Fluxograma de um processo de galvanização a fogo

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Fluxograma de um processo de galvanização a fogo
Desengraxe
 Remoção dos materiais orgânicos, óleos e graxas.
Processo mais conhecido: alcalino em solução aquosa a quente, à base de carbonatos, silicatos, hidróxidos, fosfatos, detergentes e outros.
Fornecimento: normalmente no estado sólido para serem dissolvidos em água, conforme orientações dos fabricantes.
Lavagem
 Operação subsequente ao desengraxe.
Operação fundamental pois qualquer resíduo que permaneça sobre a peça, contaminará os tratamentos subsequentes.
Importante: materiais como tintas, vernizes e resinas, não podem ser removidos por banhos de desengraxe alcalino, devendo sofrer um tratamento prévio com solventes ou removedores.
Devido às características combustíveis destes produtos, muitas vezes opta-se pela remoção por jateamento abrasivo.
Decapagem
Óxidos, cascas de óxidos e carepas não são removidos nos banhos de desengraxe alcalino. Sua remoção é feita em banhos e soluções ácidas, em um processo conhecido como decapagem
Uma camada típica de oxidação apresenta os seguintes elementos e compostos: 
Fe (ferro base)
FeO (óxido de ferro no estado menos oxidado)
Fe3O4 (óxido de ferro no estado intermediário de oxidação)
Fe2O3 (óxido de ferro no estado mais oxidado)
Características
Camada de FeO contribui com 80% da espessura da camada total e é o elemento mais solúvel em ácidos
Camada de Fe3O4 contribui com cerca de 18% e é menos solúvel do que a anterior
A camada de Fe2O3 contribui com o restante de 2% e corresponde ao estado mais estável e menos solúvel destes óxidos
Aspecto prático: o ácido clorídrico (muriático) é o mais comumente usado nas galvanizações brasileiras, nas concentrações de 6 a 12%.
Ataque do ácido: através das rachaduras e poros existentes na camada de oxidação, até atingir o substrato de FeO, promovendo sua dissolução e propiciando o destacamento da camada de óxido.
Quimicamente, o elemento mais solúvel nestas circunstâncias é o Fe base através da reação:
Fe + 2HCl è FeCl2 + H2
Cuidado especial: Ocorre a geração de hidrogênio nesta reação que, se por um lado auxilia mecanicamente a remoção da camada, por outro, dissolve-se no ferro base fragilizando a peça (fragilização por hidrogênio)
Utilizam-se então:
Inibidores (reduzindo o ataque do ácido ao ferro base).
Substâncias que promovam redução da tensão superficial entre o ácido decapante e a peça (ação umectante, facilitando seu “molhamento”).
Agitação e aquecimento aumentam a velocidade de decapagem.
Lavagem
Após a decapagem é muito importante que as peças sofram uma lavagem em água corrente, em banhos subsequentes (de preferência mais de um) com a finalidade de remover os resíduos produzidos nas reações de decapagem, de forma a minimizar as contaminações dos banhos seguintes. 
Fluxagem
A ação do fluxante processa-se sob duas formas:
a) parte é consumida na dissolução e escorificação dos resíduos remanescentes
b) o restante exerce a função umectante (ou mordente) proporcionando um eficiente molhamento da peça pelo zinco fundido
Principais componentes de um fluxante
São os compostos químicos cloreto de zinco (ZnCl2) e cloreto de amônio (NH4Cl), formando sais duplos.
A grande vantagem de utilização de fluxos baseados em cloretos duplos de zinco e amônia é a redução drástica na formação de borra e a melhor qualidade do acabamento.
Concentrações variáveis de sal duplo entre 5 a 30%, dependendo do tipo de peças tratadas, em temperaturas de 65°C a 100°C.
