VANTAGENS DO SISTEMA DUPLEX A PINTURA DO AÇO GALVANIZADO À QUENTE COMO UMA ALTERNATIVA EFICIENTE PARA PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO Wandercleiton da Silva Cardoso Brena da Silva Porcino; Faculdade Multivix Campus Vitória - Rua José Alves, 301 - Goiabeiras, 29075-080, Vitória - ES Resumo A corrosão do aço é um problema recorrente, principalmente em ambientes com alto teor de cloretos. A galvanização a quente é uma alternativa eficiente para proteger os aços contra a corrosão e, conforme a agressividade do meio existe ainda a possibilidade de garantir uma proteção extra do galvanizado com a pintura sobre a sua superfície, processo conhecido como duplex. No processo de galvanização a quente o aço é revestido com zinco, após a imersão em um banho de zinco líquido fundido entre 450 e 490ºC, toda superfície da peça é revestida e protegida pelo zinco. A camada de zinco depositada apresenta uma espessura usual de 75 a 125 µm e com o jateamento abrasivo antes da galvanização, pode-se atingir uma camada de até 250 μm de espessura. O revestimento duplex que consiste na galvanização por imersão a quente seguida de pintura do aço estrutural, fornece resistência adicional à corrosão, pois a galvanização protege o aço base, proporcionando proteção catódica e de barreira enquanto a pintura por sua vez confere proteção por barreira e por inibição anódica à camada de galvanização, isolando-a do ataque corrosivo dos cloretos e sulfetos da atmosfera. A pintura do aço galvanizado é indicada entre 24 e 48 horas após galvanização, a fim de evitar a formação de oxido de zinco no substrato. O aumento da vida útil do aço estrutural é importante para a indústria de modo geral, seja por aspectos econômicos quanto de segurança aos usuários. Neste trabalho, foi feita uma avaliação dos benefícios do sistema duplex concluindo que este processo aumenta a vida útil do aço e atualmente este processo é a alternativa mais econômica e eficiente para proteção do aço contra corrosão. Palavras chaves: galvanização por imersão a quente, galvanização a fogo, corrosão, sistema duplex, aços galvanizados.
1. INTRODUÇÃO A corrosão é um fenômeno natural, que consiste na deterioração dos materiais pela ação química ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não associado a esforços mecânicos. Atualmente a corrosão do aço é um problema global e recorrente, principalmente em ambientes com altos teores de cloretos. A empresa norte-americana CCTechnologies avaliou que os custos com corrosão representem cerca de 4% do PIB das nações industrializadas, percentual que tende a ser maior na economia dos países emergentes, em média 5% do PIB. No ano passado (2013) o PIB do Brasil foi de R$ 4,84 trilhões, então a perda por corrosão no país considerando 5% do PIB representa um valor total de R$ 242 bilhões. (GENTIL, 2011). A galvanização constitui-se no processo de melhor custo/benefício em relação a outros processos de proteção contra corrosão, como óleo, tintas, vernizes, resinas e outros. A durabilidade da estrutura metálica é diretamente proporcional à espessura da camada de zinco de recobrimento e está relacionada ao ambiente no qual a estrutura está inserida. Determinadas essas variáveis, é possível estimar a vida útil de uma estrutura. A pintura no sistema duplex diminui a velocidade com que o zinco é consumido, aumentando bastante à vida do aço galvanizado. Por outro lado, uma vez que a pintura tenha sido danificada ou desgastada pela ação das intempéries, o zinco estará disponível para proporcionar proteção catódica, proteção por inibição anódica e por barreira proporcionando um efeito sinérgico que somente um sistema duplex pode proporcionar proteção contra corrosão por um tempo de 1,5 a 2,5 vezes maiores do que a soma dos períodos de vida útil do revestimento metálico (galvanização) e revestimento orgânico (pintura) proporcionado pelo zinco e pintura individualmente. (GENTIL, 2011) 2. GALVANIZAÇÃO A QUENTE A galvanização é o revestimento do aço com zinco e neste processo, a peça é totalmente imersa no banho de