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Decapagem Chama-se decapagem a todo o processo sobre superfícies metálicas que visa à remoção de oxidações e impurezas inorgânicas, como as carepas de laminação e recozimento, camadas de oxidação (como a ferrugem), crostas de fundição e incrustações superficiais. Diferentes tipos de processos podem ser executados como decapagem, principalmente os seguintes: • • • •

Decapagem Eletrolítica Decapagem Mecânica Decapagem Química Decapagem Térmica

Processos de decapagem em metais ferrosos Na fabricação de peças de aço e na indústria de aços planos, a decapagem tem grande importância, sendo aplicada entre as etapas de laminação a quente e a laminação a frio. Quando da saída do aço da etama de laminação a quente, a superfície do aço passa por um resfriamento brusco, reagindo com o oxigénio do ar, produzindo uma camada de óxidos. Formam-se aí três óxidos, a magnetita, ou uma composição dos óxidos de ferro (II) e (III) (Fe3O4); a hematita, ou óxido de ferro (III) (Fe2O3); e a protoxita, óxido de ferro (II) (FeO). No que tange ao processo de decapagem, esta pode ser uma das decapagens citadas anteriormente, ou uma combinação delas. Quando trata-se de uma decapagem mecânica, causa-se danos por fissuras à camada de óxido ou a remove-se parcialmente, visando tornar mais fácil a posterior decapagem química. Neste tipo de decapagem, o objetivo é eliminar os óxidos e limpar completamente a superfície da chapa de aço. A decapagem eletrolítica é feita através da submersão soluções ácidas, similarmente à decapagem química, mas com a variação de se aplicar corrente elétrica ao sistema, com vistas a ocorrer uma eletrólise. A decapagem térmica pode ser realizada por meio de remoção de graxas por recozimento, limpeza por chama e limpeza com pó de ferro. A decapagem química é adequada a aços ditos macios, por meio de mergulho em banhos de ácidos sulfúrico ou clorídrico concentrado, a uma temperatura de 100ºC e 85ºC respectivamente, duranto a imersão de um minuto a um mês. O processo se dá pela ação do íon sulfato e do íon cloreto oriundos do ácido sulfúrico e do ácido clorídrico, respectivamente, que vão reagir com o ferro do aço e produzir sulfato de ferro (II): Fe2+ + 2 SO4- → FeSO4 E cloreto de ferro: Fe2+ + 2 Cl- → FeCl2 Com tais combinações do ferro ativo da superfície do metal, esta fica limpa. Geralmente, já aos primeiros quinze minutos da imersão praticamente toda a camada de óxido é removida. Contudo, o tempo do banho de decapagem pode ser afetado por duas variáveis:

• •

Características específicas do aço a decapar: natureza do aço, composição, estrutura e espessura da camada dos óxidos. Características da solução do banho ácido: natureza do ácido, sua composição e temperatura da solução ao longo da imersão.

Após o período de imersão do produto de aço na solução ácida, é importante o posterior e imediato tratamento com abundância de água, até sob pressão, em jatos, para que não exista a possibilidade deste ser fragilizado pela corrosão, especialmente a chamada corrosão por pits. Nas etapas químicas do processo de decapagem, estará incluída, geralmente, uma etapa de regeneração , visando eliminar o ferro proveniente da dissolução do aço no banho de decapagem, visando a recuperação de sua reatividade química e seu uso na linha de produção, nas etapas anteriormente descritas. Os banho em ácido sulfúrico têm sido cada vez mais substituídos pelos banhos em ácido clorídrico, que têm uma capacidade de produção maior e uma superfície resultante mais uniforme e regular. Neste processo, o ácido é recuperado geralmente por um processo de pirohidrólise da solução, por meio da seguinte reação básica: FeCl2 + H2O → Fe + 2 HCl + 1/2 O2 Nesse processo, o ácido é recuperado totalmente. Por outro lado, os banhos de decapagem em ácido sulfúrico funcionam com um processo de regeneração parcial, que consiste em precipitar o ferro sob a forma de sulfato heptahidratado (FeSO4.7H2O), por esfriamento e cristalização da solução. Os subprodutos dos processos de decapagem, também apresentam diferenças quanto ao aproveitamento. O sulfato de ferro, como subproduto da decapagem em ácido sulfúrico, era utilizado na agricultura, sendo atualmente, quase abandonado. Os óxidos de ferro sob a forma de hematite, subprodutos da precipitação e filtragem da decapagem em ácido clorídrico, são utilizados em eletrônica, na fabricação ferrites, mas não ganham grande valor, pois contém muitas impurezas[1]. Processos de decapagem em metais não ferrosos Existem processos e composições similares adequados para a decapagem de metais não ferrosos, como os metais amarelos (cobre, latão, bronze e suas inúmeras variações e ligas), assim como para alumínio e suas ligas

