Galvanização

A galvanização é a ação de uma peça de cobertura de uma camada de zinco com o objetivo de proteger contra a corrosão . O tratamento é considerado anticorrosivo . A palavra vem do nome do inventor Luigi Galvani (1737-1798), físico e médico italiano que descobriu o galvanismo em6 de novembro de 1780.

Na indústria, este termo se refere essencialmente a processos de “ galvanização por imersão a quente ” .

Introdução

História

As primeiras patentes para galvanização por imersão a quente (por imersão de todos os elementos) datam da década de 1840 . O engenheiro francês Stanislas Sorel obtém uma patente sobre10 de maio de 1837para este método de galvanização por imersão a quente. Em 1837, o físico e engenheiro alemão naturalizou o russo Moritz Hermann von Jacobi descobriu a galvanoplastia em São Petersburgo . Em 1854, o industrial e químico Léopold Oudry criou uma oficina eletroquímica em Auteuil , na rue Cuissard 10 (hoje rue Félicien David). Ele consegue cobre duramente pequenas peças, então, modificando seu processo, ele obtém a ordem de revestimento de cobre galvânico de todos os objetos e monumentos em ferro fundido na cidade de Paris e, em particular, várias fontes.

Princípio químico

O princípio é o da proteção catódica por ânodo de sacrifício :

o zinco tem uma tendência anódica mais forte do que o aço e, portanto, oxidará em vez do aço que protege, mesmo se o aço for exposto ao ambiente externo (arranhões). A redução de oxigênio ocorre no aço e o zinco é oxidado, podendo os elétrons circular entre o zinco e o aço;
zinco tendo uma cinética de oxidação cerca de 25 vezes mais lenta do que a do aço, a oxidação é retardada.

Os diferentes processos

Vários processos industriais podem ser usados para galvanizar uma peça:

galvanização por imersão a quente. Este processo também permite a galvanização contínua de chapas de aço e a galvanização a quente por centrifugação ;
a shérardização ( sherardização ): pulverização de pó de zinco fundido;
eletrogalvanização;
pulverização térmica (pulverização térmica );
matoplastia.

Deve-se observar que, qualquer que seja o processo escolhido, a peça a ser galvanizada deve primeiro ser limpa (de graxas, óxidos, incrustações , poeira , etc.), caso contrário o zinco se depositaria mal (ou não depositaria) nas peças. peças "sujas", tornando a galvanização ineficaz.

Zincagem a quente

A galvanização por imersão a quente , ou mais precisamente a "galvanização por imersão a quente", é uma técnica da indústria metalúrgica que se utiliza para proteger contra a corrosão uma peça de aço com zinco . Este processo confere ao revestimento protetor adesão, impermeabilidade e resistência mecânica. Uma parte tratada por galvanização é considerada galvanizada .

Princípios químicos

A galvanização por imersão a quente envolve o revestimento e ligação do aço com zinco por imersão do aço em um banho de zinco fundido a aproximadamente 450 ° C.

Este processo não consiste apenas em depositar zinco em alguns micrômetros na superfície do aço. O revestimento de zinco é quimicamente ligado à base de aço, porque há uma reacção química difusão metalúrgica entre o zinco e o ferro ou aço de 450 ° C . Quando o aço é removido do banho de zinco, várias camadas de ligas de zinco-ferro se formam em sua superfície, nas quais o zinco arrastado se solidifica. Essas diferentes camadas de ligas , algumas das quais são mais duras do que o aço base, têm um teor de zinco cada vez mais alto quanto mais perto se chega da superfície de revestimento. O tratamento deve estar em conformidade com a ISO 1461 (“Revestimentos galvanizados por imersão a quente em produtos acabados de ferro fundido e aço”).