zinco líquido (zinco fundido entre 450 e 490ºC) e toda superfície da peça será revestida e protegida pelo zinco. A camada de zinco depositada apresenta uma espessura usual de 75-125 µm em peças. Com jateamento abrasivo antes da galvanização, pode-se atingir uma camada com até 250 μm de espessura de camada uniforme. (CIRANO, 2009). As ligas formadas entre o ferro e o zinco na superfície de contato fazem com que o revestimento se integre na base de metal, de tal forma que, além da proteger o aço, o revestimento de zinco também permite o manuseio, transporte e montagem das peças galvanizadas sem causar danos à superfície (YEOMANS, 2004). A galvanização por imersão a quente, popularmente conhecida como galvanização à fogo é o processo mais eficiente contra a corrosão, pois diferente de outros processos, confere ao aço proteção por barreira e proteção catódica. A durabilidade da estrutura metálica é diretamente proporcional à espessura da camada de zinco de recobrimento e está relacionada ao
ambiente no qual a estrutura está inserida. Determinadas essas variáveis, é possível estimar a vida útil de uma estrutura (GENTIL, 2011). PROTEÇÃO POR BARREIRA No processo de galvanização, é formada uma barreira que isola o aço do meio ambiente, interna e externamente. Isto ocorre pela penetração do zinco na rede cristalina do aço, resultando em uma difusão intermetálica, ou seja, na formação de ligas de Fe-Zn no substrato do metal. A camada ETA formada após a galvanização do aço é zinco puro que quando oxidado na presença do ar e da umidade, ele passa por uma série de reações químicas, mudando do zinco metálico na superfície para outros compostos químicos (GENTIL, 2011). Na presença de ar, o zinco recém-exposto reage com o oxigênio para formar uma camada de óxido muito fina (ZnO). Na presença de umidade, o óxido de zinco reage com a água, resultando na formação de hidróxido de zinco [Zn(OH)2]. Com o tempo e sob influência do desgaste cíclico, o produto final da corrosão é o carbonato de zinco (ZnCO3) que é (formado pela reação entre o hidróxido de zinco e o dióxido de carbono no ar. Zn + ½O 2 ZnO ZnO + H 2 O Zn(OH) 2 Zn(OH) 2 + CO 2 ZnCO 3 + H 2 O O carbonato de zinco é um filme fino, firme, compacto e estável (insolúvel em água). Quando a superfície é novamente exposta à água ou à condensação, o filme protetor serve como uma barreira entre a umidade e o zinco que está por baixo. Temos então a proteção por barreira do aço galvanizado, mesmo que a pintura do galvanizado sofra algum dano e o metal seja exposto ao meio eletroquímico. Essa camada química é chamada de filme passivo. É a presença deste filme que diminui a reatividade do zinco, reduzindo dramaticamente o índice de corrosão do revestimento de zinco. O filme passivo é formado sobre a camada ETA do aço galvanizado. A Figura 1 ilustra, em corte transversal as camadas de aço galvanizado, e mostra uma microestrutura típica de revestimento, que consiste em três camadas de liga Fe-Zn (gama, delta e zeta) e uma camada de zinco metálico puro (eta) (CIRANO, 2009).
Figura 1 Formação de Camadas: Liga ferro-zinco. PROTEÇÃO CATÓDICA Na galvanização a fogo a camada ETA é oxidada na presença do ar, umidade e gás carbônico garantindo a proteção por barreira do filme passivo e se este filme se romper em função dos agentes oxidantes mais agressivos, o zinco por ser mais eletronegativo que o aço, sofre corrosão preferencial ao aço e sacrifica-se para protegê-lo. Por conseguinte, a galvanização por imersão a quente oferecerá essa proteção catódica. (CIRANO, 2009). Este processo aumenta a proteção em casos de o revestimento sofrer danificação que provoque cavidades (riscos) na camada de zinco. Os sais de zinco, formados na corrosão do zinco, por serem aderentes e insolúveis, se depositam sobre a superfície exposta do aço, isolando-o novamente do meio ambiente, pois uma célula galvânica é formada e o zinco em volta do ponto de danificação sofre corrosão e o aço é protegido, pois ele é catódico em relação ao revestimento de zinco (Figura 2). Figura 2 Mecanismo de proteção catódica.