A decapagem consiste em imergir as peças em solução ácida com a finalidade de remover filmes de óxidos, carepas de laminação, etc. da superfícies metálica, com posterior neutralização e oleamento. O processo é utilizado em peças que não são permitidos outros recobrimentos, dando um aspecto acizentado e uniforme. Devido ao grande desprendimento de hidrogênio durante a reação, deve-se utilizar inibidores para minimizar sua difusão para as peças evitando o fenômeno da fragilização por hidrogênio. Para peças com alta susceptibilidade a fragilização, a FOSFER dispõe de decapagem mecânica através de máquina rotativa de JATEAMENTO DE GRANALHAS.

Decapagem:

O tratamento de decapagem ocupa um lugar de elevada importância no processo de fabrico do aço, sendo este aplicado entre a laminagem a quente e a laminagem a frio. À saída do trem de laminagem a quente, a chapa sofre um arrefecimento, e o ferro combina-se com o oxigénio presente no ar, criando assim uma camada de óxido na superfície metálica. Existem três tipos de óxidos de ferro que se podem formar, tais como, magnetite (Fe3O4), hematite (Fe2O3) e protoxite (FeO). No que diz respeito à decapagem, esta pode ser a nível mecânico, químico, misto (combinação dos processos mecânico e químico), electroquímico e térmico. A nível decapagem mecânica, o objectivo é fissurar a camada de óxido ou eliminá-la parcialmente em vista a facilitar a decapagem química. Este tipo de decapagem, consiste em eliminar os óxidos e limpar a superfície da chapa. No que se refere à decapagem electroquímica, esta é feita em soluções ácidas, tal como a decapagem química, mas nesta há a aplicação de corrente. A decapagem térmica pode ser efectuada por limpeza de graxa por recozimento, limpeza por chama e limpeza com pó de ferro. Debruçando-nos sobre a decapagem química, esta é efectuada em aços macios, onde estes são mergulhados em banhos de ácido sulfúrico ou clorídrico concentrado, a uma temperatura de 100ºC e 85ºC respectivamente, tendo uma duração de um minuto a um mês. A nível químico, o que acontece na decapagem, é que o sulfato e o cloro, presentes no ácido sulfúrico e no ácido clorídrico respectivamente, vão agregar-se ao ferro e formar sulfureto de ferro (Fe2+ + 2 SO4 - >Fe(SO4)2) e cloreto de ferro (Fe2+ + 2 Cl -> FeCl2). Com a combinação do ferro com a solução ácida, a camada superficial do aço fica limpa. Geralmente, durante os primeiros quinze minutos, a camada de óxido é praticamente toda retirada, contudo, o tempo de decapagem pode ser afectado por duas categorias, referidas seguidamente: • Características do produto a decapar – natureza do ácido, composição, estrutura e espessura da camada de óxido. • Características da solução acida – natureza do acido, composição e temperatura da solução. Após a imersão do aço na solução ácida, é de elevada conveniência a lavagem imediata do aço com