Em 2014, havia cerca de 55 unidades industriais de galvanização por imersão a quente na França. Galvanizam cerca de 600.000 toneladas de aço por ano, 45% das quais para edifícios ( esquadrias , serralharia , elementos de guarda- corpos , etc.). As outras utilizações referem-se a mobiliário urbano ( iluminação pública , sinalização , barreiras e barreiras de segurança ), energia, transporte (incluindo catenárias ) e vários suportes, em particular em piscinas ou no mar, ou seja, em locais com humidade e / ou cloro particularmente desagradáveis - contendo plantas em tratamento de água ou estações de tratamento de águas residuais ou edifícios de gado em uma atmosfera ácida.

O processo de galvanização a quente em produtos acabados (contrato)

A aplicação de um revestimento de zinco por galvanização não se limita à imersão de uma peça de aço em um banho de zinco fundido. A galvanização dos produtos acabados ocorre em etapas.

Processo de aplicação

A galvanização de produtos acabados consiste em 8 etapas principais:

desengorduramento, cujo objetivo é remover toda a sujeira e graxa que impeçam a dissolução dos óxidos de ferro superficiais. O desengorduramento é realizada em banhos contendo carbonato de sódio ou hidróxido de sódio com adição de detergentes e tensioactivos em 60 ° C / 80 ° C . Às vezes, desengraxantes ácidos podem ser usados;
enxágue, que é realizado após o desengorduramento para não poluir as seguintes operações;
decapagem, cujo objetivo é remover incrustações e outros óxidos presentes na superfície do aço. A decapagem realiza-se em solução de ácido clorídrico diluído à temperatura ambiente, com a adição de um inibidor que permite evitar o ataque ao aço quando este está isento de óxidos. As soluções de ácido sulfúrico às vezes são usadas com a desvantagem de trabalhar a 70 ° C, exigindo aquecimento. A decapagem mecânica ( granalhagem ) pode, por vezes, substituir a decapagem química , em particular no caso do ferro fundido , a fim de remover a sílica da superfície;
enxágue, também realizado após decapagem para lavar as partes de sais de ferro e vestígios de ácido que poluiriam a operação seguinte;
fundente, que evita a reoxidação do aço antes de entrar no banho de zinco. A decomposição do fundente também possibilita promover a reação metalúrgica ferro / zinco quando a peça é imersa no banho de zinco. A fundição é realizada com uma solução aquosa de cloreto de zinco e cloreto de amônio aumentada para 60 ° C ;
secagem, realizada em estufa para evitar projeções de zinco quando a peça é imersa;
galvanização a quente (fogo). Os pedaços são imersos no banho de zinco fundido a 450 ° C . Os tempos de imersão variam de acordo com a importância das cargas, as dimensões e a espessura das peças: de 3 a 4 minutos para peças de forma simples, e de 10 a 15 minutos para montagens maciças ou corpos ocos de grandes dimensões. Por razões ambientais, o chumbo usado anteriormente é agora substituído por estanho nos banhos de zinco. O alumínio também está presente (menos de 0,01%). O estanho é usado devido à sua capacidade de promover a fluidez do zinco, enquanto o alumínio ajuda a prevenir a oxidação da superfície do banho e promove o brilho. Outros elementos de adição ( níquel , bismuto , por exemplo) também podem ser integrados ao banho. Eles atuam, entre outras coisas, na reatividade ferro-zinco que ocorre durante esta operação;
resfriamento e controle. As peças galvanizadas são resfriadas ao ar livre e verificadas.

Em média, são necessários 60 a 70 quilos de zinco para proteger uma tonelada de aço contra a corrosão. A figura a seguir representa as diferentes etapas da galvanização de produtos acabados.

Proteção contra corrosão que vai além de um simples depósito de zinco

A galvanização por imersão a quente não consiste apenas em depositar zinco na superfície do aço. O revestimento de zinco é ligado metalurgicamente ao aço base porque uma reação de difusão metalúrgica ocorre entre o zinco e o ferro.

Quando o aço é removido do banho, várias camadas de ligas de zinco-ferro se formaram em sua superfície, nas quais o zinco arrastado se solidifica. Essas diferentes camadas de ligas, que são mais duras que o aço base, têm um teor de zinco cada vez mais alto quanto mais perto se chega da superfície do revestimento.

