O óxido negro e o revestimento de fosfato são tecnologias importantes da ciência dos materiais que melhoram as propriedades dos metais. Os fabricantes aplicam estas tecnologias para melhorar as propriedades químicas dos materiais.
Por exemplo, a corrosão do metal é um dos desafios que afectam os engenheiros de instalações e os navios submarinos, especialmente os que operam em ambientes salgados. Os fabricantes utilizam estas tecnologias para desenvolver materiais resistentes à corrosão, úteis na conceção destas máquinas.
Além disso, o apelo estético na indústria transformadora tem atraído aplicações mais alargadas de revestimento de óxido preto e fosfato. Embora as duas tecnologias sirvam objectivos semelhantes na proteção dos materiais contra a corrosão, a tecnologia subjacente a cada processo é diferente. Além disso, os dois processos têm aplicações diferentes nos sectores industrial, aeroespacial e de fabrico de peças.
Processo de revestimento de óxido preto
O revestimento de óxido preto é um processo de revestimento por conversação que aumenta a resistência à corrosão e a atração estética de materiais ferrosos como o ferro e o aço. O processo converte as superfícies dos produtos de ferro em magnetite. Este processo leva a que a superfície preta escura mantenha as propriedades mecânicas dos materiais e as dimensões.
O revestimento de óxido preto é um processo de várias fases que inclui a limpeza do material, a aplicação do revestimento, o enxaguamento e pós-tratamento.
Limpeza
A limpeza é o passo inicial do revestimento preto e determina a eficácia da aplicação do material de revestimento. Este passo remove óleos e gorduras, sujidade e pó, ferrugem superficial, óxidos e escamas das superfícies do material. Esta contaminação pode atuar como uma barreira entre a solução alcalina e o metal. A ferrugem é comum em materiais ferrosos, e a sua limpeza ajuda a evitar a criação de vazios e pontos fracos na superfície de revestimento resultante.
Os fabricantes utilizam diferentes métodos para limpar as superfícies.
O primeiro método é o desengorduramento dos materiais. Nesta técnica, os desengordurantes à base de solventes, como os solventes de hidrocarbonetos, dissolvem e removem os contaminantes orgânicos, óleos e gorduras da superfície do material. O desengorduramento ocorre em indústrias como as de tanques de imersão ou de vapor.
A segunda técnica de limpeza são as soluções alcalinas. As soluções alcalinas, como o hidróxido de potássio (KOH) e o hidróxido de sódio (NaOH), emulsionam os óleos, facilitando a limpeza.
Os operadores de limpeza de materiais também podem utilizar a granalhagem abrasiva para remover mecanicamente a sujidade das superfícies dos materiais. Este processo é eficaz na remoção de óxidos e incrustações de moagem. Algumas partículas abrasivas incluem óxido de alumínio, areia e esferas de vidro.
A decapagem ácida é uma técnica de limpeza eficaz, particularmente para materiais com oxidação pesada e ferrugem. No entanto, para materiais sensíveis, a decapagem ácida demasiado agressiva pode causar danos na superfície. Nesses casos, podem ser preferíveis métodos alternativos como a limpeza mecânica ou química suave.
Também ajuda a reduzir a resistência à corrosão e a evitar um revestimento inconsistente.
Aplicação
A aplicação envolve a imersão de material metálico numa solução alcalina quente com sais oxidantes. A aplicação ocorre num banho alcalino com soluções alcalinas. O banho alcalino inclui hidróxido de sódio e sais oxidantes como o nitrito de sódio (NaNO2) e nitrato de sódio (NaNO3). Os operadores mantêm as temperaturas dos banhos entre 1400C e 1600C para uma reação química eficaz.
Uma reação química entre o metal e a solução do banho leva à formação de magnetite (Fe3O4). Este produto é um composto cristalino preto que cobre a superfície do metal.
A camada de magnetite é fina, variando entre 0,5 e 2,5 microns. Apesar de ser muito fina, esta camada oferece uma elevada resistência ao desgaste e à corrosão.
