Materiais de Construção Alumínio

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1 Materiais de Construção José Carlos G. Mocito Como o alumínio é produzido Hydro no Brasil/Sobre oaluminio/como aluminio e produzido/ 1

2 Elemento químico metálico de símbolo Al, com número atómico 13, massa atómica relativa e temperatura de fusão de 658ºC. Sendo o terceiro elemento e o primeiro metal mais abundante na crosta terrestre e constituindo cerca de 8.1% da sua massa, as suas principais características são: Baixo peso aliado a elevada resistência mecânica (em liga); Elevada resistência à corrosão atmosférica e química; Boa condução térmica e eléctrica não sendo magnético; Capacidade de reflectir luz e ondas de calor; Fácil fabricação e soldadura; Protecção não tóxica face a humidade e vapor, apesar de se oxidar facilmente; Baixa resistência à rotura o que permite um fácil manuseamento; Reciclável; Amplo leque de acabamentos possíveis. 2

3 Liga de A liga EN AW 6063 T5 (Al Mg Si) é é composta pelos seguintes elementos, nas percentagens indicadas: : 98,7% a 99,7% Silício: 0,37% a 0,43% Ferro: 0,16% a 0,22% Cobre: 0,02% Manganês: 0,01% Magnésio: 0,45% a 0,51% Crómio: 0,01% Níquel: 0,02% Zinco: 0,01% Titânio: 0,005% a 0,024% Vanádio: 0,01% Boro: 0,01% Gálio: 0,02% Outros elementos em quantidade individual inferior a 0,01% 0,10% Processo de fabrico Na natureza o alumínio nunca é encontrado no seu estado metálico, mas como parte de vários minerais onde normalmente está combinado com silício e oxigénio. Bauxite é a único minério do qual o alumínio pode ser extraído de uma forma economicamente viável. Depois de extraído o minério (Bauxite), um processo químico é usado para extrair óxido de alumínio (Alumina) é um processo electrolítico que transforma a alumina em alumínio. São necessárias cerca de 4 ou 5 toneladas de bauxite para produzir 2 toneladas de alumina que irão resultar numa única tonelada de alumínio. 3

4 Processo de fabrico Processo de fabrico Processo químico (Bauxite>Alumina) O primeiro passo neste processo consiste em misturar bauxite triturada numa solução de soda cáustica quente. Isto permite que o hidrato de alumina se dissolva do minério. Depois da escória ser removida através de decantação e filtragem, a solução cáustica é transferida para grandes tanques onde o hidrato de alumina cristaliza. Este hidrato é depois seco e submetido a elevadas temperaturas é transformado num pó branco e fino conhecido como alumina. Processo electrolítico (Alumina>) A equação deste processo é 2Al 2 O 3 + 2C = 4Al + 3CO 2 4

5 Processo de fabrico O alumínio é então, ainda no estado liquido, despejado em "lingoteiras" para solidificar na forma de lingotes/biletes. Estes serão depois, através do processo de extrusão transformados em perfis. Para produzir uma tonelada de alumínio é necessário: 5 000Kg de bauxite (que dão 1 900Kg de alumina) 450Kg de carbono (eléctrodos) 32Kg de criólite KWh em corrente contínua Processo de fabrico Extrusão Em linha gerais podemos dizer que a extrusão consiste em aquecer o bilete num forno a óleo até à temperatura da zona de plasticidade (entre 420 o C e 500 o C) e depois comprimí lo de encontro a uma ferramenta designada de matriz (que funciona como negativo do perfil que se pretende obter), seguido de uma têmpera superficial (por intermédio de ventiladores) e consequentes tratamentos térmico mecânicos (estriçamento por meio de tensores provocando alongamentos de 1 a 2% e estabilização com cozimento da liga em forno a óleo: +/ 230 o C durante 5 horas). 5

6 Processo de fabrico Extrusão Ferramenta Designada por matriz, é composta por duas partes: a matriz propriamente dita e a contra matriz. A prensa, pneumática/hidráulica, atinge pressões de 200 a 300Kg/cm 2, permite uma velocidade de extrusão de 10 a 40 metros/minuto. Controle de Qualidade É efectuado nos seguintes aspectos: Dureza: pinça Webester Controlo dimensional: por craveira, por cotas toleranciadas (padrão passa não passa) Ensaios de liga Verificação da linearidade mesa de planeza Verificação do controlo de perfis (geometria): controlador óptico Aparecimento de grafite (temp. de extrusão elevada) Oxidação da Matriz 6

