicial ao metal porque forma uma camada de fosfato insolúvel em água (película de fosfatização) na superfície do metal, o que ajuda a prevenir a corrosão.
Além disso, é uma excelente camada de base antes da pintura. É comumente usado para remover ferrugem de peças de precisão, mas o custo do ácido fosfórico é relativamente alto.
Quando o ácido fosfórico é usado para remoção de ferrugem, a principal função é transformar a incrustação de óxido e a ferrugem em Fe solúvel em água (H2PO4) 3 e FeHPO insolúvel em água4 e Fé3 (PO4) 2.
A difusão do hidrogênio é um processo fraco.
Ao usar ácido fosfórico para decapagem, a quantidade de hidrogênio produzida é aproximadamente 1/10 a 1/5 daquela produzida através da decapagem com ácido clorídrico ou sulfúrico. Além disso, a taxa de difusão e penetração do hidrogênio é metade daquela dos dois últimos ácidos.
O aço inoxidável e o aço-liga possuem uma composição complexa e uma estrutura densa para sua incrustação de óxido, dificultando sua remoção na solução de remoção de ferrugem do aço carbono comum. Uma mistura de ácidos é normalmente usada para esse propósito.
Ao decapar ligas de aço que contenham titânio, é necessário adicionar ácido fluorídrico.
A incrustação de óxido espessa e densa formada a partir do tratamento térmico pode ser “solta” em uma solução alcalina concentrada e quente contendo um oxidante forte e, em seguida, atacada usando uma mistura de ácidos clorídrico e nítrico, ou ácidos sulfúrico e nítrico.
(2) Aditivo de decapagem
É crucial usar 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 base em uma solução ácida.
A formação desse filme ocorre por meio de uma reação eletroquímica quando o ferro metálico entra em contato com o ácido, que carrega a superfície metálica. O inibidor de corrosão, por ser uma molécula polar, é atraído pela superfície metálica e forma uma película protetora, evitando 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 apenas bloqueia significativamente o processo de polarização anódica, mas também promove a polarização catódica, inibe a produção de hidrogênio e retarda o processo de corrosão.
A incrustação de óxido e a ferrugem não adsorvem as moléculas polares do inibidor de corrosão para formar uma película porque interagem com o ácido através de ação química comum e não possuem qualquer carga em suas superfícies.
Portanto, adicionar uma quantidade específica de inibidor de corrosão à solução de remoção de ferrugem não afeta sua eficiência de remoção de ferrugem.
Para avaliar a eficácia de vários inibidores de corrosão, é crucial determinar a sua eficiência de inibição de corrosão.
A eficiência de inibição de 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 usados em diversas soluções ácidas varia.
À medida que a temperatura da solução de lavagem ácida aumenta, a eficiência de inibição do inibidor de corrosão diminuirá ou até falhará completamente.
Portanto, cada inibidor de corrosão possui uma temperatura operacional específica permitida.
Os agentes umectantes usados em soluções de decapagem são principalmente surfactantes não iônicos e aniônicos, sendo raramente usados surfactantes catiônicos. Isto ocorre porque os surfactantes não iônicos são estáveis em meios ácidos fortes, e o único surfactante aniônico aceitável é o do tipo ácido sulfônico.
O uso de surfactantes com propriedades de umectação, penetração, emulsificação, dispersão, solubilização e descontaminação pode melhorar muito o processo de decapagem e reduzir o tempo de decapagem.
Para minimizar a perda por corrosão da matriz, reduzir o impacto da permeação de hidrogênio, diminuir a névoa ácida e melhorar o ambiente de trabalho, é aconselhável adicionar um inibidor eficiente de corrosão e névoa à solução de decapagem.
Porém, é importante observar que o inibidor de corrosão pode formar uma película na superfície da peça, que deve ser bem limpa. Além disso, o inibidor de corrosão pode reduzir o efeito de remoção mecânica da reação de evolução do hidrogênio.
(3) Seleção do tipo de ácido, concentração e temperatura para decapagem
O método de limpeza da superfície de uma peça de trabalho depende do material da peça de trabalho, da presença de ferrugem e incrustações de óxido e do nível desejado de qualidade de limpeza da superfície.
Para peças de aço, ácido sulfúrico, ácido clorídrico ou uma combinação dos dois é comumente usado.
Para dissolver compostos contendo silício na superfície das peças fundidas, ácido fluorídrico é adicionado ao ácido sulfúrico ou ao ácido clorídrico.
A concentração de ácido sulfúrico é normalmente em torno de 20%. Nesta concentração, a velocidade de ataque da incrustação de óxido é rápida e os danos ao material subjacente são mínimos.
