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CESAR TATARI RÔMULO BATISTA VIANI CONTROLE E PROCESSOS INDUSTRIAIS PROGRAMA BRASIL PROFISSIONALIZADO A expansão do Ensino Técnico no Brasil, fator importante para melhoria de nossos recursos humanos, é um dos pilares do desenvolvimento do País. Esse objetivo, dos governos estaduais e federal, visa à melhoria da competitividade de nossos produtos e serviços, vis-à-vis com os dos países com os quais mantemos relações comerciais. Em São Paulo, nos últimos anos, o governo estadual tem investido de forma contínua na ampliação e melhoria da sua rede de escolas técnicas – Etecs e Classes Descentralizadas (fruto de parcerias com a Secretaria Estadual de Educação e com Prefeituras). Esse esforço fez com que, de agosto de 2008 a 2011, as matrículas do Ensino Técnico (concomitante, subsequente e integrado, presencial e a distância) evoluíssem de 92.578 para 162.105. Em 2019 foram registradas 460.421 inscrições para 119.885 vagas em cursos para os períodos da manhã, tarde, noite e integral. A garantia da boa qualidade da educação profissional desses milhares de jovens e de trabalhadores requer investimentos em reformas, instalações, laboratórios, material didático e, principalmente, atualização técnica e pedagógica de professores e gestores escolares. A parceria do Governo Federal com o Estado de São Paulo, firmada por intermédio do Programa Brasil Profissionalizado, é um apoio significativo para que a oferta pública de Ensino Técnico em São Paulo cresça com a qualidade atual e possa contribuir para o desenvolvimento econômico e social do Estado e, consequentemente, do País. Almério Melquíades de Araújo Coordenador do Ensino Médio e Técnico Projeto de formação continuada de professores da educação profissional do Programa Brasil Profissionalizado - Centro Paula Souza - Setec/MEC CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA PAULA SOUZA Diretora Superintendente Laura Laganá Vice-Diretor Superintendente Emilena Lorezon Bianco Chefe de Gabinete da Superintendência Armando Natal Maurício REALIZAÇÃO Unidade do Ensino Médio e Técnico Coordenador Almério Melquíades de Araújo Centro de Capacitação Técnica, Pedagógica e de Gestão - Cetec Capacitações Responsável Lucília dos Anjos Felgueiras Guerra Responsável Brasil Profissionalizado Silvana Maria Brenha Ribeiro Professora Coordenadora de Projetos Denise Moreira dos Santos Parecer Técnico Gislaine Barana Delbianco Revisão de Texto Sandra Valéria Walchhutter Projeto Gráfico e diagramação Diego Santos APRESENTAÇÃO A corrosão está muito presente em nossa sociedade e representa grandes perdas econômicas industriais, pois todos os tipos de corrosão estão rela- cionados à diminuição do tempo de vida de um material. Os conceitos químicos são importantes para que o discente entenda como o fenômeno ocorre e quais as suas influências nos processos das mais variadas indústrias. O presente material apresenta uma série de sugestões de aulas experi- mentais, facilitando ao aluno a visualização do processo e diferenciando os tipos de corrosão possíveis. Os roteiros foram divididos em: objetivos, materiais e reagentes, procedi- mentos experimentais e questões de verificação, possibilitando ao pro- fessor analisar e promover discursão em sala de aula com os diversos gru- pos de estudo. Esperamos que aproveitem ao máximo esse curso e que o material possa beneficiar os professores das Unidades Escolares em diversas Componentes Curriculares dos Cursos do Eixo Tecnológico de Controle e Processos Industriais. Bom Trabalho a todos! Denise Moreira dos Santos Coordenadora de Projetos SUMÁRIO 1. Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2. Tipos de Corrosão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1. Corrosão por erosão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2. Corrosão sob tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3. Corrosão Pitting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.4. Corrosão galvânica ou eletroquímica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.5. Corrosão Uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.6. Corrosão por frestas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.7. Corrosão por lixiviação seletiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.8. Corrosão Intergranular: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3. Prevenção e Controle de Corrosão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4. Inibidores de Corrosão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Atividades Experimentais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Eletrodeposição de Zinco em painel de latão ou Ferro . . . . . . . . . . . 20 Passivação do Zinco. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Concentração dos componentes dos banhos de Zinco . . . . . . . . . . 29 Niquelação de peças por eletrodeposição. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Niquelação por deslocamento químico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Eletrodeposição de Cobre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Proteção polimérica. Filme orgânico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Fosfatização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Oxidação negra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Proteção polimérica. Filme orgânico 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Referência Bibliográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 11 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 1. INTRODUÇÃO Num conceito universal, define-se corrosão como a deterioração de um material, principalmente metálico, por ação química e eletroquímica do meio ambiente associada ou não a esforços mecânicos. A corrosão cau- sada por interação físico-química entre o meio e o material apresenta al- terações geralmente indesejáveis como desgaste, variações estruturais, alterações físicas e químicas, tornando o material inadequado para uso. Materiais não-metálicos também entram nestas definições de corrosão, como borracha, concreto, madeira e até polímeros. Mas o termo corrosão aplica-se com mais frequência para materiais metálicos devido às causas econômicas e perda total das propriedades físico-químicas, ou mecâni- cas, de interesse presentes nas ligas e materiais metálicos. No seu todo esse fenômeno assume importância transcendental na vida moderna, que não pode prescindir dos metais e suas ligas (GENTIL 2007). Problemas de corrosão ocorrem em variadas atividades, os maiores exem- plos são as indústrias químicas, petroquímicas, naval, petrolífera, constru- ção civil, automobilística, meios de transporte, medicina, obras de arte, esculturas, etc. São geradas perdas econômicas que atingem todas as atividades, essas perdas são classificadas como diretas e indiretas, sendo as diretas custos com manutenção ou substituição de equipamentos que sofreram o pro- cesso de corrosão (incluem-se nos custos energia aplicada e mão de obra necessária) e principalmente custos com métodos de proteção contra cor- rosão (como os que serão abordados nesta apostila). As perdas indiretas são de difícil avaliação, embora apresentam na maioria dos casos custos mais elevados do que casos de perdas diretas, alguns exemplos deperdas indiretas são, parada de produção para limpeza de equipamentos, perda de produtos por contaminação, diminuição de transferência energética, incrustações ou entupimentos que levam às primeiras causas ou ainda pode levar custo com demasiado tempo perdido nas operações, dentre muitos outros fatores que influenciam para perdas indiretas causadas pela corrosão. Os custos gerados pela corrosão vêm aumentando proporcionalmente com o avanço tecnológico, tornando necessário com o avanço das civili- zações, a inclusão de projetos que tem o intuito de inibir a corrosão, ou o estudo de materiais para determinado meio corrosivo. Considerando um aspecto energético da corrosão, temos de levar em conta de que a corrosão é o processo inverso da obtenção materiais me- tálicos, como é o caso da metalurgia e siderurgia. De uma forma geral podemos representar o ocorrido (figura 1). 12 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Figura 1: Metalurgia e corrosão Fonte: Corrosão a importância do estudo; UFSC; 2009. O metal encontra-se num estado energético muito mais elevado do que seu composto de origem, de uma maneira em que age a entropia, o metal sofre corrosão liberando energia ao ambiente e voltando a seu estado de composto. As formas que são aplicadas para inibir essa ação da entro- pia, necessitam da aplicação energética, sendo elas na forma de energia elétrica, caso da galvanoplastia ou proteção catódica, ou ainda pode ser energia térmica e ação química, como é o caso de reações autocatalíticas. Em alguns poucos casos a corrosão pode ser benéfica, como exemplo te- mos a formação de películas protetoras de óxidos de Cromo e alumínio na superfície destes materiais metálicos, o que acarreta na proteção da camada metálica, a fosfatização de peças através do ataque de ácido fos- fórico, provocando aderência para aplicação de tintas e proteção contra corrosão, o método de passivação com formação de película de óxido de Cromo ou alumínio (anodização) na superfície a ser protegida e por fim o emprego de metais de sacrifício que formam películas protetoras após sofrerem corrosão, como é o caso do zinco na galvanoplastia. Meio corrosivo é todo o meio em que causa a corrosão do material metáli- co ou não-metálico. Os principais meios corrosivos são a atmosfera, águas naturais, solo, produtos químicos, alimentos, microrganismos, substâncias fundidas, compostos orgânicos, madeira, metais (corrosão eletroquímica) e plásticos. Deve-se destacar que a natureza do meio corrosivo pode va- riar de acordo com o contato que o mesmo tem com o material a ser cor- roído, ou ainda a proximidade e a intensidade dos elementos corrosivos presentes no meio, por exemplo a umidade presente no ar e a pressão elevada pode intensificar o processo de corrosão de metais como o Ferro, Zinco, etc. Além da pressão, a temperatura do meio corrosivo também pode influenciar no processo de corrosão. 