Secagem
Objetivo do pré-aquecimento:
a) Diminuir o choque térmico das peças a serem galvanizadas
b) Prevenir contra respingos de zinco, na área ao redor da cuba de galvanização, durante a imersão da peça no zinco fundido, fato que acontece quando há umidade
Cuidados práticos:
Início sempre imediatamente após a retirada da peça do banho de fluxo, para manter a continuidade do aquecimento já iniciado na fluxagem.
Manter um fluxo contínuo de trabalho conforme o mix de produto.
Manter a temperatura entre 110 e 140ºC.
Temperaturas baixas não permitem a remoção total da umidade, havendo o risco de explosões durante o mergulho.
Temperaturas altas, acima de 150oC, produzem superaquecimento que decompõe o fluxo e acarreta falhas na camada zincada.
Aconselha-se galvanizar as peças imediatamente pois devido à absorção de umidade pelo sal, que é bastante higroscópico, as peças podem se umedecer novamente.
Imersão a quente - "Zincagem a quente"
Conceito:
Imersão do substrato de aço, limpo e adequadamente preparado em um banho de zinco líquido, dentro de uma cuba metálica ou cerâmica, a uma temperatura em torno de 450°C.
Explicação físico-químico-metalúrgica:
Durante a imersão, ocorre difusão do zinco no substrato de aço, havendo uma reação metalúrgica com formação de intermetálicos
(compostos Fe-Zn ) cuja composição varia na espessura da camada, sendo que a porção mais externa é constituída basicamente de zinco puro.
Para o aço baixo-carbono revestido em banho de zinco fundido, sem nenhum elemento de adição e para as condições de operação comumente utilizadas, obtém-se um revestimento constituído por quatro fases
Características principais
As três primeiras fases são formadas devido à reação entre o zinco fundido e o aço, chamadas de fases intermediárias.
Esta reação pode continuar após a retirada do aço de dentro da cuba, se a velocidade de resfriamento for baixa.
A última fase, denominada Eta (de zinco puro) é formada pela solidificação do zinco fundido aderido à peça por arraste.
Aspectos importantes na Galvanização a Fogo
1. Temperatura do processo
As temperaturas usadas para zincagem variam normalmente entre 445 a 455°C.
Cuidados práticos:
Deve-se galvanizar à mínima temperatura que permita um escorrimento fácil do excesso de zinco durante a extração do material.
Temperaturas acima de 470°C são desaconselháveis pois a reação do zinco com as paredes da cuba (para o caso de cubas metálicas) se torna muito intensa acelerando seu desgaste e diminuindo sua vida útil.
2. Velocidade de imersão e remoção
Velocidade de imersão
A imersão deve ser a mais rápida possível para que não haja tempo de uma espessa camada de zinco se formar na primeira parte da peça, antes que toda ela tenha entrado em contato com o zinco.
A velocidade de imersão varia de 6 a 7 m/minuto.
Velocidade de remoção
Em contrapartida, quanto mais lenta e constante for a velocidade de remoção, melhor será a uniformidade da camada e menos espessa a camada “eta”
A velocidade de remoção está na média de 1,5 m/minuto
3. Tempo de imersão
Quanto maior o tempo de imersão, mais espessa é a camada, até determinado limite, passando a ocorrer uma estabilidade
Observa-se um crescimento acentuado no primeiro minuto de imersão, etapa que corresponde à rapidez da reação entre o zinco e o ferro para, em seguida, ocorrer uma etapa de reação mais lenta, correspondendo a um consequente crescimento mais lento da camada
Aspecto prático
O término da primeira fase, na prática, é percebido durante a zincagem pelo cessar do borbulhamento da superfície do banho. Para espessuras normaisde camadas, este fenômeno é uma indicação do fim de reação e do momento de retirada da peça do banho
O tempo de imersão pode variar de 10 a 300 segundos
4. Composição do material base a ser galvanizado ( aço/ferro fundido )
Fator dos mais importantes na formação e evolução da camada zincada
Elementos que mais ativam a reação entre o zinco e o aço a ser galvanizado: carbono, silício, fósforo, enxofre e manganês (C-Si-P-S-Mn)
Mais reativo e mais comum de aparecer entre eles: silício (Si)
Acima de 0,12% o mecanismo normal de formação da camada Fe-Zn é modificado, obtendo-se camadas espessas e de coloração escura acinzentada
5. Composição do banho de zinco
O zinco utilizado nas galvanizações brasileiras é o Zn SHG (Special High Grade) com pureza igual a 99,995%
O metal mais utilizado como elemento de liga do banho de galvanização é o alumínio. É adicionado em pequenas quantidades, de forma a se ter no banho de galvanizaçãoem média cerca de 0,0050%
Aconselha-se ter no banho no máximo cerca de 0,01%. Acima deste teor podem ocorrer vários tipos de problemas nas peças galvanizadas além de reagir com o aço da cuba metálica
A finalidade de se adicionar Al no banho é a de promover melhor escorrimento, melhor uniformidade das camadas e maior brilho das peças recém galvanizadas.
