NOÇÕES SOBRE ELETROPOLIMENTO

4.6.1 Introdução

A descoberta do eletropolimento foi por volta do início do século XX, mas as primeiras investigações conduzindo às aplicações práticas são devidas ao Jacquet que recebeu a patente para o processo em 1930 (FIGOUR e JACQUET, 1930). Jacquet atribui o efeito do eletropolimento à presença no ânodo de uma “camada viscosa” e o papel exato permaneceu um tanto obscuro (JACQUET, 1935). Nos anos cinquenta do século XX, Hoar e colaboradores postularam que o brilho requer a presença no ânodo de um filme sólido compacto (HOAR e MOWAT, 1950; HOAR e FARTHING, 1952; HOAR, et al., 1965). Estudos adicionais sobre os fenômenos de superfície e processos de transporte foram conduzidos por Epelboin (1958) e Daguenet et al. (1964). As primeiras investigações experimentais quantitativas da taxa de alisamento são devido ao Edwards (1953, a-b).

O eletropolimento é normalmente conduzido em meios ácidos concentrados tais como o ácido fosfórico, ácido sulfúrico e suas misturas ou em soluções de ácido acético-ácido perclórico. O metanol é algumas vezes usado como um solvente em substituição à água (GABE, 1972; TOUSEK, 1977). O desenvolvimento de equipamentos eletroquímicos depois dos anos cinquenta e antes dos anos sessenta mostrou que a dissolução à velocidade alta dos metais em eletrólitos neutros sob condições de convecção forçada intensa pode levar às superfícies eletropolidas (WILSON, 1971), sendo o transporte de massa convectivo o fator controlador (DATTA e LANDOLT, 1975). Mais recentemente, tem sido encontrado que o eletropolimento em soluções de sais neutros pode ser obtido às densidades de corrente média relativamente baixa e velocidades de fluxo se os pulsos de corrente de intensidade alta são empregados (ROSSET et al., 1985; DATTA e LANDOLT, 1981). Segundo Landolt (1987) o entendimento dos processos de transporte de massa e transferência de carga em sistemas eletroquímicos tem progredido e novos métodos experimentais têm tornado disponíveis para o estudo dos filmes na superfície e fenômenos de passivação.

O eletropolimento é definido de um modo geral pela ASTM como um melhoramento do acabamento superficial de um metal o qual se torna anódico em uma solução apropriada (ASTM E-1558-93). Na literatura é comum a distinção entre o nivelamento anódico ou alisamento do brilho anódico. O nivelamento refere-se à eliminação da rugosidade superficial de altura maior que 1 µm, enquanto que o brilho anódico refere-se à eliminação da rugosidade de altura menor que 1 µm (MCTEGART, 1956). O brilho da superfície assim resulta da eliminação da rugosidade superficial comparável ao comprimento de onda da luz. A distinção entre nivelamento anódico e brilho anódico somente baseada na rugosidade superficial é uma simplificação, por causa da inexistência de uma relação simples entre a altura medida no perfil e o brilho (YOUNG e TEAGUE, 1975).

Os termos macroalisamento e microalisamento são empregados para nivelamento anódico e brilho anódico, respectivamente. Os dois processos são fundamentalmente diferentes. O macroalisamento resulta da concentração de linhas de corrente nos picos do perfil da superfície assim conduzindo a uma velocidade de dissolução mais alta localmente. Teoricamente, o macroalisamento é tratado como um problema de distribuição da corrente em que a superfície é assumida homogênea do ponto de vista da cinética. O microalisamento, por outro lado, resulta da supressão da influência dos defeitos da superfície e da orientação cristalográfica no processo de dissolução. Seu entendimento teórico, portanto, requer conhecimento do mecanismo de remoção dos átomos da rede do cristal e envolve o estudo das cinéticas de superfície e do comportamento passivo (LANDOLT, 1987).