13 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 2. TIPOS DE CORROSÃO Dependendo do meio em que a corrosão ocorre, pode-se apresentar dife- rentes tipos de corrosão metálica, sendo alguns deles: 2.1. CORROSÃO POR EROSÃO O problema de desgaste por erosão é muito comum e as soluções são va- riadas. Tal problema é frequente em equipamentos de bombeamento, tu- bos de caldeiras, algumas peças de turbinas, e outros meios. Os cuidados com a erosão são variados no quesito de preço e em relação ao material que sofre corrosão. Há uma pequena divergência de tipos de desgastes erosivos. Um desgas- te motivado pela erosão pode ser provocado por remoção de material de uma superfície, a partir de partículas sólidas em suspensão de um fluído em condição de transporte. Nos metais, a erosão ocorre como uma trans- formação de reação, levando a peça a interagir química ou eletroquimi- camente. O principal motivo desse tipo de problema é o vazamento dos fluidos que entram em contato com o metal e há também por materiais sólidos, causando um desgaste mecânico. Um processo de corrosão por erosão provocada por um fluído gera um pro- cesso rápido devido ao fato de remover a ação das partículas sólidas. A ero- são também pode ser definida como um desgaste mecânico nos materiais componentes ou condutores de um sistema. Outro caso de erosão frequente ocorre no deslocamento de rochas britadas, minérios ou cimento. Os resíduos de cinza abrasiva numa queima de carvão mineral, somada a gases de exaustão da combustão de usinas termoelétricas, é considerada uma ação erosiva quando deslocamos gases. Assim como é comum en- contrar erosão em permutadores de calor ou em pás de turbinas. 2.2. CORROSÃO SOB TENSÃO A corrosão sob tensão tende a necessitar de simultânea tensão de tra- ção combinada com motivos ambientais específicos. O efeito é muito co- mum quando nos referimos às condições de um edifício, por exemplo. A soldagem ou dobramento de um metal pode ocasionar efeitos residuais quando nos referimos ao ponto de vista da tensão, que não necessita ser alta. A atenção é focada em componentes de aço inoxidável quando ele é exposto em ambientes ricos em cloretos, nessa situação, as tensões re- siduais são elevadas. Muitos testes são realizados para determinar qual o melhor material para uma aplicação específica ou para comparar a resistência do material em 14 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE uma diversidade de ambientes. Os testes são aplicados de forma a repre- sentar as mais severas condições que podem ser encontras em um am- biente de serviço. O objetivo é determinar se um produto possui um grau de susceptibilidade que irá limitar a sua utilidade geral. 2.3. CORROSÃO PITTING A corrosão por pits, ou pites (do inglês Pitting Corrosion), ou ainda cor- rosão por picadas, corrosão por orifícios ou corrosão puntiforme, é uma forma de corrosão, que consiste na formação de pequenas cavidades que iniciam na superfície da peça metálica podendo chegar a perfurar toda a espessura da peça, com pouca ou nenhuma perda de espessura do mate- rial, sendo de difícil detecção visual. É uma forma de corrosão extremamente localizada, na qual o fator orien- tador do processo é a localização da ação do oxigênio ou dos oxidantes sobre a área. Esta área torna-se anódica, enquanto a área com excesso de oxigênio torna-se catódica, conduzindo a uma corrosão galvânica. A corrosão na área tende a escavar na massa do metal com limitada difu- são de íons. O mecanismo da corrosão por pits é provavelmente o mesmo da corrosão por fendas (ou frestas). É proposto por alguns pesquisadores que a gravidade causa uma orien- tação descendente do gradiente de concentração dos íons dissolvidos no orifício (pit) causado pela corrosão. Isto, entretanto, não é totalmente acei- to. A explicação convencional é que a acidez dentro do orifício é mantida pela separação espacial das semi-reações catódicas e anódicas, as quais criam um gradiente de potencial e eletro migração de ânion agressivos no orifício. 2.4. CORROSÃO GALVÂNICA OU ELETROQUÍMICA Dentre todos os mecanismos de desgaste, a corrosão galvânica ou eletro- química é a mais comum no dia a dia. Podendo ser encontrada em todo tipo de superfície exposta ao meio ambiente, a corrosão galvânica é um processo eletroquímico que ocorre quando metais distintos entram em contato elétrico através de um mesmo eletrólito. Basicamente, um metal começa a corroer o outro. Quando isso acontece, o metal mais nobre (po- larizado catodicamente) começa a sofrer menos corrosão do que o nor- mal. Em contrapartida, o metal menos nobre (polarizado anodicamente) começa a sofrer corrosão de forma mais acelerada que o normal – princi- palmente na região de junção com o metal mais nobre. Metais dissimilares e ligas metálicas possuem potenciaisde eletrodo di- ferentes e quando dois ou mais metais entram em contato num eletróli- to, um dos metais age como um ânodo e o outro como um cátodo. Essa diferença elétrica de potencial entre os metais dissimilares é a força mo- triz para um ataque acelerado no membro anódico deste par galvânico. O metal do ânodo dissolve-se no eletrólito e o metal do cátodo recebe depósitos, formando uma espécie de película anódica sobre o cátodo. A presença de um eletrólito e de um caminho para a condução de eletri- cidade entre os metais é essencial para que a corrosão galvânica ocorra. 15 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Em alguns casos, este tipo de reação é intencional. Por exemplo, pilhas elétricas de baixo custo contêm células de Zinco-Carbono, como parte de um circuito elétrico fechado. O Zinco dentro da célula corrói-se, gerando a corrente elétrica. 2.5. CORROSÃO UNIFORME O termo corrosão uniforme é dado justamente por que ela se processa em toda extensão da superfície, ocorrendo perda uniforme de espessura. Ela ocorre devido à micro pilhas de ações localizadas e gera uma perda de material. A corrosão uniforme é uma das mais fáceis de controlar, de ver, de proteger e é a mais comum. Na indústria, a corrosão uniforme pode ser encontrada em estruturas, tubulações entre outros e em muitos casos é monitorada de forma permanente por sistemas de medição. A falta de ações corretivas ou preventivas sobre superfícies que são ataca- das pela corrosão uniforme pode ocasionar graves problemas. Em estru- turas metálicas, por exemplo, a perda de material gerada pelo processo de corrosão pode resultar na redução de sua resistência mecânica e oca- sionar acidentes que podem ser fatais. 2.6. CORROSÃO POR FRESTAS A corrosão em frestas consiste em uma das formas de ataque mais inci- dente e menos reconhecida. Este tipo de corrosão localizada é um pro- blema que em geral envolve os metais passiváveis e, portanto, materiais relativamente resistentes à corrosão, como, por exemplo, aços inoxidá- veis, titânio e alumínio. Este tipo de corrosão também ocorre com metais ferrosos e outras ligas menos resistentes à corrosão, expostos a ambientes altamente oxidantes ou passivantes. Em todos os casos, a ocorrência deste problema limita-se a frestas mui- to estreitas que são formadas quando são utilizadas gaxetas, parafusos e arruelas, estando presente também em juntas sobrepostas e depósitos de superfície (deposição de areia, produtos de corrosão permeáveis, in- crustações marinhas e outros sólidos), além de outras heterogeneidades superficiais, como trincas, borrifos de solda e ouros defeitos metalúrgicos. Devido à tensão superficial da água, esta se aloja nas fendas disponíveis e tende a causar pilhas de aeração diferencial, onde a concentração de oxi- gênio nas bordas é superior à concentração da área mais interna da fenda, fazendo dessa uma região anódica. Como consequência, o processo de corrosão se concentra na parte mais profunda da fresta, dificultando o acesso e o diagnóstico desse problema. Em geral, esse problema afeta somente pequenas partes da estrutura, sendo, portanto, mais perigosa do que a corrosão uniforme, cujo alarme é mais visível. 2.7. CORROSÃO POR LIXIVIAÇÃO SELETIVA A corrosão seletiva é um tipo de corrosão que ocorre apenas num úni- co elemento de uma liga, e dissolve o elemento na estrutura da liga. Consequentemente, a estrutura da liga fica enfraquecida. 