Galvanização de Aço: Proteção Poderosa contra Oxidação para Desempenho Durável

Por que escolher aço galvanizado em vez de aço inoxidável?

Dizemos que estamos "galvanizados" quando algo nos impulsiona à ação. Então, o que significa quando usamos o termo aço galvanizado ou metal?

Descobre-se que tudo se trata do choque.

Metais ferrosos contêm ferro e incluem 90% da manufatura mundial de metal. O ferro é denso, forte (quando misturado com carbono para se tornar aço), abundante e fácil de refinar. Estas propriedades o tornam o metal mais importante que temos para indústria e construção.

No entanto, o ferro e muitas de suas ligas também são altamente propensos à ferrugem quando expostos ao ar e água. Proteger contra corrosão é parte do design de metal ferroso. Às vezes, esta proteção pode vir do tipo de liga; aços inoxidáveis, por exemplo, têm cromo e outros elementos para proteção química contra corrosão. No entanto, estas adições podem mudar propriedades mecânicas. Também podem ser caras. Às vezes, um selante é usado, como revestimento em pó, tinta ou tratamentos de óleo.

Aço galvanizado é ainda mais comum, mas é menos compreendido. Como você faz aço galvanizado? Ele impulsiona metais ferrosos à ação? O aço galvanizado enferruja? Quando você usa aço galvanizado vs. alumínio vs. aço inoxidável?

O que é aço galvanizado?

Galvanização é um processo no qual revestimentos de zinco são aplicados a aço ou ferro, criando uma barreira que protege o metal ferroso da corrosão. A camada de zinco funciona fisicamente bloqueando água e ar de alcançar a superfície do aço, e quimicamente oferecendo proteção catódica. Esta proteção é eletroquímica... como a "galvanização" metafórica que nos excita à ação. A palavra vem do nome do cientista do século 18 Luigi Galvani, pioneiro em bioeletromagnetismo.

Galvanização é geralmente feita em alta temperatura. Embora uma camada de zinco possa ser adicionada através de pintura ou eletrodeposição, qualquer um destes apenas cria uma camada fina — uma superfície brilhante de apenas 3 mícrons de espessura. Uma aplicação tópica como esta é vulnerável em aplicações externas onde resistência à corrosão é importante.

Verdadeira galvanização acontece em alta temperatura, e depende da interação química entre zinco, oxigênio e dióxido de carbono. Os três reagem em temperatura para criar uma camada de carbonato de zinco cinza-escuro que tipicamente tem 50 mícrons de espessura e é muito mais durável em locais externos.

O aço galvanizado enferruja?

Você pode estar se perguntando, "o aço galvanizado enferruja?" A resposta é sim... até certo ponto, e baseado nas condições. A extensão em que o aço galvanizado enferruja é baseada na espessura do revestimento protetor de zinco (sobre o qual falaremos mais abaixo) e o tipo de ambiente corrosivo.

Em que condições o aço galvanizado enferruja? As mais comuns incluem alta umidade, ambientes molhados ou submersos, sal no ar ou água, musgo e ácidos. Mas a galvanização também fornece boa resistência a contato com concreto, argamassa, chumbo, estanho, zinco e alumínio.

Galvanização ajuda a prolongar a luta contra o acúmulo de ferrugem. Ela depende da oxidação do zinco para proteger contra a oxidação do aço ou ferro. Com as condições certas, o aço galvanizado resiste à ferrugem por até 50 anos. Ferrugem, ou oxidação de metais ferrosos, é interrompida. No entanto, a oxidação ainda está ocorrendo no zinco (é apenas que isso não é conhecido como ferrugem).

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

Galvanização a quente

Galvanização a quente é a forma mais comum de galvanização com zinco. Neste método, peças de aço ou ferro são limpas de detritos e carepa de laminação e então baixadas em um banho de zinco ou liga de zinco a uma temperatura próxima a 449°C. O aço é deixado no banho até atingir a mesma temperatura, após o qual é erguido e resfriado. Este resfriamento pode ser feito rápida ou lentamente, dependendo da aparência pretendida do produto final.

Galvanização por liga (Galvannealing) é o processo de galvanizar em um banho de zinco que tem adição de alumínio. Enquanto o metal ainda está quente, o produto inteiro é tratado termicamente, causando a formação de vários estratos de ligas zinco-ferro. A adição de alumínio e o tratamento térmico posterior dão ao aço resultante melhor soldabilidade. Aço galvanizado por liga geralmente desenvolverá uma pátina avermelhada semelhante a ferrugem, mas não corroerá da forma que ligas ferrosas desprotegidas corrompem.

Galvanização a seco

Um método menos comum para galvanização com zinco é galvanização a seco. Este processo também é conhecido como Sherardizing, nomeado pelo metalúrgico Sherard Cowper-Coles, que desenvolveu o método. Nesta técnica, pequenas peças de aço são aquecidas em um tambor rotativo fechado, junto com pó de zinco e areia, até que a temperatura e a rotação causem o zinco a fundir quimicamente à superfície do aço. A peça é então temperada. É frequentemente usada para peças pequenas e aquelas com superfícies internas que podem não ser alcançadas por imersão a quente.

