Metalização Explicada: Tipos, Benefícios e Aplicações

O que é Metalização?

Metalização é uma fina camada de metal que foi adicionada ao exterior de um material. É um processo de revestimento de superfície pelo qual um metal é depositado em uma superfície condutiva. Metalização tem sido feita por centenas de anos; também é crítica para tecnologia moderna.

Metalização é usada para decorar objetos, para inibição de corrosão, para melhorar soldabilidade, para endurecer, para melhorar resistência ao desgaste, para reduzir fricção, para melhorar adesão de tinta, para alterar condutividade, para melhorar refletividade IR, para blindagem de radiação, e para outros propósitos. Joias tipicamente usam metalização para dar um acabamento de prata ou ouro.

A deposição de filme fino tem objetos metalizados tão pequenos quanto um átomo, portanto metalização encontra usos em nanotecnologia.

Existem vários métodos de metalização e muitas variações. Em um método, uma superfície sólida é coberta com uma folha de metal, e então calor e pressão são aplicados para fundi-los. Outras técnicas de metalização incluem eletrodeposição, deposição de vapor sob vácuo, e deposição por sputtering. Recentemente, metalização frequentemente se refere a usar líquidos. Metalização refere-se a revestir metal em objetos não metálicos.

Benefícios da Metalização

A metalização fornece muitos benefícios a produtos feitos de metal e outros materiais. Isso é mostly alcançado através de eletrodeposição, que requer uma corrente elétrica, ou através de metalização sem corrente, que é um processo químico autocatalítico. Estas técnicas, assim como algumas outras, resultam em um ou vários dos seguintes benefícios:

• Resistência à corrosão melhorada
• Atrativo decorativo
• Soldabilidade aumentada
• Dureza aprimorada
• Fricção reduzida
• Condutividade alterada
• Adesão de tinta aprimorada
• Deposição de material
• Magnetismo aumentado

Tipos de Metalização

Existem muitos tipos diferentes de metalização como descrito abaixo:

1. Eletrodeposição
2. Metalização Sem Corrente
3. Metalização por Imersão
4. Cementação
5. Deposição de Vapor Físico
6. Revestimento por Spray de Plasma

1. Eletrodeposição

A eletrodeposição é o método mais comum de metalização. A eletrodeposição usa uma corrente elétrica para dissolver partículas de metal carregadas positivamente (íons) em uma solução química. Os íons de metal carregados positivamente são atraídos para o material a ser metalizado, que é o lado carregado negativamente do circuito.

A peça ou produto a ser metalizado é então colocado nesta solução, e as partículas de metal dissolvidas são atraídas para a superfície do material. A eletrodeposição resulta em um revestimento liso, uniforme e rápido para o material que é metalizado, efetivamente mudando a superfície do material.

Existem vários passos e processos diferentes que podem ser envolvidos na eletrodeposição, incluindo limpeza, ataque, deposição eletroquímica, eletrodeposição por pulsos, e eletrodeposição por escova.

Efeitos:

A eletrodeposição é usada para fornecer um revestimento protetor, uma aparência decorativa, ou para mudar as propriedades de um material para engenharia. A eletrodeposição melhora as propriedades químicas, físicas e mecânicas da peça de trabalho, o que afeta a maneira como ela performa quando usinada.

Metalizar a peça de trabalho pode ser usado para construí-la a partir de um tamanho menor, torná-la mais fácil de usinar, e aumentar soldabilidade, condutividade, ou refletividade.

2. Metalização Sem Corrente

A metalização sem corrente é assim chamada porque é um método de metalização que não usa energia elétrica externa. A metalização sem corrente envolve uma reação química que induz redução de átomos de metal.

Em outras palavras, a solução de íons de metal (partículas) quando misturada com um agente redutor é convertida em um metal sólido quando entram em contato com o metal catalisador (que dispara a reação). Isso resulta no metal sendo metalizado com uma camada sólida do metal de metalização.

Efeitos

A metalização sem corrente ou autocatalítica é adequada para diversos tamanhos e formas de materiais e não requer eletricidade externa ou banhos de metalização, o que reduz custos. No entanto, a metalização sem corrente é mais lenta, não pode criar chapas grossas, e é mais difícil de controlar que a eletrodeposição.