16 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Esse tipo de corrosão produz a dissolução preferencial de uma determina- da parte do metal que, por razões químicas ou metalográficas, revela-se mais facilmente atacável. Podemos falar de corrosão cristalográfica, inter- granular ou interdendrítica. Outra forma de corrosão seletiva, a lixiviação seletiva, acontece quando a dissolução preferencial de um dos dois com- ponentes de liga é verificada, deixando um resíduo incompatível e espu- moso de outro metal na liga. A corrosão seletiva do latão é facilmente detectada pelo aparecimen- to de regiões de cor avermelhada, típica do cobre, que contrasta com a cor amarelada dos latões. Na corrosão seletiva do ferro fundido cinzento ocorre perda de Fe, restando uma massa porosa, de aspecto escuro (típico do grafite), vazios e ferrugem, facilmente retirável mecanicamente. 2.8. CORROSÃO INTERGRANULAR: Esse tipo de corrosão está associado à natureza mais reativa dos contor- nos de grão em condições particulares, onde ocorre o ataque corrosivo. É caracterizada pela perda de massa considerável o metal devido ao desta- camento dos grãos. Fatores que mais contribuem para este tipo de ataque: �Acúmulo de impurezas; �Precipitação de fases – geralmente com dimensões submicrométricas; �Enriquecimento em um determinado elemento de liga; �Empobrecimento em um determinado elemento de liga. 2.8.1. MATERIAIS ONDE O FENÔMENO É MAIS FREQUENTE: �Alumínio – segregação de fases ricas em Fe ou em Cu em ligas de elevada resistência mecânica; �Latões – tendência do Zn se acumular nestas regiões; �Aço Inoxidável – empobrecimento em Cr nos contornos de grão. Quando o material está propenso à corrosão intergranular diz-se que o mesmo se encontra sensitizado. Quando um aço inoxidável é submeti- do durante um tempo determinado a uma temperatura entre 450 e 750 °C, conhecida como sensitização, é susceptível a precipitar carbonetos de cromo em contorno do grão. Com isso, a porcentagem de cromo livre, que podia unir-se com o oxigênio para formar a capa de óxido de cromo, diminui. Consequentemente, o aço fica sem defesa na zona afetada e su- jeito a ser corroído nas bordas intergranulares. 17 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 3. PREVENÇÃO E CONTROLE DE CORROSÃO Se a corrosão estiver em estágio inicial, pode-se recorrer à limpeza super- ficial, secagem do interior da fenda e vedação com um líquido selante, aplicando-se posteriormente um revestimento protetor. Se a corrosão es- tiver em nível avançado, torna-se necessário como nos outros processos o reforço ou substituição de peças. Existem três formas de prevenir este tipo de corrosão. São elas: �Tratar termicamente o aço inox, depois de soldado, a uma tem- peratura de austenitização por volta de 1050 °C, resfriando-o rapidamente. �Ligar o aço com elementos com maior afinidade pelo carbono e pelo cromo, como o nióbio (Nb) e o titânio (Ti). �Reduzir o teor de carbono a limites inferiores ao de solubilidade com o Cromo. Este limite oscila ao redor de 0,03%. Dessa forma, nas- cem os aços inoxidáveis conhecidos como ELC (Extra Low Carbon) e que correspondem às ligas AISI 304L; 316L e 317L. 18 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 4. INIBIDORES DE CORROSÃO Existem diversos modos de se inibir a corrosão, e os inibidores variam de acordo com o tipo de corrosão ao qual o material está exposto. A seguir alguns destes inibidores de corrosão: �Os que utilizam princípios de diferença de potencial, como deposi- ção metálica por deslocamento; �Outras utilizam recurso de metal de sacrifício, como é o caso da eletrodeposição do zinco ou a própria galvanoplastia a fogo; �Alguns evitam o contato da superfície do material com o meio cor- rosivo (proteção polimérica) ou simplesmente limpeza da super- fície do material, como decapagem. Veremos com mais detalhes alguns destes inibidores de corrosão. Corrosão não se resume a apenas um fenômeno no qual observamos as consequências no material corroído, mas é também entender o processo químico, físico e como os processos eletrolíticos afetam cada material de uma forma diferente, entender a influência da diferença de potencial de reduçãodos metais nos processos de corrosão e saber como inibi-la em cada caso específico, conhecer cálculos e conceitos relacionados a inibi- dores de corrosão, como espessura de camada em proteção polimérica e por eletrodeposição, ou ainda cálculos para manutenção de inibidores e massa depositada de metal de sacrifício, dentre outros fatores que tor- nam o tema corrosão, muito mais complexo do que pode parecer. 19 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE ATIVIDADES EXPERIMENTAIS 20 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE PRÁTICA 1: ELETRODEPOSIÇÃO DE ZINCO EM PAINEL DE LATÃO OU FERRO A eletrodeposição é um processo utilizado para realizar o recobrimento de peças através de um metal condutor ou outra substância, sendo que a obtenção do resultado se dá, com a emigração de partículas carregadas eletricamente através de uma solução aquosa iônica, uma vez que haja o auxílio de uma corrente elétrica com o intuito de impedir a deteriora- ção das peças devido à oxidação, corrosão, ataque de bactérias e outras agressões. Diferentes situações levam ao processo de eletrodeposição metálica. Pode ser porque o metal do revestimento tem uma resistência maior à oxidação (como é o caso do estanho, por exemplo) ou porque ele tem mais potencial para se oxidar (perder elétrons) do que a peça metálica que está sendo revestida que é o caso do Zinco em Ferro. O processo de zincagem também pode ser chamado de galvanoplastia, que existe na forma de galvanoplastia a fogo e a galvanoplastia eletroquí- mica, O processo consiste na deposição de uma camada de Zinco (metal de sacrifício) sobre o aço ou Ferro a fim de proteger o substrato contra a corrosão. Nos atentaremos ao processo galvânico eletroquímico que fun- ciona com o princípio da eletrodeposição (figura 2). Figura 2: Linha de zincagem eletrolítica Fonte: https://even3storage.blob.core.windows.net/anais/72767.pdf https://www.resumoescolar.com.br/fisica/resistencia-constante-ou-resistencia-variavel/ https://www.resumoescolar.com.br/quimica/substituicao-em-derivados-halogenado-e-oxidacao-energica-de-hidrocarbonetos/ 21 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Este processo também se dá na galvanização a quente, na galvanização eletrolítica o processo ainda segue com ativação e passivação a fim de depositar Cromo sobre a camada de Zinco, aumentando ainda mais a pro- teção contra a corrosão do aço ou Ferro. A corrosão é um fenômeno espontâneo que provoca a deterioração e perda de desempenho e funcionalidade dos materiais metálicos causan- do diversos tipos de prejuízos. A indústria moderna e a concorrência do mercado têm exigido cada vez mais produtos duráveis e de qualidade. Neste sentido, o processo de galvanização, que consiste em revestir os aços por uma camada de zinco, é um dos mais antigos e de sucesso, sen- do utilizado amplamente em escala industrial desde 1850. O combate à corrosão, apesar de muito consolidado, ainda é alvo de muitos estudos em busca de melhorias e otimizações nos processos, visando redução de custos e aumento de sua eficácia. 1.1. OBJETIVOS �Zincar painel de latão ou Ferro através de eletrodeposição em cé- lula de Hull; �Conhecer as reações de Oxirredução envolvidas no processo; �Observar a diferença de potencial dos metais envolvidos; �Observar os efeitos da eletrodeposição do Zinco sobre o substrato; �Anotar quaisquer observações a fim de responder o questionário. 1.2. MATERIAIS E REGENTES �Célula de Hull; �Carregador de celular (de preferência com 1,0A de corrente); �Barra de Zinco (ânodo de Zinco); �Estufa; �Béquer de 1,0 L ou 600,0 mL �Pinça; �painel de latão ou de Ferro; �Esponja de aço; �Banho galvânico de Zinco alcalino sem cianeto; �Solução decapante (ácido muriático). 22 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 1.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1.3.1. PRÉ-TRATAMENTO Com cuidado e na capela coloque a solução decapante em um béquer de 600,0 mL, com o auxílio de uma pinça, imerja o painel na solução de- capante durante 3 a 5 minutos, retirar o painel com o auxílio de uma pinça e mergulhar em água de lavagem (ainda na capela), em seguida lave o pai- nel em água corrente (água de torneira), em seguida lave o painel com água destilada ou deionizada. Com o auxílio de uma esponja de aço, limpe toda a extensão do painel em ambas as faces (figura 3). Figura 3: Material utilizado na zincagem Fonte: acervo pessoal, 2019 1.3.2. ELETRODEPOSIÇÃO Monte a célula de Hull, conectando o condutor vermelho no ânodo (placa de Zinco) e o condutor preto no cátodo (painel), insira o banho de Zinco na célula de Hull, conecte o carregador na fonte de alimentação e acompanhe atentamente o processo de eletrodeposição por 10 minutos agitando a solu- ção com um bastão de vidro a cada intervalo de 1 minuto ( Figura 4). Figura 4: Montagem da célula de Hul Fonte: acervo pessoal, 2019 23 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Posteriormente, retire a peça e lave-a com água destilada ou deionizada. Leve o painel zincado para a estufa e deixe secar por 2 minutos. Repita todo o processo exceto a secagem em estufa, deixe o novo painel zincado secar em temperatura ambiente (figura 5). Para efeito de comparação re- gistre a aparência de ambos os painéis (figura 6). Figura 5: painel de latão zincado (frente e verso) Fonte: Acervo pessoal, 2019 Figura 6: Comparação dos painéis zincados (direita: secado na estufa, esquerda: temperatura ambiente) Fonte: Acervo pessoal, 2019 24 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 1.4. QUESTÕES DE VERIFICAÇÃO 1. Explique o que é célula de Hull e qual a sua finalidade. 