WO2024092328A1

WO2024092328A1 - Composição de um revestimento e respectivo processo de aplicação em substratos metálicos

Info

Publication number: WO2024092328A1
Application number: PCT/BR2023/050308
Authority: WO
Inventors: Marcelo DA SILVA GOMES
Original assignee: Cia. Industrial H. Carlos Schneider
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2023-09-15
Publication date: 2024-05-10

Abstract

A presente patente de invenção trata de uma composição de um revestimento configurado por pelo menos duas camadas, sendo uma camada base e uma camada superior nano compósita de um revestimento aquoso contendo nano partículas de silício e nano e micro partículas de aço inoxidável, preferencialmente aço da classe 316L, para potencializar a proteção contra a corrosão e respectivo processo de aplicação do dito revestimento em substratos metálicos.

Description

COMPOSIÇÃO DE UM REVESTIMENTO E RESPECTIVO PROCESSO DE APLICAÇÃO EM SUBSTRATOS METÁLICOS

[1] A presente invenção pertence ao campo das composições para revestimento, mais especificamente, trata de uma composição de um revestimento configurado por pelo menos duas camadas, sendo uma camada base e uma camada nano compósita contendo nano partículas de silício e nano e micro partículas de aço inoxidável para potencializar a proteção contra a corrosão e respectivo processo de aplicação do dito revestimento em substratos metálicos.

Histórico da invenção

[2] A corrosão metálica é a transformação de um material metálico ou liga metálica pela sua interação química ou eletroquímica em um determinado meio de exposição, processo que resulta na formação de produtos de corrosão e na liberação de energia. Quase sempre, a corrosão metálica por mecanismo eletroquímico, está associada à exposição do metal em um meio com a presença de moléculas de água, juntamente com o gás oxigênio ou íons de hidrogênio, em meio condutor.

[3] A adoção de uma ou mais formas de proteção contra a corrosão dos metais deve levar em consideração aspectos técnicos e econômicos. Entre os aspectos técnicos, o meio de exposição é um parâmetro de grande importância. Quanto a este parâmetro, o uso de inibidores de corrosão ou o controle de agentes agressivos, tal como SO2, H⁺ e Cl , são impraticáveis nos casos em que se deseja proteger um determinado metal contra a corrosão atmosférica e 0 mesmo vale para a utilização da proteção catódica, restando nestes casos somente a modificação do metal ou a interposição de barreiras como uma alternativa para proteção contra a corrosão.

[4] Em alguns casos, a modificação do metal é perfeitamente aplicável, citando como exemplo, a utilização do alumínio e suas ligas em componentes como esquadrias, portas e janelas ao invés do aço-carbono. No entanto, para estruturas de grande porte, nas quais a resistência mecânica é um requisito importante, o alumínio e suas ligas nem sempre podem ser utilizados, sendo os aços inoxidáveis ou os aços aclimáveis, potenciais materiais alternativos.

[5] Contudo, aços inoxidáveis geralmente não são economicamente viáveis e a utilização dos aços aclimáveis esbarra na questão de condições de exposição, visto que estes só apresentam desempenho satisfatório em atmosferas moderadamente contaminadas com compostos de enxofre e em condições de molhamento e secagem, além da sua limitação de utilização em atmosferas com alta concentração de cloretos como, por exemplo, as marinhas severas.

[6] Em resumo, são muitos os casos em que os metais ferrosos de aço-carbono ou ferro fundido continuam sendo os materiais mais adequados para utilização em estruturas expostas a atmosferas em geral, restando tão somente a interposição de uma barreira entre este metal e o meio como uma forma de proteção contra a corrosão.

[7] Para esta finalidade, tanto os revestimentos orgânicos (tintas), como os inorgânicos (revestimentos metálicos ou de conversão como a anodização, cromatização) ou uma combinação dos dois são utilizados. A escolha de um sistema de proteção contra a corrosão para os metais ferrosos, como o aço-carbono, dependerá de uma série de fatores, citando como um dos principais, o grau de corrosividade do meio.

[8] Um exemplo é a galvanização, processo de revestimento de um metal por outro a fim de protegê-lo contra a corrosão e melhorar sua aparência. Trata-se de um processo de revestimento de superfícies por meio da eletrólise onde o metal a ser revestido funciona como cátodo e o metal que irá revestir a peça funciona como o ânodo (também pode ser utilizado como ânodo algum material inerte). A solução eletrolítica deve conter um sal composto por cátions do metal que se deseja revestir a peça.

