Decapagem Química

Detalhes práticos do tratamento de metais e ligas com substâncias químicas.

Após pesquisas na WWW sobre as substâncias das quais escrevemos artigos descritivos, como ácido sulfúrico, clorídrico, fluorídrico, fosfórico, nítrico e hidróxido de sódio, resultou volume significativo de dados sobre decapagem química, que compilaremos neste artigo. Aqui a decapagem é tratada pelos metais e ligas a serem tratados, e não pelas substâncias de tratamento.

Definições iniciais

Define-se como decapagem, especificamente a decapagem química, ao processo sobre superfícies metálicas diversas com o objetivo de remover oxidações e impurezas inorgânicas, como as chamadas carepas de laminação e recozimento, as camadas de oxidação (no caso das ligas ferrosas chamadas popularmente de ferrugem), crostas de fundição e incrustações superficiais.

A decapagem pode ser precedida do jateamento abrasivo, feito com o objetivo de remover grande parte da carepa e criar rugosidade no material.[1]

Amostra de liga ferrosa, mostrando o contraste entre parte decapada e não decapada.

Aço carbono

O aço carbono, assim como as demais ligas ferrosas, apresenta a seguinte disposição de camadas de oxidação:

Utilizam-se ácido clorídrico (ou sulfúrico) em concentrações entre 10 e 20% em água e o tempo de decapagem depende da espessura da carepa ou ferrugem.

O ácido clorídrico é usado a temperatura ambiente (devido à formação de vapores venenosos e corrosivos, o ácido clorídrico só é aquecido em casos especiais[2]). Possui a vantagens 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.

Instalações para decapagem com ácido clorídrico, com tiragem de vapores (www.siriowire.com).

O ácido sulfúrico é usado sob aquecimento. Possui as vantagens de ser mais econômico em seu consumo, ser de processo mais simples de regeneração, produzir menos vapores e odores e ser armazenável em tambores de ferro.

A escolha do ácido sulfúrico tem no custo fator decisivo, e porque é vendido em soluções mais concentradas que o ácido clorídrico (faixas de 90 contra 30%), embora o clorídrico permita tempos de operação menores à baixas temperaturas (estes tempos são relacionados à quantidade de ferrugem ou carepa a serem removidas).[3]

O ácido clorídrico reage mais rapidamente com a crosta que o ácido sulfúrico, citando-se o dobro de velocidade[4], 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.[4] 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.

A decapagem com ácido sulfúrico é recomendada principalmente para a pré-decapagem de peças com pontos de solda, quando a concentração utilizada normalmente é na faixa de 20 a 30% e a temperatura de 50˚C para aceleração da reação.[2]

Para decapagem após o desengraxe eletrolítico utilizam-se soluções diluídas de ácido sulfúrico (10 a 20%), sendo este o último estágio de tratamento antes da formação da própria camada e com tal tratamento verifica-se a qualidade do desengraxamento.[2]

Em casos especiais pode ser usado o ácido fosfórico, que já promove uma certa resistência à oxidação (ferrugem), dispensando lavagem e neutralização posteriores e formando uma camada de fosfato aderente para a pintura, mas sendo de custo significativamente mais alto.[4] A decapagem de ácido fosfórico é usada como decapagem intermediária de peças com as bordas eviradas e de peças com rebordos, as quais ainda precisam ser trabalhadas após a decapagem. É usada também como pré-tratamento de peças soldadas.[5]

Utiliza-se também a decapagem com ácido nítrico, isolada ou conjuntamente com outros ácidos, quando a passivação do material base já propicia uma proteção a ataque posterior.[3]

Utiliza-se também a decapagem em ácido fosfórico, que possui utilização específica em alguns campos, ainda que possua alto custo.[2]

Amostras de peças de aço antes e depois da decapagem.

Inibidores de corrosão para a decapagem de aço carbono

Dadas complicações oriundas da limpeza e decapagem química de estruturas e equipamentos construídos em aço, como por exemplo o próprio consumo de ácidos e desgaste exagerado do metal, utilizam-se inibidores de corrosão em adição aos banhos de decapagem ou à soluçlões de limpeza visando a minimização destes fenômenos.; Com os inibidores de corrosão para a decapagem ácida procura-se reduzir o ataque ao aço, a diminuição do consumo de ácido, a melhoria do aspecto da superfície final do material decapado e a redução da perigosa fragilização pelo hidrogênio.[3]