A eficácia do processo de revestimento depende de vários factores. Em primeiro lugar, o equilíbrio dos sais alcalinos e a concentração dos sais oxidantes determinam a qualidade da magnetite. O tempo de imersão pode determinar o estado do revestimento. Um tempo de imersão muito curto pode deixar o metal com um revestimento parcial. O tempo de imersão deve ser entre 5 e 30 minutos. Quanto mais longo for o tempo de imersão, mais espesso será o revestimento negro.
No entanto, o revestimento negro torna-se auto-limitado. Este limite implica que um maior tempo de imersão não garante um maior revestimento. A regulação da temperatura também determina as aplicações do óxido negro. Uma temperatura demasiado baixa pode causar uma conversão incompleta em magnetite. Por outro lado, temperaturas demasiado elevadas podem degradar a qualidade da camada.
Enxaguamento
O enxaguamento assegura que o produto é de alta qualidade e duradouro. O processo de enxaguamento remove os produtos químicos residuais do banho alcalino. O enxaguamento adequado no processo de revestimento preto elimina as imperfeições da superfície e o mau desempenho da camada de óxido. Os operadores aplicam diferentes métodos para enxaguar o material. O primeiro e mais comum método é o enxaguamento por imersão em água. Envolve a imersão de peças num banho de água para dissolver e lavar os produtos químicos residuais. Num ambiente industrial, o enxaguamento ocorre em vários tanques de enxaguamento, sendo que cada passo de enxaguamento inclui água mais limpa.
Para peças delicadas e pequenas, os fabricantes utilizam a lavagem por pulverização. Jactos de água são pulverizados sobre o tapete rolante ou cesto com as peças do material das aplicações de óxido preto. Este processo é mais rápido do que o enxaguamento por imersão e garante uma limpeza adequada de todas as superfícies, incluindo as fendas. Os fabricantes também utilizam o enxaguamento com água desionizada, especialmente para peças que exigem a mais elevada qualidade e medidas de resistência à corrosão.
Pós-tratamento
Este último passo melhora as propriedades do revestimento e prolonga a vida útil do componente a tratar. Para além das disposições básicas da camada de óxido preto, os fabricantes aplicam óleo e cera para acrescentar mais benefícios ao componente metálico. Os quatro tipos de pós-tratamento incluem tratamento com óleo, tratamento com cera, selantes acrílicos ou poliméricos e lubrificantes de película seca. O óleo industrial ajuda a fornecer lubrificação, conduzindo a componentes resistentes à corrosão e ao desgaste. Este método envolve a imersão do metal numa solução de óleo ou a pulverização da solução sobre o metal. O óleo penetra na camada de óxido negro, criando um selo protetor. A escolha do óleo depende do material sob o revestimento de óxido e da intensidade do objetivo da aplicação industrial.
Os fabricantes utilizam o revestimento de cera para fins estéticos. A cera conduz a um acabamento uniforme. Um metal é mergulhado num banho de cera derretida. Por vezes, a cera é pulverizada sobre a peça, criando uma superfície lisa. Os selantes acrílicos ou poliméricos são essenciais para proporcionar níveis de proteção mais elevados. Este selante cria uma camada durável e mais resistente ao desgaste e à corrosão. Este tipo de tratamento é útil para peças que funcionam em ambientes extremos, como o pistão do motor.
Os lubrificantes de película seca são aplicados em peças de alto desempenho e precisão. Os operadores em ambientes limpos preferem este tipo de pós-tratamento porque não mexem com os óleos ou ceras.
Ao selecionar o processo de pós-tratamento, as principais considerações incluem a exposição ambiental e a reaplicação. Por exemplo, um tratamento com óleo mais pesado adequa-se melhor a ambientes muito húmidos. A cera ou película seca é mais adequada para aplicações estéticas e interiores. Nalguns casos, a reaplicação do pós-tratamento pode ser necessária, especialmente para peças tratadas com óleo, para melhorar continuamente a lubrificação. Por exemplo, o pós-tratamento de peças de motor exigirá a reaplicação de lubrificantes de óleo após algum tempo.
Processo de revestimento de fosfatos
O revestimento de fosfato converte as superfícies metálicas para formar fosfatos insolúveis para proteção da superfície metálica. A superfície de fosfato resultante oferece ao metal propriedades de resistência ao desgaste e à corrosão. O processo de revestimento de fosfato inclui limpeza, ativação, aplicação, enxaguamento e selagem.