[9] Podem ser usados diferentes metais para o revestimento de uma peça, sendo o zinco um dos mais eficientes elementos para o revestimento de peças metálicas, pois ele apresenta baixo custo e atua como um isolante da peça banhada, evitando que o item tenha contato com o ar e sofra oxidação com facilidade.

[10] Os processos de revestimento em que é utilizado Zinco dá-se o nome de Zincagem, o qual provê resistência à corrosão, sendo que a camada protetora é uniforme e aderente e o tempo determina a espessura da camada depositada.

[11] Por conta destas características, a zincagem eletrolítica é amplamente utilizada por indústrias de diversos setores do mercado e também por consumidores finais, para tratamentos superficiais de portões, estruturas metálicas, peças automobilísticas estruturais e de acabamento, máquinas, equipamentos e os mais variados componentes.

[12] Contudo, a resistência a corrosão de revestimentos com base de zinco eletrolítico é relativamente baixa quando comparado a revestimentos mais nobres e de elevado custo, como zinco ligas e organometálicos (zinc flakes), que possuem, resistências entre 500h e 1000h em ensaios de câmara de névoa salina ou salt spray (ASTM B-117).

[13] Já os revestimentos organometálicos ou flocos de zinco ou Zinc Flake apresentam alta resistência à corrosão que é muito apreciada, já que com uma mesma camada aplicada em referência ao Zinco eletrolítico, os organometálicos possuem em média 10 vezes mais resistência ao ensaio de salt spray (ASTM B-117).

[14] As especificações para os revestimentos organometálicos são definidas nas normas internacionais ISO 10683 e também na norma europeia DIN EN 13858 que descreve os requisitos para revestimentos de flocos de zinco para elementos sem rosca e para outras partes também e DIN EN ISO 10683 que define os requisitos para revestimentos organometálicos para elementos roscados.

[15] Em combinações com top coats, os organometálicos ganham características especiais, além do aumento da resistência à corrosão, também podem oferecer cor, controle de coeficiente de atrito, resistência ao intemperismo. Estes revestimentos são fornecidos na forma líquida e tem de ser ajustados para as condições desejadas antes da aplicação, uma vez que a viscosidade, temperatura e o tempo de agitação desempenham um papel importante.

[16] Os revestimentos organometálicos proporcionam o que é conhecido como proteção catódica, onde o metal menos nobre (zinco) se sacrifica para proteger o metal base (aço). A espessura do revestimento é geralmente entre 5 pm e 12 pm, sendo possível a aplicação de camadas mais espessas quando existem requisitos especiais, como, por exemplo, nos casos em que é necessário manter os dimensionais definidos pela ISO 965 para que os parafusos com rosca métrica não apresentem excessos ou entupimentos de revestimento e quando o coeficiente de atrito pode ser ajustado em conformidade.

[17] Outra alternativa existente como proteção contra corrosão é o uso de aço inoxidável aplicado a um determinado grupo de ligas que contém cromo, na razão mínima de 11 %, uma vez que esse elemento oferece resistência contra a corrosão e oxidação na liga de aço.

[18] Essa resistência à corrosão é proporcionada pelo fenômeno conhecido como passividade, a qual oferece resistência devido a formação de uma película de proteção superficial à liga pelo óxido de cromo, mesmo quando submetida a agentes mais agressivos, conforme observado na figura 1 . Os outros elementos utilizados, como, por exemplo, cobre, níquel, molibdênio e silício também apresentam efeitos favoráveis contra a corrosão.

[19] A resistência do aço inoxidável e outros metais à corrosão depende estritamente das condições da superfície e, em particular, da presença maior ou menor da camada passiva de óxido de cromo.

[20] Em ambientes onde há presença de ácidos não oxidantes ou ácidos orgânicos, o simples aumento no teor de molibdênio na liga aumenta a resistência à corrosão. Havendo presença de ácido sulfúrico, o aumento da quantidade de cobre vai oferecer ainda maior resistência ao aço inoxidável.

[21 ] Por outro lado, quando há presença de ácidos oxidantes, o aço inoxidável austenítico é o mais indicado, já que a redução do teor de carbono oferece maior resistência, juntamente com o aumento do teor de cromo. No entanto, quando o aço inoxidável é submetido a uma temperatura entre 450 e 750°C, ele se torna mais suscetível para a precipitação de carbonetos de cromo e, com maior percentual de cromo livre, que deveria se unir ao oxigênio para formar a capa de óxido de cromo, essa camada se torna mais sensível, deixando a liga sem defesa e sujeita à corrosão.

