Estruturas Metálicas. Módulo IV. Tratamento de Superfície/Proteção

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1 Estruturas Metálicas Módulo IV Tratamento de Superfície/Proteção

2 Tratamento de Superfície/Proteção Anticorrosiva A corrosão consiste na deterioração dos materiais pela ação química ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não associado a esforços mecânicos. Comumente chamada de ferrugem, quando encontrada nos metais como ferro e aço, a corrosão afeta não apenas o aspecto estético do material, como também sua resistência mecânica e vida útil. Ao se considerar o emprego de materiais na construção de equipamentos ou instalações é necessário que estes resistam à ação do meio corrosivo, além de apresentar propriedades mecânicas suficientes e características de fabricação adequadas. Na grande maioria dos casos, a adoção de processo preventivo anticorrosão no inicio da utilização dos materiais, proporcionará um significativo aumento da vida útil da estrutura, além da economia de custos devido ao menor número de manutenções necessárias. As formas segundo as quais a corrosão pode manifestar-se são definidas principalmente pela aparência da superfície corroída, sendo as principais: - Corrosão uniforme: quando a corrosão se processa de modo aproximadamente uniforme em toda a superfície atacada. Esta forma é comum em metais que não formam películas protetoras, como é o caso do aço e do ferro; - Corrosão por placas: quando os produtos de corrosão se formam em placas que se desprendem progressivamente. É comum em metais que formam película inicialmente protetora, mas que, ao se tornarem espessas, fraturam e perde aderência, expondo o metal a novo ataque; - Corrosão alveolar: quando o desgaste provocado pela corrosão se dá sob forma localizada, com o aspecto de crateras. É freqüente em metais formadores de películas semi-protetoras ou quando se tem corrosão sob depósito; - Corrosão por pontos (puntiforme): quando o desgaste se dá de forma muito localizada e de alta intensidade, geralmente com profundidade maior que o diâmetro e bordos angulosos. A corrosão por pontos é freqüente em metais formadores de películas protetoras, em geral passivas que, sob a ação de certos agentes agressivos, são destruídas em pontos localizados, os quais se tornam ativos, possibilitando corrosão muito intensa; - Corrosão inter-granular ou inter-cristalina: quando o ataque se manifesta no contorno dos grãos, como no caso dos aços inoxidáveis austeníticos sintetizados, expostos a meios corrosivos; - Corrosão trans-granular ou trans-cristalina: quando o fenômeno se manifesta sob a forma de trincas que se propagam pelo interior dos grãos do material, como no caso da corrosão sob tensão de aços inoxidáveis austeníticos. 1

3 Formas de Corrosão em desenho esquemático O tratamento de superfície requer cuidados e exigências antes de aplicar a proteção anti corrosiva Condições da superfície Decapagem A decapagem visa eliminar as camadas de óxidos presentes na superfície das peças, de modo a que a posterior deposição de material constitua uma camada perfeitamente aderente e homogênea. Pode efetuar por via mecânica (por jacto de areia ou de granalha), por via química e por via eletroquímica (catódica anódica e por corrente alterna) Dependendo da localização, do tipo de superfície a preparar e do tipo de contaminantes (óxidos, sujidade, poeiras, sais, tinta lascada, óleos e gorduras), utilizam-se diferentes técnicas de preparação da superfície, tais como: a) Decapagem mecânica e química; b) Lixagem; c) Desengorduramento (com detergentes, solventes e limpeza a vapor). 2

4 a) Decapagem mecânica A decapagem mecânica com abrasivo é o método mais comum de preparar a superfície metálica, removendo parte dos contaminantes presentes (calamina, óxidos e resíduos de tinta) e permitindo à superfície adquirir alguma rugosidade de modo a melhorar a aderência da tinta. Essa decapagem é efetuada manualmente pelos trabalhadores, geralmente a céu aberto, ou em cabines de decapagem com recuperação de granalha, quando as dimensões das peças o permitem. A granalha é projetada em média a uma velocidade de 130 m/s e a uma pressão de 7 bar. Apesar dos problemas ambientais e de saúde provocada pela utilização de areia nas decapagens (poeiras contendo sílica), o seu consumo ainda não foi totalmente banido. No entanto, tem-se verificado uma maior sensibilização dos industriais para esse fato, verificando-se a gradual substituição da areia por granalha de um subproduto da indústria do cobre (escória de cobre) e por granalha de aço. Esquema representativo duma operação de decapagem mecânica com indicação das principais entradas e saídas de materiais Decapagem química A decapagem por ação química é, usualmente, utilizada nos aços e no cobre, recorrendo-se ao ácido sulfúrico, ao ácido clorídrico ou ao ácido nítrico. A decapagem do alumínio é realizada em meio alcalino com soda cáustica. 3

