O que é Chapeamento de Metal? - Definição, Tipos e Benefícios

O que é chapeamento de metal?

Chapeamento de metal é uma fina camada de metal que foi adicionada à parte externa de um material. É um processo de cobertura de superfície pelo qual um metal é depositado em uma superfície condutora. O chapeamento é feito há centenas de anos; também é fundamental para a tecnologia moderna.

O chapeamento é usado para decorar objetos, para inibição de corrosão, para melhorar a soldabilidade, endurecer, melhorar a usabilidade, reduzir o atrito, melhorar a adesão da tinta, alterar a condutividade, melhorar a refletividade do infravermelho, para proteção contra radiação e para outros fins. Jóias normalmente usam chapeamento para dar um acabamento prateado ou dourado.

A deposição de filmes finos chapeou objetos tão pequenos quanto um átomo, portanto o chapeamento encontra usos na nanotecnologia.

Existem vários métodos de galvanização e muitas variações. Em um método, uma superfície sólida é coberta com uma folha de metal e, em seguida, calor e pressão são aplicados para fundi-los. Outras técnicas de galvanização incluem galvanoplastia, deposição de vapor sob vácuo e deposição por pulverização catódica. Recentemente, o chapeamento geralmente se refere ao uso de líquidos. Metalização refere-se ao revestimento de metal em objetos não metálicos.

Benefícios do chapeamento de metal

O revestimento de metal oferece muitos benefícios aos produtos feitos de metal e outros materiais. Isto é conseguido principalmente através de galvanoplastia, que requer uma corrente elétrica, ou através de galvanoplastia, que está em um processo químico autocatalítico. Essas técnicas, assim como algumas outras, resultam em um ou vários dos seguintes benefícios:

• Melhor resistência à corrosão
• Apelação decorativa
• Aumento da soldabilidade
• Dureza aprimorada
• Atrito reduzido
• Condutividade alterada
• Aderência de tinta aprimorada
• Deposição de material
• Magnetismo aumentado

Tipos de chapeamento de metal

Existem muitos tipos diferentes de revestimento de metal, conforme descrito abaixo:

• Eletrogalvanização
• Chapeamento sem eletrodo
• Chapeamento de imersão
• Carburação
• Deposição física de vapor
• Revestimento de Pulverização de Plasma

1. Galvanoplastia

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

A peça ou produto a ser revestido é então colocado nessa solução e as partículas metálicas dissolvidas são atraídas para a superfície do material. A galvanoplastia resulta em um revestimento suave, uniforme e rápido para o material que é revestido, alterando efetivamente a superfície do material.

Existem várias etapas e processos diferentes que podem estar envolvidos na galvanoplastia, incluindo limpeza, deposição eletroquímica, galvanoplastia por pulso e galvanoplastia com escova.

Efeitos :

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

O revestimento da peça de trabalho pode ser usado para construí-la a partir de um tamanho menor, facilitar a usinagem e aumentar a soldabilidade, condutividade ou refletividade.

2. Chapeamento sem eletrodo

O chapeamento eletrolítico é assim chamado porque é um método de chapeamento que não usa energia elétrica externa. O revestimento eletrolítico envolve uma reação química que induz a redução do átomo de metal.

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

Efeitos

O chapeamento eletroless ou autocatalítico é adequado para diversos tamanhos e formatos de materiais e não requer eletricidade externa ou banhos de galvanização, o que reduz custos. No entanto, a galvanoplastia é mais lenta, não pode criar chapas grossas e é mais difícil de controlar do que a galvanoplastia.

O método mais comum de chapeamento autocatalítico é o chapeamento de níquel eletrolítico. No entanto, chapeamento em prata, ouro e cobre também pode ser aplicado com esta técnica.

Os efeitos do revestimento eletrolítico no produto final incluem proteger o metal base da corrosão, aumentar o tamanho da peça de trabalho e alterar a soldabilidade, refletividade e condutividade.

3. Chapeamento de imersão

O revestimento por imersão envolve a imersão de um metal em uma solução de íons metálicos de um metal mais nobre. Os íons do metal mais nobre são mais estáveis ​​e, portanto, há um “puxão” natural para deslocar os íons do metal da superfície do metal menos nobre com uma fina camada dos íons do metal mais nobre.

O chapeamento por imersão é um processo mais lento e só pode ser usado para chapear menos metais nobres com metais mais nobres. Metais mais nobres são metais quimicamente inertes. Por exemplo, ouro, platina ou prata.

Efeitos

O revestimento por imersão resulta em apenas uma cobertura fina do revestimento, após o qual o processo de revestimento será interrompido. O revestimento por imersão também parece ter uma qualidade de adesão mais baixa, onde o revestimento não "gruda" tão firmemente ao metal base.