A concentração de ácido clorídrico costuma ser inferior a 15%, pois produz vapores quando a concentração ultrapassa 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.
Tabela 4 Relação entre concentração de ácido clorídrico e tempo de decapagem com ácido sulfúrico de ferro e aço
| Teor de ácido clorídrico /% | 2 | 5 | 10 | 15 |
| Tempo de decapagem/min | 90 | 55 | 18 | 15 |
| Teor de ácido sulfúrico /% | 2 | 5 | 10 | 15 |
| Tempo de decapagem/min | 135 | 135 | 120 | 95 |
| Teor de ácido clorídrico /% | 20 | 25 | 30 | 40 |
| Tempo de decapagem/min | 10 | 9 | / | / |
| Teor de ácido sulfúrico /% | 20 | 25 | 30 | 40 |
| Tempo de decapagem/min | 80 | 65 | 75 | 95 |
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.
Tabela 5 Relação entre tempo de decapagem e temperatura
| Conteúdo ácido/% | Tempo de decapagem com ácido sulfúrico/min | Tempo de decapagem com ácido clorídrico/min | ||||
| 18℃ | 40°C | 60°C | 18℃ | 40°C | 60°C | |
| 5 | 135 | 45 | 13 | 55 | 15 | 5 |
| 10 | 120 | 32 | 8 | 18 | 6 | 2 |
(4) Processo de decapagem de peças de ferro e aço
Os métodos de decapagem e remoção de ferrugem incluem decapagem por imersão, decapagem por spray e remoção de ferrugem com pasta ácida.
Após passar pelo tratamento desengordurante, o metal impregnado e decapado é colocado em um tanque de ácido.
Uma vez removida a incrustação de óxido e a ferrugem, o metal é enxaguado com água e neutralizado com um álcali para produzir uma superfície adequada para pintura.
A Tabela 6 fornece informações sobre os parâmetros do processo de ataque forte para peças de aço.
Tabela 6 parâmetros do processo de gravação forte de peças de aço
| Projeto | Peças forjadas e estampadas | Peças de aço em geral | Fundição | ||
| 1 | 2 | 1 | 2 | ||
| Ácido sulfúrico concentrado / (g / L.) ácido clorídrico / (g / L) ácido fluorídrico / (g / L) Rodin / (g / L) Urotropina / (g / L) |
200~250 2~3 |
150~200 1~3 |
150~200 1~3 |
80~150 | 100 10~20 |
| Temperatura / ℃ Tempo/minuto |
40 ~ 60 até que tudo esteja dividido | 30 ~ 40 até que tudo esteja dividido | 1,5 | Até 40 ~ 50 é dividido | 30 ~ 40 até que tudo esteja dividido |
2. Gravura eletroquímica
A gravação eletroquímica envolve o uso de eletrólise para remover a superfície de uma peça de trabalho, que serve como ânodo ou cátodo, em uma solução ácida ou alcalina. O processo também pode ser acelerado agitando a solução, que gera hidrogênio no cátodo e renova a solução de ataque na superfície da peça.
A remoção eletroquímica de ferrugem pode ser classificada em ataque anódico e ataque catódico, dependendo da polaridade da peça.
Durante a gravação anódica, a incrustação de óxido é removida através de uma combinação de dissolução química e eletroquímica do metal da peça e remoção mecânica do oxigênio.
Na gravação catódica, a incrustação de óxido é removida principalmente através do efeito mecânico da grande quantidade de hidrogênio gerado e do efeito de redução do hidrogênio atômico primário no óxido.
A gravação anódica resulta em grandes e poucas bolhas de oxigênio com efeito de remoção mecânica limitado, mas se demorar muito, pode causar corrosão excessiva do metal subjacente.
Por outro lado, o ataque catódico minimiza a corrosão do metal, preservando o tamanho da peça, mas pode levar à permeação de hidrogênio e resíduos de cinzas.
A corrosão anódica é lenta e corrosiva para o metal base, tornando-a adequada apenas para peças de trabalho com uma fina camada de óxido. No entanto, não causa fragilização por hidrogênio.
Por outro lado, o ataque catódico é rápido e não resulta em corrosão excessiva da peça, tornando-o adequado para peças com películas espessas de óxido. No entanto, tem a desvantagem da permeação de hidrogénio.
Atualmente, a maioria dos métodos usados na China são a gravação anódica ou uma combinação de gravação catódica e anódica. A gravação eletroquímica é usada para gravação forte e fraca.
