http://dx.doi.org/10.4322/tmm.2012.029 UTILIZAÇÃO DE PRÉ-TRATAMENTO A BASE DE NANOTECNOLOGIA EM LINHA DE PINTURA DA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA Alerto Nei Crvlho Cost 1 José Crlos dos Sntos 2 José Edurdo Rieiro de Crvlho 3 Neilor d Silv Oliveir 4 Thigo de Souz Mrtins 5 Resumo As tuis exigêncis referentes segurnç, impctos mientis e desempenho, têm colocdo indústri utomotiv num usc por novs lterntivs, não somente de novos mteriis pr crroceri, como tmém de novos trtmentos de superfície ds chps, utilizdos no processo de pintur, visndo dequção simultâne os requisitos mientis e mnutenção d resistênci à corrosão, crcterístic fundmentl ns grntis oferecids pels montdors e determinnte n durilidde do veículo. Este fto ssume grnde importânci considerndo que lém dos vários tipos de ços e seus revestimentos metálicos, outro ftor que influenci diretmente n resistênci à corrosão é o sistem de pintur empregdo. Dentro desse contexto, GMB, em prceri com CSN, tem relizdo vários trlhos, somndo o conhecimento do fornecedor com tecnologi utomotiv. Como um exemplo dess prceri destc-se o presente trlho, que teve como ojetivo vlir comprtivmente resistênci à corrosão de dois sistems de ços glvnizdos pintdos, um com pré-trtmento se de um fosfto trdicionl e outro sedo em um filme cerâmico nnométrico. Estes trtmentos constituem um dos principis ftores que influencim n resistênci à corrosão pelo seu efeito n derênci d cmd de tint o sustrto. Neste trlho, verificou-se que os mteriis com pré-trtmento se de nnotecnologi presentrm resultdos de resistênci à corrosão semelhntes os mteriis fosftizdos de form trdicionl. Plvrs-chve: Corrosão; Fosftizção; Nnotecnologi; Glvnizdo. Astrct USE OF NANOTECHNOLOGY PRE-TREATMENT IN AUTOMOTIVE PAINTING LINE The current sfety requirements, environmentl impcts nd performnce hve een ledding the utomotive industry to serch for new lterntives, not just for new cr odies mterils, lso for new sheet surfce tretments s well, used in the pinting process in order to fit simultneous, environmentl requirements nd corrosion resistnce mintennce, tht re the key feture gurntees offered y utomkers nd re lso vitl to the durility of the vehicle. This fct is of gret importnce considering tht, esides the vrious types of steels nd their metlic cotings, nother fctor tht directly influences the corrosion resistnce is the pinting system used. Within this context, the GMB, in prtnership with CSN, hs een performing severl works y dding the knowledge of the supplier to utomotive technology. An exmple of this prtnership we hve the present study, which imed to, comprtively, evlute the corrosion resistnce of two systems of pinted glvnized steel, the first one with pre-tretment sed on trditionl phosphte, nd the nother one sed on nno-cermic film. In this study, ws found out tht mterils with pre-tretment sed on results of nnotechnology showed similr corrosion resistnce compring the phosphtized mterils in trditionl wy. Key words: Corrosion; Fosphtized; Nnotechnology; Glvnized. 1 Engenheiro Químico, M.Sc. Engenheiro de desenvolvimento Sênior, Compnhi Siderúrgic Ncionl. Rod, BR393, Km 5001, s/n, Vil Snt Cecíli, Cep 27260-390, Volt Redond, RJ, Brsil. E-mil: lerto.cost@csn.com.r 2 Engenheiro de Mteriis, M. Sc., Diretor d Avnte, Ru Conselheiro Justino, 1087, Cep 09070-570, Snto André, SP, Brsil. E-mil: crlito.ergmo@vnte.ind.r; josecrlos.ergmo@gmil.com 3 Engenheiro Metlúrgico, M.Sc., Gerente de Desenvolvimento de produtos, Compnhi Siderúrgic Ncionl. Rod. BR393, Km 5001, s/n, Vil Snt Cecíli, Cep 27260-390, Volt Redond, RJ, Brsil. E-mil: joseedurdo@csn.com.r 4 Técnico Químico, Técnico de desenvolvimento, Compnhi Siderúrgic Ncionl, Rod. BR393, Km 5001, s/n, Vil Snt Cecíli, Cep 27260-390, Volt Redond, RJ, Brsil. E-mil: neilor.oliveir@csn.com.r 5 Técnico Químico, Técnico de Lortório, Compnhi Siderúrgic Ncionl, Rodovi BR393, Km 5001, s/nº, Vil Snt Cecíli. Cep 27260-390, Volt Redond, RJ, Brsil. E-mil: thigo.smrtins@csn.com.r 204 Tecnol. Metl. Mter. Miner., São Pulo, v. 9, n. 3, p. 204-211, jul.-set. 2012
