Galvanização de aço:proteção contra oxidação “chocante”

Por que escolher aço galvanizado em vez de aço inoxidável?

Dizemos que estamos “galvanizados” quando algo nos estimula a agir. Então, o que significa quando usamos o termo aço galvanizado ou metálico?

Acontece que é tudo sobre o choque.

Os metais ferrosos contêm ferro e incluem 90% da fabricação de metais do mundo. O ferro é denso, forte (quando misturado com carbono para se tornar aço), abundante e fácil de refinar. Essas propriedades o tornam o metal mais importante que temos para a indústria e a construção.

No entanto, o ferro e muitas de suas ligas também são altamente propensos à ferrugem quando expostos ao ar e à água. A proteção contra a corrosão faz parte do projeto de metais ferrosos. Às vezes, essa proteção pode vir do tipo de liga; os aços inoxidáveis, por exemplo, possuem cromo e outros elementos de proteção química contra a corrosão. No entanto, essas adições podem alterar as propriedades mecânicas. Eles também podem ser caros. Às vezes, um selante é usado, como revestimento em pó, pintura ou tratamentos com óleo.

O aço galvanizado é ainda mais comum, mas é menos compreendido. Como fazer aço galvanizado? Estimula os metais ferrosos à ação? O aço galvanizado enferruja? Quando você usa aço galvanizado versus alumínio versus aço inoxidável?

O que é aço galvanizado?

A galvanização é um processo no qual revestimentos de zinco são aplicados ao aço ou ferro, criando uma barreira que protege o metal ferroso da corrosão. A camada de zinco funciona fisicamente bloqueando a água e o ar de atingir a superfície do aço e quimicamente oferecendo proteção catódica. Essa proteção é eletroquímica… como a “galvanização” metafórica que nos excita a agir. A palavra vem do nome do cientista do século 18 Luigi Galvani, que foi um pioneiro em bioeletromagnética.

A galvanização geralmente é feita em alta temperatura. Embora uma camada de zinco possa ser adicionada através de pintura ou galvanoplastia, qualquer uma delas cria apenas uma camada fina - uma superfície brilhante de apenas 3 mícrons de espessura. Uma aplicação tópica como esta é vulnerável em aplicações externas onde a resistência à corrosão é importante.

A verdadeira galvanização acontece em altas temperaturas e depende da interação química entre zinco, oxigênio e dióxido de carbono. Os três reagem à temperatura para criar uma camada de carbonato de zinco cinza escuro que normalmente tem 50 mícrons de espessura e muito mais durável em locais ao ar livre.

O aço galvanizado enferruja?

Você pode estar se perguntando:“o aço galvanizado enferruja?” A resposta é sim... até certo ponto e com base nas condições. A extensão em que o aço galvanizado enferruja é baseada na espessura do revestimento protetor de zinco (sobre o qual falaremos com mais detalhes abaixo) e no tipo de ambiente corrosivo.

Em que condições o aço galvanizado enferruja? Os mais comuns incluem alta umidade, ambientes úmidos ou encharcados, sal no ar ou na água, musgo e ácidos. Mas, a galvanização também oferece boa resistência ao contato com concreto, argamassa, chumbo, estanho, zinco e alumínio.

A galvanização ajuda a prolongar a luta contra o acúmulo de ferrugem. Baseia-se na oxidação do zinco para proteger contra a oxidação do aço ou do ferro. Com as condições certas, o aço galvanizado resiste à ferrugem por até 50 anos. A ferrugem, ou a oxidação de metais ferrosos, é interrompida. No entanto, a oxidação ainda está ocorrendo no zinco (é só que isso não é conhecido como ferrugem).

Quando o zinco finalmente estiver todo convertido pela oxidação, ele não protegerá mais e o aço será mastigado.

Galvanização por imersão a quente

A galvanização por imersão a quente é a forma mais comum de galvanização de zinco. Nesse método, as peças de aço ou ferro são limpas de detritos e carepa de laminação e, em seguida, são mergulhadas em um banho de zinco ou liga de zinco a uma temperatura próxima a 840°F. O aço é deixado no banho até atingir a mesma temperatura, após o que é levantado e resfriado. Esse resfriamento pode ser feito de forma rápida ou lenta, dependendo da aparência pretendida do produto final.

O galvannealing é o processo de galvanização em banho de zinco com adição de alumínio. Enquanto o metal ainda está quente, todo o produto é tratado termicamente, causando a formação de vários estratos de ligas zinco-ferro. A adição de alumínio e o tratamento térmico posterior conferem ao aço resultante uma melhor soldabilidade. O aço galvannealed geralmente desenvolverá uma pátina avermelhada semelhante à ferrugem, mas não corroerá da mesma forma que as ligas ferrosas desprotegidas corroem.

Galvanização a seco

Um método menos comum para galvanização de zinco é a galvanização a seco. Esse processo também é conhecido como Sherardizing, em homenagem ao metalúrgico Sherard Cowper-Coles, que desenvolveu o método. Nesta técnica, pequenas peças de aço são aquecidas em um tambor giratório fechado, juntamente com pó de zinco e areia, até que a temperatura e a oscilação façam com que o zinco se funda quimicamente à superfície do aço. A peça é então temperada. É frequentemente usado para peças pequenas e com superfícies internas que podem não ser alcançadas por imersão a quente.

Lantagem

Uma das características tradicionalmente reconhecíveis do aço galvanizado é a lantejoula em sua superfície. Todo metal congela em formas cristalinas, como uma série de flocos de neve bem juntos. Para a maioria dos metais, esse grão cristalino é muito pequeno para ser visto, ou os limites de grão não são óbvios sem o ataque. A galvanização de liga de zinco permite que as pessoas vejam o padrão de cristalização que se forma durante o congelamento do metal.