Em comparação com o ataque químico, o ataque eletroquímico é mais eficaz na remoção rápida da incrustação 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 gerenciar, mas requer equipamento especializado e requer mais operações de suspensão. Existe também o risco de dissolução desigual da incrustação de óxido.
As vantagens do ataque eletroquímico incluem velocidade de ataque rápida, baixo consumo de ácido e pouca influência do conteúdo de íons de ferro na solução na capacidade de ataque.
No entanto, este método requer equipamento de alimentação e consome energia.
Peças de trabalho com formatos complexos são difíceis de gravar devido à baixa capacidade de dispersão.
Quando a incrustação de óxido é espessa e densa, ela deve ser pré-tratada com ataque químico com ácido sulfúrico para soltar a incrustação de óxido antes de ser submetida ao ataque eletroquímico.
Desengorduramento de superfícies
1. Desengordurante com solvente orgânico
O desengorduramento com solvente orgânico é um método comum para remover graxa de materiais metálicos. Funciona usando as propriedades físicas de dissolução de solventes orgânicos em ambos os tipos de óleos.
Gasolina e querosene são solventes comumente usados, mas o clorobenzeno e o querosene são alternativas mais acessíveis e menos tóxicas.
O desengraxamento com solvente orgânico é caracterizado por seu processo sem aquecimento, rápida velocidade de desengorduramento e ausência de corrosão na superfície do metal. É particularmente adequado para a remoção de óleos minerais com alta viscosidade e altos pontos de fusão, que são difíceis de remover com soluções alcalinas.
Portanto, é um pré-tratamento adequado para quase todas as tecnologias de tratamento de superfície, especialmente para peças com grave poluição por óleo ou peças metálicas que são suscetíveis à corrosão por soluções desengordurantes alcalinas.
No entanto, este método não é abrangente e métodos químicos e eletroquímicos podem ser necessários para complementar o processo de desengorduramento. Além disso, a maioria dos solventes orgânicos são inflamáveis e tóxicos, e o custo pode ser elevado.
É importante priorizar a segurança, tomar precauções e manter uma boa ventilação durante a operação.
2. Desengorduramento químico de solução alcalina
Atualmente, o desengorduramento químico com solução alcalina é amplamente utilizado na produção.
Embora o tempo de remoção de óleo para este método seja maior do que o dos solventes orgânicos, ele tem as vantagens de ser não tóxico, não inflamável, exigir equipamento simples e ser barato e fácil de operar, tornando-o uma escolha razoável para remoção de óleo. .
O núcleo deste método é remover o óleo através de saponificação e emulsificação. O primeiro remove óleos animais e vegetais, enquanto o segundo remove óleos minerais.
Com a seleção adequada do processo, a remoção dos dois tipos de graxa não é difícil.
No entanto, quando existem requisitos elevados para a resistência de ligação do revestimento, depender apenas de uma solução alcalina para a remoção química do óleo das peças revestidas pode não ser suficiente.
Isto é particularmente verdadeiro quando a mancha de óleo é principalmente óleo mineral, pois leva muito tempo para ser removida e pode não ser completamente removida devido ao efeito de emulsificação limitado da solução alcalina de remoção de óleo.
Nesses casos, é necessário utilizar remoção eletroquímica (eletrolítica) de óleo com emulsificação mais forte para obter resultados satisfatórios.
3. Remoção eletroquímica de óleo
A remoção eletroquímica de óleo, também conhecida como remoção eletrolítica de óleo, é um processo de remoção de óleo colocando peças metálicas em um líquido de remoção de óleo e usando as peças como ânodo ou cátodo enquanto conectadas a uma corrente contínua.
A composição da solução desengordurante eletroquímica é semelhante à das soluções desengordurantes químicas.
Uma placa de níquel ou placa de ferro niquelada é comumente usada como contraeletrodo, que serve apenas como condutor.
A experiência de produção mostrou que a remoção eletroquímica de óleo é várias vezes mais rápida do que a remoção química de óleo e remove efetivamente a poluição por óleo. Isto se deve ao mecanismo de remoção eletroquímica do óleo.
Nova tecnologia de pré-tratamento de superfície
1. Fortalecimento ultrassônico
A limpeza ultrassônica usa um sinal de oscilação de alta frequência que é convertido em oscilação mecânica de alta frequência por um transdutor.
A onda ultrassônica pode se propagar efetivamente em diferentes meios, incluindo gás, líquido, sólido, solução sólida, e pode transmitir energia forte. A onda ultrassônica é transmitida para o líquido de limpeza do tanque através da parede do tanque e faz com que as microbolhas no líquido vibrem devido à reflexão, interferência e ressonância.