Utilizção de pré-trtmento se de nnotecnologi em linh de pintur d indústri utomoilístic 1 INTRODUÇÃO 1.1 Fosftizção A fosftizção é um dos métodos mis importntes do setor de trtmento de superfície, sendo lrgmente plicd pr s seguintes finliddes: como se pr pintur; pr melhorr resistênci à corrosão, pós plicção de óleos, grxs ou cers; pr umentr resistênci o desgste; e pr fcilitr s operções de conformção mecânic. Dentre s plicções citds cim, podemos destcr como mior plicção ds cmds fosftizds se pr pintur. Pr est plicção, ção enéfic d cmd fosftizd é devid: à otenção de um superfície limp, livre de óleos e grxs; o umento d derênci ds cmds de tints sore el plicds; e o umento do desempenho ds tints so o ponto de vist d corrosão. A primeir ção enéfic citd, muits vezes, não é levd em considerção, pois cmds fosftizds de om specto visul são provs de que qulquer sujidde presente n superfície dos metis foi removid, cso contrário, não se teri sucesso n fosftizção, um vez que é um exigênci d própri fosftizção limpez d superfície do sustrto. Assim, pode-se dizer que presenç d cmd fosftizd é um indictivo de superfície livre de óleos e grxs. Como é em conhecido, esquems de pintur, por melhor que sejm, podem flhr qundo plicds sore superfícies engordurds. A grnti d remoção de qulquer sujidde é um dos primeiros pssos pr o om desempenho de tints protetors. O umento d derênci é devido tnto ftores físicos (umento dos sítios de ncorgem) como ftores químicos (reção dos fosftos solúveis com resins insturds). Qunto o desempenho ds cmds de tint, é regr gerl que um mesmo esquem de pintur, presentrá sempre desempenho superior qundo plicdo sore o ço fosftizdo. Este efeito pode ser explicdo se for lemrd que corrosão dos metis nos meios nturis é eletroquímic e, portnto está ssocid um corrente elétric crcterizd por um condução iônic no meio, condução eletrônic no metl e trnsferênci de crgs trvés de reções eletroquímics n interfce metl/meio. Assim qulquer ftor que diminu intensidde d corrente elétric diminuirá intensidde d corrosão. No cso de superfícies pintds, corrosão do sustrto metálico, nos locis de dnificção d tint, será menos intens n presenç de um cmd de cráter isolnte n superfície do metl, mesmo que poros como é o cso ds cmds fosftizds. Além deste mecnismo, presenç d cmd fosftizd constitui mis um rreir contr penetrção d águ e do oxigênio té superfície do metl. As cmds fosftizds utilizds como se de pintur são gerlmente constituíds de cristis finos e, portnto são de reduzid espessur. Podem ser otids por spersão (s mis fins) ou por imersão (s mis espesss). Os seguintes tipos de fosftos podem ser utilizdos: fosfto de ferro otido prtir de nhos se de fosfto de metis lclinos ou de mônio; e fosfto de zinco (fosfto de zinco com teores normis e com ixo teor de zinco - low zinc), fosfto de zinco modificdo com cálcio, fosfto de zinco modificdo com níquel e mngnês (fosfto trictiônico) e fosfto de zinco modificdo com mngnês. A escolh de um ou de outro dependerá dos seguintes ftores: d nturez do sustrto; d geometri e d quntidde do produto ser fosftizdo; d espessur d cmd de fosftizção requerid; d necessidde de conformção do produto ser pintdo; do meio de exposição; e do tipo de tint ser plicdo, principlmente tint de fundo, pois entrrá diretmente em contto com cmd fosftizd. Qulquer que sej escolh, s cmds fosftizds utilizds como se pr pintur são gerlmente sumetids um lvgem em um solução contendo íons de cromo (hex ou trivlente) ou compostos orgânicos como tninos. Est prátic ument de mneir significtiv o desempenho ds peçs pintds em relção à resistênci à corrosão. Além disso, de um mneir gerl, dot-se lvgem finl com águ deionizd pr se ter grnti de usênci de contminntes n superfície os quis podem determinr formção de olhs so s cmds de tints. Os vlores de espessur de cmds de fosfto mis dequds pr um determind plicção são presentds por fixs indicds por norms. A Tel 1 present os vlores de mss por unidde de áre de cmds fosftizds utilizds como se de pintur. 