5 Esquema representativo de uma operação de decapagem química com indicação das principais entradas e saídas de materiais. Lixagem A lixagem tal como a decapagem mecânica é uma operação integrada no início do processo, quando da preparação da peça ou da superfície para a pintura. Os métodos utilizados são mecânicos, podendo ser efetuados com lixas ou com escovas. A lixagem tem como objetivo desbastar a peça ou a superfície, retirando-lhe as contaminações ou conferir-lhe um aspecto ou rugosidade determinada. No caso da reparação de estruturas metálicas a lixagem é uma técnica complementar ou alternativa à decapagem com granalha, uma vez que a estrutura já de encontra montada. É geralmente utilizada na preparação de superfícies de acesso difícil à decapagem com granalha ou em pequenas áreas a preparar. A preparação manual pode ser também utilizada em substituição da decapagem com granalha, acarretando, no entanto, a necessidade de mais mão-de-obra e mais tempo para a sua execução. Apesar destas desvantagens, a lixagem pode ser mais eficiente na remoção de óxidos e de tintas cuja composição contenha metais pesados. 4

6 Esquema representativo da operação de lixagem com identificação das principais entradas e saídas de materiais As ferramentas manuais mais freqüentemente utilizadas na preparação de superfícies metálicas são: escovas de aço, martelos lascantes, martelos de agulhas, raspadeiras, e outras ferramentas de impacto. Estas ferramentas são geralmente pneumáticas e não elétricas, não existindo o problema de sobreaquecimento, nem o risco de ocorrerem choques elétricos. Desengorduramento de peças ou superfícies Esta operação tem como objetivo retirar toda a gordura ou óleo existente na peça. Pode ser levada a cabo com métodos químicos ou eletroquímicos, utilizando solventes orgânicos (clorados ou não), em fase líquida ou em fase vapor, ou soluções aquosas contendo sais alcalinos, produtos molhantes e aditivos. Os sistemas orgânicos podem trabalhar em circuito fechado com recuperação de solvente. Nos sistemas de desengorduramento em fase aquosa, são geradas grandes quantidades de resíduos líquidos carregados de contaminantes minerais e orgânicos susceptíveis de reutilização parcial, após tratamento para separação dos constituintes indesejáveis. O desengorduramento precede obrigatoriamente a decapagem ácida ou alcalina. Após uma limpeza inicial necessária para remover óleos e graxas (desengraxamento), as peças podem ser decapadas em ácido clorídrico ou sulfúrico. Os inibidores podem ser adicionados ao ácido, de maneira que se removam somente a ferrugem e as escamas (ou carepas) de óxidos e o metal-base seja pouco atacado. Compostos inorgânicos como cloretos, sulfatos, óxidos, fluxo de solda não são removidos com solventes orgânicos. Tal como muitos solventes e agentes de limpeza alcalinos não podem ser utilizados na limpeza de bronze, alumínio e aço galvanizado, os quais são freqüentemente utilizados. Nos sistemas de desengorduramento em fase aquosa, são geradas grandes quantidades de resíduos líquidos carregados de contaminantes minerais e orgânicos susceptíveis de reutilização parcial, após tratamento para separação dos constituintes indesejáveis. 5