Espangle (Flor de zinco)

Uma das características tradicionalmente reconhecíveis do aço galvanizado é o espangle em sua superfície. Todo metal congela em formas cristalinas, como uma série de flocos de neve empacotados juntos. Para a maioria dos metais, este grão cristalino é pequeno demais para ver, ou os limites de grão não são óbvios sem ataque. Galvanização com liga de zinco permite que as pessoas vejam o padrão de cristalização que se forma durante o congelamento do metal.

Forma e tamanho do espangle podem dar uma dica às condições de resfriamento após galvanização a quente. Quanto mais lentamente a superfície congela, maiores os grãos de cristal, frequentemente aparecendo como formas de pena ou folha. Uma têmpera rápida para temperaturas mais frias pode levar a grãos menores, mais regulares ou quadriculados.

Grande parte do espangle mais atraente é frequentemente criado com pequenas quantidades de chumbo ou estanho na liga de zinco. Estas adições permitem a criação dendrítica dos grãos — o processo de congelamento que incentiva formas de pena a se estenderem pela superfície. O desenvolvimento de galvanização livre de chumbo criou revestimentos de zinco que congelam a partir do aço para cima. Estas ligas livres de chumbo podem criar espangles mais arredondados que podem ser menores que 0,5mm. A interação entre liga e condições de congelamento significa que um galvanizador habilidoso pode influenciar o tamanho e forma do espangle 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 dissimilares são colocados juntos em um banho de eletrólito, 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 cede elétrons. As moléculas desprovidas de elétrons dentro deste ânodo são quimicamente instáveis, e buscam formar moléculas estáveis com químicos no ambiente, produzindo óxidos e outros produtos de corrosão. Baterias usam esta forma de corrosão galvânica para gerar corrente.

Metais são classificados por sua reatividade em um índice anódico. 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 de eletrólito com ouro. Este índice é a base para a escala galvânica, que ordena metais do mais passivo para o mais ativo:

Na galvanização, zinco, um metal anódico, cobre aço ou ferro. Funciona como selante, ainda que se houver microfuros na cobertura, o sacrifício eletroquímico do zinco significa que ele corroerá primeiro, como o mais ativo dos dois metais. Esta propriedade de um metal mais anódico proteger um mais catódico é usada propositalmente em cascos de barcos, que, submersos em água do mar, estão em risco de corrosão. Estes ânodos de sacrifício, também chamados apenas de zinco, são geralmente aparafusados ao casco. Frequentemente, peças de zinco são incluídas no design de uma hélice ou outro dispositivo.

O zinco se sacrifica rapidamente, mas não rápido demais, na presença de ferro. Olhando a escala galvânica, fica 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 no índice anódico para funcionar tão bem como ânodo de sacrifício. Do outro lado, o magnésio se dissolveria muito mais rápido, e adicionalmente pode ser mais reativo em muitos ambientes. O zinco também tem o benefício de ser protetor contra decomposição orgânica ou bacteriana. Berílio é raro, caro e muito instável.

Acabamento de aço galvanizado

Ferrugem branca pode se formar no aço galvanizado à medida que o zinco se decompõe em hidróxido de zinco. Esta "ferrugem" é de fato o produto da corrosão do zinco, mas em condições normais acontece em uma taxa muito mais lenta que o aço desprotegido oxida. Para ajudar a retardar este processo ainda mais, às vezes o metal galvanizado é oleado, ou ocasionalmente passivado com cromo, para criar uma camada final de vedação. Este metal oleoso ou passivado não pode ser pintado ou finalizado de outra forma, mas em muitos climas terá boa aparência por décadas e permanecerá estruturalmente sólido por ainda mais tempo. Aço galvanizado é útil para peças de trabalho oleadas que podem ver tinta desgastada rapidamente.

Em aplicações onde a estética de tinta ou revestimento em pó é preferida, o aço galvanizado pode ser deixado sem revestimento. No entanto, mais frequentemente um item é galvanizado ou pintado, não ambos, para manter a economia de custo de cada abordagem.

Aço galvanizado vs alumínio vs aço inoxidável

Galvanização é uma forma custo-efetiva de ajudar a proteger 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. São melhores escolhas para utensílios de cozinha, talheres e saúde, pois muito zinco pode ser tóxico, e tanto ácidos quanto calor podem mobilizar o zinco. Em lugares onde o espangle cinza opaco do aço galvanizado não é ideal, eles apresentam uma estética mais brilhante e adaptável.

Alumínio e inox custam mais, e suas propriedades mecânicas não são idênticas ao aço. Para aplicações onde propriedades mecânicas, estética 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 proteção contra intempéries a baixo custo.