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

4. Carburação

Também conhecida como cementação, a cementação é um processo de tratamento térmico que produz uma superfície resistente ao desgaste, mantendo a resistência do núcleo. Geralmente aplicado em aços de baixo carbono após a usinagem, assim como os de alto teor, permitem engrenagens, rolamentos, etc.

A cementação é adequada para formas complexas de materiais de baixo custo que podem ser usinados facilmente para dar uma superfície muito dura. O processo envolve o aquecimento da peça em um forno de poço ou em um forno de atmosfera selada.

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

5. Deposição Física de Vapor (PVD)

PVD é uma família de processos de revestimento em que filmes finos são depositados sobre o substrato. No processo de deposição física de vapor, o material de revestimento sólido, como titânio, cromo ou alumínio, é evaporado por calor ou por bombardeio com íons.

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

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

Ideal para uma ampla gama de aplicações:

• Aeroespacial
• Automotivo
• Ferramentas de corte
• Medicina
• Armas de fogo
• Óptica
• Películas finas, como tonalidade de janela, embalagens de alimentos

6. Revestimento por Pulverização de Plasma

O revestimento por pulverização de plasma é um dos tipos menos conhecidos de revestimento de metal. Neste processo de galvanização, também conhecido como pulverização térmica, o 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 na superfície da peça e esfria rapidamente para formar um revestimento na superfície da peça .

O processo produz um revestimento, geralmente para materiais estruturais, para fornecer proteção contra temperaturas muito altas, por exemplo, no gerenciamento de calor de exaustão. Também oferece resistência à corrosão e ao desgaste. O revestimento também pode alterar a aparência e as propriedades elétricas da peça.

Metais usados ​​em chapeamento

Zincagem

O zinco é um material barato que é usado para fornecer um revestimento galvanizado em muitos substratos metálicos. Além de galvanizado, 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 revestido é colocado como um cátodo em um banho eletrolítico de sais de zinco solúveis juntamente com um ânodo de zinco metálico. O processo produz um revestimento altamente dúctil de zinco puro cuja espessura e uniformidade podem ser controladas com precisão.

O processo Sherardizing é usado para revestir pequenos itens de hardware, como parafusos e pregos. Os itens são carregados em um barril junto com pó de zinco e aquecidos a aproximadamente 500F. As peças são tombadas no barril produzindo um revestimento que é cerca de 90% de zinco e 10% de ferro.

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

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

A pulverização de metal, ou metalização, usa uma chama para derreter pós ou fios metálicos e colidir com a superfície do substrato, produzindo uma ligação mecânica entre o revestimento e o metal base. A superfície do metal base precisa ser um pouco áspera para que a ligação mecânica ocorra, mas revestimentos bastante espessos podem ser aplicados dessa maneira.

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

Chapeamento de Cádmio

O revestimento de cádmio foi ao mesmo tempo usado como substituto do zinco e muitas vezes aplicado em diversos itens automotivos. Os fabricantes de aeronaves o especificaram por suas características de proteção sacrificial e sua lubrificação natural para componentes que eram frequentemente removidos e reinstalados.

Foi particularmente adequado para ambientes marinhos, onde resiste bem à água doce e salgada. Devido a preocupações de segurança, seu uso como material de revestimento diminuiu ao longo dos anos, embora ainda esteja disponível. Muitos fabricantes aeroespaciais se voltaram para o revestimento de liga de zinco-níquel.

Cromatização

O revestimento de cromo geralmente serve a um propósito meramente decorativo, mas também promove maior resistência à corrosão e dureza, tornando-o útil para aplicações industriais onde o desgaste é uma preocupação. Aqui é chamado de cromagem dura e às vezes é usado para restaurar as tolerâncias em peças desgastadas.

O cromo é mais frequentemente revestido com níquel na produção de móveis de aço, acabamentos automotivos, etc. O próprio níquel geralmente é revestido com cobre, e a combinação dessas três camadas de elementos protege apenas o metal subjacente da corrosão, excluindo o ar e a umidade; ou seja, não há ação anódica. Assim, o revestimento deve ser aplicado adequadamente para obter proteção adequada contra corrosão.

A cromagem é um processo de galvanoplastia que geralmente envolve o uso de um ácido crômico conhecido como cromo hexavalente. Os banhos de cromo trivalente, que consistem principalmente em sulfato de cromo ou cloreto de cromo, são outra opção para fins industriais.

Às vezes, o cromato é aplicado sobre o zinco para proteger o zinco e, em alguns casos, alterar a cor do metal, como, por exemplo, o zinco verde ou preto.