1.2 Filme Cerâmico Nnométrico Devido às restrições mientis imposts pel legislção, indústri utomoilísic tem uscdo novs tecnologis lterntivs referentes à su linh de pintur, visndo à gerção de menores quntiddes de resíduos e reduções significtivs do uso de recursos nturis. A nnotecnologi prece neste contexto, como um lter- Tecnol. Metl. Mter. Miner., São Pulo, v. 9, n. 3, p. 204-211, jul.-set. 2012 205
Cost et l. ntiv o processo de fosftizção, trvés d plicção de um filme nnométrico de mteril cerâmico sore sustrtos metálicos, isentos de metis pesdos e componentes orgânicos. Podemos destcr dois tipos de tecnologis nnocerâmics, um que utiliz produtos se de oxilnos, formndo sore o sustrto um nnocmd inorgânic que necessit de um posterior etp de secgem e outro sedo em oxifluoreto de zircônio, formndo um cmd de conversão óxido metálico/óxifluoreto de zircônio, que não necessit de secgem. A cmd nnocerâmic present-se significtivmente mis fin e com grãos menores que cmd de fosfto, conforme pode ser oservdo n Figur 1, que present imgens ds superfícies ds cmds de nnocerâmic e de fosfto de ferro, ms depositds sore o ço, (1) otids por microscopi de forç tômic. Comprndo-se o uso de nnotecnologi em relção à fosftizção, podemos destcr s seguintes vntgens: present menor consumo de energi, visto que n miori de seus estágios, oper-se tempertur miente; result em ixíssim formção de lm; present menor número de estágio e menor custo de mnutenção; present menor consumo de águ; e é isent de fosfto, níquel e mngnês. No que diz respeito à resistênci à corrosão, nnotecnologi present crcterístics semelhntes ou levemente inferiores às presentds pel fosftizção. Em recente trlho, Bossrdi e Ferreir (2) relizrm ensios eletroquímicos em ço pintdo, com pré-trtmento se de fosfto e nnotecnologi. Em meio ácido, Bossrdi verificou que o ço pintdo com pré-trtmento se de nnotecnologi presentou resistênci à corrosão ligeirmente superior o ço pintdo com pré-trtmento se de fosfto. Tel 1. Vlores de mss por unidde de áre pr cmds fosftizds utilizds como se pr pintur Tipo de fosfto Mss por unidde de áre (g/m 2 ) Fosfto de ferro II otido prtir de fosfto de metis lclinos ou de môni 0,1 1,0 Fosfto de zinco 1 10 (de preferênci 1 4) Fosfto de zinco e cálcio 1 10 (de preferênci 1 4) Figur 1. Microgrfis de superfície relizds por microscopi de forç tômic. (1) 206 Tecnol. Metl. Mter. Miner., São Pulo, v. 9, n. 3, p. 204-211, jul.-set. 2012
Utilizção de pré-trtmento se de nnotecnologi em linh de pintur d indústri utomoilístic 2 MATERIAIS UTILIZADOS E PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 2.1 Mteriis Utilizdos Neste trlho form vlidos qutro sustrtos comercilmente disponíveis. A Tel 2 present os mteriis testdos, com s espessurs e tipos ds cmds de revestimentos utilizds. Todos os mteriis form cortdos ns dimensões de 300 mm 1.000 mm e form pintdos ns linhs de pintur d GMB, seguindo tods s etps de pré-trtmento e pintur do processo norml de produção. A Tel 3 present os tipos de pré-trtmentos utilizdos em cd linh de pintur. Antes d relizção dos ensios, foi efetud proteção de ords dos corpos de prov com tint epóxi, visndo com isto oter mior resistênci n região de contto entre s ords e os fixdores dos ensios celerdos. N relizção de dnos nos corpos de prov foi utilizd técnic spotfce (4,5), que consiste em relizr com uxílio de um fres de topo, um dno em formto circulr, com diâmetro de 13 mm e profundidde de 0,3 mm, expondo, dest form, o ço se o miente corrosivo. 