A forma e o tamanho da lantejoula podem dar uma dica para as condições de resfriamento após a galvanização a quente. Quanto mais lentamente a superfície congela, maiores os grãos de cristal, muitas vezes mostrando formas semelhantes a penas ou folhas. Uma têmpera rápida para temperaturas mais frias pode levar a grãos menores, mais regulares ou mais quadrados.

Grande parte da lantejoula mais atraente é muitas vezes criada com pequenas quantidades de chumbo ou estanho na liga de zinco. Essas adições permitem a criação de grãos semelhantes a dendritos - o processo de congelamento que incentiva formas semelhantes a penas que se estendem pela superfície. O desenvolvimento da galvanização sem chumbo criou revestimentos de zinco que congelam do aço para cima. Essas ligas sem chumbo podem criar lantejoulas mais arredondadas que podem ter menos de 0,5 mm de diâmetro. A interação entre a liga e as condições de congelamento significa que um galvanizador experiente pode influenciar o tamanho e a forma da lantejoula no produto final.

Corrosão galvânica e ânodos de sacrifício

O processo de galvanização não é apenas uma questão de criar uma casca de zinco ao redor do metal para criar uma barreira física. Se fosse, outros metais poderiam ser usados. Em vez disso, o zinco protege através de um processo químico chamado “proteção catódica”.

Quando dois metais com potenciais elétricos muito diferentes são colocados juntos em um banho eletrolítico, eles começam a agir como ânodo e cátodo em uma reação eletroquímica, criando uma corrente. O mais “ativo” dos dois metais, o ânodo, corroerá mais rapidamente do que se estivesse sozinho, porque oferece elétrons. As moléculas desprovidas de elétrons dentro desse ânodo são quimicamente instáveis ​​e procuram formar moléculas estáveis ​​com produtos químicos no ambiente, produzindo óxidos e outros produtos de corrosão. As baterias usam essa forma de corrosão galvânica para gerar corrente.

Os metais são classificados por sua reatividade em um índice anódico. O ouro, o mais inerte ou passivo dos metais, é usado como material de referência. Todos os outros metais recebem um número que representa sua voltagem quando em um banho eletrolítico com ouro. Este índice é a base para a escala galvânica, que classifica os metais do mais passivo ao mais ativo:

Na galvanização, o zinco, um metal anódico, cobre aço ou ferro. Ele funciona como um selante, mas se houver furos na cobertura, o sacrifício eletroquímico do zinco significa que ele irá corroer primeiro, como o mais ativo dos dois metais. Essa propriedade de um metal mais anódico protegendo um mais catódico é usada propositalmente em cascos de barcos que, submersos na água do mar, correm risco de corrosão. Esses ânodos de sacrifício, também chamados de zincos, geralmente são aparafusados ​​a um casco. Muitas vezes, as peças de zinco são incluídas no projeto de uma hélice ou outro dispositivo.

O zinco sacrifica rapidamente, mas não muito rapidamente, na presença de ferro. Olhando para a escala galvânica, é claro que alumínio, magnésio e berílio também podem ser “mais ativos” e, portanto, protetores. No entanto, o alumínio é mais difícil de ligar ao aço, mais caro e está muito próximo do índice anódico para funcionar tão bem quanto um ânodo de sacrifício. Por outro lado, o magnésio se dissolve muito mais rápido e, além disso, pode ser mais reativo em muitos ambientes. O zinco também tem a vantagem de ser protetor contra a degradação orgânica ou bacteriana. O berílio é raro, caro e muito instável.

Acabamento de aço galvanizado

A ferrugem branca pode se formar no aço galvanizado à medida que o zinco se decompõe em hidróxido de zinco. Essa “ferrugem” é de fato o produto da corrosão do zinco, mas em condições normais ela ocorre em uma taxa muito mais lenta do que o aço desprotegido oxida. Para ajudar a retardar ainda mais esse processo, às vezes o metal galvanizado é lubrificado ou, ocasionalmente, passivado com cromo, para criar uma camada final de vedação. Este metal oleoso ou passivado não pode ser pintado ou acabado, mas em muitos climas ficará bem por décadas e permanecerá estruturalmente sólido por mais tempo. O aço galvanizado é útil para peças de trabalho lubrificadas que podem ver a tinta desgastada rapidamente.

Em aplicações onde a estética da pintura ou do revestimento em pó é preferida, o aço galvanizado pode ser deixado sem revestimento. No entanto, na maioria das vezes um item é galvanizado ou pintado, não ambos, para manter a economia de custos de cada abordagem.

Aço galvanizado vs alumínio vs aço inoxidável

A galvanização é uma maneira econômica de ajudar a proteger o metal que será exposto a elementos potencialmente corrosivos. Alumínio e aço inoxidável também são usados ​​para aplicações que precisam de metal forte e resistente à corrosão. Eles são melhores escolhas para panelas, utensílios e cuidados de saúde, pois muito zinco pode ser tóxico, e tanto os ácidos quanto o calor podem mobilizar o zinco. Em locais onde a lantejoula cinza fosca do aço galvanizado não é ideal, eles apresentam uma estética mais brilhante e adaptável.

Alumínio e aço inoxidável custam mais caro, e suas propriedades mecânicas não são idênticas às do aço. Para aplicações onde as propriedades mecânicas, estéticas ou peso do metal são importantes, materiais mais caros podem ser a escolha ideal. Em outros lugares, onde a funcionalidade do aço padrão é desejada, o processo de galvanização é ideal para impermeabilização a baixo custo.