7 Anodização a) Dégrassage Tem por finalidade remover impurezas, gorduras, etc. É utilizado um solvente em banho ou fase vapor. Este banho é constituido por produtos básicos que saponificam os corpos e realizam uma dispersão no banho. b) Decapagem Existem banhos de decapagem ácida ou alcalina. Os banhos de decapagem alcalina dão, nas ligas à base de cobre, um tom negro, que desaparece por neutralização em solução de ácido nítrico. Tem como função avivar as superfícies. Anodização c) Acetinagem É o banho que dá aos perfis um aspecto mate, por modificação do estado da superfície. Não é aplicado aos perfis polidos ou peças de fundição. Pode ser obtido através de tratamentos mecânicos ou químicos. d) Neutralização Por imersão em solução de hidrogenocarbonato de amónio ou carbonato de potássio e tratamento com ácido nítrico que tem por função neutralizar a acção da soda cáustica, esbranquear e tornar as superfícies mais receptivas à côr. 7

8 Anodização e) Anodização Consiste num banho de água acidulada que tem por função criar uma camada de óxido de alumínio (alumina) que se vai depositar nas superfícies dos perfis por intermédio de uma electrólise. Os principais parâmetros a considerar são: Duração da operação Temperatura do banho Intensidade da corrente Concentração do electrólito Anodização f) Coloração A coloração pode ser obtida através de: Corantes orgânicos através de um processo de imersão Corantes minerais: processo electrólitico Os poros são utilizados para reter o corante. O alumínio é mergulhado num banho de côr e as moléculas de corante vêm depositar se no interior dos poros. g) Pré colmatagem Consiste num banho com acetato de níquel ou cobalto a 5 ou 10%, e cujo efeito dos sais é a deposição rápida dos óxidos que fixam o corante e minimizam qualquer possível descoloração durante a colmatagem propriamente dita. 8

9 Anodização h) Colmatagem É realizada em água fervente, destilada ou desionizada. Tem por finalidade a eliminação dos poros da camada anódica e como resultado uma maior resistência dos revestimentos à corrosão. Consiste fundamentalmente na hidratação da alumina, ou seja enquanto a alumina anidra na oxidação anódica é transformada em alumina mono hidratada, produzindo se, assim, uma camada praticamente isenta de poros e contínua. Anodização Este tratamento pode apresentar várias espessuras (5 a 25 micrometros), aplicáveis conforme as condições atmosféricas a que vai ser submetido, e também várias cores. Por fim, os aspectos finais poderão ser 3: Despolido: aspecto raiado obtido através da passagem de uma escova de aço sobre a superfície a anodizar; Polido: aspecto brilhante e espelhado obtido através de um escovamento macio aplicado ao material; Acetinado: aspecto acetinado mate obtido através de uma operação química por emulsão. 9

10 O tratamento de superfície conhecido como termolacagem, é um processo de protecção superficial para alumínio. Consiste em depositar sobre o material previamente tratado, resina de poliester pulverizada, a qual se fixa na superfície por forças de atracção electroestática, pois tanto o alumínio como o pó, estão carregados electricamente, mas com cargas de sinais contrários. Posteriormente, o material com o pó depositado é levado para um forno onde, a temperatura variando entre os 180 o Ce240 o C, a resina é polimerizada. A camada protectora assim obtida, tem uma espessura média de 70 microns e apresenta como diferença principal em relação ao processo clássico da anodização, o facto de este ser o resultado de alteração superficial do metal e portanto, sua parte integrante, enquanto na termolacagem a protecção resulta da adição de um material estranho, o qual se deposita por cima do metal. 10

11 a) Montagem Os perfis, chapas ou estruturas em alumínio, são colocados em suportes adequados, a fim de poderem receber os diversos tratamentos posteriores. Na fase de colocação, é necessário ter atenção ao posicionamento dos elementos, de modo a que as faces visíveis possam receber a pintura nas melhores condições possíveis e simultaneamente evitar se a formação de depósitos de água durante o pré tratamento. Ainda se observa se existem defeitos na superfície do alumínio a pintar, os quais se eliminam imediatamente, por meios mecânicos (lixadora portátil). b) Pré tratamento Antes de se proceder à pintura do alumínio, é imprescindível preparar a sua superfície, para que a protecção anti corrosiva e a aderência da tinta sejam perfeitas. Para que isso aconteça, é necessário proceder se a um processo químico que compreende as seguintes fases: Lavagem: com água corrente Decapagem: através de uma solução de produtos fortemente alcalinos que uniformizam a superfície, eliminando o óxido natural do alumínio. Lavagem: com água corrente 11