2. Esquematize um fluxograma do procedimento realizado e compa- re com a linha de zincagem industrial. 3. Escreva as equações que ocorrem no cátodo e no ânodo na célula de Hull. 4. Além do Ferro e do latão, quais outros materiais ou ligas metálicas que podemos aplicar o processo de zincagem eletrolítica? 5. Escreva as reações da decapagem do substrato. 6. Qual a finalidade das etapas de desengraxe e decapagem ácida na galvanização eletrolítica? O que pode ocorrer caso não se aplique estas etapas? 7. O que ocorreu quando se aplicou diferentes métodos de secagem da peça? Explique. 8. Estime qual a massa de Zinco depositada nos painéis. 25 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE PRÁTICA 2: PASSIVAÇÃO DO ZINCO Alguns produtos de corrosão apresentam forte aderência e baixa poro- sidade, funcionando assim como barreira contra o prosseguimento do processo de corrosão. A este processo denominamos “passivação”. A for- mação das camadas passivadoras está relacionada ao potencial do meio. Assim, os estudos sobre passivação de diferentes materiais em diferentes meios frequentemente geram e utilizam gráfico potencial versus corrente (figura 7). Figura 7: Curva de passivação anódica Fonte: http://www.gea.ufpr.br/arquivos/lea/material/Fundamentos%20da%20Corrosao.pdf A estabilidade destes produtos possivelmente passivadores não depende apenas do potencial, mas também da atividade dos íons presentes e do pH (caso haja íons H+ ou OH-), dependendo dos equilíbrios em que estão envolvidos. O alumínio, por exemplo, é um metal anfotérico, que sofre reações tanto ácidas como alcalinas. Entre estes extremos, contudo, ele apresenta uma faixa de “pHs” em que o óxido Al2O3, que tem alta capaci- dade passivadora, é estável. Ou seja, se PH< 4, os íons Al+3 são estáveis e o metal pode sofrer corrosão. Em pH> 8,3, o óxido Al2O3, que não tem ca- pacidade passivadora, é estável, e o metal também pode sofrer corrosão. Entre estes “pHs”, Al2O3 será estável e o metal poderá ser passivado. A cromatização do Zinco (passivação do Zinco) consiste na formação de uma película protetora de cromato de zinco sobre a superfície do zinco eletrodepositado, por meio de uma imersão simples da superfície já zin- cada na solução de passivador, proporcionando a estabilização da cama- da de zinco com a formação da camada protetora de cromato de zinco. 26 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 2.1 OBJETIVOS �Zincar painel de latão ou Ferro através de eletrodeposição em cé- lula de Hull; �Conhecer as reações de Oxirredução envolvidas no processo; �Aplicar película de Cromo sobre a superfície do Zinco depositado; �Anotar quaisquer observações a fim de responder o questionário. 2.2. MATERIAIS E REGENTES �Célula de Hull; �Carregador de celular (de preferência com 1,0A de corrente); �Barra de Zinco (ânodo de Zinco); �Estufa; �Béquer de 1,0 L ou 600,0 mL; �Pinça; �painel de latão ou de Ferro; �Esponja de aço; �Banho galvânico de Zinco ácido; �Solução de ácido nítrico a 1%; �Solução passivadora; �Solução decapante. 2.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Vide procedimento eletrodeposição de Zinco em painel de latão ou Ferro, exceto banho utilizado que será de Zinco ácido, que trabalha com agita- ção constante com bastão de vidro. Figura 8: Painéis de latão antes da decapagem Fonte: Acervo pessoal, 2019 27 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Figura 9: painéis de latão após a decapagem Fonte: Acervo pessoal, 2019 Figura 10: Montagem da célula de Hull Fonte: Acervo pessoal, 2019 Após todo o processo de zincagem, descarte a etapa de secagem do ex- perimento anterior e prossiga com lavagem em água corrente após a peça ser zincada. Após a lavagem, imerja o painel em solução de ácido nítrico a 1% (ativação ácida) por no máximo 5 segundos, em seguida rapidamente lave o painel em água corrente e o imerja na solução passivadora por no máximo 1 minuto. Repita o procedimento com o outro painel. Figura 11: painéis passivados em solução de Cromo trivalente Fonte: Acervo pessoal, 2019 28 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Figura 12: Painel passivado em solução passivadora amarela Fonte: Acervo pessoal, 2019 Figura 13: Painel passivado em solução passivadora preta Fonte: Acervo pessoal, 2019 2.4. QUESTÕES DE VERIFICAÇÃO 1. A camada de Cromo depositada tem a finalidade de proteger que material da corrosão? 2. Qual a principal desvantagem na passivação? 3. Pesquise como ocorre a passivação do aço inoxidável. 4. A passivação pode ser considerada tanto quanto um processo de corrosão quanto um inibidor de corrosão. Por qual motivo isso ocorre? 5. Cite quais os tipos de passivadores aplicados após a eletrodeposi- ção do Zinco. 6. Por qual motivo a solução, após imergir o painel nas soluções ati- vadora e passivadora, é perdido um pouco da camada de Zinco? 7. Estime a constante de avogadro a partir dos valores de massa de- positada e quantidade de carga utilizada na eletrodeposição. 29 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE PRÁTICA 3: CONCENTRAÇÃO DOS COMPONENTES DOS BANHOS DE ZINCO A composição dos banhos galvânicos é restrita à sua área específica, não sendo de interesse da classe estudiosa ou acadêmica, o que favorece a área industrial por conta da restrição e pouco conhecimento. O profissio- nal que domina a área de análises de componentes de banhos galvânicos está um passo à frente no mercado profissional. A grande parte do méto- do analítico se resume a análises volumétricas por titulometria ácido-base ou volumetria de complexação, pois envolve diversos metais pesados como Zn, Fe, Ni, Cr, Cu e etc. Estes serão complexados comumente pelo EDTA nos diferentes métodos de análise. Os conceitos e finalidades de cada reagente fica obscuro por conta dos poucos detalhes da literatura disponível e por conta da automaticidade trabalhista devido a analistas e auxiliares. Cabe ao profissional conhecer os conceitos envolvidos, ou a grosso modo dizendo, descobrir as reações envolvidas e a finalidade de cada reagente, havendo muito poucos estu- dos relacionados ao assunto. Os componentes de banhos galvânicos são imprescindíveis para o funcio- namento dos mesmos, sendo o principal motivo da falta de eficiência e problemas acarretados durante os processos de eletrodeposição. O cálcu- lo de reforço de banhos galvânicos é feito mediante análise, realizada por analistas qualificados para tal. Os aditivos dos banhos como abrilhantadores e niveladores são ainda mais restritos por se tratar de segredos industriais, a composição destes aditivos são trancados a “sete chaves” assim como a fórmula da coca cola, sendo estes deixados de lado na grande maioria dos estudos. Nesta prática estudaremos os principais componentes dos banhos de Zinco, sendo que as faixas de trabalho e concentração ideal foram traba- lhadas com seus tutores nas aulas anteriores, analisaremos as concentra- ções de determinados componentes e será calculado o reforço para os banhos galvânicos de Zinco tanto alcalino quanto ácido fornecidos pe- los tutores e pela escola e estudaremos como as principais literaturas se embasam nos cálculos de concentração, envolvendo os conteúdos que foram lecionados durante o curso técnico. 3.1. OBJETIVOS �Analisar componentes de banhos galvânicos de Zinco; �Conhecer métodos e cálculos de reforço de banhos de Zinco; �Saber da importância de uma análise eficiente e suas influências; �Anotar quaisquer observações a fim de responder o questionário. 30 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 3.2. MATERIAIS E REGENTES �Pipetadores do tipo pêra, pipetas graduadas e volumétricas; �Buretas, garras e suporte universal; �Béqueres; �Solução tampão pH 10; �Solução formaldeído P.A. 10%; �Indicador preto de eriocromo T; �Solução EDTA 0,1M; �Indicador índigo carmim; �Solução NaOH 0,1M; �Solução AgNO3 1,0 M ou N; �Solução Cromato de Potássio P.A. 10% �Solução indicadora de cianetos; �Indicador púrpura de bromocresol; �Sulução sorbitol 50%; �Solução de H2SO4 1,0N ou 0,5M. Obs.: A solução de NaCN 10% faz-se necessária para a realização da análi- se de NaOH em banho de Zn alcalino cianídrico, mas por conta da pericu- losidade do mesmo é realizada a análise sem o reagente, sem interferir em muito o resultado da análise para fins didáticos. 3.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Segue procedimento (adaptado) vide análise fornecida pela literatura de uma das principais empresas no ramo da eletrodeposição (Surtec): 3.3.1. BANHO DE ZINCO ALCALINO SEM CIANETOS 3.3.2. ZINCO METAL (COM PRETO ERIOCROMO T) 1. Pipetar 2 mL da amostra para erlenmeyer de 250 mL; 2. Adicionar 50 mL de água destilada; 3. Adicionar 20 mL de solução tampão amoniacal; 4. Adicionar 1 g de preto de Eriocromo T; 5. Adicionar 20 mL de formaldeído PA a 10 % v/v; 6. Titular com EDTA 0,1 M até viragem para o azul. Cálculo: (mL gastos de EDTA 0,1M) (FC) (3,269) = g/LZn° 31 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 3.3.3. ÓXIDO DE ZINCO Cálculo: (g/L Zn°) (1,24) = g/L ZnO Figura 14: Titulação para determinação de Zinco metal Fonte: acervo pessoal, 2019 3.3.4. SODA CÁUSTICA 1. Pipetar 5 mL da amostra para erlenmeyer de 250 mL; 2. Adicionar 10 gotas de indicadoríndigo carmim; 3. Titular com solução de ácido sulfúrico 1 N até azul intenso. Cálculo: (mL gastos de H2SO4 1N) (FC) (8,0) = g/L NaOH Ou: (mL gastos de H2SO4 1N) (FC) (11,22) = g/L KOH Figura 15: Titulação para a determinação de Hidróxido de Sódio Fonte: Acervo pessoal, 2019 32 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 3.3.5. BANHO DE ZINCO ÁCIDO Zinco metal 1. Pipetar 2 mL da amostra para erlenmeyer de 250 mL; 2. Adicionar 50 mL de água destilada; 3. Adicionar 20 mL de solução tampão amoniacal; 4. Adicionar 0,5 g de indicador preto de Eriocromo T; 5. Adicionar 10 mL de formaldeído P.A. a 10%;. 