Limpeza
O processo de limpeza remove possíveis contaminantes da superfície metálica. É semelhante ao processo de revestimento de óxido preto. Os agentes de limpeza incluem soluções alcalinas, soluções ácidas e agentes desengordurantes.
Ativação
Após a limpeza, os fabricantes expõem os metais a produtos químicos específicos para melhorar a formação de cristais durante a aplicação do fosfato. O processo cria vários locais de nucleação para o crescimento de cristais de fosfato. Estes locais de nucleação conduzem a uma estrutura cristalina uniforme na superfície do material. Durante a ativação, os operadores aplicam sais de titânio coloidais na superfície metálica limpa, formando uma camada fina. Esta camada catalisa as reacções de fosfato que ocorrem em diferentes pontos das superfícies metálicas.
Aplicação de fosfatos
Durante este processo, os operadores mergulham as peças metálicas em ácido fosfórico quente e noutros produtos químicos. Este processo produz uma reação química entre o metal e o ácido fosfórico, formando um revestimento cristalino exterior. A camada resultante é protetora contra a corrosão e melhora a aderência da tinta.
O processo começa por submergir uma peça limpa e activada num banho de ácido fosfórico quente. O banho inclui outros produtos químicos, como sais metálicos de ferro, zinco e manganês. A temperatura do banho varia normalmente entre 60°C e 90°C para os revestimentos de fosfato de zinco, enquanto os revestimentos de fosfato de manganês podem exigir temperaturas mais elevadas, frequentemente entre 90°C e 98°C, dependendo da aplicação específica.
Consequentemente, uma superfície de fosfato metálico torna-se insolúvel em água e liga-se fortemente ao metal. Dependendo dos sais metálicos, formam-se diferentes camadas cristalinas a partir deste processo. Alguns fosfatos incluem o fosfato de zinco, o fosfato de ferro e o fosfato de manganês. Por exemplo, a seguinte reação pode conduzir ao fosfato de zinco.
Enxaguamento
O processo de enxaguamento ajuda a remover o excesso de produtos químicos, incluindo os sais metálicos que não reagiram. O enxaguamento é essencial para evitar a contaminação da superfície e a prevenção da corrosão. Em alguns casos, é necessário selar após o enxaguamento para aumentar a durabilidade do revestimento de fosfato. As técnicas de selagem possíveis incluem selagem com óleo, selagem com cromato, selantes orgânicos e selantes de cera.
Comparação entre o revestimento de óxido preto e o revestimento de fosfato
| Aspeto | Revestimento de óxido preto | Revestimento de fosfato |
| Composição | Camada de óxido de ferro (Fe3O4) formada na superfície do metal | Camada de fosfato de zinco, manganês ou ferro |
| Objetivo primário | Acabamento estético, resistência à corrosão ligeira, lubricidade | Proteção contra a corrosão, base para pintura ou outros revestimentos |
| Resistência à corrosão | Ligeira resistência à corrosão (necessita de óleo ou vedante para proteção) | Resistência à corrosão moderada a elevada, consoante o tipo (o zinco oferece uma melhor proteção) |
| Acabamento da superfície | Acabamento preto ou azul escuro, liso e brilhante | Acabamento mate ou acetinado, textura mais áspera |
| Espessura | Camada fina (0,0002 a 0,0006 polegadas) | Camada mais espessa (0,0002 a 0,002 polegadas, consoante o tipo) |
| Resistência ao desgaste | Moderado, frequentemente reforçado com óleos ou ceras adicionais | Boa resistência ao desgaste, especialmente com fosfato de manganês |
| Resistência à temperatura | Boa estabilidade térmica, normalmente suporta até 500°C | Menor resistência ao calor, sensível a temperaturas elevadas |
| Propriedades de adesão | Excelente aderência a tintas ou óleos | Excelente base para pintura e outros revestimentos |
| Métodos de aplicação | Um banho químico ou uma solução alcalina quente | Imersão numa solução de fosfato (imersão) |
| Custo | Custo geralmente inferior ao do revestimento de fosfato | Custo mais elevado devido a camadas mais espessas e à complexidade do processo |
| Lubricidade | Proporciona lubrificação quando combinado com óleos ou ceras | Boa lubricidade, especialmente com fosfato de manganês |
| Impacto ambiental | Menos respeitador do ambiente, pode envolver produtos químicos perigosos | É menos perigoso do que o óxido negro, mas requer tratamento da água para os resíduos |
| Aplicações comuns | Ferramentas, armas de fogo, peças de máquinas, elementos de fixação | Componentes para automóveis, máquinas industriais, peças para pintura |
| Materiais de base | Principalmente metais ferrosos (aço, ferro) | Metais ferrosos e não ferrosos, incluindo alumínio e zinco |
Aplicações industriais
Tanto o revestimento de óxido preto como o de fosfato são necessários no contexto industrial para aumentar a resistência da superfície metálica.