Resfriamento
Aconselha-se um resfriamento rápido em água, para que cesse o crescimento das camadas de ligas, evitando-se uma cristalização grosseira e frágil
Aspectos práticos
Em algumas galvanizações, aproveita-se este tanque de resfriamento para realizar a passivação da camada de zinco das peças galvanizadas
Trata-se de um banho rápido em soluções cromatizantes, à base de ácido crômico e bicromato de sódio, com a finalidade de retardar o aparecimento da 
chamada “corrosão branca” (capa protetora em torno de 0,5µm de cromato de zinco insolúvel)
Esta passivação confere ao zincado um aspecto ligeiramente amarelado, sendo mais claro quanto menor a concentração da solução ou menor o tempo de imersão
Aspecto prático: Coloração da peça X Corrosão
Corrosão branca: é característica da corrosão do zinco. Inicia-se quando a proteção da passivação foi comprometida
Corrosão vermelha: coloração típica quando a corrosão atinge o metal base
Estocagem dos materiais galvanizados
Orientações gerais
Resfriamento em solução cromatizante
Empilhar as peças somente quando secas
Adotar o critério de, sempre que possível, empilhar as peças com qualquer parte côncava para baixo
Passar a fita de aço para fixar os amarrados, sobre uma faixa de estopa para proteger o galvanizado
Empilhar os amarrados, um sobre o outro, com espaçadores de madeira, não esquecendo que o primeiro, rente ao chão, deverá estar também sobre estes espaçadores 
Resíduos gerados no processo de galvanização a fogo
Borra de Zinco
Borra de zinco, mais conhecida como "areião", é um resíduo formado por cerca de 96% Zn e 4% Fe
Aparência arenosa e composta de cristais de ferro-zinco insolúveis à temperatura normal de trabalho, que se depositam no fundo da cuba durante o processo de galvanização
Além de representar uma perda de zinco, prejudica o aquecimento da cuba, (mau condutor de calor) e o aspecto das peças zincadas, quando adere a sua superfície
Não é possível impedir a formação de borra, porém, é indispensável que se saiba sua origem para poder controlar sua formação
Cinza de Zinco
Cinza de zinco, mais conhecida como "terra de zinco", é um resíduo composto de óxido de zinco, zinco metálico e cloretos em teores variáveis
A cinza forma-se na superfície do banho devido à oxidação do zinco com o oxigênio do ar e as escórias da reação fluxo-zinco-ferro
Pó de zinco
Pó de zinco – existe exaustor sobre o banho de zincagem que faz a extração do óxido de zinco em suspensão, arrastado para o filtro manga, depositado finalmente em reservatório apropriado.
Facilitadores na geração de cinza
Temperatura de trabalho, quanto mais alta, mais intensa a oxidação da superfície do banho
Agitação do banho, quanto maior a perturbação da superfície do banho, mais intensa é a formação de cinzas