6. Titular imediatamente com solução de EDTA 0,1 M até a coloração azul. Cálculo: (mL gastos de EDTA0,1M) (FC) (3,269) = g/L Zn° 3.3.6. CLORETO TOTAL 1. Pipetar 0,5 mL da amostra para erlenmeyer de 250 mL. 2. Adicionar 25 mL de água destilada. 3. Adicionar 5,0 mL de cromato de Potássio P.A. a 10%. 4. Titular com solução de nitrato de Prata 0,1 N, considerando a pri- meira viragem do amarelo para ligeiramente alaranjado. Cálculo: ( mL gastos de AgNO3 0,1N) (FC) (1,773) = g/L Cl- Figura 16: Titulação para a determinação de Cloreto Fonte: Acervo pessoal,2019 3.3.7. CLORETO DE ZINCO Cálculo: (g/L Zn°) (2,0847) = g/L ZnCl2 3.3.8. CLORETO DE POTÁSSIO Cálculo: (2,10) [g/L Cl- - (0,52) (g/L ZnCl2)] = g/L KCl 33 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 3.3.9. ÁCIDO BÓRICO 1. Pipetar 2 mL da amostra para erlenmeyer de 250 mL; 2. Adicionar 5 gotas de indicador de púrpura de bromocresol; 3. Ajustar o pH com a adição de hidróxido de sódio 0,1 N até cor azul; 4. Adicionar 10 mL de sorbitol P.A. a 50%;. 5. Titular com solução de hidróxido de sódio 0,1 N até coloração azul. Cálculo: (mL gastos de NaOH 0,1 M) (FC) (3,092) = g/L H3BO3 Figura 17: Titulação para determinação de ácido bórico Fonte: Acervo pessoal, 2019 3.4. BANHO DE ZINCO ALCALINO CIANÍDRICO Cianeto de sódio total 1. Pipetar 1 mL da amostra para erlenmeyer de 250 mL; 2. Adicionar 20 mL de solução indicadora de cianetos; 3. Titular com solução de nitrato de Prata 0,1 N até a primeira turbidez permanente. 34 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Figura 18: Titulação para determinação de Cianeto de Sódio Fonte: Acervo pessoal, 2019 Cálculo:(mL gastos de AgNO3 0,1 M) (FC) (9,8) = g/L NaCN 3.4.1. ZINCO METAL 1. Dar continuidade à análise usando o mesmo erlenmeyer com a so- lução titulada na do cianeto; 2. Adicionar 10 mL de solução tampão amoniacal; 3. Adicionar 1 g de indicador de preto de Eriocromo T; 4. Adicionar 10 mL de formaldeído P.A. a 10 %; 5. Titular com solução de EDTA 0,1 M até viragem para azul. Cálculo: (mL gastos de EDTA 0,1 M) (FC) (6,538) = g/L Zn° 3.4.2. ÓXIDO DE ZINCO Cálculo: (g/L de Zn°) (1,24) = g/L ZnO 3.4.3. SODA CÁUSTICA 1. Pipetar 5 mL da amostra para erlenmeyer de 250 mL; 2. Adicionar 10 mL de cianeto de sódio P.A. a 10 %; 3. Adicionar 10 gotas de indicador índigo carmim; 4. Titular com solução de ácido sulfúrico 1 N até azul. Cálculo: (mL gastos de H2SO4 1N) (FC) (8,0) = g/L de NaOH 35 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 3.4.4. QUESTÕES DE VERIFICAÇÃO 1) Qual a finalidade de cada substância que compõe os banhos galvâ- nicos analisados? 2) Qual a quantidade de cada componente que deve ser adicionada aos banhos para reforça-los? Tome como base a média de concen- tração encontrada por todos os grupos e um volume de 5000,0 L para os tanques. 3) Estime as reações que ocorrem em cada uma das análises volumé- tricas e como são encontrados os valores das constantes para cada análise. 36 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE PRÁTICA 4: NIQUELAÇÃO DE PEÇAS POR ELETRODEPOSIÇÃO O processo de niquelação através do método de eletrodeposição é mui- to utilizado para niquelar peças para posterior cromação em empresas de galvanoplastia, o banho eletrolítico não é de fabricação complicada e de fácil adaptação à linha galvânicas, sendo a maneira mais econômica e eficiente de niquelar peças. As peças mais comuns a serem cromadas por estre processo são comumente peças de altos como para-choques e rodas. Veja a seguir o fluxograma de uma linha de cromação (figura 19). Figura 19: Fluxograma de linha de cromação Fonte: Acervo pessoal, 2019 DESENGRAXE ALCALINO DUPLA LAVAGEM EM ÁGUA DESTILADA DECAPAGEM ÁCIDA DUPLA LAVAGEM EM ÁGUA DESTILADA BANHO DE COBRE ALCALINO DUPLA LAVAGEM DE ÁGUA DESTILADA BANHO DE COBRE ÁCIDO LAVAGEM EM ÁGUA DESTILADA BANHO DE NÍQUEL LAVAGEM EM ÁGUA DESTILADA BANHO DE CROMO PRODUTO FINAL 37 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Para processos com utilização de peças de Ferro a etapa de decapagem é feita com ácido clorídrico, já peças de latão, Cobre ou até mesmo Níquel são decapadas em ácido nítrico. Este processo promove peças com depósito de até 0,75 microns de Cromo, sem contar com os outros metais depositados, a proteção contra a corro- são é alcançada de uma forma plenamente satisfatória e o aspecto visual da peça vai depender das características do s banhos e da forma que o cliente irá exigir. É possível conhecer a espessura da camada depositada em qualquer ba- nho eletrolítico (desde que seja calculado antes da deposição de outra camada) através do seguinte cálculo: Onde: e = espessura de camada em micrômetros; m = massa do depósito em gramas; d = Densidade do metal depositado em gramas por centíme- tros cúbicos; A = área do depósito em decímetros quadrados. 4.1. OBJETIVOS �Conhecer o processo de niquelação para posterior cromação; �Saber da importância de uma análise eficiente e suas influências; �Anotar quaisquer observações a fim de responder o questionário. 4.2. MATERIAIS E REGENTES �Célula de Hull (adaptada); �Bico de Bunsen, tripé e tela de amianto; �Béqueres; �Banho de Níquel; �Solução decapante; �Painéis de Latão ou Ferro; �Bastão de vidro; �Pinça; �Carregadores de celular e jacarés. 4.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Inicie o pré-tratamento do painel com a decapagem em solução deca- pante seguido da lavagem da peça em água corrente e destilada. Proceda o pré-tratamento com a utilização de uma esponja de aço para efetuar a limpeza da superfície do painel. Após secagem do painel proceda para a etapa de niquelação. 38 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Figura 20: painel após pré-tratamento Fonte: Acervo pessoal, 2019 Aqueça o banho de Níquel eletrolítico fornecido pelo tutor até uma tem- peratura de aproximadamente 80 °C, monte a célula de Hull (adaptada) com os materiais fornecidos pelo tutor, certificando-se que o polo nega- tivo (preto) está ligado no painel e o polo positivo (vermelho) está ligado ao ânodo de Níquel. Importante cobrir o ânodo de Níquel com um papel filtro para que o fluxo de elétrons seja desacelerado. Assim que o banho for despejado na cuba (célula de Hull adaptada), conecte os eletrodos a rede de eletricidade o mais rápido possível para que o banho não perca temperatura rapidamente. Figura 21: aquecimento do banho de Níquel Fonte: Acervo pessoal, 2019 Figura 22: Montagem da célula de Hull (adaptada) Fonte: Acervo pessoal, 2019 39 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Cerca de 10 minutos (dependendo da amperagem do carregador pode diminuir ou aumentar o tempo) após o início da eletrodeposição,retire o painel e lave-o com água destilada. Seque o painel da melhor forma possível (de preferência em estufa), observe e anote os resultados do procedimento. Figura 23: Painel niquelado Fonte: Acervo pessoal, 2019 Figura 24: painel de latão niquelado Fonte: Acervo pessoal, 2019 4.4. QUESTÕES DE VERIFICAÇÃO 1) Quais outros métodos de niquelação? 2) Monte um fluxograma do processo industrial de cromação através de banhos de Níquel, Cobre e Cromo. 3) Qual a espessura da camada e a massa de metal depositada neste experimento? 40 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE PRÁTICA 5: NIQUELAÇÃO POR DESLOCAMENTO QUÍMICO Conhecemos a importância e as aplicações do processo de deposição de Níquel através de banho eletrolítico, conhecemos a composição dos ba- nhos e o método aplicado para a eletrodeposição. Mas este não é o único modo ou método de se depositar Níquel em peças no ramo industrial ou laboratorial. Muitas vezes se tem dificuldades de se depositar metais que servirão como inibidores de corrosão através da eletrodeposição por conta de arestas e frestas que não tem o devido contato com a corrente elétrica proveniente dos barramentos, o que na eletrodeposição chamamos de região de baixa densidade de corrente. No caso da deposição de Níquel, para suprir essa necessidade de acessar as regiões de baixa densidade de corrente utiliza-se um banho de Níquel Químico. O banho de Níquel Químico não depende de corrente elétrica para ocor- rer a deposição, mas algumas condições devem ser respeitadas, sendo elas as de que é necessário um redutor para reduzir o Níquel presente na solução em forma de íons 2+, temperatura elevada para que o fluxo de elé- trons seja intensificado e uma série de outros compostos que chamamos de aditivos , nas quais as finalidades variam de complexantes, acidulantes, auxílio na passagem de corrente, purificadores, etc.. Outra condição é de que o substrato deve ser menos nobre de que o Níquel (potencial de re- dução menor), sendo assim esta prática não se utiliza conceitos de metal de sacrifício. Nas soluções de níquel auto catalítico, que utilizam o hipofosfito de sódio como agente redutor, o processo ocorre segundo as seguintes reações: O hipofosfito é oxidado, liberando hidrogênio que fica adsorvido na su- perfície do substrato. Nesta etapa, a concentração da solução e as condi- ções do pré-tratamento determinam a dispersão do hidrogênio sobre a superfície. H2PO2- + H2O → H+ + HPO32- + 2Hads O níquel na superfície do substrato é reduzido pelo hidrogênio adsorvido. Ni2++ 2Hads → Ni + 2H+ Simultaneamente, o hidrogênio adsorvido reduz uma pequena quantida- de de hipofosfito à água, íon hidroxila e fósforo. H2PO2- + Hads → H2O + OH- + P Grande parte do hipofosfito presente é oxidado cataliticamente à ortofos- fito e gás hidrogênio, independente da deposição do níquel e do fósforo. 