7 Esquema representativo duma operação de desengorduramento químico com indicação das principais entradas e saídas de materiais [11] Processo mais usual em Estruturas Metálicas Contudo, o jacto abrasivo é o mais usado na limpeza de peças fundidas e em peças de aço laminado, para eliminar salpicos de solda, ferrugem, carepas ou tinta, para tornar áspera a superfície da peça ou para melhorar a ancoragem. Nesse caso, apenas uma rápida decapagem é suficiente para remover os óxidos de ferro. Pelo que, em geral, todas as superfícies serão previamente decapadas por intermédio de jacto abrasivo. Entenda-se, pois, por decapagem todo o processo destinado à remoção de óxidos e impurezas inorgânicas, incluindo-se nestas categorias: a carepa de recozimento e de laminação, as camadas de ferrugem, a casca de fundição e as incrustações superficiais. Sendo certo que a decapagem pode ser feita por diferentes tipos de processos, destaca-se, portanto, o processo por jacto abrasivo, que consiste em remover as impurezas por efeito do impacto de esferas de aço (ou outro material) sobre a peça a limpar. Este método de remoção superficial é indicado para uso em material duro, como o aço. A qualidade da superfície resultante depende da distância entre bocais, que pode ser optimizada. As esferas de aço são mais eficientes do que a areia, entretanto encarecem o processo, pois a sua produção é onerosa. Podem ser utilizados na decapagem os seguintes tipos de abrasivos: Granalha de gusa angular; Granalha de aço angular; Areia siliciosa angular; Quartzo. O abrasivo a empregar qualquer que seja o seu tipo, deve estar isento de contaminações, sobretudo de saís solúveis. Na decapagem tem de se ter em consideração a limpeza, removendo da superfície a tratar todos os elementos estranhos que afetem o desempenho do esquema de proteção, tais como: calamina (minério de zinco), ferrugem, pó, saís, óleos e gorduras, pinturas antigas. Tem de se ter em atenção, ainda, a criação de uma superfície que favoreça a aderência da proteção de revestimento, pois o objetivo é criar uma rugosidade adequada à aderência do esquema metalização ou de pintura. Metalização e Pintura A metalização ou pintura deverá ser efetuada imediatamente após a preparação da superfície, evitando tempo que permita a oxidação superficial e comprometa a aderência do revestimento protetivo. A superfície deverá estar perfeitamente limpa e seca, pelo que todo o abrasivo e partículas de superfície produzida pela operação de decapagem terão de ser cuidadosamente removidos. Nenhum tratamento poderá ser aplicado sem a prévia aprovação da Fiscalização. Além das condições de exposição, outros dos fatores da escolha do sistema de proteção são: 6

8 o grau de agressão ao meio ambiente, o tempo de secagem, o equipamento e o procedimento de aplicação. No entanto, o estaleiro que está a proceder ao trabalho não pode escolher o tipo de proteção a aplicar, dependendo, em geral essa decisão do cliente. Pinturas correntes como forma econômica de proteção A forma mais econômica de proteção por pintura é a aplicação de primário (único ou de capa sobre sub-capa primário de proteção e primário de adesão, entre o anterior e a tinta de acabamento, respectivamente) seguido de tinta de acabamento (como um esmalte), sendo certo que o seu efeito limitado na eficácia e no tempo. Em geral, para estruturas metálicas, este sistema não é admissível, dada a sua precariedade em duração. Pinturas especiais (tipo metalização a frio) como forma expedita de protecção Este esquema de proteção alternativo (embora se situe no campo das pinturas) é uma espécie de metalização a frio, preconizando uma solução baseada em resinas acrílicas, de acordo com o seguinte esquema: Aplicação de primário para aço do tipo PVC - alquídico/fosfato de zinco (primário anticorrosivo ativo, de secagem rápida, um componente, na base de uma combinação de resina sintética e fosfato de zinco com elevada espessura de película seca, contendo solventes, embora seja fisiologicamente inócuo e não poluente) com espessura seca de filme de 80 mícrones; Acabamento de pintura com tinta à base de resinas e endurecedor, com elevada espessura de filme ( 40 mícrones), aplicada em duas demãos. No fundo trata-se de uma metalização a frio seguida de uma pintura de elevada qualidade de componentes), à base de resinas especiais endurecidas e com filme denso. Metalização a quente como proteção mais eficaz Obviamente que a metalização a quente será sempre mais eficaz e duradoura, nomeadamente no conhecido sistema de galvanização (deposição de liga rica em zinco). A zincagem por imersão a quente (comumente chamada de galvanização a fogo) é um processo de revestimento de peças de aço ou ferro fundido, de qualquer tamanho, peso, forma e complexidade, visando sua proteção contra a corrosão. Quando imersos na cuba de zincagem, o ferro e o aço são imediatamente molhados pelo zinco. Ao se retirar as peças do banho, uma quantidade de zinco fundido é arrastada sobre as camadas de liga e, ao se solidificar, transforma-se na camada externa de zinco praticamente puro. O resultado é um recobrimento formado por uma camada externa de zinco e várias camadas de liga Fe-Zn que estão unidas metalurgicamente ao metal-base. A temperatura normal de zincagem é de 445 a 455 C, sendo a velocidade da reação muito rápida a princípio, formando-se durante esse período inicial a maior parte da espessura da camada. Em seguida, a reação passa a ser mais lenta e a espessura não aumenta muito, mesmo que a peça permaneça imersa por longo período. Será importante referir que se se deve galvanizar à mínima temperatura que permita um escorrimento fácil do excesso de zinco durante a extração do material. Temperaturas acima de 7