12 Cromatização: Consiste no tratamento do metal numa solução aquosa que contem iões hexavalentes de crómio. Nesta fase, a mais importante do pré tratamento, consegue se proteger a superfície do alumínio contra a corrosão e prepará lo para uma boa aderência da tinta. Lavagem: com água corrente Lavagem: com água desionizada, para eliminar as impurezas das águas da rede. Secagem: em estufa de ar quente. c) Pintura No túnel de pintura, projecta se a tinta de poliester com a côr desejada, na superfície do alumínio, mediante pistolas electroestáticas. Por diferença de carga eléctrica, a tinta recobre a superfície que se pretente pintar, com camadas uniformes de 60 a 80 microns de espessura e numa única aplicaçao. d) Polimerização Depois da tinta aplicada, e durante 10 minutos, o alumínio passa para um forno onde a uma temperatura da ordem dos 220 o C se procede à polimerização da tinta. 12

13 e) Controlo Concluído o processo, realizam se. por amostragem, os seguintes controlos: Raiado Embutido ERICHSEN Impacto Dobragem Corte e mecanização Medição de espessura Outros tipos de resina Além das tintas à base de resina de polyester, outros tipos de resinas podem ser utilizados, tais como resinas Epoxy para interiores e Poliuretano para exteriores. Contudo, as resinas Epóxy, uma vez polimerizadas e em contacto com as radiações ultravioletas da luz solar, degradam se rapidamente, o que faz perder 2 a 4 microns de espessura anualmente, bem como vão perdendo gradualmente o brilho, tornando se mates, pelo que devem ser aplicadas apenas em interiores. 13

14 As resinas de Poliuterano, são resistentes à luz solar e à intempérie, mas a sua polimerização, produz vapores tóxicos, perca de espessura e de aderência de camada, o que torna o processo de fabrico complexo. Do que atrás foi exposto, conclui se que as resinas de poliester são as mais aconselhadas para utilização em alumínio. Controle de qualidade Duma maneira geral, o termolacado quando comparado com o anodizado comporta se melhor em relação aos agentes químicos, fundamentalmente devido à maior espessura da camada protectora, mas em contrapartida comporta se pior em relação aos agentes físicos (neste aspecto a anodização tem um comportamento excepcional) pois perde o brilho quando riscado embora não perca a camada de tinta. Como propriedades principais (que deverão ser garantidas pelo fabricante por um período de 5 anos) o termolacado apresenta: Resistência à luz Resistência à intempérie Grande resistência ao cimento e ao gesso Resistência mecânica (os perfis podem ser transformados sem que com isso se destrua a camada protectora. 14

15 Conservação do alumínio A conservação do alumínio é função do meio ambiente em que o material está inserido. assim, quanto mais agressivo for o meio ambiente maior deverá ser a periodicidade de conservação do mesmo. Esta deverá ser feita com água corrente. Não significa, no entanto, que não haja produtos no mercado para limpeza do alumínio, comercializados por casas da especialidade. A limpeza com gasolina, acetonas ou dissolventes é desaconselhada, pois produz imediata perca do brilho da camadas. Contacto com outros materiais a) Contacto com metais Quando dois metais estão em contacto dentro de um meio húmido e condutor, produz se uma corrente eléctrica, que ataca o metal mais electronegativo. O alumínio é electronegativo em relação à maioria dos metais, excepção feita ao magnésio, ao zinco e ao crómio. Aço O aço não protegido, oxida se mesmo em atmosfera normal, e os derrames de ferrugem atacam o alumínio. Em atmosfera corrosiva, tal como a água do mar, que é um electrólito, ou em atmosfera industrial, os ataques produzemse no ponto de contacto, se o aço não foi previamente tratado: zincagem, cadmiagem, pintura com pigmentos de zinco, etc. Os parafusos de aço, devem ser galvanizados ou cadmiados mas, é preferível utilizar parafusos de aço inoxidável. 15

16 Contacto com outros materiais Aço inoxidável Os contactos entre o alumínio e os aços inoxidáveis não magnéticos, não produzem nenhum ataque, e dão inteira satisfação. Cobre O contacto do cobre, e das suas ligas (latão, bronze, bronze de alumínio) é muito corrosivo para o alumínio, e deve ser completamente abolido. Chumbo É muito desaconselhável utilizar pintura a óxido de chumbo, assim como contactos entre o chumbo e o alumínio. Contacto com outros materiais b) Contactos com cimento e gesso O pó de gesso e de cimento em presença de humidade, ou as projecções de gesso ou cimento, provocam ataques superficiais do metal, que deixa traços brancos após limpeza, mesmo sobre alumínio anodizado. As manchas não têm influência na resistência da estrutura, mas são inestéticas. No caso de se pretender selar o alumínio no cimento, ou no gesso, é conveniente protegê lo com papel, plástico ou verniz. c) Contacto com a madeira As madeiras de carpinteiro secas, não têm qualquer acção sobre o alumínio. No entanto, o carvalho e o castanheiro, produzem uma reacção ácida, em presença da humidade. É pois útil pintá las ou lacá las, antes de as meter em contacto com o alumínio 16