[22] Um exemplo de revestimento do estado da técnica é descrito no documento CN11 1944334, intitulado de “revestimento cerâmico de metal nanométrico”, depositado em 14/05/2019, que revela um revestimento cerâmico nano metálico, em que o material nano inorgânico e o adesivo nano inorgânico formam um filme de revestimento por meio de reação química em alta temperatura.

[23] Outro exemplo é o documento CN215662253, intitulado de “disco de aço inoxidável anti-oxidação”, depositado em 14/07/2021 que divulga um disco de aço inoxidável anti-oxidação que compreende uma camada de substrato, em que a parte superior da camada de substrato é ligada a uma primeira camada funcional através de um agente de ligação de metal e a primeira camada funcional compreende um revestimento cerâmico nanocompósito e uma camada de aço inoxidável de ultra-alta resistência.

[24] Outro exemplo é o documento CN100563799, intitulado de “técnica de preparação de filme composto de aço inoxidável-cerâmico poroso”, depositado em 29/02/2008 que se refere a uma técnica de preparação de aço inoxidável poroso e cerâmica composta. A camada de pó metálico é adicionada entre uma camada cerâmica e uma base de aço inoxidável, e é queimada com a camada cerâmica em alta temperatura, que pode funcionar como adesivo.

[25] Desvantajosamente, os revestimentos conhecidos do estado da técnica, como os descritos acima, exigem condições de aplicação e processamento complexas, alto custo, alto consumo de energia, além de que a camada de revestimento final apresenta elevada espessura, o que aumenta os custos de produção e contribui para problemas de dimensional e excessos ou entupimentos de fendas e roscas nas peças cujo controle dimensional é mais preciso.

[26] Ainda, os revestimentos existentes possuem cromo VI e/ou outros metais pesados em sua composição, responsáveis pela contaminação do solo e dos rios, bem como produzem águas residuais, lamas e, consequentemente, contribuem para a poluição e o desperdício de custos de produção.

[27] Assim, dentre as muitas aplicações, a presente invenção tem como objetivo obter uma resistência a corrosão extremamente alta e de baixo custo, podendo substituir fixadores de aço inoxidável para esquadrias de alumínio, fachadas e usos industriais, bem como possibilitar sua utilização em outras linhas, como, por exemplo, para linhas de fixadores de aço inoxidável.

[28] Visando uma solução técnica e de custo acessível, esta invenção visa aplicar um sistema de revestimento de alta eficiência contra a corrosão, tendo como objetivo oferecer ao mercado uma solução alternativa ao aço inoxidável e com eficiência muito superior aos revestimentos convencionais, como zinco eletrolítico e zinco ligas, além de um filme protetor com dureza superior aos revestimentos organometálicos de flocos de zinco tradicionais.

[29] A presente invenção de forma vantajosa é dotada de uma dupla camada, ou seja, uma camada de revestimento base e uma camada nanocompósita com partículas cerâmicas e metálicas, em que as partículas metálicas formarão uma rede na superfície do revestimento base, que desta forma protegerão a base da peça já revestida.

[30] Assim, o revestimento da presente invenção ajudará a impedir a penetração das intempéries sem desgastar ou remover o selante nanocerâmico, aumentando a vida útil do revestimento e consequentemente da peça revestida, tornando a vida útil da peça 50 a 100x maior no ensaio de névoa salina neutra (salt spray conforme norma ASTM B-117).

[31 ] Ainda, com a utilização do revestimento da presente invenção, pode-se utilizar baixa espessura de camada de revestimento base com os mesmos resultados ou superiores, diminuindo ainda mais os custos e evitando problemas de dimensional e excessos ou entupimentos de fendas e roscas nas peças, cujo controle dimensional é mais preciso.

Breve descrição das figuras

[32] A figura 1 mostra a ação do aço inoxidável na proteção contra a corrosão, sendo possível observar que a camada superior (a) nanocerâmica contendo nano e/ou micro partículas de aço inoxidável reage com o oxigênio (b) formando uma camada de oxido de cromo III (c), ajudando na proteção contra a corrosão.

[33] A figura 2 mostra uma peça metálica (parafuso de aço carbono) revestida com o processo de zinco eletrolítico de 5 a 8 micrômetros com mais duas camadas superiores nanocerâmicas com nano e/ou micro partículas de aço inoxidável após 5.664h de ensaio de névoa salina neutra (salt spray), sem corrosão vermelha (corrosão do metal base).