41 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE H2PO2 - + H2O → H+ + HPO32- + H2 Esta última etapa é responsável pela baixa eficiência das soluções de níquel auto catalítico. O depósito de níquel obtido desta forma contém aproximadamente 8-10% de fósforo, apresentando boa resistência à cor- rosão e forte aderência. Este tipo de tratamento de superfície também pode ser chamado de electroless (sem passagem de corrente) e não se aplica só na deposição de Níquel, banhos de fosfato também são baseados neste processo que aqui (no Brasil) comumente encontra-se descrito como deposição por deslocamento. 5.1. OBJETIVOS �Conhecer o processo de niquelação por deslocamento; �Conhecer métodos de preparo do banho de níquel químico; 5.2. MATERIAIS E REGENTES �Capela e balança analítica; �Pipetas graduadas e volumétricas; �Bico de Bunsen, tripé e tela de amianto; �Béqueres, Erlenmeyers e papel filtro; �Água destilada; �Sulfato de Níquel; �Painéis de Latão ou Ferro; �Bastão de vidro, funil e pinça; �Ácido lático, ácido propanoico, ácido cítrico e ácido acetilsalicílico; �Ácido acético glacial; �Hipofosfito de sódio. 5.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Preparo da parte B (50 mL): �Dissolver em um béquer, 1,5 g de ácido acetilsalicílico em uma pe- quena quantidade de água destilada (inferior a 20mL) aquecida e adicionar 7,4mL de Hidróxido de amônio; �Agitar até dissolução e adicionar 0,7 mL de ácido acético glacial; - Adicionar 2,3 mL de ácido propanoico à solução; �Adicionar, com calma, 12,5 g de Hipofosfito de Sódio; �Avolumar para 50 mL com água destilada e agitar até dissolução total (aqueça se necessário); �Filtrar a solução. 42 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Figura 25: Preparo da parte B Fonte: Acervo pessoal, 2019 Preparo da parte A (50 mL): �Em um béquer, dissolva 0,115 g de ácido cítrico em cerca de 10 mL de água destilada; �Sob agitação adicione 0,7 mL de ácido acético glacial, 2,1 mL de ácido lático e 2,3 mL de ácido propanoico; �Com calma, adicione 14,2 g de sulfato de Níquel à solução; �Avolumar para 50 mL com água destilada e agitar até completa dis- solução (aqueça se necessário). Figura 26: Preparo da parte A Fonte: Acervo pessoal, 2019 43 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 5.3.1. PREPARO DO BANHO: �Em um béquer, preencha metade de sua capacidade com água destilada morna; �Adicione 10 % da capacidade do béquer (contendo água destilada) de cada parte preparada anteriormente; �Avolumar para a capacidade total do béquer com água destilada; �Aquecer a solução até a faixa de 70 a 85 °C e agitar durante 10 min; �Se necessário corrija o pH com Hidróxido de amônio ou ácido acé- tico glacial para a faixa de 5 a 6,4. Figura 27: Banho de Níquel químico em aquecimento Fonte: Acervo pessoal, 2019 5.4. QUESTÕES DE VERIFICAÇÃO 1) Cite a finalidade de cada componente do banho. 2) Compare economicamente os banhos de Níquel eletrolítico e Níquel Químico. 3) Existem outros tipos de tratamento de superfícies por deslocamen- to? Quais? Cite um exemplo de deposição de Níquel Químico sem a utilização de Hipofosfito. 44 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE PRÁTICA 6: ELETRODEPOSIÇÃO DE COBRE A eletrodeposição é um processo muito utilizado na indústria para a ob- tenção de revestimentos metálicos para as mais diferentes aplicações. Geralmente, os revestimentos obtidos por eletrodeposição são bastante aderentes, desde que tenha sido realizado um bom pré-tratamento de limpeza do substrato, pois peças bem desengraxadas e decapadas não apresentam, em geral, problemas de aderência. Entretanto, existem casos em que, mesmo com um pré-tratamento adequado do substrato, não se consegue aderência do revestimento aplicado. (VARGAS, 2010). Sabendo que de acordo com a Lei de Faraday, a quantidade de substância deposi- tada é diretamente proporcional à quantidade de eletricidade que passou pela solução. (KAROLINE, 2013). Os banhos de cobre alcalino a base de cianetos, são utilizados com suces- so, mas nos últimos anos, as indústrias têm mostrado interesse em subs- tituir estes banhos. Uma revisão bibliográfica detalhada mostrou que os trabalhos publicados referentes aos novos banhos de cobre são, na sua maioria, patentes, tendo pouca ou nenhuma abordagem focada nos me- canismos de deposição. (VARGAS, 2010). A oxidação do eletrodo de cobre fornece os elétrons necessários para a redução do mesmo cobre sobre a superfície da peça a ser protegida. O cobre é oxidado e reduzido durante o processo em constante agitação. O sucesso do processo de galvanização reside na geração de condições que propiciem aderência do metal reduzidosobre a superfície da peça metálica a ser protegida. O cobre em sua forma metálica, apresenta alta durabilidade, boa resistência à corrosão, boa maleabilidade e ductilidade. (KAROLINA, 2013). O banho de Cobre ácido trabalha numa faixa ideal de concentração de 200 g/L de Sulfato de Cobre e 65 g/L de ácido sulfúrico. Já o banho de Cobre alcalino tem como componentes e concentrações ideais o Cianeto de Cobre 25,0 g/L, Cianeto de Potássio 12,0 g/L e Hidróxido de Potássio 13,0 g/L. A composição dos banhos pode variais de acordo com a literatura. 6.1. OBJETIVOS Desenvolver o processo cobreamento industrial, analisar e conhecer os componentes dos banhos de Cobre e observar e anotar quaisquer obser- vações para responder as questões de verificação. 45 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 6.2. MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E REAGENTES �Cuba (célula de Hull); �Béqueres; �Ácido Muriático; �Banhos de Cobre; �Ácido Nítrico; �Pipetas; �Bureta; �Erlenmeyers; �Azul de Bromofenol; �Hidróxido de Amônio P.A.; �Hidróxido de Sódio 0,1M; �Murexida; �EDTA. 6.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Faça o pré tratamento do painel já visto nas aulas anteriores; Com cuidado adicione o banho de Cobre ácido na cuba eletrolítica e imer- ja o painel limpo na solução; O banho de Cobre trabalha com insulflação a ar para depósitos mais uni- formes e maior eficácia na passagem de corrente, esta deve ser feita com o auxílio de uma pipeta e com muito cuidado para não ingerir a solução de Cobre ácido. O banho de Cobre alcalino não trabalha com insulflação a ar. Faça o cálculo do tempo necessário de eletrodeposição, após o término, retire o painel e lave-o em água destilada e seque-o. 6.3.1. ANÁLISES DO BANHO: 6.3.2. COBRE METAL: Pipetar 2,0 mL do banho e transferir para um Erlenmeyer e adicionar apro- ximadamente 20 mL de água destilada; Adicionar 1 mL de Hidróxido de amônio P.A.; Adicionar 1,0 g de indicar Murexida; Titular com EDTA 0,1 M até viragem para coloração violeta. Cálculo: mL gastos de EDTA x fc x 3,18 = g/L de Cu° Sulfato de Cobre: g/L de Cu° x 3,92 = g/L de CuSO4.5H2O 46 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 6.3.2. ÁCIDO SULFÚRICO: Pipetar 1 mL do banho e transferir para um Erlenmeyer e adicionar cerca de 20 mL de água destilada; Adicionar 6 gotas de indicador azul de bromofenol e titular com Hidróxido de Sódio 0,1M até viragem para coloração azul. Cálculo: mL gastos de NaOH x fc x 4,9 = g/L de H2SO4 Figura 28: Eletrodeposição de Cobre (banho de Cobre ácido) Fonte: Acervo Pessoal, 2019 Figura 29: Deposição de cobre na placa Fonte: Acervo Pessoal, 2019 6.4. QUESTÕES DE VERIFICAÇÃO 1) Pesquise sobre a análise do banho de Cobre alcalino. Se possível analise o banho numa pré aula. 2) Qual a finalidade de cada componente nos banhos de Cobre? 3) Quais as dificuldades encontradas ao realizar a eletrodeposição de Cobre? Por qual motivo elas ocorrem? 