Eletrodeposição de metais

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Eletrodeposição de metais
Um dos principais métodos de proteção à corrosão de metais é a utilização de 
revestimentos protetores. Estes se constituem em películas interpostas entre o metal e o 
meio corrosivo, ampliando a resistência à corrosão do material metálico. Dentre estes 
revestimentos, os metálicos são de uma grande importância industrial. Esta película 
pode proteger o material galvanicamente, como é o caso das películas metálicas mais 
anódicas que o metal base, por exemplo, zinco depositado sobre ferro, ou protegê-lo por 
barreira, impedindo a interação entre o metal e o meio corrosivo. Nas indústrias do setor 
metal-mecânico, vem crescendo o interesse no desenvolvimento de novos revestimentos 
metálicos que apresentem boas propriedades mecânicas e físicas, como: alta dureza, 
resistência ao impacto, ductibilidade e resistência à corrosão. 
Adicionalmente, o desenvolvimento de revestimentos metálicos mais resistentes 
à corrosão e ao desgaste mecânico, bem como a substituição de processos poluentes por 
processos menos agressivos ao meio ambiente, tem originado inúmeros estudos na área 
de eletrodeposição de metais e ligas. A eletrodeposição constitui-se em um dos métodos 
mais utilizados para a obtenção de revestimentos metálicos, pois permite o controle de 
parâmetros importantes dos depósitos, como: composição química, composição de 
fases, microestrutura e espessura da camada 1-5. 
Um dos materiais de maior aplicação no setor metal-mecânico é a camada de 
cromo. Entretanto, estes revestimentos apresentam sérias limitações de uso quando 
expostos a elevadas temperaturas, pois nestas situações podem desenvolver sérios 
defeitos estruturais, como elevada porosidade e micro-fissuras, comprometendo 
seriamente suas propriedades mecânicas6. Adicionalmente, deve-se levar em 
Régis L. Melo INTRODUÇÃO 
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consideração o aspecto ambiental, uma vez que estes tipos de revestimentos são obtidos 
a partir de banhos contendo íons Cr6+, conhecidos pelas suas elevadas toxidades em 
ambientes aquáticos, além de serem agentes mutagênicos e carcinogênicos 7. Assim, 
buscam-se hoje alternativas ao uso dessas camadas de cromo obtidas por 
eletrodeposição. 
Adicionalmente, sérios prejuízos sócio-ambientais são causados pelo descarte 
dos resíduos resultantes dos processos industriais de obtenção destas camadas. Como as 
legislações ambientais a nível mundial estão cada vez mais rigorosas em relação à 
utilização do cromo, as indústrias estão procurando substituí-lo por materiais 
alternativos, como por exemplo, materiais cerâmicos, poliméricos e ligas metálicas. 
Assim, são crescentes as investigações de camadas metálicas com boa 
resistência à corrosão, que gere rejeitos industriais ecologicamente mais aceitáveis e que 
sejam alternativas às camadas de cromo. BROOMAN8, 9 apresenta uma revisão de 
camadas alternativas ao cromo e ambientalmente mais aceitáveis. Dentre as possíveis 
alternativas citadas por este autor, destacam-se os revestimentos contendo Mo ou W, 
que pertencem ao mesmo grupo do cromo na tabela periódica, esperando-se, assim, 
produzir revestimentos com propriedades químicas semelhantes as deste e com a 
vantagem de serem atóxicos. Entretanto, estes metais não são depositados sozinhos em 
meio aquoso, mas na presença de elementos do grupo do Fe (Fe, Co e Ni), sendo esta 
eletrodeposição classificada por BRENNER10 como induzida. 
Por outro lado, o níquel já é bastante conhecido e utilizado na indústria metal
mecânica, principalmente na melhoria de resistência mecânica a altas temperaturas, 
resistência à corrosão e outras propriedades, para uma ampla faixa de ligas ferrosas e 
não-ferrosas. Assim, o Ni é um potencial candidato a ser codepositado com o Mo ou W 
para produzir camadas com: elevada dureza, boa resistência mecânica, boa ductilidade e 
elevada resistência à corrosão 11-13. 
Régis L. Melo INTRODUÇÃO 
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Dentre as várias alternativas em desenvolvimento, vêm se estudando nos últimos 
anos as ligas metálicas amorfas14, 15, também denominadas ligas vítreas ou não 
cristalinas, como sendo os materiais mais promissores para esta finalidade. Estes 
materiais apresentam como característica marcante, uma ordenação atômica de curto 
alcance, podendo exibir excelentes propriedades mecânicas, magnéticas, elétricas e de 
resistência à corrosão16. Estas ligas podem ser obtidas por meio de diferentes técnicas 
(deposição por resfriamento rápido de vapor metálico, resfriamento rápido do material 
fundido e deposição química, autocatalítica ou “electroless”), sendo a eletrodeposição a 
mais comumente utilizada. 
Dentre os vários sistemas de ligas conhecidas têm se atenuado nos últimos anos 
a eletrodeposição de ligas ternárias através da adição de elementos do grupo VI B da 
tabela periódica em camadas de Ni-P 17, 18. 
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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 deteriorização das peças devido à oxidação, corrosão, ataque de bactérias e outras agressões.
Uma unidade de separação eletrolítica consiste de um grande tanque conhecido como câmara de reação. Esta câmara abriga pelo menos um conjunto de cátodos, que são eletrodos carregados negativamente, e ânodos, que são eletrodos carregados positivamente. Quando a unidade é ligada, a corrente contínua (CC) gerada flui a partir do cátodo para o ânodo através da solução líquida utilizada. O fluxo de eletricidade faz com que os metais na solução e a placa sobre o cátodo seja semelhante a um processo como a galvanoplastia.