As ondas ultrassônicas criam fortes impactos e cavitação na interface, que é a base da limpeza ultrassônica. A eficácia da limpeza ultrassônica depende de vários fatores, incluindo o tipo de fluido de limpeza, método de limpeza, temperatura e tempo de limpeza, frequência ultrassônica, densidade de potência e complexidade das peças a serem limpas.
Os líquidos comuns usados para limpeza ultrassônica incluem solventes orgânicos, soluções alcalinas e soluções de limpeza à base de água.
O dispositivo de limpeza e desengorduramento ultrassônico mais comumente usado consiste em um transdutor ultrassônico, tanque de limpeza e gerador. Também pode incluir componentes adicionais para limpeza de circulação, filtragem, aquecimento e transporte de fluidos.
A limpeza ultrassônica 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
Usar um agente de limpeza de baixa temperatura e alta eficiência para remover manchas de óleo em superfícies metálicas não é apenas altamente eficaz, mas também energeticamente eficiente devido à sua baixa temperatura de limpeza.
3. Limpeza desengordurante a vácuo
A limpeza desengordurante a vácuo é uma tecnologia de limpeza nova e ecológica. Utiliza agente de limpeza de carboneto de hidrogênio, que tem 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 que o licor alcalino. Além disso, o agente de limpeza pode ser recuperado e regenerado.
O dispositivo de limpeza desengordurante a vácuo é um sistema fechado, livre de poluição, possui alto fator de segurança, é altamente produtivo e permite a carga e descarga automática de materiais, tornando-o de fácil operação.
No futuro, espera-se que a tecnologia de desengorduramento a vácuo, com ou sem limpeza líquida, seja amplamente utilizada.
4. Pulverize granalha de plástico para remover tinta (camada de revestimento)
Ao realizar testes não destrutivos de superfície em componentes grandes e importantes, como aeronaves, para detectar rachaduras por fadiga e danos duros, o revestimento superficial (pintura) deve ser removido primeiro.
Os métodos tradicionais de remoção do revestimento incluem decapagem química ou retificação manual com rebolo, mas ambos os métodos apresentam desvantagens. A decapagem química pode corroer e danificar a matriz metálica, enquanto a retificação com um rebolo pode danificar facilmente o substrato e tem baixa eficiência.
Recentemente, um novo processo de remoção de tinta utilizando pulverização de plástico foi desenvolvido e tem mostrado bons resultados. Este processo envolve a pulverização de plástico granular na superfície da peça em alta velocidade por meio de uma pistola pulverizadora movida a ar comprimido.
A camada de tinta é removida pelas arestas e cantos afiados da granalha de plástico, cortando e impactando a superfície. Isso fornece uma maneira eficiente de remover tinta.
A remoção de tinta de granalha plástica tem diversas vantagens, como não danificar o substrato ou revestimento devido à granalha plástica ter uma dureza que é maior que a camada de tinta, mas menor que o substrato ou revestimento e a camada superficial anodizada. Isto também proporciona uma superfície limpa para a nova camada de tinta, melhorando sua aderência. Além disso, os pellets de plástico podem ser reciclados e facilmente separados da camada de tinta descascada.
5. Jateamento de areia supersônico com chama de ar e jateamento
O jateamento de areia ultrassônico é um processo de engrossar a superfície de um substrato usando ar comprimido para pulverizar partículas de areia dura em alta velocidade sobre a superfície, resultando em um efeito de limpeza mecânica. A velocidade do jateamento ultrassônico de areia é de 300 a 600 metros por segundo e é mais eficiente do que o jateamento de areia tradicional, com uma eficiência de jateamento três a cinco vezes maior.
É comumente usado no pré-tratamento de superfície de grandes peças estruturais, como na limpeza da superfície antes de aplicar o revestimento superficial em pontes, navios, caldeiras e dutos. Além disso, é frequentemente usado para engrossar superfícies antes de pulverizar peças ou equipamentos grandes com altos requisitos para efeitos de pulverização e limpar superfícies de equipamentos 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 resistência de ligação entre o revestimento e o substrato.
A areia utilizada para jateamento de areia deve ter alta dureza, densidade, resistência ao esmagamento e baixo teor de poeira. O tamanho da partícula deve ser determinado com base na rugosidade superficial necessária. Os grãos de areia comumente usados incluem areia de corindo (alumina), areia de sílica, carboneto de silício e esmeril.
O shot peening supersônico de superfície é um processo no qual projéteis supersônicos são pulverizados na superfície da peça, causando deformação plástica na superfície e formando uma camada de reforço de certa espessura.