Chapeamento de níquel

O níquel é um metal de chapeamento popular, especialmente porque é útil no chapeamento sem eletrodos. O revestimento de níquel geralmente reveste produtos domésticos, como maçanetas, talheres e acessórios de chuveiro para melhorar a decoração e a resistência ao desgaste.

As placas de níquel geralmente se ligam ao cobre e ao alumínio, mas também funcionam em uma ampla variedade de metais e servem como revestimentos subjacentes para cromo.

No revestimento eletrolítico, uma liga de fósforo de níquel é usada. A porcentagem de fósforo na solução pode variar entre 2 e 14%. Níveis mais altos de fósforo aumentam a dureza e a resistência à corrosão. Níveis mais baixos de fósforo permitem maior soldabilidade e magnetismo.

Chapeamento de cobre

O cobre é outro metal de revestimento popular para aplicações que exigem alta condutividade e economia. O revestimento de cobre geralmente serve como um pré-tratamento de revestimento para revestimentos metálicos subsequentes, conforme discutido acima.

Também é um metal de revestimento popular para componentes eletrônicos, como placas de circuito impresso. Alta eficiência de galvanização e baixo custo de material tornam o cobre um dos metais mais baratos para galvanizar.

Existem três tipos de processos de revestimento de cobre:​​alcalino, levemente alcalino e ácido. Níveis alcalinos mais altos fornecem poder de arremesso superior, mas exigem densidades de corrente mais baixas e precauções de segurança aprimoradas. Os inspetores de saúde associaram o cianeto em banhos de cobre alcalino a certos riscos à saúde, por isso é importante monitorar esses níveis.

Chapeamento de ouro

O ouro é valorizado por sua alta resistência à oxidação e condutividade elétrica. O banho de ouro, que difere do douramento pelo fato de o ouro não ser uma folha, é uma das maneiras mais simples de conferir essas características a metais como cobre e prata. O processo é frequentemente usado para decoração de joias e para melhorar a condutividade de peças eletrônicas, como conectores elétricos.

Quando o cobre é banhado a ouro, o embaçamento é um problema e pode ser resolvido mais facilmente pela deposição anterior com um golpe de níquel. Além disso, considere a dureza e a pureza do ouro ao determinar fatores como a mistura ideal do banho e a duração da imersão.

Prateado

Como o ouro, a prata é usada em aplicações de revestimento que exigem apelo decorativo e melhor condutividade elétrica. Em geral, a prata serve como uma solução de galvanização mais econômica porque é mais barata que o ouro e as chapas de cobre.

Os problemas que podem limitar o revestimento de prata como uma solução viável de revestimento incluem umidade e corrosão galvânica. Especificamente, o revestimento de prata não funciona bem para aplicações sujeitas a alta umidade porque a prata é propensa a rachaduras e descamação, o que pode eventualmente expor o substrato de base.

Estanhamento

O aço estanhado tem sido usado há muito tempo para a embalagem de alimentos e bebidas. Além de fornecer resistência à corrosão, o estanho não é tóxico e fornece um revestimento que ajuda o aço a se formar facilmente (em virtude da lubricidade que o estanho fornece) e solda e solda com facilidade.

Um processo de passivação reveste a folha de flandres com óleo de qualidade alimentar, o que também melhora a adesão dos vernizes. Folhas de folha de flandres podem ser especificadas com diferentes espessuras de estanho em cada face para melhor atender as necessidades das superfícies internas e externas dos contêineres aos seus ambientes.

A folha de flandres também é usada em outras aplicações de embalagem, desde latas de tinta até latas de graxa. A chapa de estanho é quase invariavelmente fabricada usando o processo de imersão a quente. O revestimento de estanho também é usado na fabricação de componentes eletrônicos.

Outro revestimento à base de estanho, conhecido como terneplate, tradicionalmente usava uma liga de estanho-chumbo como inibidor de corrosão sobre o aço. Pintado, o metal pode durar 90 anos se mantido regularmente, tornando-o ideal para uso em telhados de zinco.

Hoje, o chumbo foi eliminado e o estanho é aplicado sobre o aço inoxidável para criar uma cobertura resistente à corrosão que desenvolve uma pátina amolecida. O material pode durar duas vezes mais que a cobertura de cobre.

Chapeamento de ródio

O ródio é um tipo de platina que fornece resistência a manchas, resistência a arranhões e uma aparência brilhante e branca. O banho de ródio também é comum na produção de joias, especialmente em situações em que o ouro branco requer revestimento. Prata, platina e cobre também são metais de base populares para chapeamento de ródio.

Uma desvantagem do revestimento de ródio é que a barreira protetora de ródio acabará por se desgastar em aplicações sujeitas a altos níveis de desgaste. Isso pode eventualmente levar à descoloração e provavelmente exigirá uma segunda rodada de revestimento após alguns anos.