O método mais comum de metalização autocatalítica é a metalização sem corrente de níquel. No entanto, metalização em prata, ouro e cobre também pode ser aplicada com esta técnica.

Efeitos da metalização sem corrente no produto final incluem proteger o metal base da corrosão, aumentar o tamanho da peça de trabalho, e alterar soldabilidade, refletividade e condutividade.

3. Metalização por Imersão

A metalização por imersão envolve imergir um metal em uma solução de íons de metal de um metal mais nobre. Os íons do metal mais nobre são mais estáveis, e então há um 'puxão' natural para deslocar os íons de metal de superfície do metal menos nobre com uma fina camada dos íons do metal mais nobre.

A metalização por imersão é um processo mais lento, e só pode ser usada para metalizar metais menos nobres com metais mais nobres. Metais nobres são metais que são quimicamente inertes. Por exemplo, ouro, platina, ou prata.

Efeitos

A metalização por imersão resulta em apenas uma fina cobertura de metalização, após a qual o processo de metalização vai parar. A metalização por imersão também parece ser de qualidade de adesão mais pobre, onde a metalização não 'gruda' tão firmemente ao metal base.

Os efeitos da metalização por imersão no produto final incluem resistência à corrosão melhorada, condutividade elétrica alterada, aparência mudada, maior dureza, tolerância de torque, e capacidades de ligação modificadas.

4. Cementação

Também conhecida como endurecimento de caixa, a cementação é um processo de tratamento térmico que produz uma superfície resistente ao desgaste enquanto mantém a resistência do núcleo. Geralmente aplicada a aço de baixo carbono após usinagem, bem como engrenagens de alta liga, rolamentos, etc.

A cementação é adequada para formas complexas de materiais de menor custo que podem ser usinados facilmente para dar uma superfície muito dura. O processo envolve aquecer a peça em um forno de cova ou forno de atmosfera selada.

Então gases de cementação (geralmente monóxido de carbono mas também cianeto de sódio e carbonato de bário) são introduzidos à temperatura, com o calor e temperatura afetando a profundidade de difusão de carbono. A peça é então ou resfriada lentamente para têmpera posterior ou temperada diretamente em óleo.

5. Deposição de Vapor Físico (PVD)

PVD é uma família de processos de revestimento nos quais filmes finos são depositados no substrato. No processo de deposição de vapor físico, material de revestimento sólido como titânio, cromo, ou alumínio é evaporado por calor ou por bombardeamento com íons.

Durante o processo, um gás reativo como nitrogênio é introduzido, formando um composto com o vapor de metal e depositando na superfície do metal como um revestimento muito fino. Isso resulta em uma ligação extremamente forte entre o revestimento e a peça de metal.

Algumas das vantagens do PVD são; superfície muito dura e resistente à corrosão, resistência a alta temperatura, e boa resistência ao impacto.

Ideal para uma ampla gama de aplicações:

• Aeroespacial
• Automotiva
• Ferramentas de Corte
• Médica
• Armas de Fogo
• Óptica
• Filmes finos como tintura de janela, embalagem de alimentos

6. Revestimento por Spray de Plasma

Revestimento por spray de plasma é um dos tipos menos conhecidos de metalização. Neste processo de metalização, também conhecido como spray térmico, material fundido ou amolecido pelo calor é pulverizado sobre uma superfície para fornecer o revestimento.

O material de revestimento é injetado em uma chama de plasma de temperatura muito alta (até 10.000 K em calor), é rapidamente aquecido e então acelerado a uma alta velocidade sobre a superfície da peça e resfria rapidamente para formar um revestimento na superfície da peça.

O processo produz um revestimento, geralmente em materiais estruturais, para fornecer proteção contra temperaturas muito altas, por exemplo em gerenciamento de calor de escape. Também fornece resistência à corrosão e desgaste. O revestimento também pode mudar a aparência e propriedades elétricas da peça.

Metais usados na metalização

Metalização de Zinco

Zinco é um material barato que é usado para fornecer um revestimento galvanizado em muitos substratos de metal. Além de ser eletrodepositado, o elemento é aplicado por meio do processo Sherardizing, por imersão em banho fundido, e por pulverização.