3. SISTEMA DUPLEX O objetivo da aplicação de pintura, sobre uma superfície galvanizada é aumentar a durabilidade da estrutura, impedindo o processo de corrosão. Com este propósito, foram desenvolvidas as chamadas tintas anticorrosivas exclusivas para superfícies metálicas galvanizadas. Para que possam ter alto desempenho, estas tintas devem possuir pelo menos três propriedades importantes: aderência, impermeabilidade e flexibilidade. Existem basicamente três mecanismos de proteção: barreira, inibição (passivação anódica) e eletroquímico (proteção catódica). Na proteção por barreira a tinta faz uma barreira e isola o metal do meio corrosivo. As mais eficientes, entretanto, são as mais espessas e com resinas de alta impermeabilidade e alta aderência. Sabe-se, porém, que todas as películas são parcialmente permeáveis. No entanto, quanto mais tempo o vapor de água, o oxigênio e os gases corrosivos levarem para atravessar a película, melhor é a tinta. Na proteção por passivação anódica as tintas possuem em sua composição pigmentos anticorrosivos de inibição anódica que têm a propriedade de alterar a agressividade do meio corrosivo, formando camadas isolantes junto ao metal, quando os agentes corrosivos atravessam a película de tinta. Na proteção catódica o aço galvanizado será protegido, pois a tinta de fundo indicada normalmente é um primer de aderência epóxi isocianato alifático bicomponente especialmente desenvolvido para promover adesão em superfícies não ferrosas como aço galvanizado e sua principal vantagem com relação aos primers de aderência tradicionais é que permite e aceita todos os tipos de acabamentos epóxis, acrílicos, alquídicos, poliuretanos e vinílicos. 4. CONCLUSÕES Atualmente os técnicos e engenheiros indicam o uso do sistema duplex (galvanização e pintura), pois quando usados em conjunto, o controle da corrosão é superior a cada um dos métodos usados isoladamente. A galvanização protege o substrato do aço, proporcionando proteção catódica e de barreira e a pintura por sua vez dá proteção adicional de barreira e por inibição anódica à camada de galvanização, isolando-a do ataque corrosivo dos cloretos e sulfetos da atmosfera. A pintura diminui a velocidade com que o zinco é consumido, aumentando bastante a vida do aço galvanizado. Por outro lado, uma vez que a pintura tenha sido danificada ou desgastada pela ação das intempéries, o zinco estará disponível para proporcionar proteção catódica e por barreira. A pintura do aço galvanizado é indicada entre 24 e 48 horas após galvanização, a fim de evitar a formação de oxido de zinco na superfície do aço galvanizado e garantir uma maior aderência da pintura ao substrato. Em suma, podemos afirmar que atualmente o sistema duplex de galvanização e pintura é atualmente a alternativa mais econômica e eficiente para proteção do aço contra corrosão.
5. REFERÊNCIAS [1] GENTIL, Vicente. Corrosão. Editora LTC. 6ª ed. São Paulo, 2011. [2] AMERICAN GALVANIZERS ASSOCIATION. Duplex Systems. Disponível em: <http://www.galvanizeit.org/corrosion/corrosion-protection/duplexsystems>. Acesso em: 20 out. 2014. [3] YEOMENS, S.R. Galvanized steel reinforcement in concrete: an overview. Elsevier, 2004. [4] ICZ. Portal da Galvanização: galvanização por imersão à quente. Disponível em <http://www.icz.org.br>. Acesso em: 20 set. 2014. [5] AMERICAN GALVANIZERS ASSOCIATION. Hot-Dip Galvanizing. Disponível em: <http://www.galvanizeit.org/hot-dip-galvanizing>. Acesso em: 20 out. 2014. [6] B.F. TutikianI; T. HilgertI; J.J. HowlandII. Comparativo da aderência do concreto com aço sem proteção e o aço galvanizado a quente. Rev. IBRACON Estrut. Mater. vol.7 no.2 São Paulo Apr. 2014. [7] SiLVA, TA1; MODENESI, PJ2. Efeito do Tipo de Revestimento na Soldagem a Ponto de Aços Galvanizados. Soldag. insp. São Paulo, Vol. 15, No. 3, p.177-183, Jul/Set 2010 [8] MATHIEU, S., PATOU, P. Zinc Coating Influence on Spot Weldability of Hot- Dip Galvanized Steel Sheets. SAE Paper Series n. 850273, 1985,8p. [9] BRT. Serviço Brasileiro de Resposta Tecnica: galvanização. Disponível em <http://www.respostatecnica.org.br >. Acesso em: 20 set. 2014. [10] CIRANO, Gewehr Campanher. Otimização experimental em processo de galvanização de arames de camada pesada. Dissertação para obtenção de titulo de mestre em engenharia. Porto Alegre RS, 2009.