2.2 Ensios Relizdos 2.2.1 Ensio de derênci do sistem de pintur O ensio de derênci sore os sustrtos metálicos foi relizdo conforme norm NBR 11003, (3) empregndo o método d grde. Os resultdos de derênci do sistem de pintur são presentdos pr s condições de recém pintdos. A Tel 4 present o critério pr triuição de nots representtivs do desempenho do mteril, segundo norm do ensio de derênci. 2.2.2 Crcterizção d cmd de fosfto trictiônico e nnocerâmico Com intuito de vlir s vriáveis que podem influencir n resistênci à corrosão dos ços pintdos, vliou-se morfologi do filme de fosfto e do filme nnocerâmico, por microscopi eletrônic de vrredur, pr cd tipo de ço revestido vlido. 2.2.3 Ensio cíclico de corrosão sc corrosion test Como ensio cíclico de corrosão, utilizou-se o ensio sc corrosion test, que consiste em expor os mteriis vários ciclos em meios gressivos diferentes. Cd ciclo tem durção de um semn e é sudividido em Tel 2. Mteriis utilizdos e os respectivos pesos de revestimento metálico Mteriis utilizdos Peso de revestimento nominl (g/m 2 ) Fce Superior Fce inferior Revestimento Zn-Fe 50 50 Aço zincdo por imersão quente 50 50 Aço eletrozincdo (2 fces) 50 50 Aço eletrozincdo (um fce) 40 0 Tel 3. Linhs de pintur com o respectivo sistem de pré-trtmento Linh de pintur Linh de pintur 1 Linh de pintur 2 Linh de pintur 3 Pré-trtmento Fosfto trictiônico Fosfto trictiônico nnocerâmico Tel 4. Critério de vlição d derênci do sistem de pintur o sustrto, segundo norm NBR 11003 (3) Vlores Descrição 0 Sem nenhum região vlid com destcmento 1 5% d região vlid com destcmento 2 15% d região vlid com destcmento 3 35% d região vlid com destcmento 4 65% d região vlid com destcmento 5 >65% d região vlid com destcmento cinco etps. O ojetivo é vlir resistênci à corrosão do mteril pintdo, resultndo n perd de desão d tint devido o vnço d corrosão so o revestimento orgânico. Pr relizção deste trlho, s mostrs form ensids durnte oito ciclos (8 semns), utilizndo-se câmr de umidde e tempertur controld. No presente trlho, pós retird dos corpos de prov do ensio celerdo de corrosão, os mesmos form lvdos em águ corrente, pr retirr s sujeirs provenientes do ensio. Em seguid, os revestimentos orgânicos não deridos devido o processo corrosivo em como os produtos de corrosão form removidos com uxílio de um ico com r comprimido. O r comprimido foi pssdo rdilmente o dno spotfce. Após este procedimento, limpou-se com lgodão emeido de álcool, e plicou-se um fit desiv do tipo scoth 380, sore os dnos. Após 15 minutos, retirrm-se s fits desivs em movimentos contínuos pr remoção do resto d tint que, por ventur, ind estivesse derid nos corpos de prov. Por fim, clculou-se o vnço médio d corrosão em cd corpo de prov, com uxílio de um Tecnol. Metl. Mter. Miner., São Pulo, v. 9, n. 3, p. 204-211, jul.-set. 2012 207
Cost et l. escl grdud em milímetros e um grito que divide o dno spotfce em oito seções iguis prtir do centro do círculo, medindo-se o vnço d corrosão prtir d circunferênci do dno té o finl do processo corrosivo. 3 RESULTADOS 3.1 Ensio de Aderênci do Sistem de Pintur A Figur 2 present s imgens dos mteriis nlisdos pós ensio de derênci conforme norm NBR 11003.(3) De cordo com s imgens presentds n Figur 2, verific-se que os mteriis processdos ns três linhs de pintur presentrm melhor condição de derênci (gru 0). Com isso, verific-se que o pré-trtmento nnocerâmico presentou resultdo de derênci semelhnte o pré-trtmento fosfto trictiônico. 3.2 Crcterizção d Cmd de Fosfto e Nnocerâmico A Figur 3 present s imgens feits por microscopi eletrônic de vrredur ds superfícies ds mostrs otids pós o processmento n linh depintur té etp de pré-trtmento, com 1.000 vezes de mplição. Verific-se que o pré-trtmento com fosfto trictiônico result em um morfologi com form de cristis, diferentemente do pré-trtmento nnocerâmico, que present vrição em sus morfologis, em função do sustrto utilizdo. c c c c Figur 2. Imgem do ensio de derênci. () linh de pintur 1 - fosftizção; () Linh de pintur 2 - fosftizção; e (c) Linh de pintur 3 nnocerâmico. 208 Tecnol. Metl. Mter. Miner., São Pulo, v. 9, n. 3, p. 204-211, jul.-set. 2012