[34] A figura 3 mostra parafusos de aço inoxidável 410 (ferritico) após 936h de ensaio de névoa salina neutra (salt spray), sendo que as amostras sem revestimento (figura 3a) apresentaram corrosão vermelha (corrosão do metal base) e as amostras com revestimento (figura 3b) demonstraram uma diminuição expressiva da formação de corrosão vermelha.

Descrição detalhada da invenção

[35] A presente invenção revela a composição de um revestimento dupla camada e respectivo processo de aplicação do referido revestimento em substratos metálicos, tal como aço e ferro. Mais especificamente, a presente invenção visa obter um revestimento aquoso para a aplicação em substratos metálicos já revestidos com uma base anticorrosiva (base coat) para aumentar sua resistência a corrosão.

[36] Para isto, a presente invenção revela um selante de nanotecnologia contendo nanopartículas de silício e micro e/ou nano partículas de liga de aço inoxidável em pó, preferencialmente ligas com propriedades melhoradas, tal como aço da classe 316 L. O aço inoxidável é conhecidamente altamente resistente a corrosão, porém seu custo muitas vezes é proibitivo em utilizações de grande escala.

[37] Os revestimentos anticorrosivos utilizados em peças metálicas de ferro e aço carbono muitas vezes não são suficientes para a substituição de peças em aço inoxidável. Por este motivo, a presente invenção provê um revestimento anticorrosivo que utiliza revestimentos convencionais de mercado, como zinco eletrolítico, zinco ligas e organometálicos, porém com a aplicação de um selante nano compósito, ou seja, com nano partículas cerâmicas de silício e cargas de micro e/ou nano partículas de aço inoxidável 316L, para desta forma, obter uma camada de passivação com as características do aço inoxidável em peças de ferro e aço carbono.

[38] As partículas de aço inoxidável impedem a penetração de intempéries sem desgastar ou remover o selante nanocerâmico, aumentando a vida útil do revestimento e consequentemente da peça revestida, uma vez que as nano e micro partículas de aço inoxidável não reagem com os compostos do selante nanocerâmico, mas agem como uma barreira contra as intempéries, aumentando a resistência do selante e consequentemente do revestimento base, tornando a vida útil da peça 50 a 100 vezes maior no ensaio de névoa salina neutra (salt spray conforme norma ASTM B-1 17).

[39] Dessa forma, a presente invenção revela uma composição de um revestimento e o respectivo processo de aplicação do dito revestimento em substratos metálicos, mantendo a utilização do zinco eletrolítico ou zinco ligas como base do revestimento contra a corrosão.

[40] O revestimento da presente invenção também pode ser dotado de uma camada base configurada por uma dispersão organometálica (flocos de zinco) a base de flocos de zinco e alumínio em base aquosa ou de solventes orgânicos, contendo elementos ligantes, solventes orgânicos ou água, álcoois e éteres; ou ainda uma base de zinco ligas (zinco/ferro, zinco/níquel) aplicada eletroliticamente a uma superfície metálica.

[41 ] Nos casos da utilização de revestimentos organometálicos (flocos de zinco) como base, antes do revestimento, a superfície das partes tem de ser pré-tratada. Neste processo não são utilizados a decapagem com ácidos, como, por exemplo, ácido sulfúrico ou ácido clorídrico, que podem produzir hidrogênio atômico e penetrar na estrutura de aço e torná-lo frágil. A fim de evitar processos de decapagem, são necessários outros processos de pré-tratamento.

[42] Os processos de limpeza típicos são o desengraxe que remove graxa, óleo e sujeiras da superfície do metal com uma solução aquosa alcalina e, em seguida, a limpeza abrasiva, utilizando-se o jateamento com micro esferas de aço, sendo o jateamento responsável por remover a oxidação superficial através da ação mecânica das micro esferas de aço, que são disparados contra as peças no interior de uma câmara utilizando uma turbina. Nenhum dos processos de pré-tratamento produzem qualquer hidrogênio, desta forma não há perigo de qualquer fragilização por hidrogênio de aços de alta resistência.

[43] Após o pré-tratamento é realizado o processo de revestimento da camada base utilizando as seguintes técnicas de aplicação:

- Spray: O revestimento é aplicado à superfície das peças usando uma pistola de pulverização. Isto pode ser feito manualmente ou em uma instalação de pulverização totalmente automatizado (este processo é utilizado para peças maiores ou pesadas). As peças são acondicionadas em suportes ou penduradas em cabides ou gabaritos.