fortes jactos de água, para que não exista a possibilidade deste ficar fragilizado à corrosão. Na secção química das linhas de decapagem, está associado, na maioria dos casos, uma secção de regeneração com o objectivo de eliminar o ferro proveniente da dissolução do aço no banho da decapagem, em vista de recuperar a agressividade dele e usa-lo novamente na linha de decapagem. As linhas de decapagem sulfúricas estão a ser progressivamente substituídas pelas linhas clorídricas. A utilização do ácido clorídrico, tem uma produtividade mais elevada e apresenta uma superfície decapada mais regular e uniforme. Por outro lado, a regeneração do ácido é geralmente efectuada através de uma pirohidrolise da solução, onde o ácido é recuperado totalmente. Page 3 Ao contrário, as linhas de decapagem sulfúrica funcionam com um processo de regeneração parcial, que consiste em precipitar o ferro sob a forma de sulfato heptahidratado, por arrefecimento da solução usada a temperatura baixa. A valorização dos subprodutos da decapagem, é também diferenciada pelos dois tipos de solução química usada. O sulfato de ferro, subproduto da decapagem sulfúrica, é utilizada na agricultura, sendo actualmente, quase sem aplicação. Os óxidos de ferro sob a forma de hematite, subprodutos da decapagem clorídrica, são utilizados na electrónica, ou seja, no fabrico de ferrites macias, mas não podem ser correctamente valorizadas, porque contêm altos teores de impurezas. Figura:1 Figura: 2 Legenda das figuras: Figura 1: Tina de imersão acida do processo de decapagem química Figura 2: Linha de montagem do processo de decapagem química

Bibliografia: 1. http://paginas.fe.up.pt/demetwww/disciplinas/tt/tt_in.html?TT 2. http://www.infomet.com.br/mm_tsdecapagem.php 3. http://www.revesgal.com/po/decapado.shtm 4. http://www.alphagalvano.com.br/index.php?c=117&s=159&lang=16 5.

Beranger Gerard, Henry Guy, Sanz Germain; “Le livre de lácier”; Lavoisier TEC &DOC; Capitulos: 24, páginas: 611 a 621.

Inibidores de corrosão São substâncias ou misturas de substâncias que, em condições adequadas, no meio corrosivo, reduz ou elimina o processo corrosivo. O uso satisfatório dos inibidores vai depender de alguns fatores: i. ii. iii. iv.

Causas da corrosão no sistema: identificar o problema Custos da utilização: verificar se os custos excedem ou não as perdas provocadas pela corrosão Propriedade/mecanismos do inibidor: verificar a compatibilidade do inibidor com o processo e com o material Condições de adição e controle: evitar problemas na aplicação e no processo

Inibidores Anódicos: Atuam retardando ou impedindo a reação no ânodo. Reagem com o produto de corrosão formado inicialmente, produzindo uma camada aderente e insolúvel na superfície do metal. OH-, CO3-, SiO44-, BO33-, + H2O ---> ácido + OHOH- + Metal n+ ---> M(OH)n (inibidor de corrosão) Inibidores catódicos: Atuam reprimindo as reações catódicas. Mais propriamente, atuam impedindo a difusão do oxigênio e a condução de elétrons, inibindo o processo catódico. Zn2+, Mg2+, Ni2+ + OH- ---> Zn(OH)2, Mg(OH)2, Ni(OH)2 todos hidróxidos insolúveis Inibidores de Adsorção: Funcionam como películas protetoras de regiões catódicas e anódicas, interferindo na ação eletroquímica. - Aminas de ác. graxos: utilizado na industria do petróleo - Derivados de aminas e amidas de ác. graxos: utilizados em gasodutos com H2O, CO2 e H2S - Octa, hexa e dioctadecilaminas: proteção contra CO2 em linhas de condensado

Decapagem ácida: uso de soluções diluídas de ácidos utilizadas para retirada da casca de laminação que contém óxidos aderidos, para assim permitir a boa aderência dos inibidores. Limpeza química de caldeiras: a retirada de incrustações das paredes da caldeira é feita com HCl contendo inibidores orgânicos para que o ácido não ataque as paredes das tubulações. Interferentes: o o o o o o

velocidade do fluido; concentração do inibidor; temperatura do sistema; substrato para adsorção; tempo de contato entre inibidor e superfície; composição do fluido.

Limpeza e Desengraxamento Finalidades e significação do desengraxamento Para garantir um bom processo e para que as camadas galvânicas sejam totalmente depositadas é necessário um pré-tratamento químico. A limpeza das peças pode se dar por desengraxamento e/ou decapagem. Atualmente não se pode mais diferenciar exatamente os conceitos de desengraxar e de capar, já que existem banhos desengraxantes com ação desoxidante e banhos decapantes com ação desengraxantes.