Utilizações comuns do revestimento de óxido preto
O revestimento de óxido negro melhora o aspeto estético do produto final e a resistência à corrosão. Diferentes indústrias, como os fabricantes de blocos de motor, utilizam a tecnologia de óxido negro para fabricar peças que requerem elevados níveis de lubrificação e corrosão moderada.
Por exemplo, o fabrico de elementos de fixação, como parafusos, cavilhas e porcas, requer um revestimento fino para o revestimento de resistência. Os sectores automóvel e aeroespacial utilizam esta tecnologia para produzir peças revestidas com óxido negro. A produção de armas de fogo também é um significado do óxido negro, porque evita a ferrugem.
Por vezes, os riffles ficam mais tempo sem serem utilizados, exigindo medidas de proteção contra a ferrugem. As ferramentas de corte também necessitam de um revestimento de óxido preto para minimizar o desgaste durante o funcionamento. A tecnologia de revestimento preto é também necessária para aplicações estéticas no fabrico de produtos electrónicos, o que atrai um elevado poder de compra.
Aplicações comuns do revestimento de fosfato
Os diferentes fosfatos têm diferentes aplicações industriais. Por exemplo, na engenharia automóvel, os fosfatos de zinco ajudam a revestir componentes do motor, quadros e painéis da carroçaria.
Os militares utilizam o fosfato de manganês para proteger equipamento e hardware, como blindagens e componentes de veículos. Estes componentes oferecem capacidades de elevada resistência e são resistentes à corrosão. O revestimento de fosfato de manganês ajuda a fabricar máquinas como engrenagens, rolamentos e árvores de cames em aplicações industriais. Estes revestimentos conduzem a casos de baixa fricção, previnem o desgaste e retêm os lubrificantes em condições de elevada tensão.
Os fabricantes também utilizam o revestimento de fosfato para fabricar electrodomésticos como frigoríficos, máquinas de lavar e secadoras para a aderência da tinta. Além disso, o revestimento de fosfato nestes electrodomésticos proporciona uma elevada resistência, fazendo com que os produtos durem mais tempo.
Conclusão
O revestimento de óxido negro e de fosfato são tecnologias importantes da ciência dos materiais que melhoram as propriedades dos metais. O revestimento de óxido negro é um processo de revestimento por conversação que melhora a resistência à corrosão e a estética de materiais ferrosos como o ferro e o aço. O revestimento de óxido negro é um processo de várias fases que inclui a limpeza do material, a aplicação do revestimento, o enxaguamento e o pós-tratamento.
O revestimento de fosfato converte as superfícies metálicas para formar fosfatos insolúveis para proteção da superfície metálica. O processo de revestimento de fosfato inclui limpeza, ativação, aplicação, enxaguamento e selagem.
Diferentes indústrias, como os fabricantes de blocos de motor (ver fabrico de peças para motores ), utilizam a tecnologia de óxido negro para fabricar peças que requerem elevados níveis de lubrificação e corrosão moderada. Os diferentes fosfatos têm várias aplicações industriais. Por exemplo, na engenharia automóvel, os fosfatos de zinco ajudam a revestir componentes do motor, quadros e painéis da carroçaria. Diferentes fosfatos têm diferentes aplicações industriais. Por exemplo, na engenharia automóvel, os fosfatos de zinco ajudam a revestir os componentes do motor, as estruturas e os painéis da carroçaria.
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