- Dip-spin (imersão e centrifugação): As peças são colocadas em um cesto de uma centrífuga. O revestimento é aplicado por imersão em um recipiente cheio com o revestimento e após a imersão, o cesto inicia a centrifugação a fim de remover o excesso do material de revestimento (este processo é utilizado para as peças pequenas de alto volume, também chamados de processo por bateladas).

- Imersão-escorrimento: Mergulhando as peças dentro do material de revestimento e puxando-o para fora de modo que o conjunto escorra o excesso de revestimento, por exemplo, em tubos. As partes devem, no entanto, ter aberturas suficientes para que o material possa escorrer, caso contrário, o revestimento pode apresentar falhas, como acúmulos de revestimento e bolhas de ar.

[44] O revestimento forma uma camada líquida, uniforme sobre a superfície das peças a fim de desenvolver as excelentes propriedades de revestimentos de flocos de zinco, porém um processo de cura é necessário.

[45] Já a camada superior nano compósita é uma camada aquosa contendo nano partículas de óxido de silício de até 50 nanômetros dispersas em água, micro e/ou nano partículas de aço inoxidável com uma granulometria de 0,01 a 40 micrometros, além de elementos ligantes, álcoois e éteres. Esta camada superior é aplicada uniformemente sobre a camada base para aumentar significativamente a resistência a corrosão.

[46] Assim, o selante nano compósito, ou seja, a camada superior compreende os seguintes componentes em peso:

Versão incolor :

- 15% a 30% de Sílica Coloidal;

- 0,2% a 5% de Aço Inoxidável;

- até 8% de 2-Butoxietanol;

- até 10% de Metanol;

- de 35% a 70% de Água;

Versão Preto :

- de 0,2% e 5% de Aço Inoxidável;

- até 8% de 2-Butoxietanol;

- até 10% de Metanol;

- de 40% a 70% de Água;

- até 5% de Corante preto

- de 20% a 25% de Tetraetilortosilicato;

[47] Em uma forma preferencial de realização da invenção, a camada superior compreende os seguintes componentes em percentual em peso:

Versão incolor:

- 30% de Sílica Coloidal;

- 0,5% de Aço Inoxidável; - 8% de 2-Butoxietanol;

- 10% de Metanol;

- 51 ,5% de Água;

Versão Preto:

- 0,5% de Aço Inoxidável;

- 8% de 2-Butoxietanol;

- 10% de Metanol;

- 51 ,5% de Água;

- 5% de Corante preto

- 25% de Tetraetilortosilicato;

[48] Em outro modo de realização da invenção, é adicionado na composição da camada superior, ou como uma camada adicional, uma solução de cera de polietileno oxidada ou emulsão aquosa de PTFE para ajuste de coeficiente de atrito. A quantidade de lubrificante pode variar dependendo-se do valor de coeficiente de atrito desejado, tomando-se o cuidado de não exceder 10% em peso para não prejudicar o desempenho do produto final.

[49] Dessa forma, a camada superior promove a selagem da superfície da camada base, impedindo ou dificultando o contato da camada base com a atmosfera e, dessa forma, aumentando a vida da peça metálica recoberta.

[50] Assim, o revestimento compreende pelo menos os dois tipos de camadas distintas: a camada base e a camada superior, que conferem às peças metálicas alta resistência à corrosão. Ambas as camadas, base e superior, são isentas de substâncias perigosas, tal como chumbo.

[51 ] Para efeitos de definição da aplicação da camada de revestimento base, o cátodo é o eletrodo no qual ocorre a redução, deposição do metal - objeto que será recoberto, e o ânodo é o eletrodo no qual ocorre a oxidação, podendo este ser solúvel - neste caso o metal do ânodo vai para a solução - ou insolúvel.

[52] Em geral, pode-se utilizar diferentes metais para o revestimento de uma peça. Ao processo de revestimento por zinco dá-se o nome de zincagem. A zincagem é um tratamento de superfície que provê grande resistência à corrosão sendo que a camada protetora é uniforme e aderente.

[53] O tempo de zincagem determina a espessura da camada depositada. Na presente invenção, a espessura da camada de zinco eletrolítico ou zinco ligas fica entre 5 e 18 micrometros, podendo ser utilizados as seguintes variantes de zincagem (rotativo ou banho parado):

- Zincagem Alcalina sem cianeto, rotativa e banho parado;

- Zincagem Ácida;

- Zincagem Zinco/Ferro;

- Zincagem Zinco Níquel.