No processo eletrolítico, ou a frio, o artigo a ser metalizado é configurado como um cátodo em um banho eletrolítico de sais de zinco solúveis junto com um anodo de zinco metálico. O processo produz um revestimento altamente dúctil de zinco puro cuja espessura e uniformidade podem ser precisamente controladas.

O processo Sherardizing é usado para revestir pequenos itens de ferragem como parafusos e pregos. Itens são carregados em um barril junto com pó de zinco e aquecidos a aproximadamente 260 °C. As peças são tumbadas no barril produzindo um revestimento que é cerca de 90% zinco e 10% ferro.

Zinco fundido também pode ser aplicado por imersão ou por revestimento manual de itens maiores. Às vezes uma pequena quantidade de alumínio é adicionada ao banho para melhorar fluidez e melhorar o revestimento de formas estranhas.

Da mesma forma, uma pequena porcentagem de estanho no banho ajuda a alcançar um revestimento uniforme do substrato e um acabamento melhorado. O processo de imersão a quente produz uma camada de liga zinco-ferro adjacente ao metal base que pode ser um pouco quebradiça e afetar a adesão das camadas externas.

Pulverização de metal, ou metalização, usa uma chama para derreter pós ou arame de metal e impingi-los sobre uma superfície de substrato, produzindo uma ligação mecânica entre o revestimento e o metal base. A superfície do metal base precisa ser um pouco áspera para a ligação mecânica ocorrer, mas revestimentos bastante grossos podem ser aplicados desta maneira.

Os revestimentos podem ser porosos também, mas como o zinco é anódico ao ferro e aço, isso não afeta a capacidade do revestimento de afastar corrosão. A natureza porosa do metal pulverizado também o torna bom em segurar tinta.

Metalização de Cádmio

A metalização de cádmio foi em um tempo usada como substituto para zinco e frequentemente metalizada em vários itens automotivos. Fabricantes de aeronaves especificavam por suas características de proteção sacrificial e sua lubrificidade natural para componentes que eram frequentemente removidos e reinstalados.

Era particularmente adequada a ambientes marinhos onde se mantém bem contra água doce e salgada. Devido a preocupações de segurança, seu uso como material de metalização diminuiu ao longo dos anos, embora ainda esteja disponível. Muitos fabricantes aeroespaciais voltaram-se para metalização de liga zinco-níquel.

Metalização de Cromo

Metalização de cromo frequentemente serve a um propósito meramente decorativo, mas também promove resistência à corrosão e dureza aumentadas, tornando-a útil para aplicações industriais onde desgaste é uma preocupação. Aqui é referida como metalização de cromo duro, e às vezes é usada para restaurar tolerâncias em peças gastas.

Cromo é mais frequentemente metalizado sobre níquel na produção de móveis de aço, acabamentos automotivos, etc. Níquel em si é geralmente metalizado sobre cobre, e a combinação destas três camadas de elementos só protege o metal subjacente da corrosão excluindo ar e umidade; ou seja, não há ação anódica. Assim, a metalização deve ser aplicada adequadamente para alcançar proteção contra corrosão adequada.

Metalização de cromo é um processo de eletrodeposição que mais frequentemente envolve o uso de um ácido crômico conhecido como cromo hexavalente. Banhos de cromo trivalente, que consistem largamente de sulfato de cromo ou cloreto de cromo, são outra opção para propósitos industriais.

Cromato é às vezes aplicado sobre metalização de zinco para proteger o zinco e, em alguns casos, mudar a cor do metal, como, por exemplo, metalização de zinco verde ou preta.

Metalização de Níquel

Níquel é um metal de metalização popular, especialmente porque é útil em metalização sem corrente. Metalização de níquel frequentemente reveste produtos domésticos como maçanetas, talheres, e acessórios de chuveiro para decoração aprimorada e resistência ao desgaste.

Chapados de níquel comumente ligam com cobre e alumínio, mas também funcionam em uma ampla variedade de metais e servem como metalizações subjacentes para cromo.