O processo de eletrólise é um método utilizado neste processo para obtenção de reações de oxidorredução, nas soluções eletrolíticas, este processo se baseia na passagem de corrente elétrica através de uma solução, que contenha íons, gerando desta forma reações químicas desejadas. Como resultado, o metal que cedeu partículas carregadas, muitas vezes são vendidos como sucata. Algumas empresas utilizam essa técnica de recuperação como uma maneira de criar uma renda extra com a venda do resíduo.
A eficiência do processo de eletrodeposição depende da concentração de metal existente na solução. Torna-se progressivamente menos eficiente quando há mais metal, ou seja, maior quantidade de remoção. A área de superfície do cátodo também afeta a eficiência da operação. Quanto maior for a área da superfície, maior será a eficiência, razão pela qual as unidades de eletrodeposição foram concebidas, pois utilizam grandes placas retangulares ou grelhas de malha como cátodos.
A última variável que afeta a eficiência é o tipo de metal que está sendo recuperado. Os metais mais comumente recuperados por eletrodeposição incluem o cobre, prata e ouro. O cádmio, níquel, zinco também podem ser recuperados utilizando este processo. O níquel é menos comum, porque a solução deve ser cuidadosamente controlada, não podendo haver grandes variações de pH ao longo do processo, para que a operação seja eficaz.
Embora ele seja um processo útil, ele tem alguns inconvenientes. Torna-se muito ineficiente se a solução possui menos de 1.000 mg de íons de metal por litro. Além disso, não pode ser utilizado em soluções que contenham íons de cloro, tais como ácido clorídrico, porque a eletrólise de íons de cloro pode resultar em gás de cloro, que é extremamente perigoso.
1. Finalidades e Aplicações 
 
 A eletrodeposição de metais é geralmente uma forma ideal de se produzir uma fina camada de revestimento a qual possui algumas propriedades superiores a do substrato. Através da eletrodeposição, é possível, por exemplo, aplicar um substrato mais barato e mais forte do que o que seria utilizado e ainda conseguir uma boa resistência à corrosão através da aplicação de um revestimentoadequado. 
 Eletrodeposição de níquel é um caso típico dos metais o qual pode ser incluído na categoria acima. Ele é geralmente aplicado para fins decorativos e de proteção, para baratear prensas leves de aços e para fabricar componentes de ligas de zinco ou de alumínio para “die-cast”. Die-casting é uma forma econômica para produção em massa de miniaturas, mas as ligas utilizadas não são adequadas para ficarem em meios com atmosfera corrosiva se não tiverem uma forma de proteção por revestimento. Cerca de 90% do níquel consumido em 1990 no processo de eletrodeposição, era utilizado na forma fina, para resistência a corrosão e, em alguns casos, revestimentos decorativos ou para fortificar substratos. 
 Frequentemente um revestimento fino de níquel, o qual o peso e o custo são relativamente baixos, deve ser usado para reparar componentes de alto custo que, caso não forem recuperados, devem ser descartados. Muitos componentes da engenharia que possuem alto custo de usinagem e tratamento térmico e que foram danificados (desgastadas ou muito usinados) podem ser recuperados com a deposição de finas camadas de níquel, restaurando suas características e dimensões originais. Obviamente, a economia obtida ao utilizar esse procedimento é de grande importância ao se comparar com o preço de fabricação de um material novo. 
 Os benefícios conferidos pelo revestimento espesso ou “pesado” de níquel não são vantajosos apenas para a proteção à corrosão, mas também para melhorar a resistência à abrasão obtida através de certos tipos de eletrodeposição de níquel. 
 A eletroformação, ou galvanoplastia, é a fabricação de componentes inteiramente por eletrodeposição. O níquel é um metal muito utilizado para esse propósito já que ele pode ser depositado em moldes dúcteis e de baixas tensões, os quais possuem moderada dureza e para moldes que possuem elevada dureza, tanto em temperatura ambiente quanto em elevadas temperaturas. Entre as diversas aplicações da galvanoplastia estão: a decoração, a proteção contra a corrosão, o aumento da durabilidade e a melhoria das propriedades superficiais como resistência, espessura, condutividade, etc; que se destacam na indústria automotiva, construção civil, informática, telefônica, bijuterias, utensílios domésticos, moveleira e na recuperação de objetos decorativos.
O conceito eletrodeposição é usado para definir o recobrimento de peças com um metal condutor ou outra substância sendo resultado de uma emigração de partículas carregadas eletricamente a uma solução aquosa iônica com o auxílio de corrente elétrica a fim de impedir a deteriorização de peças devido à oxidação, corrosão ou ataque de bactérias. As partículas podem ser íons, moléculas grandes (proteínas), coloides ou macromoléculas (goma ou látex). Na eletrodeposição de metais, utiliza-se uma célula eletrolítica contendo uma solução eletrolítica. Esta solução contém sais iônicos do metal a ser depositado. Usualmente denomina-se esta solução como banho. O banho é dividido em dois grupos: - Banhos orgânicos, que incluem as pinturas, esmaltes, vernizes e lacas; - Banhos inorgânicos, que são os mais utilizados em eletrodeposição. Outro nome comum na área de tratamento de superfícies metálicas é o termo galvanização. Este nome é derivado do cientista italiano Luigi Galvani (1757-1798). A galvanização, porém, é a aplicação de uma camada protetora de zinco a um metal, principalmente o ferro para inibir a corrosão. A proteção depende essencialmente da camada depositada. Quanto maior a camada, maior a proteção verificada. A camada de zinco é aplicada por dois procedimentos: - a fogo, passando a peça através de zinco fundido; - por eletrodeposição de zinco, no qual se tem uma superfície mais lisa e brilhante, porém com menor camada que pelo procedimento a fogo.