[54] Na presente invenção pode-se utilizar zinco eletrolítico ou zinco ligas de 5 a 18 micrometros, sendo que até 12 micrometros se utiliza zinco ácido e a partir de 12 micrometros se utiliza o zinco alcalino.

Zincagem Ácida

[55] Os processos de deposição de zinco a partir de uma solução ácida foram desenvolvidos há mais de 200 anos. Os primeiros processos eram baseados em sulfato de zinco. Ainda hoje utiliza-se esse tipo de processo para aplicações onde se necessita de operação em altas densidades de corrente como, por exemplo, linhas contínuas de chapas ou fios. Em processos de zinco que operam em tambor rotativo ou gancheiras, os processos ácidos adequados são aqueles que utilizam soluções a base de cloreto. [56] As concentrações e condições de operação com três processos estão descritos na tabela-1 .

Tabela 1 - Processo de zinco ácido base

[57] A seguir são descritas as considerações sobre os parâmetros de operação do zinco metal e cloreto.

[58] O zinco é reposto no banho através do uso de ânodo de zinco de alta pureza em bolas, barras ou lingotes. Como o processo tem uma boa eficiência de corrosão anódica, é muito fácil manter a concentração de zinco no banho com um bom controle da área anódica.

[59] Os ânodos em barras são pendurados no barramento anódico com ganchos de titânio, porém é muito mais comum o uso de cestas anódicas construídas em titânio.

[60] O cloreto é o responsável pela condutividade da solução e pela corrosão anódica. Altas concentrações de cloreto diminuem o ponto de turbidez da solução. Maior concentração de cloreto, maior tendência a queima na alta densidade de corrente, maior dissolução do anodo.

[61 ] Durante a eletrólise existe uma evolução de hidrogênio, conforme a reação mostrada anteriormente. Com isto, o pH se eleva e deve ser corrigido com ácido clorídrico. [62] Cloreto de amónio, além das outras funções, também serve como um tampão de pH. Quando não se utiliza amónia é necessário utilizar ácido bórico para esta função. Para a eliminação completa do cloreto de amónio foi necessário o desenvolvimento de novos sistemas de aditivos para se conseguir os mesmos resultados conseguidos com a amónia.

[63] Os aditivos eram compostos de produtos orgânicos não solúveis em água que necessitavam de solventes para permanecerem solúveis no banho. Estes componentes eram pouco tolerantes à temperatura, com pontos de turbidez da solução abaixo de 50°C, iniciando decomposição em temperaturas de 30°C, provocando manchas e névoas no depósito, além de elevar a contaminação orgânica no banho.

Zincagem Alcalina

[64] O zinco eletrolítico alcalino isento de cianeto é um processo ecologicamente correto (totalmente isento de cianetos) que reduz significativamente a quantidade de efluentes contaminados gerados. Esse processo é indicado para materiais de ferro, aço ou zamak.

[65] O uso desse processo proporciona as seguintes vantagens: excelente penetração; uniformidade de camada; isenção de corrosão branca em áreas de solda, depósitos claros e brilhantes; pode ser aplicado em processo de banho parado (itens de maior porte) ou rotativo automático (itens de menor porte).

[66] Após a aplicação do zinco, o processo é finalizado com a passivação, que deve ser escolhida de acordo com as características de aplicação dos itens.

Tabela 2 - Processo de Zinco Alcalino Base

[67] Em outra forma de realização da invenção, a camada de revestimento base (2) é organometálica (flocos de zinco). Revestimentos organometálicos não eletrolíticos são constituídos de zinco lamelar, que proporcionam uma boa proteção contra a corrosão. Estes revestimentos compreendem uma mistura de zinco e de alumínio, os quais são ligados entre si por uma matriz inorgânica. Há três grupos de revestimentos organometálicos:

- Contendo Cr (VI) (crômio hexavalente): tratamentos de superfícies contendo Cr (VI) fornecem uma maior proteção contra a corrosão com uma camada mais fina, mas o Cr (VI) é carcinogénico e constitui um risco potencial para o ambiente. Novos decretos europeus proíbem o uso de tratamentos de superfícies contendo Cr (VI). Estes incluem veículo em fim de vida) e em equipamentos eléctricos e eletrônicos. Para aplicações fora das indústrias automobilística e eléctrica estes revestimentos ainda são válidos.