São utilizados como inibidores de corrosão para o meio ácido clorídrico a 8% o benzotriazol (BTAH), a N-feniltiouréia (N-FTU) e o cloreto de hexadeciltrimetil amônio quaternário (CHTAQ).[6]

Fragilização pelo hidrogênio e sua prevenção

Durante a decapagem química forma-se hidrogênio, o qual se difunde (especialmente na forma iônica, que é um próton), parcialmente no metal-base. O hidrogênio leva à fragilidade quando forma hidrogênio molecular, quando ganha grande volume, que pode ser evitada fazendo um aquecimento posterior até 180-200ºC. Se o material-base, porém for carregado novamente com hidrogênio na galvanização posterior, poderá ocorrer quebra ou ruptura da textura.[5]

“Empelotamento”, parte do processo de fragilização pelo hidrogênio (farm2.static.flickr.com).

Exemplo de fratura causada pela fragilização pelo hidrogênio (www.hghouston.com).

Aços inoxidáveis e aços cromo-níquel

Procede-se à limpeza com combinações de ácido nítrico e fluorídrico (observar procedimentos específicos de segurança para o trabalho com vapores de ácido fluorídrico).[7]

Utiliza-se também a decapagem com ácido nítrico para os aços cromo-níquel, isolada ou conjuntamente com outros ácidos como para o aço carbono, e a passivação do material base também propicia proteção a posterior ataque.[7]

O ácido fluorídrico é utilizado como aditivo de decapantes de aço inoxidável à base de ácido

clorídrico e nítrico.[5]

Alumínio e suas ligas

Utilizam-se a soda cáustica (hidróxido de sódio) e os ácidos nítrico e fluorídrico diluídos.

Como o alumínio e suas ligas normalmente encontram-se recobertos por camadas finas e densas de óxidos pela exposição ao oxigênio atmosférico, estas devem ser removidas antes da aplicação de outros tratamentos. A passagem das peças de ligas de alumínio pelos banhos de hidróxido de sódio já propiciam elevação natural de temperatura. As peças a serem tratadas passam pela solução de soda cáustica e devem ser lavadas imediatamente, para cessar a ação do hidróxido. A remoção posterior de resíduos é realizada por rápida imersão em ácido nítrico.[3]

Na decapagem de ligas de alumínio contendo silício se utiliza ácido fluorídrico em solução diluída num banho adicional após a decapagem com hidróxido de sódio, seguida por nova lavagem com água. As cascas de laminação e fundição são removidas e obtem-se superfícies lisas e claras. A intensidade do ataque é controlada pelos tempos de imersão. Deve-se observar a prévia remoção de graxas, óleos e abrasivos.[3]

O ácido fluorídrico é utilizado como pré-tratamento de peças de ligas de alumínio.[5]

Estanho e chumbo

Para o estanho e o chumbo utiliza-se ácido clorídrico a 2 ou 3% ou ácido nítrico diluído, com imediata posterior lavagem e secagem, evitando limpeza mecânica.[3]

Ferro fundido

Para o ferro fundido é recomendado o ácido clorídrico (ou sulfúrico) 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). A formação posterior de ferrugem é prevenida com tratamento com ácido fosfórico diluido.[7]

Utiliza-se também a decapagem com ácido nítrico para os ferros fundidos, incluindo cinzentos[5], isolada ou conjuntamente com outros ácidos como para o aço carbono, e a passivação do material base também propicia proteção a posterior ataque.[3]

A decapagem com ácido fluorídrico possui o poder de dissolução específico para os silicatos, como substâncias usadas nos moldes de fundição, para a remoção de casaca de fundição de peças fundidas, e em casos especiais em soluções de 2-5%.[2][5]

Instalações galvânicas

A decapagem com ácido clorídrico, assim como a com soluções diluídas de ácido sulfúrico são utilizadas em grande parte nas instalações galvânicas. O uso de soluções de ácido sulfúrico é recomendado especalmente para peças com pontos de solda.[5]

Zinco

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.[7]

O ácido fluorídrico é utilizado como pré-tratamento de peças de zinco fundidos sob pressão.[5]

Normas para decapagem

ASTM A380 - Standard Practice for Cleaning, Descaling, and Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment, and, Systems. (Prática Padrão para Limpeza, Decapagem e Passivação de Componentes de Aço Inoxidável, Equipamentos e Sistemas)

Referências

Obs: Ao ser realizada a transferência dos artigos do Google Knol para o Anottum, houve a perda das referências deste artigo. Assim que possível, sua referenciação será recuperada e aprimorada. Contando com sua compreensão, grato.