Assim, essa especificidade ligada ao processo de galvanização confere ao revestimento protetor aderência, impermeabilidade e resistência mecânica .

Além disso, a espessura desse revestimento é maior do que a obtida com outras técnicas de proteção.

Uma técnica baseada em uma escolha relevante de aço

O revestimento de uma peça galvanizada por imersão a quente (espessura, estrutura e aparência) varia principalmente de acordo com a composição do aço. Seu conteúdo de silício e fósforo desempenha um papel importante em sua reatividade com relação ao zinco líquido.

Daí a importância de escolher o aço certo para ser galvanizado. A norma NF A 35-503 (2008) define 3 categorias de aços adequados para galvanização, dependendo do conteúdo desses dois elementos.

Aços categoria A e categoria B são normalmente reativos: após a galvanização, eles têm uma bela aparência uniforme com espessuras pelo menos de acordo com a norma NF EN ISO 1461.

Padrão AFNOR NF 35-503: O que lembrar :

	Aspecto	Resistência mecânica do revestimento	Massa de revestimento	usar
Gato. NO	Excelente	Excelente	Padrão, atende ao mínimo do padrão	Pesquisa estética e anticorrosiva
Gato. B	Nós vamos	Bom	Padrão, geralmente acima do mínimo do padrão	Pesquisa de corrosão e aparência correta
Gato. VS	Caminho	Média	Mais forte - para ambientes agressivos	Busca ótima por proteção

Esses elementos são meramente indicativos.

Os aços categoria C são mais reativos: seu aspecto após a galvanização é mais fosco, podendo apresentar áreas marmorizadas ou acinzentadas, sem prejuízo na resistência à corrosão. As espessuras chegam a 120 a 200 mícrons, ou até mais. Eles podem exceder 200 mícrons para peças que requerem tempos de imersão mais longos.

(*) Classificação dos aços de acordo com seu teor de silício e fósforo

Elemento%	Categoria A	Categoria B	Categoria C
sim	≤ 0,030	≤ 0,040	0,14 ≤ Si ≤ 0,25
Se +2,5 P	≤ 0,090	≤ 0,110	-
P	-	-	≤ 0,035

De acordo com o pedido, a análise do produto pode ser realizada.

O processo de galvanização industrial (apenas para galvanização de bobinas de aço contínuas)

Stripping

Para galvanizar uma peça, ela deve estar impecável e livre de sujeira ( incrustações , graxa ). Para a decapagem existem dois métodos principais: decapagem com ácido ( clorídrico ou sulfúrico ) e decapagem:

A decapagem com ácido consiste em resfriar a peça por algumas horas (dependendo do teor de ácido do banho de decapagem) em um banho de ácido ao qual é adicionado um reagente. Este é o método mais comum porque permite retirar várias centenas de kg em uma única operação. Este processo é barato, mas não é adequado para peças de alta qualidade (classe 10.9 por exemplo) porque o ácido enfraquece o material;
O shot peening é o envio de pequenos grânulos de aço de diferentes durezas em alta velocidade para a peça. É obrigatório em peças de alta qualidade. A qualidade é melhor, mas o preço de custo é maior e as quantidades processadas são menores.

Galvanização e condicionamento (somente para galvanização contínua)

As linhas de galvanização por imersão a quente contínua consistem no seguinte:

desbobinador (alimentação de bobinas de aço);
tesoura de jardim;
soldador (todas as bobinas são soldadas de forma a garantir a continuidade da presença da fita na linha de produção);
desengorduramento (garante boa aderência do revestimento a sair);
virar para loop (garante a continuidade do fornecimento de energia em caso de desligamento da seção de entrada);
forno de recozimento contínuo para garantir a recristalização do aço o que lhe conferirá boas propriedades mecânicas;
banho de zinco ;
fiação e secagem;
passagem pela pele ;
torre de loop (garante continuidade de rolagem na seção central ao parar a seção de saída);
cabine de inspeção (câmera de reconhecimento de forma e controle visual) cujo objetivo é verificar a conformidade do produto galvanizado (ausência de defeito);
oleoso e marcante;
tesoura de jardim ;
enroladores;

Características das peças galvanizadas por imersão a quente

A espessura desse revestimento é maior do que a obtida com outras técnicas de proteção. Por exemplo, para os padrões EDF / SNCF na França, a espessura do revestimento de zinco é de 70 µm. A norma EN ISO 1461 impõe um mínimo de 55 µm para aços com espessura entre 1,5 e 3 mm , 70 µm para aços com espessura entre 3 e 6 mm e 85 µm para aços com espessura superior a 6 mm .