47 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE PRÁTICA 7: PROTEÇÃO POLIMÉRICA. FILME ORGÂNICO Aliar proteção anticorrosiva e preservação ambiental, as empresas do seg- mento de petróleo e gás têm procurado por produtos e tratamentos que unam esses dois itens. Constituindo-se em películas interpostas entre o metal e o meio corrosivo, os revestimentos orgânicos são os mais impor- tantes e mais extensamente aplicados, entre eles citam-se as tintas, os ver- nizes (tinta sem pigmentos), os esmaltes (tintas com alto brilho) e as lacas (polímeros termoplásticos), ampliando a resistência a corrosão do mate- rial metálico. Fácil aplicação e versatilidade do uso de vários tipos de tintas a uma boa qualidade de proteção anticorrosiva e um custo final bastante razoável. Formados por materiais compostos de carbono para proteção anticorrosiva por barreira, como por exemplo: FBE (Revestimento epóxi), polietileno, poliamida, fluoropolímeros, entre outros. Substituindo as- sim, ligas metálicas nobres de alto custo (Inconel [níquel-cromo], Duplex, Superduplex, Clad [foleados]). Na tabela 1 são apresentados os dados comparativos de diferentes tipos de resina, suas propriedades e aplicações, descritas no texto abaixo: Tabela 01: Comparativo de resinas e aplicações Resina Umidade Corrosão Durabilidade externa Resistencia química Resistencia à riscos *Acrílica E B E B E Alquidíca R R R R B * Epóxi E E D E E *Poliéster E B B B B Poliestireno E B E B E Vinílica E B B B B Legenda: E= Excelente, B= Bom, R= Regular, D= Deficiente. Fonte: Acervo pessoal, 2019 Acrílica O Revestimento Acrílico Especial é uma tinta acrílica base água, de alta resistência, durabilidade e grau de cobertura. Foi especialmente desen- volvido para aplicação sobre tratamentos com espuma de poliuretano para garantia da impermeabilidade além de superfícies que demandam alta resistência mecânica. O balde de 18 litros de Revestimento Acrílico Especial rende até 120 m²/demão. De cor branca e seu acabamento de tom fosco. Alquídica As tintas Alquídicas são apresentadas em uma única embalagem (mono- componentes). Elas são formuladas com solventes, resinas, pigmentos e aditivos. A secagem (cura) das tintas Alquídicas se realiza por reação da re- sina que contém óleos na sua composição e o oxigênio do ar. Tal mecanis- mo é chamado de cura por oxidação. As Tintas Alquídicas são recomenda- 48 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE das para ambientes variados pois possuem um bom desempenho quando exposto ao intemperismo. Sendo indicadas para revestimento estético e protetivo para estruturas metálicas, implementos agrícolas, máquinas em geral, pode ser usado como acabamento para interiores e exteriores previamente pintados com primer. Utilizadas também em equipamentos para indústrias, pontes, máquinas, tubulações, bombas e partes externas de tanques expostos a ambientes com baixa e média agressividade. Não são recomendadas para serviços de imersão. Epóxi Um revestimento com aspecto de porcelanato, super-resistente, sem jun- tas e de fácil instalação. Eis a solução conhecida como piso epóxi, uma realidade bem-vinda atualmente em praticamente todos os segmentos comerciais. Frequentemente utilizado para cobrir superfícies de garagens, indústrias, aeroportos e hospitais devido, principalmente, à sua alta re- sistência, muito embora apresente outras vantagens, como durabilidade elevada e resistência a sujeira, ele ainda soma à sua lista de vantagens segurança contra escorregões, funcionalidade e fácil pavimentação. Vale lembrar que o que diferencia qual revestimento será utilizado não é a superfície, mas sim a necessidade do usuário para explorar os benefícios particulares de cada um. Por exemplo, a proteção de epóxi possui alta resistência química, com ótimas propriedades mecânicas. Esse tipo de re- vestimento é feito de resina epóxi, ou poliepóxido. Poliéster Revestimento de pó de poliéster é um tipo de revestimento com material seco pulverizado sobre uma peça de trabalho e, em seguida, a substân- cia é curada para formar uma camada protetora. Este método de cobrir e proteger objetos tem inúmeras vantagens sobre os convencionais revesti- mentos úmidos. O recobrimento em pó de poliéster cria um acabamento mais forte e mais durável, bem como é mais econômico e mais seguro para o meio ambiente se comparado a muitas outras formas de revesti- mentos líquidos. Como resultado, os sistemas de revestimento em pó têm se tornado comuns em processos industriais e comerciais. Na maioria dos casos, um tratamento superficial com pó de poliéster começa com o uso de grânulos de poliéster industrial. Estes grânulos variam em tamanho, dependendo de como foram produzidos.Os grânulos são misturados com agentes corantes e produtos químicos e, em seguida, são inseridos em uma extrusora onde a mistura é aquecida até derreter e formar uma única substância. Poliestireno Esse revestimento consiste em uma película superficial com baixa perme- abilidade a gases, vapor de água e água. Os impermeabilizantes exigem substrato homogêneo e liso, com poros com abertura menor ou igual a 0,1mm. A aderência em longo prazo, quando o substrato está úmido, é questionável. Para se verificar a adequação desse substrato à aplicação de impermeabilizante de superfície deve-se proceder ao teste qualitativo de umidade, este teste consiste em: colocar um filme de polietileno, de di- mensões 0,15mm x 1,25m x 1,25m, sobre a superfície do concreto, utilizan- 49 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE do uma fita adesiva; após 12 horas da colocação do filme de polietileno, verificar se a umidade do substrato condensou na face de contato filme. Vinílica Utilizadas na indústria em geral e na construção civil, as resinas para am- bientes corrosivos preenchem o espaço entre o meio corrosivo e o mate- rial que requer proteção. Com alto desempenho e ótimo custo x bene- fício, as resinas para ambientes corrosivos geralmente são misturadas a tintas específicas para garantir a proteção do ambiente no qual o material será aplicado. Além de evitar a corrosão e os problemas em paredes, pi- sos, tanques, ferros, materiais com fibras de vidro, portas, entre outros, as resinas para ambientes corrosivos têm características importantes que são bastante vantajosas para indústria e, também, para a construção civil: Resistência química elevada a ácidos, sais e solventes; Alta durabilidade; Alta aderência; Boa resistência contra abrasivos e impactos, inclusive de temperaturas; Menos tempo de secagem; Resistência à radiação solar e à água. 7.1. OBJETIVO Determinar o filme de revestimento polimérico em uma lâmina de vidro, com uso de extensores. 7.2. MATERIAIS E REGENTES 7.2.1. REAGENTES �Tinta Látex acrílica branca; �Água destilada. 7.2.2. MATERIAIS �Béquer de 15 mL; �Béquer de 100 mL; �Dessecador; �Extensor 100-400 µm; �Lâmina de vidro; �Prato de alumínio. 7.2.3. EQUIPAMENTOS �Balança analítica; 50 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE �Estufa de secagem e esterilização. 7.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Dilua uma amostra de protetor polimérico fornecido pelo tutor de acordo com as especificações citadas; Sendo as diluições feitas com água destilada e nas proporções: 5 %,10 %,15 % e 20% v/v , sendo ideal a utilização de um béquer de 60mL para a diluição de 50 mL de material polimérico + água; Figura 30: Diluição da tinta Fonte: acervo pessoal, 2019 Misture bem a solução. Na balança analítica, pese 5,0 g da solução diluída em um vidro de relógio ou prato de alumínio (medir a massa do recipiente e anotar) e leve até a estufa à 80 °C por aproximadamente 20 min; Figura 31: pesagem inicial do prato de alumínio + tinta Fonte: Acervo pessoal, 2019 51 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Retire a amostra da estufa e deixe-a esfriar no dessecador por aproxima- damente 10 min. Em seguida pese novamente a massa do conjunto e ano- te o valor; Figura 32: Pesagem final (sem zerar a balança) do prato de alumínio + tinta Fonte: Acervo pessoal, 2019 Colete uma amostra da mistura diluida e aplique na lâmina de vidro e puxe uma película de filme orgânico com o auxílio do extensor. Figura 33: Extensor + lâmina de vidro 52 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Fonte: Acervo pessoal, 2019 Observe se não há formação de bolhas ou falhas no filme orgânico, caso houver, repita o procedimento até que o filme seja uniforme. Figura 34: Filme orgânico de 400 µm Fonte: Acervo pessoal, 2019 7.4. QUESTÕES DE VERIFICAÇÃO: 1. Efetue os cálculos de determinação de película com a utilização das se- guintes fórmulas: Sendo: EPU = Espessura da película úmida - µm EPS = Espessura da película seca especificada por demão - µm SV = Sólidos por volume - % DIL = Diluição - % Para determinar os sólidos por volume utilizou-se a seguinte equação: 2. Tintas à base de água são indicadas para materiais ferrosos? Explique. 