Na metalização sem corrente, uma liga de níquel-fósforo é usada. A porcentagem de fósforo na solução pode variar entre 2 e 14%. Níveis mais altos de fósforo aumentam dureza e resistência à corrosão. Níveis mais baixos de fósforo permitem maior soldabilidade e magnetismo.

Metalização de Cobre

Cobre é outro metal de metalização popular para aplicações que requerem alta condutividade e custo-eficiência. Metalização de cobre frequentemente serve como revestimento de ataque pré-tratamento para metalizações subsequentes, como discutido acima.

Também é um metal de metalização popular para componentes eletrônicos como placas de circuito impresso. Alta eficiência de metalização e baixo custo de material tornam o cobre um dos metais menos caros para metalizar.

Existem três tipos de processos de metalização de cobre alcalino, levemente alcalino, e ácido. Níveis alcalinos mais altos entregam poder de lançamento superior mas requerem densidades de corrente mais baixas e precauções de segurança aprimoradas. Inspectores de saúde vincularam cianeto em banhos de cobre alcalinos a certos perigos de saúde, então é importante monitorar estes níveis.

Metalização de Ouro

Ouro é valorizado por sua alta resistência à oxidação e condutividade elétrica. Metalização de ouro, que difere de douramento em que o ouro não é uma folha, é uma das maneiras mais simples de impartir estas características em metais como cobre e prata. O processo é frequentemente usado para decoração de joias e para melhorar a condutividade de partes eletrônicas como conectores elétricos.

Ao metalizar cobre com ouro, escurecimento é um problema e pode ser mais facilmente resolvido precedendo a deposição com um ataque de níquel. Também, considere a dureza e pureza do ouro ao determinar fatores como mistura de banho ótima e comprimento de imersão.

Metalização de Prata

Como ouro, prata é usada em aplicações de metalização que chamam por atrativo decorativo e condutividade elétrica melhorada. Em geral, prata serve como uma solução de metalização mais custo-efetiva porque é mais barata que ouro e metaliza cobre bem.

Questões que podem limitar a metalização de prata como uma solução viável incluem umidade e corrosão galvânica. Especificamente, metalização de prata não funciona bem para aplicações que são submetidas a alta umidade porque a prata é propensa a rachar e descascar, o que pode eventualmente expor o substrato base.

Metalização de Estanho

Aço estanhado tem sido usado por muito tempo para embalagem de alimentos e bebidas. Além de fornecer resistência à corrosão, o estanho é não tóxico e fornece um revestimento que ajuda o aço a formar prontamente (pela virtude da lubrificidade que o estanho fornece) e solda e suelda facilmente.

Um processo de passivação reveste a chapa de estanho com óleo de grau alimentício, que também melhora a adesão de laca. Chapas de estanho podem ser especificadas com diferentes espessuras de estanho em cada face para melhor atender às necessidades das superfícies de recipiente interno e externo aos seus ambientes.

Chapa de estanho é usada em outras aplicações de embalagem também, de latas de tinta a latas de graxa. Chapa de estanho é quase invariavelmente fabricada usando o processo de imersão a quente. Metalização de estanho também é usada na fabricação de componentes eletrônicos.

Outra metalização baseada em estanho, conhecida como terneplate, tradicionalmente usava uma liga estanho-chumbo como inibidor de corrosão sobre aço. Pintado, o metal podia durar 90 anos se mantido regularmente, tornando-o ideal para uso em telhados de estanho.

Hoje, o chumbo foi eliminado e o estanho é aplicado sobre aço inoxidável para criar telhados resistentes à corrosão que desenvolvem uma pátina suavizada. O material pode durar o dobro que telhados de cobre.

Metalização de Ródio

Ródio é um tipo de platina que fornece resistência ao escurecimento, resistência a arranhões, e uma aparência branca brilhante lustrosa. Metalização de ródio também é comum na produção de joias, especialmente em situações onde ouro branco requer metalização. Prata, platina e cobre também são metais base populares para metalização de ródio.

Uma desvantagem da metalização de ródio é que a barreira protetora de ródio eventualmente se desgastará em aplicações que são submetidas a altos níveis de desgaste. Isso pode eventualmente levar a descoloração, e provavelmente requererá uma segunda rodada de metalização após alguns anos.