A propriedade sacrificial da galvanização é um fator importante na escolha desse processo. De fato, se o metal for exposto em uma peça galvanizada por imersão a quente, a reação entre o ferro (Fe + ) e o zinco (Zn - ) garante que a parte viva será curada pelo depósito de sal de zinco.

A American Galvanizer Association oferece a resistência à corrosão de metais galvanizados:

ambiente industrial: 65 anos;
ambiente tropical: 70 anos;
ambiente suburbano: 85 anos;
área rural: 120 anos.

Seguindo os trabalhos realizados pela associação Galvazinc , você encontrará as duas tabelas que indicam a vida útil e a taxa de corrosão esperada de acordo com os diferentes ambientes aos quais o aço galvanizado pode ser submetido:

industrial;
marinheiro;
urbano;
rural.

Galvanização a frio não existe

É um nome impróprio para eletrogalvanização . Esse termo é freqüentemente usado para tintas em aerossol, que geralmente contêm pó de alumínio ou pó de zinco em quantidades muito pequenas. Com este sistema, não há criação de um intermetálico, ou seja, uma reação (mistura) entre o ferro e o zinco. Outras indústrias também podem usar esse termo para depósitos de zinco por meio de um processo eletrolítico chamado eletrogalvanização.

Galvanização por centrifugação

Em geral

A galvanização por imersão a quente tem tais vantagens que seu escopo continua a se expandir. Cada vez mais peças de pequenas dimensões (fixadores, parafusos, hastes roscadas, etc.) são galvanizadas por imersão a quente.

A técnica utilizada para esse tipo de produção é a galvanização centrífuga, também chamada de galvanização por rotação.

Processos

Em vez de serem penduradas em conjuntos ou suspensas em balanços, as peças a serem galvanizadas são colocadas em lotes em cestos e centrifugadas na saída do banho de zinco. Vantagens da centrifugação :

todas as qualidades tradicionais da galvanização por imersão a quente para peças pequenas;
uma notável qualidade de acabamento;
um preço muito competitivo;
uma técnica única desenvolvida para a galvanização de hastes roscadas.

Sherardização

O shérardisation é um método inventado por Sherard Cowper Cowles no início do XX ° século. Este processo termoquímico anticorrosivo consiste na difusão e penetração do zinco no aço. A Sherardização permite obter um revestimento do tipo liga de ferro-zinco de duas camadas de liga de ferro-zinco, a camada gama parcialmente difusa que contém 21 a 28% de ferro e a camada delta compacta que contém 8 a 10% de ferro.

Processar

Durante a sherardização, as partes da fase sólida são aquecidas de 380 a 450 ° C em uma caixa fechada animada por uma rotação lenta na presença de pó de zinco e um material inerte. Aços carbono sem liga, aços HR, material sinterizado, ferro e ferro fundido se prestam muito bem à sherardização.

Vários pós-processamento podem ser realizados:

uma passivação sem cromo VI, acabamento cinza;
um acabamento organo-mineral, acabamento preto;
um acabamento lubrificado.

Formulários

Sherardização é um tratamento anticorrosivo e antiabrasão, que atende a muitas aplicações na indústria:

parafusos, parafusos clássicos e de alta resistência;
correntes;
guarda-corpos de segurança rodoviária;
indústria naval, marinha e submarina;
Construindo industria.

Benefícios

A sherardização tem as seguintes vantagens:

longa resistência à névoa salina ;
alta resistência à abrasão;
uma ausência de fragilização por hidrogênio;
boa adesão ao ferro fundido;
bom respeito pelas dimensões dimensionais da peça devido ao revestimento fino.