A escolha pelo tipo de limpeza e o desengraxamento depende de vários fatores, mas normalmente se usam dois tipos diferentes de desengraxamento, dos quais, o último deve ser o desengraxamento eletrolítico. Os tipos de desengraxamento são:

1. 2. 3. 4. 5.

Desengraxamento com solventes orgânicos; Desengraxamento alcalino; Desengraxamento emulsionante; Desengraxamento eletrolítico, Desengraxamento por ultra-som;

As formas de utilização de cada desengraxante dependem das características da peça e da quantidade de graxa presente no material. Deve-se diferenciar o tipo de graxa ou óleo presente na peça para assim decidir por um determinado desengraxante.

Qualquer tipo de impureza pode prejudicar a galvanização, portanto é necessário que a peça esteja absolutamente isenta de graxas obtendo-se assim um estado quimicamente limpo. Basta uma pequena região com graxa e a aderência da camada não será bem realizada podendo eventualmente de soltar.

Desengraxamento eletrolítico É o último estágio antes da galvanização, tem uma significação muito importante já que forma uma superfície metálica microscopicamente limpa e totalmente molhada, permitindo assim uma galvanização livre de manchas e aderência adequada.

Hidróxido de sódio

Sua utilidade é a de melhorar a condutividade elétrica. O hidrogênio formado atua mecanicamente provocando movimentação no líquido e assim eliminando a sujeira e também atua quimicamente, formando uma nova soda ativa, através da redução catódica.

Hidróxido de Potássio

Possui melhor condutividade elétrica a temperatura ambiente, mas não é muito utilizado por ser muito caro. Decapagem eletrolítica em soluções alcalinas Como a decapagem eletrolítica possui um desengraxamento insuficiente, mesmo com melhoria dos aditivos, tentou-se combinar as vantagens do desengraxamento eletrolítico com as vantagens da decapagem ácida. Os componentes essenciais são:

Sais alcalinos

Utilizados no desengraxamento eletrolítico, hidróxidos, fosfatos, carbonados, etc.

Substâncias complexantes

Servem para a remoção da ferrugem e para evitar a formação de tartaratos, oxalatos, citratos, acetatos, gluconatos e sais do ácido policarbônico de amina. As constantes do banho dependem das camadas de óxido a serem removidas. Limpeza com Ultra-Som Uma forma de melhorar mecanicamente o processo de limpeza é adicionar energia de movimento, por exemplo, através de equipamentos de movimentação e bombeamento do eletrólito, vibradores e pelos sistemas de pulverização. Já as ondas de ultra-som com oscilações mecânicas são muito mais ricas em energia e sua freqüência é de 20 kHz ou mais. Decapagem e oxidação Através de um pré-tratamento é realizado a decapagem com o objetivo de se obter uma superfície totalmente limpa, livre de impurezas e óxidos. As impurezas normalmente se restringem a casca de fundição ou laminação, camadas de óxido, ferrugem ou carepa que são removidos por soluções ácidas ou alcalinas apropriadas.

Decapagem com ácido clorídrico Serve para a remoção preliminar da carepa e para a obtenção de superfícies livres de resíduos. A grande velocidade de decapagem em temperaturas baixas é algo que deve ser levado em consideração.

Devido à formação de vapores venenosos e corrosivos, só se aquece o ácido clorídrico em casos especiais. Decapagem em ácido sulfúrico É utilizada principalmente para pré-decapagem de peças que contêm carepa ou pontos de solda. A concentração utilizada geralmente é de 20 a 30% a temperatura de 50˚ para acelerar a reação.

As soluções diluídas de ácido sulfúrico (10-20%) servem para uso após o desengraxamento eletrolítico. Este é o último estágio de tratamento antes da formação da própria camada e serve para verificar a qualidade do desengraxamento. Decapagem em ácido nítrico

É utilizado isoladamente ou misturado com outros ácidos para a decapagem de fundido temperado, aço cromo-níquel, ferro, ou aço. A passivação do material base serve para impedir um ataque posterior. Decapagem em ácido fluorídrico Possui o poder de dissolução específico para os silicatos e em casos especiais em soluções de 2-5%. Como o vapor deste tipo de decapagem são altamente perigosos, é necessário ter muito de cuidado com a sua utilização. Decapagem em ácido fosfórico Possui utilização específica em alguns campos, por isso, mesmo com o seu alto custo, ainda é utilizado.