9 470ºC são desaconselháveis, pois a reação do zinco com as paredes da peça torna-se muito intensa acelerando seu desgaste e diminuindo sua vida útil, prejudicando em vez de beneficiar. Influência do tempo de imersão no peso da camada de zinco Camadas características de metalização a quente por galvanização Observando-se a micrografia do revestimento, ampliada 200 vezes vêem-se as várias camadas de liga Fe-Zn formadas durante o processo. Camadas resultantes da metalização por zinco ou galvanização Assim, a primeira camada GAMA (próxima do aço) possui de 21 a 28% de ferro. A Segunda camada DELTA contém de 7 a 12% de ferro. A terceira camada ZETA apresenta de 5,8 a 6,2% de ferro. Finalizando, a Quarta camada ETA é formada praticamente de zinco. 8

10 Dependendo da composição química do metal-base e da aspereza da superfície, podem-se obter espessuras de revestimento maiores do que o especificado. Conseqüentemente, como a vida de um revestimento é proporcional à sua espessura, não são poucos os produtos zincados por imersão a quente que duram muito mais do que o calculado pelo revestimento mínimo especificado. Com chapas ainda não trabalhadas, que podem ser conformadas após a zincagem, o crescimento da camada-liga é deliberadamente suprimido, adicionando-se alumínio ao banho de zinco, para a obtenção de maior durabilidade do revestimento, com sacrifício da espessura. A pureza do zinco utilizado não é crítica. Zincos com 98,0% de pureza, contendo pouco mais de 1,0% de chumbo e pequenos teores de outros metais como cádmio, ferro, estanho e cobre, são satisfatórios. O alumínio às vezes é adicionado em pequenas quantidades (cerca de 0,005%) para aumentar o brilho da peça e deixar o revestimento mais liso. Durante o processo de zincagem por imersão a quente, dois resíduos aparecem e podem contaminar o banho: a borra, uma massa pastosa constituída de liga Fe-Zn (5,0% + 95,0%), mais pesada do que o zinco fundido, que se concentra no fundo do tanque; e cinza ou escória de óxido de zinco que ser forma na superfície do banho. Após a zincagem, a superfície pode ficar brilhante, cinza-fosco ou floreada, dependendo de vários fatores. A presença ou ausência de brilho ou as várias tonalidades de cinza não têm qualquer efeito sobre a eficácia do revestimento. Obtenção de camadas espessas de revestimento Quando a peça deve ter longa vida, camadas espessas de revestimento são desejáveis, uma vez que a durabilidade do mesmo é proporcional à sua espessura. O jacto abrasivo prévio na superfície da peça permite que a espessura do revestimento seja aumentada, sem alterar a técnica de zincagem. A espessura do revestimento varia de acordo com a composição química do aço, composição do banho de zinco, temperatura e tempo de imersão. Às vezes essas camadas espessas podem ter uma aparência cinza-escuro quando as camadas da liga Fe-Zn se estendem até a superfície externa. O técnico responsável pelo tratamento deve ser consultado antes da especificação de revestimentos mais espessos do que os comumente usados. Especificação do sistema de proteção Independentemente desta discussão, o sistema tem de ser especificado de acordo com as normas técnicas usuais, em que se consideram a qualidade do revestimento, os tratamentos prévios da superfície) e a necessidade de inspeção de qualidade rigorosa. Pormenorização construtiva De notar que se a proteção é, de fato, importante, o detalhe construtivo que evite pontos singulares de acumulação de umidades e sujidades não é de menor relevo. Por outro lado, outra preocupação a não descurar é o contacto entre metais de potencial galvânico diferente, o que facilmente conduz à corrosão do de potencial inferior. 9

11 Incluem-se esquemas gráficos visando o melhor detalhe para evitar a corrosão 10

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