Aspectos ambientais

Segundo a Galvazinc Association (associação de galvanizadores), o equilíbrio ecológico do material é de interesse, pois a galvanização por imersão a quente, embora consuma energia e produtos químicos, é "comparada a outros processos anticorrosivos como tintas, energeticamente duas vezes mais econômica, em relação a um vida útil de 60 anos [...] graças à total ausência de manutenção necessária nas partes tratadas, sem que seja feita qualquer repintura a cada 15 anos ” .
A vida útil das peças galvanizadas também seria mais longa, especialmente nos ambientes mais agressivos. Cinco parâmetros influenciam o fenômeno de corrosão - inelutável -: temperatura, umidade, quantidade de precipitação, concentração de poluentes (tipo SO 2 ) e nível de cloro. "Dependendo da localização, a agressividade da atmosfera pode reduzir pela metade a vida da sala." Um tratamento local baseado em tinta duplex especial sempre seria possível, a fim de estender a vida útil dos elementos expostos em dez anos.

Origens

Esta definição vem do site da associação francesa para o desenvolvimento de galvanização GALVAZINC ( norma ISO 1461 ) e do site de um especialista em galvanização Galva Union SA . Este site também oferece vídeos sobre processos de galvanização disponíveis na biblioteca de mídia do site; veja em particular a galvanização por imersão a quente vídeo por centrifugação . Veja também o site do grupo PRESTIA (membro da Galvazinc) e o da Galva Atlantique (membro da Galvazinc).

Notas e referências

Gallica, “ Nova descoberta patenteada por 15 anos. : Processo Sorel para galvanização de ferro ” , em gallica.bnf.fr (consultado em 20 de fevereiro de 2020 ) .
Batiactu, Galvanização, um processo industrial mais de um século de idade, mas ainda relevante
Hubert Demory, “ Os segredos de Monsieur Oudry ” , em mapage.noos.fr (acessado em 19 de fevereiro de 2020 ) .
http://www.chardon-couchoud.fr/zinc_electrolytiques.html
http://www.progalva.be/documents/bijlagen/tf-20-la-galvanisation-a-chaud-et-la-protection-cathodique.pdf
http://galvazinc.com/la-galvanisation/le-zinc/technologies-et-proc%C3%A9d%C3%A9s.html
http://www.arcelormittal.com/sections/fileadmin/redaction/pdf/Brochures/Galvanisation_FR.pdf
" Galvanização por centrifugação - GALVA UNION especialista em galvanização " , sobre Galvanização e Revestimento em pó GALVA UNION (acesso em 15 de agosto de 2020 ) .
Entrevista com Ludovic Néel (Galvazinc) por batiactu , Junho 2012

Veja também

Bibliografia

NF EN ISO 1461 de julho de 2009 (Edição: AFNOR )
Zinco e anticorrosão na década de 1990 ( CEFRACOR e Centre du Zinc - Edição SIRPE)
Zinc est l'anticorrosion - 1993. Testes e desempenhos - Anais do colóquio de Saint-Ouen de março de 1993 (CEFRACOR e Centre du Zinc - Edição: EP - Les éditions de physique)
Galvanização por imersão a quente (R. Souské - Edição: Dunod )
Corrosão e Eletroquímica do Zinco ( Xiaoge Gregory Zhang - Edição: Plenum Press)
Atlas Metalográfico de Zinco ( Centre de Recherches Métallurgique - Edição: Centrum voor Research in de Metallurgie Abbaye du Val-Benoît)
Zincatura a caldo - Processo, proprietà applicazioni (Associazione Italiana Zincatura - Edição: pubblicomit Edizioni)
Galvanização por imersão a quente - uma aplicação universalmente usada
Passe a receita de galvanização por imersão a quente
Galvanização por imersão a quente, proteção ideal para aço
Galvanização por imersão a quente, um processo industrial e tecnológico eficiente
Galvanização e construção sustentável - Guia para especificadores
Dicas para usuários de galvanização por imersão a quente