Na prática é possível encontrar o macroalisamento sem o microalisamento e vice- versa. Sautebin et al. (1980) e Sautebin e Landolt (1982) estudaram o comportamento de um perfil de superfície triangular produzido mecanicamente feito de cobre, durante o processo de eletropolimento. Eles observaram que após a dissolução anódica na ausência dos efeitos do transporte de massa, o perfil sofreu nivelamento anódico e ataque cristalográfico, enquanto que, na dissolução anódica na corrente limite o perfil sofreu nivelamento anódico e brilho anódico. Em ambos os casos a dissolução anódica conduziu a uma diminuição na altura do perfil, isto é, ao macroalisamento. Entretanto, microscopicamente existe uma diferença: a superfície atacada cristalograficamente

parece opaca a olho nu e a superfície lisa cristalograficamente parece brilhosa a olho nu. Assim, somente o processo de dissolução anódica na corrente limite permite realizar tanto o macroalisamento como o microalisamento.

Uma pesquisa prática para eletrólitos de eletropolimento ou condições experimentais favoráveis, portanto, será bem sucedida iniciando-se com uma determinação das curvas de corrente vs. tensão sob condições de transporte de massa controlado, usando um eletrodo rotatório (LANDOLT, 1987).

4.6.2 Preparo eletrolítico do alumínio e suas ligas

As ligas de alumínio abrangem um intervalo amplo de composições químicas e deste modo apresentam uma faixa grande de dureza. Assim, as técnicas para preparação metalográfica variam consideravelmente. Ligas com baixas durezas geralmente são mais difíceis para preparar por polimento mecânico pelos seguintes fatos: 1) as deformações causadas durante o corte e lixamento atingem maior profundidade; 2) existe maior probabilidade das partículas abrasivas serem absorvidas durante o polimento e 3) o desenvolvimento de relevo durante o polimento ocorre mais rapidamente entre a matriz e as partículas de segunda fase, as quais são consideravelmente mais duras que a matriz. As ligas duras, embora sejam de preparação mais fácil, apresentam maior variedade de fases e estruturas mais elaboradas. Entretanto, existem métodos que contornam as dificuldades de preparação e de exames empregados especificamente para ligas de alumínio moles ou duras.

Muitos processos de precipitação e revestimentos em ligas de alumínio podem ocorrer em temperaturas relativamente baixas, tais como 150 a 250 ºC, as quais são prontamente produzidas em operações de corte, lixamento e montagem dos espécimes. No caso de materiais que sofrem envelhecimento natural, a fim de se evitar mudanças na microestrutura da liga, deve-se dar atenção especial ao preparar os materiais por métodos que não sejam convencionais. Essas mudanças somente são visíveis com um microscópio eletrônico (ASM, 1987).

O polimento eletrolítico, também chamado de eletropolimento, tem sido empregado para o preparo metalográfico do alumínio e suas ligas bem como para muitos outros metais e ligas, as quais não são facilmente polidas pelos métodos convencionais. A técnica eletrolítica permite remover completamente todos os traços de metais remanescentes da usinagem, lixamento e operações de polimentos mecânicos usados na preparação dos espécimes (ASM, 1987).

A Norma ASTM E 1558-93 é um guia padrão para polimentos eletrolíticos de espécimes metalográficos aplicando-se a uma variedade de metais.

O eletropolimento pode ser empregado principalmente nas seguintes situações: i) na obtenção do acabamento superficial de alta qualidade, sendo equivalente ou superior àquele obtido por polimentos mecânicos; ii) na obtenção de resultados reprodutíveis, iii) para metais de fases simples e metais moles, os quais podem ser de difícil polimento pelo método convencional mecânico.

Esta norma cita oito grupos de eletrólitos destinados ao eletropolimento no intervalo de temperatura entre 15,5ºC a 26,7ºC, podendo ser necessário o emprego do resfriamento em alguns casos. Além disso, podem ser encontradas as precauções relativas ao preparo, estocagem e uso desses eletrólitos.

A Tabela 5 apresenta os grupos de eletrólitos empregados para o polimento eletrolítico. No caso do alumínio e suas ligas os eletrólitos normalmente utilizados e os respectivos parâmetros de célula eletrolítica estão indicados na Tabela 6.

TABELA 5 - Classificação dos eletrólitos empregados para polimento eletrolítico (ASTM E-1558-93)

GRUPO COMPOSIÇÃO