É também usado como pré-tratamento de peças soldadas e possui um alto valor de dissolução com os óxidos metálicos. O ácido fosfórico é inibido com grande facilidade e serve, portanto, como decapante para peças de superfície esmerilhada.

Fragilidade e a sua prevenção Devido à decapagem química é formado hidrogênio, que é difundido parcialmente. A absorção do hidrogênio é menor quando as concentrações ácidas são maiores e quando as temperaturas de trabalho são mais elevadas.

Combinações orgânicas em concentrações pequenas, conhecidas com inibidoras são adicionadas com a finalidade de evitar e retardar o ataque do ácido sobre a superfície metálica. Oxidação de cobre e ligas de cobre

Esta oxidação acontece normalmente em misturas concentradas constituídas de ácido nítrico e de ácido sulfúrico com o objetivo de remover oxidações leves, carepa ou óxidos. Na prática, existem três tipos de oxidação: Pré-oxidação, oxidação brilhante e oxidação fosca. A pré-oxidação é utilizada para se obter uma superfície metalicamente limpa, já oxidação brilhante ou a fosca são utilizadas para se obter superfícies brilhantes ou foscas.

Decapagem eletrolítica

Para decapagem eletrolítica existem basicamente três processos distintos: Decapagem anódica em ácidos minerais, decapagem anódico-catódica em ácidos minerais, decapagem anódico-catódica em soluções alcalinas. A decapagem anódica em ácidos minerais serve melhorar a aderência das camadas galvânicas, isso se deve devido a uma rugosidade controlada do material-base. Os processos anódicos de decapagem são utilizados para que se tenha o mínimo ataque do material. Quando se tem uma ligação catódica, o chumbo metálico é depositado sobre o material-base decapado, oferecendo ótima proteção contra o ataque ao material.

Lavagem, decapagem e neutralização Lavagem A lavagem serve para a remoção do líquido que permanece sobre a peça depois do estágio químico ou eletrolítico. Para isso deve-se fazer uma neutralização ou uma decapagem.

Alguns fatores influenciam na quantidade de líquido introduzido ou carregado:

1. A forma e colocação das peças; 2. O tempo de espera entre um estágio e outro; 3. Concentração, viscosidade, ou tensão superficial do líquido;

temperatura,

4. Filmes que restam sobre a superfície metálica.

Decapagem

A decapagem serve para remover os filmes superficiais que apareceram por causa do aumento da densidade de corrente, temperaturas, elementos de liga ou componentes do eletrólito. Uma decapagem ácida só é realizada depois de um contato com as soluções alcalinas, as quais ativam a superfície instantaneamente.

São os próprios elementos de liga que determinam as soluções decapantes.

Neutralização A neutralização serve para excluir os resíduos líquidos e salinos e as demais imperfeições. São utilizados líquidos com reações ácidas fracas ou alcalinas que variam de

Artigo principal: Ácido Clorídrico

Do sal marinho aos mais complexos compostos

6.Aplicações Aplicações principais:

6.1.Decapagem de metais Uma das mais importantes aplicações e maior uso em volume do ácido clorídrico é de metais ferrosos, como o ferro fundido ou os aços, que trata-se do tratamento de superfície para remover ferrugem (óxido de ferro do ferro) ou crostas, chamada também de "carepa"[14], de laminação antes de subsequente processamento, tais como laminação, trefilagem, galvanoplastia e outras técnicas.[13][15]. Antes de 1963, quase todo o aço era decapado com ácido sulfúrico. O ácido clorídrico passou a assumir este mercado, pois reage mais rapidamente com a crosta que o ácido sulfúrico, citando-se o dobro de velocidade[1], ataca menos o metal de base e o aço decapado fica com uma melhor superfície, tanto em termos de aspereza quanto em cor (mais clara) quanto limpeza, para as posteriores operações de revestimento ou de deposição, além de ser produzida menor quantidade de solução usada de decapagem, facilitando os posteriores tratamentos. A razão da superfície atacada pelo ácido clorídrico apresentar esta qualidade superior é que o o cloreto ferroso, FeCI2, é mais solúvel que o sulfato ferroso, FeSO4.[1] A reação de decapagem é composta de vários níveis dependendo do tipo de óxido envolvido e da

concentração do banho na região da peça em tratamento e do cloreto, porém a reação básica para o óxido ferroso sempre é a seguinte:

FeO + 2 HCl → FeCl2 + H2O A reação que caracteriza esta aplicação para o óxido férrico/ferro é:

Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O A qualidade técnica do ácido com concentração de 18% de HCl é a mais comumente usada nos agentes de decapagem de aços carbono.

Peças de aço mostrando o "antes" e "depois" da decapagem ácida (www.mpelimited.co.uk). O ácido exaurido tem sido por muito rempo reutilizado como soluções de cloreto de ferro (II) (também conhecido como cloreto ferroso), mas altos níveis de metais pesados no licor de decapagem tem feito diminuir esta prática. A indústria da decapagem de aço desenvolveu um processo de regeneração do ácido clorídrico, tal como o spray roaster (pulverizador giratório) ou o processo de regeneração de HCl por leito fluidizado, o qual permite a recuperação de HCl do liquor exaurido da decapagem. O processo de regeneração mais comum é o processos de pirohidrólise, aplicando a seguinte equação química:[13]

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl + 2 Fe2O3

Por recuperação do ácido exaurido, um circuito fechado do ácido é estabelecido.[15] O óxido de ferro (III), subproduto do processo de regeneração possui valor, sendo usado em uma variedade de indústrias secundárias.[13]

Processo "Spray Roaster" - (Wikipédia em lingua inglesa)

Esquema de processo automático de análise de liquor de decapagem por ácido clorídrico (www.industry.siemens.com)[2]

6.1.1.Questões práticas em decapagem

Decapagem ácida (www.oleofine.com). As decapagens recomendadas com ácido clorídrico são: Para aço carbono: ácido clorídrico em concentrações entre 10 e 20% em água e o tempo de decapagem depende da espessura da carepa ou ferrugem. Possui a vantagem de atacar menos o metal, de reduzir a fragilidade na decapagem, de gerar superfícies mais claras, de ser armazenável mesmo concentrado em embalagens de polietileno de alta densidade, como bombonas ou tambores. O ácido clorídrico é usado a temperatura ambiente,[3] devido à formação de vapores venenosos e corrosivos, só é aquecido em casos especiais.[4] Seu custo é decisivo em sua escolha, e porque é vendido em soluções mais diluídas que o ácido sulfúrico (faixas de 30 contra 90%), embora permita tempos de operação menores (estes tempos são relacionados à quantidade de ferrugem ou carepa a serem removidas).[3] Para o ferro fundido é recomendado o ácido clorídrico diluído com acréscimo de aditivos. No caso de resíduos de areia do molde, recomenda-se a adição ao ácido clorídrico, na concentração de 7 a 10%, ácido fluorídrico, na concentração de 1 a 30% e temperaturas de banho de 50 a 500°C (peça imersa aquecida).[3] O zinco é tratado à temperatura ambiente com ácido clorídrico (ou sulfúrico) em concentração de 3 a 10% acrescido de aditivos. Já para ligas de zinco contendo cobre e alumínio usa-se decapagem preliminar em mistura de ácido crômico e clorídrico e uma decapagem final em solução com alto teor de ácido crômico. Para o caso de zinco fundido usa-se a escovação, e antes da galvanização remove-se a graxa por imersão rápida em solução de 2 a 5% de ácido clorídrico (ou nítrico) aditivado. Após este banho procede-se a uma nova escovação.[3] Para o estanho e o chumbo utiliza-se ácido clorídrico a 2 ou 3%, com imediata posterior lavagem e secagem, evitando limpeza mecânica.[3]

Tubulações mostrando o estado antes e depois de decapagem ácida (www.mpelimited.co.uk).