A presente invenção não utiliza como base revestimentos organometálicos (flocos de zinco) que contenham Cr (VI); - Cr (VI) free - revestimentos livres de crômio hexavalente a base de solvente;

- Cr (VI) free - revestimentos livres de crômio hexavalente a base de água;

- Revestimentos Cr (VI) free, são mais amigos do ambiente do que tratamentos, de superfície que contêm Cr (VI). Nenhum revestimento organometálico utilizado na indústria automobilística hoje em dia contém essa substância.

[68] Em uma forma de realização da invenção, a composição da camada base é um revestimento organometálico (flocos de zinco) a base de solvente orgânico que compreende a seguinte composição em percentagem em peso:

- de 20 a 60% de zinco;

- de 1 a 5% de alumínio- de 10 a 20% de 2-Etilhexanol;

-de 5 a 10% de nafta (óleo mineral), pesado hidrogenodessulfurizado;

- de 0 a 3% de álcool n-butil 71 -36-3 1 ;

- de 1 a 3% de solvente naptha, petróleo, aromático leve;

- de 1 a 3% de ácido esteárico;

- de 0 a 0,2% de Etilbenzeno;

- de 0 a 0,2% de solvente padrão.

[69] Em outra forma de realização da invenção, a composição do revestimento organometálico (flocos de zinco) de base aquosa é configurada pela mistura dos compostos A, B e C que compreendem a seguinte composição em percentagem em peso:

Composto A

- de 20 a 40% de zinco;

- de 2 a 10% de alumínio - 20 30% de dipropilenoglicol

- 1 a 2,5% de Tensoativo não iônico

- 15 a 20% de água deionizada

Composto B

- Silano (A-187)

- 70 a 90% de água deionizada

- 0,1 a 0,2% de ácido bórico

- 2 a 3% de silicato de sódio

Composto C

- 0,2 a 2% de hidroxieti Icelulose por kg de mistura dos compostos A + B

[70] Vários fabricantes, tais como empresas de automóveis e seus fornecedores, produziram as suas próprias especificações e regras de fornecimento, a fim de definir os requisitos para esses sistemas de revestimento.

[71 ] Revestimentos organometálicos formam o que é conhecido como proteção catódica: o metal menos nobre (zinco) se sacrifica para proteger o metal base (aço). Desta forma, o aço pode ser protegido. A espessura do revestimento média está entre 5 e 12 micrometros, sendo possível a aplicação de camadas mais espessas.

[72] Assim, o processo de aplicação do revestimento da presente invenção compreende as seguintes etapas: a) A camada base ser aplicada sobre a superfície de um substrato metálico; b) A camada superior ser aplicada após a cura da camada base, sendo que a camada superior é aplicada no estado líquido por imersão e centrifugação, spray ou imersão e escorrimento, passando por cura. [73] Cada uma das camadas ser aplicada uma ou mais vezes na superfície de uma peça metálica, sendo que quando for aplicado duas vezes a camada superior a primeira camada deve secar entre 80 e 100°C por 25 minutos, e a segunda camada deve ser curada a entre 170°C e 190°C por 25 minutos.

[74] Do mesmo modo, quando for aplicado mais de duas vezes da camada superior, apenas a última camada deve ser curada entre 170°C e 190°C por 25 minutos, as camadas inferiores devem ser secas entre 80 e 100°C.

[75] Além disso, deve ser aplicado um uma camada base com espessura de 5 a 18 micrometros, sendo que até 12 micrometros se realiza o processo de deposição de zinco por meio de uma solução ácida e a partir de 12 micrometros se realiza o processo de deposição de zinco por meio de solução alcalina.

[76] A camada superior nano compósita deve compreender uma espessura de 0,5 a 4 micrômetros, dependendo da quantidade de camadas que forem aplicadas.

[77] A descrição que se fez até aqui do objeto da presente invenção deve ser considerada apenas como uma possível ou possíveis concretizações, e quaisquer características particulares nelas introduzidas devem ser entendidas apenas como algo que foi escrito para facilitar a compreensão. Desta forma, não devem ser consideradas como limitantes da invenção, a qual está limitada ao escopo das reivindicações.

[78] Os exemplos que serão apresentados ilustram os alcances da invenção aqui proposta.

Exemplos

[79] Foram realizados ensaios de corrosão acelerada em câmara de névoa salina neutra seguindo as normas ASTM B-117 ou ISO 9227. Para isso, foi aplicado em uma ou mais camadas do revestimento em peças isoladas e em peças instaladas em perfil de alumínio.