53 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE PRÁTICA 8: FOSFATIZAÇÃO A fosfatização é um processo aplicado tanto para a proteção inorgâni- ca quanto como pré-etapa para o processo de pintura eletrostática ou por imersão. A camada fina e rugosa de fosfato dá ao substrato uma boa proteção contra a corrosão, além de fornecer a aderência necessária para aplicação de pintura. Os principais substratos aplicados na fosfatização são o Ferro, aço Carbono, aço galvanizado, Alumínio e até Magnésio e suas ligas. Fosfatização é um tratamento de conversão do metal em um fosfato insolúvel do íon metálico, que é depositado na superfície do subs- trato, modificando suas características físico-químicas. Uma das etapas após a fosfatização é a passivação, está é feita de maneira semelhante à passivação de peças galvanizadas, que consiste na anodiza- ção e formação de cromatos que são produto de corrosão. Quando não há o processo de passivação costuma-se apenas utilizar uma solução de neutralização alcalina, por conta da acidez do banho de fosfato O pré-tratamento é essencial para a deposição de uma boa camada de fosfato, as etapas de desengraxe e decapagem são indispensáveis para o processo de fosfatização (figura 34). Figura 35: Fluxograma do processo de fosfatização Fonte: Acervo pessoal, 2019 DESENGRAXE ALCALINO DUPLA LAVAGEM DECAPAGEM ÁCIDA DUPLA LAVAGEM REFINADOR FOSFATO LAVAGEM NEUTRALIZADOR OU PASSIVADOR SECAGEM PINTURA (SE NECESSÁRIO NEUTRALIZAR) 54 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Refinadores a base de Titânio são essenciais para que ocorra um refina- mento da camada de fosfato, obtendo-se um depósito mais uniforme e com boa aderência à pintura. Os fosfatos mais utilizados nas indústrias são o fosfato de Ferro, de Manganês e o fosfato de Zinco dentre outros. As re- ações do processo de fosfatização podem ser escritas da seguinte forma: 1ª reação : Fe° + 2H3PO4 → Fe(H2PO4)2 + H2 2ª reação : Zn(H2PO4)2 → ZnHPO4 + H3PO4 3ª reação : 3ZnHPO4 → Zn3(PO4)2 + H3PO4 4ª reação : 3Zn(H2PO4)2 → Zn3(PO4)2 + 4H3PO4 As três primeiras etapas geram fosfatos solúveis, já a quarta etapa gera um fosfato insolúvel que se deposita no substrato. O mesmo mecanismo ocorre para os fosfatos de Ferro e Manganês. Note que sempre à a forma- ção de ácido fosfórico aumentando a durabilidade do banho. Compostos que contém Níquel, cloratos e peróxidos atuam como acele- radores na deposição do fosfato, além da aceleração do depósito estes funcionam como capturadores de Hidrogênio adsorvido, este que atrapa- lha a formação de fosfato e geram depósitos quebradiços, as reações dos aceleradores são as seguintes: Para a utilização de nitrito: 3Fe2+ + NO2- + 4H + → 3Fe3+ + 0,5N2 + 2H2O Para a utilização de clorato: ClO3- + 6e- + 6H + → Cl- + 3H2O Para a utilização de peróxido: 2Fe(H2PO4)2 + H2O2 → 2FePO4 + 2H2O + 2H3PO4 Banhos de Fosfato são compostos basicamente por ácido fosfórico, pe- róxido de Hidrogênio, ácido nítrico, sal do metal a ser utilizado (óxido de Zinco ou de manganês) e carbonato de Níquel para alguns casos em que se deseja uma maior proteção contra a corrosão. 8.1. OBJETIVOS Preparar banho de fosfato, conhecer os processos industriais de fosfatiza- ção, conhecer asreações envolvidas no processo e saber a função de cada componente presente no banho. 55 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 8.2. MATERIAIS E REAGENTES: �Béqueres; �Bastão de vidro, pinça e espátula; �Peças de Ferro ou aço; �Bico de Bunsen, tripé e tela de amianto; �Água destilada; �Óxido de Zinco 99%; �Ácido Fosfórico P.A. 85%; �Dióxido de Titânio; �Ácido Nítrico P.A. 65%; �Nitrato ou Nitrito de Sódio P.A.; �Peróxido de Hidrogênio 30%. 8.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Preparo do banho de fosfato: Em um béquer de 100 mL (ou 50 mL), pipetar 17,3 mL de ácido fosfórico P.A. 85% e 6,63 mL de ácido nítrico P.A. 65 %; Pesar em balança analítica ou semi-analítica, 7,9 g de óxido de Zinco 99% em papel acetinado e transferir (na capela) para o béquer de 100 mL con- tendo os ácidos. Agitar até completa dissolução do óxido; Adicionar 2 gotas de peróxido de Hidrogênio 30 % e avolumar para 25 mL com água destilada; Em um béquer de 250 mL, adicionar 100 mL de água destilada, uma ponta de espátula de Nitrato ou Nitrito de Sódio e aquecer em bico de Bunsen, quando a água estiver morna, adicionar a solução preparada no béquer de 100 mL e avolumar para 250 mL (ou 200 mL). Figura 36: Preparo do banho de fosfato Fonte: Acervo pessoal, 2019 56 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 8.3.1. PREPARO DO REFINADOR: Dissolver 1,0 g de Dióxido de Titânio em um béquer de 250 mL em ácido sulfúrico P.A 98 % (utilizar quantidade suficiente para dissolução); Com cuidado e na capela, adicionar água destilada não ultrapassando os 150 mL do béquer, neutralizar a solução com solução de Hidróxido de Sódio 50% até pH aproximadamente 7; Avolumar para 200 mL. 8.3.2. BANHO DA PEÇA: Faça o pré tratamento da peça (decapagem e limpeza da superfície); Imerja a peça de aço ou ferro na solução refinadora por 10 segundos; Aquecer o banho até fervura e adicionar com auxílio de uma pinça, as peças de Ferro e aço Carbono; Banhar por no mínimo 5 minutos. Figura 37: Fosfatização Fonte: Acervo pessoal, 2019 Figura 38: Peças fosfatizadas Fonte: Acervo pessoal, 2019 8.4. QUESTÕES DE VERIFICAÇÃO 1) Escreva as reações químicas para o fosfato de ferro e de Manganês. 2) Por qual motivo o banho deve ser aquecido? 3) O banho de fosfato tem que finalidade? 4) Pesquise sobre métodos de análise dos banhos de fosfato. Armazene o banho preparado para analisa-lo na próxima aula. 57 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE PRÁTICA 9: OXIDAÇÃO NEGRA Conhecemos através da passivação que é possível proteger um substrato contra a corrosão através de uma oxidação controlada, no qual o Zinco atinge a camada passiva em contato com uma solução ácida fraca. O Ferro não possui as mesmas características de passivação que o Zinco, como vemos a seguir no diagrama de Pourbaix para o Ferro (figura 38). Figura 39: Diagrama de Pourbaix para o Ferro Fonte: Chemestry libretexts, 2019 Certamente parece ruim para o Fe: instável na água, independentemen- te do pH ou potencial. Com tempo suficiente, tudo se transformará em ferrugem. Mas o ferro (e outros metais ativos) pode corroer ou pode ser estabilizado contra a corrosão, dependendo das condições. Como nossa civilização depende do uso de metais ativos, como Fe, Al, Zn, Ti, Cr ... para praticamente tudo, é importante entender isso, e podemos fazê-lo con- sultando o diagrama de Pourbaix. A corrosão do ferro (e outros metais ativos como Al) é realmente rápida em partes do diagrama de Pourbaix, onde o elemento é oxidado para um produto iônico solúvel como Fe3+(aq) ou Al3+(aq). No entanto, sólidos como o Fe2O3, e especialmente o Al2O3, formam um revestimento protetor no metal que impede muito a reação de corrosão. Esse fenômeno é cha- mado de passivação. Desenhe uma linha vertical através do diagrama de Pourbaix do ferro no pH da água da torneira (cerca de 6) e você descobrirá algo interessante: a pH ligeiramente ácido, o ferro é bastante instável em relação à corrosão pela reação: Fe(S)+ 2H+ → Fe2+(aq) + H2 Mas apenas em água que contém relativamente pouco oxigénio, isto é, em soluções em que o potencial é perto da H2 linha. A saturação da água com ar ou oxigênio aproxima o sistema da linha de O2, onde a espécie mais estável é o Fe 2 O 3 e a reação de corrosão é: 4Fe(S)+ 3O2 → 2Fe2O3(S) 58 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Dentro do banho de oxidação negra, o intuito é controlar a oxidação para que esta chegue a atingir a camada passiva do Ferro correspondente à magnetita no diagrama de Pourbaix, com a passivação do Ferro em so- lução alcalina forte. A camada de magnetita tem uma coloração negra e dependendo do pré-tratamento do substrato este pode adquirir certo brilho, assim promovendo um bom aspecto mercadológico ao substrato. Figura 40: Sequência operacional: Oxidação negra Fonte: Acervo pessoal, 2019 Para que a oxidação seja controlada utiliza-se um oxidante moderado como o Nitrato de sódio, para que o Ferro atinja a camada passiva é ne- cessário uma forte solução alcalina e aquecimento para que o potencial atinja a camada da magnetita. Fe + 2NaNO3 → Fe(NO3)2 + 2Na 2NaOH + Fe(NO3)2 → Fe(OH)2 + 2NaNO3 3Fe(OH)2 → Fe3O4 + H2 + 2H2O Oxidantes muito fortes como o permanganato de Potássio, oxidam o substrato até sua forma mais oxidada, no caso do Ferro é a hematita, que não é interessante já que o intuito da passivação é impedir que o Ferro chegue a este estado de oxidação. DESENGRAXE ALCALINO LAVAGEM DECAPAGEM ÁCIDA LAVAGEM ATIVAÇÃO ALCALINA LAVAGEM OXIDAÇÃO NEGRA NEUTRALIZADOR 59 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE 9.1. OBJETIVOS �Conhecer o processo de Oxidação negra; �Conhecer métodos de preparo do banho de Oxidação negra; 9.2. MATERIAIS E REGENTES �Capela e balança analítica; �Bico de Bunsen, tripé e tela de amianto; �Béqueres e Erlenmeyers; �Água destilada; �Hidróxido de Sódio P.A.; �Peças de Ferro e aço carbono; �Bastão de vidro, espátula e pinça; �Nitrato de Sódio P.A.; �Permanganato de Potássio. 9.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Em um béquer de 250 mL, adicionar 160 g de Hidróxido de Sódio P.A, 20 g de Nitrato de Sódio P.A. e carca de 100 mL de água destilada; Figura 41: Preparo do banho de oxidação negra Fonte: Acervo pessoal, 2019 Agitar e adicionar água destilada até 200 mL, tome cuidado com o aque- cimento do béquer por conta da dissolução; Aquecer o banho até fervura; Adicionar com cuidado as peças de Ferro ou aço Carbono; 60 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE Figura 42: Peças oxidando Fonte: Acervo pessoal, 2019 Após a deposição, adicionar uma ponta de espátula de permanganato de Potássio ao banho e imergir novamente as peças. Figura 43: Peças oxidadas Fonte: Acervo pessoal, 2019 9.4. QUESTÕES DE VERIFICAÇÃO 1) Após a adição do permanganato de Potássio o que ocorreu com a peça? Por qual motivo? 2) Escreva a reação da formação de hematita. 3) Pesquise sobre a utilização do banho de oxidação negra. 61 P R Á T IC A S D E I N IB ID O R E S D E C O R R O S à O E T R A TA M E N T O D E S U P E R F ÍC IE PRÁTICA 10: PROTEÇÃO POLIMÉRICA. FILME ORGÂNICO 2 TINTAS A BASE DE ÁGUA X TINTAS A BASE DE SOLVENTE Não é de hoje que a tecnologia vai avançando e trazendo modificações ao mercado. E assim também é no mundo da pintura, onde novas tintas vêm surgindo para atender as mais diversas exigências do consumidor e para variadas aplicações. O mais recente destaque
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