Utilizção de pré-trtmento se de nnotecnologi em linh de pintur d indústri utomoilístic Figur 3. Imgem com 1.000 vezes de mplição d superfície dos mteriis com pré-trtmento nnocerâmico (); e fosfto trictiônico (). Tecnol. Metl. Mter. Miner., São Pulo, v. 9, n. 3, p. 204-211, jul.-set. 2012 209
Cost et l. 3.3 Ensio Cíclico de Corrosão Sc Corrosion Test A Figur 4 present o gráfico do vnço d corrosão e Figur 5 present s imgens dos mteriis em estudo pós 2 meses de ensio celerdo de corrosão. Figur 4. Gráfico do vnço d corrosão pós 2 meses de ensio celerdo de corrosão. De cordo com o gráfico presentdo n Figur 4, verific-se que o ço revestido com lig Zn-Fe presentou menor vnço d corrosão que os demis mteriis, enqunto que o ço eletrozincdo pens em um fce presentou o mior vnço de corrosão. A menor resistênci à corrosão do ço eletrozincdo pens em um fce deve-se principlmente menor relção de áre nódic/ctódic presentd por este mteril, devido menor espessur do revestimento de zinco. Avlindo de form comprtiv o sistem de pré-trtmento utilizdo, verific-se tmém que os mteriis processdos n linh de pintur com pré-trtmento nnocerâmico (linh de pintur 3), presentrm vnço d corrosão semelhnte ou ligeirmente superior os mteriis processdos ns linhs de pintur com pré-trtmento fosfto trictiônico (linhs de pintur 1 e 2), indicndo que este pré-trtmento pode sustituir o pré-trtmento fosfto trictiônico, sem diminuir significtivmente resistênci à corrosão dos mteriis, com vntgem de gerr menor quntidde de lm de processo e diminuir o consumo de energi e águ. Figur 5. Imgens do vnço d corrosão nos mteriis pós 2 meses de ensio cíclico de corrosão. 210 Tecnol. Metl. Mter. Miner., São Pulo, v. 9, n. 3, p. 204-211, jul.-set. 2012
Utilizção de pré-trtmento se de nnotecnologi em linh de pintur d indústri utomoilístic 4 CONCLUSÕES Verificou-se que independente d linh de pintur em que form processdos os mteriis, o desempenho d resistênci à corrosão comprtiv entre os mteriis vlidos presentou tendêncis similres; Verificou-se que os mteriis com pré-trtmento nnocerâmico presentrm derênci o sistem de pintur e resistênci à corrosão semelhntes ou levemente inferior à dos mteriis com pré-trtmento de fosfto trictiônico; Os mteriis processdos n linh de pintur 1 (fosfto trictiônico), de form gerl, presentrm mior resistênci à corrosão que os mteriis processdos ns linhs de pintur 2 (fosfto trictiônico) e 3 (nnocerâmico); Verificou-se que o mteril com o revestimento Zn-Fe presentou melhor resistênci à corrosão que os demis mteriis; e O mteril eletrozincdo - 1 fce presentou menor resistênci à corrosão que os demis mteriis, devido principlmente à menor relção de áre nódic/ctódic. REFERÊNCIAS 1 TESTA, A. Cmds de conversão nnocerâmics. Revis Trtmento de Superfície, n. 134, p. 36-40, 2005. 2 BOSSARDI, K.; FERREIRA, J. Z. Nnotecnologi plicd trtmentos superficiis pr ço crono AISI 1020 como lterntiv o fosfto de zinco. Revis Trtmento de Superfície, n. 158, p. 42-8, 2009. 3 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11003: Tints- Determinção d Aderênci: Rio de Jneiro, 2009. 4 JORDAN, D. L.; FRANKS, L..L.; KALLEND, J..S. Mesurement of underfilm corrosion propgtion y use spotfce pint dmge. In: CORROSION 1995, Houston, Texs. Proceedings [S.n.t]. 5 COSTA, A. N. C. Análise comprtiv ds técnics spotfce e scrie n vlição d resistênci à corrosão de ços revestidos e pintdos. 1999. 103 f. Dissertção (Mestrdo em Engenhri Metlúrgic) Escol de Engenhri Industril de Volt Redond, Univeridde Federl Fluminense, Volt Redond, 1999. Receido em: 16/03/2012 Aprovdo em: 04/05/2012 Tecnol. Metl. Mter. Miner., São Pulo, v. 9, n. 3, p. 204-211, jul.-set. 2012 211