[80] Na figura 2, pode-se observar o resultado do ensaio em que foi aplicado uma camada de Zinco eletrolítico branco de 5 a 8 micrometros e duas camadas da camada superior compósita, após 5.664h de salt spray. Nota-se que a peça ficou com cor cobreada mais escura, o que é esperado devido a passivação do pó de aço inoxidável 316L, porém não houve corrosão vermelha do metal base.

[81 ] Na figura 3a, pode-se observar que as amostras sem aplicação do revestimento em aço inoxidável 410 após 936h de salt spray apresentaram corrosão vermelha (corrosão vermelha = corrosão do substrato de ferro/aço) e, na Figura 3b, pode-se observar que com a aplicação do revestimento houve uma diminuição expressiva da formação de corrosão vermelha.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - “Composição de um revestimento”, sendo que o referido revestimento é configurado por pelo menos uma camada base e pelo menos uma camada superior nano compósita, aplicadas em um mesmo substrato metálico, em que a camada base compreende:

- uma dispersão organometálica a base de ligas de zinco e alumínio ou

- uma base de zinco ou zinco ligas aplicada eletroliticamente à superfície metálica caracterizado por a camada superior nano compósita compreender nano partículas de óxido de silício, nano e micro partículas de aço inoxidável e os seguintes compostos em percentagem em peso:

Versão incolor:

- 15% a 30% de Sílica Coloidal;

- 0,2% a 5% de Aço Inoxidável;

- até 8% de 2-Butoxietanol;

- até 10% de Metanol;

- de 35% a 70% de Água; ou

Versão Preto:

- de 0,2% e 5% de Aço Inoxidável;

- até 8% de 2-Butoxietanol;

- até 10% de Metanol;

- de 40% a 70% de Água;

- até 5% de Corante preto

- de 20% a 25% de Tetraetilortosilicato. 2- “Composição de um revestimento” de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a camada superior aquosa compreender nano partículas de óxido de silício, micro e/ou nano partículas de aço inoxidável e os seguintes compostos em percentagem em peso:

Versão incolor:

- 30% de Sílica Coloidal;

- 0,5% de Aço Inoxidável;

- 8% de 2-Butoxietanol;

- 10% de Metanol;

- 51 ,5% de Água; ou

Versão Preto:

- 0,5% de Aço Inoxidável;

- 8% de 2-Butoxietanol;

- 10% de Metanol;

- 51 ,5% de Água;

- 5% de Corante preto;

- 25% de Tetraetilortosilicato.

3- “Composição de um revestimento” de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por as nano partículas de óxido de silício compreenderem uma granulometria de 0,1 a 50 nanômetros.

4- “Composição de um revestimento” de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por as micro e/ou nano partículas de aço inoxidável compreenderem uma granulometria de 0,01 a 40 micrometros.

5- “Composição de um revestimento” de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por o aço inoxidável ser 316L. 6- “Composição de um revestimento” de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a camada superior aquosa compreender ainda 0 a 10% de cera de polietileno oxidada ou emulsão aquosa de Politetrafluoretileno.

7- “Processo de aplicação” de um revestimento em uma peça metálica que utiliza a composição da reivindicação 1 , caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) A camada base ser aplicada sobre a superfície de uma peça metálica; b) A camada superior ser aplicada após a cura da camada base, sendo que a camada superior é aplicada no estado líquido por imersão e centrifugação, spray ou imersão e escorrimento, passando por cura em forno com temperatura entre 170°C e 190°C por 25 minutos.

8- “Processo de aplicação” de um revestimento, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por cada uma das camadas ser aplicada uma ou mais vezes na superfície de uma peça metálica.

9- “Processo de aplicação” de um revestimento, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por quando for aplicado duas vezes da camada superior a primeira camada deve secar entre 80 e 100°C por 25 minutos, e a segunda camada deve ser curada entre 170°C e 190°C por 25 minutos.

10- “Processo de aplicação” de um revestimento, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por guando for aplicado mais de duas vezes da camada superior, apenas a última camada deve ser curada entre 170°C e 190°C por 25 minutos, as camadas inferiores devem ser secas entre 80 e 100°C.

1 1 - “Processo de aplicação” do revestimento (5) em uma peça metálica, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por ser aplicado um uma camada base com espessura de 5 a 18 micrometros, sendo que até 12 micrometros se realiza o processo de deposição de zinco por meio de uma solução ácida e a partir de 12 micrometros se realiza o processo de deposição de zinco por meio de solução alcalina.

12- “Processo de aplicação” de um revestimento, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por ser aplicado uma camada superior nano compósita com espessura de 0,5 a 4 micrômetros.