PRUMO/TS – Resolução de problema de incrustações e bolhas em peças de
aço-carbono zincadas, do setor automotivo
Cleiton dos Santos Mattos1, Marcela Torquato Nunes2, Vinicius Dantas Cortez3, Vicente N. G. Mazzarella4, Zehbour Panossian5
1, 2, 3, 4 e 5
Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A – IPT Av. Prof. Almeida Prado, 532 – Butantã (Cid Universitária) – São Paulo - SP
Resumo: O setor automotivo geralmente necessita de prestadores de serviço de galvanoplastia cada vez mais eficientes e com menos incidência de problemas produtivos. Sendo assim, uma empresa de zincagem solicitou assessoria tecnológica do PRUMO/TS (Projeto de Unidades Móveis para Atendimento Tecnológico às Micro, Pequenas e Médias Empresas) para resolver um problema de aparecimento de incrustações e bolhas após seu processo de eletrodeposição, em peças que ficariam alocadas em regiões internas de um automóvel. O atendimento tecnológico foi realizado, com o objetivo de determinar as causas de tal problema e indicar as correções necessárias. Para isto, todo o processo produtivo foi analisado e um microscópio eletrônico de varredura foi utilizado para estudar as seções transversais de peças com e sem defeito. Os resultados obtidos no atendimento mostraram que o principal fator que causava o problema era o excesso de aditivos no banho de zinco alcalino sem cianeto, especificamente o excesso de abrilhantador. O excesso deste aditivo pode causar, dentre outras coisas, o aparecimento de incrustações. Outros problemas também foram detectados, como a exposição de peças ao ar livre no setor produtivo após a decapagem e antes da zincagem, provocando a formação de óxidos na superfície do aço-carbono. Também foi detectada porosidade intrínseca no substrato de aço-carbono, o que poderia causar retenção de sujidades e aprisionamento de hidrogênio e consequentemente a formação de bolhas. Após as ações corretivas indicadas, a empresa passou a diminuir seu índice de devolução de peças.
Palavras-chave: Galvanoplastia, PRUMO Tratamento de Superfície, aço, bolhas e incrustações, revestimento de zinco, peças automotivas
1. INTRODUÇÃO
O setor automotivo muitas vezes adquire peças de prestadores de serviço do setor de galvanoplastia e necessita que as mesmas possuam qualidade satisfatória para o fim proposto. No Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo – IPT é conduzido um projeto denominado PRUMO (Projeto de Unidades Móveis) que realiza atendimentos tecnológicos para resolver problemas em processos e produtos, em alguns setores industriais. No setor de Tratamento de Superfícies, o projeto atua desde 2002 e este trabalho visa apresentar um estudo de caso, na qual uma empresa de zincagem solicitou assessoria tecnológica para determinar as causas do aparecimento de bolhas e incrustações em um lote de peças automotivas de aço-carbono zincadas e pintadas. Este problema causou a devolução de todo o lote
2. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Neste estudo de caso, as peças automotivas que apresentaram problemas de bolhas e incrustações eram expostas em ambientes internos de determinados modelos de carros e para serem comercializadas como produto final, passavam por diversos processos produtivos. Primeiramente, uma empresa realizava o processo de corte, dobramento e soldagem, posteriormente, uma empresa realizava o processo de zincagem e, por fim, uma última empresa realizava o processo de pintura. O problema foi revelado após a realização de ensaios de choque térmico na empresa de zincagem e após o processo de cura da tinta na empresa de pintura. Sendo assim, todo o lote foi devolvido para ser retrabalhado pela empresa de zincagem. As bolhas e incrustações podiam estar tanto entre a tinta e o revestimento de zinco ou entre o revestimento de zinco e o substrato.
No ensaio de choque térmico, observou-se que as peças revestidas no tanque de zinco rotativo 1 apresentaram problema e as peças revestidas no tanque de zinco rotativo 2 não apresentaram problema. A Figura 1 ilustra o problema de incrustações e bolhas.
Figura 1 – Peça com defeito de incrustações e bolhas
Os processos produtivos de todos os envolvidos foram analisados e estabeleceram-se as possíveis causas, considerando as particularidades de cada processo. As principais causas levantadas estavam no processo de zincagem. A empresa verificou seu processo produtivo e as seguintes considerações podem ser mencionadas:
pré-tratamento: as etapas de pré-tratamento (desengraxe, decapagem e neutralização, com suas consequentes lavagens) foram verificadas e, pelas documentações de controle, não foram detectados problemas;
banho de zinco alcalino sem cianeto: durante a verificação da etapa de zincagem, a empresa percebeu que a bomba dosadora de abrilhantador para o tanque de zinco rotativo 1 estava com problemas e estava adicionando o dobro da quantidade de abrilhantador a cada reposição que ocorria de cinco em cinco minutos. O excesso de abrilhantador é prejudicial ao processo, podendo causar uma série de problemas na superfície das peças, sendo um deles a incrustação de “sujidades”. Quanto às concentrações dos sais dos banhos e à espessura das camadas, não foram verificados problemas; passivação: a etapa de passivação (imersão em solução de ácido nítrico, passivação e lavagens) foi
Além destas constatações, a equipe do PRUMO/TS levantou mais algumas possíveis causas, para o aparecimento do problema, conforme segue:
oxidação das peças devido a secagem antes da zincagem: as peças, após o processo de neutralização, ficavam expostas ao ambiente industrial por alguns minutos, o que é inadequado, pois a secagem do aço pode provocar a formação de óxidos, mesmo inicialmente invisíveis a “olho nu”. O óxido, por sua vez, não é condutor e pode provocar a falta de aderência do revestimento de zinco em pontos localizados. O hidrogênio incorporado nas peças tende a sair posteriormente, durante o aquecimento (na cura da tinta), e fica aí aprisionado nas regiões de falta de aderência localizada, formando bolhas, conforme Figura 2;
porosidade intrínseca do substrato: a porosidade elevada do substrato pode provocar a retenção de produtos químicos durante o processo e causar oxidação. Os produtos de corrosão formados não são condutores e podem provocar a falta de aderência localizada do zinco e, da mesma forma, o hidrogênio incorporado tende a sair e ficar aprisionado nestas regiões, formando bolhas, conforme Figura 2;
não realização de etapa de desidrogenação: a incorporação de hidrogênio é um problema que preocupa todas as empresas que aplicam zinco sobre aços de alta resistência, pois podem ocorrer rupturas de peças em serviço. Este tipo de falha não ocorre em aços de baixa resistência. No entanto, o hidrogênio penetra no aço independente se este for de alta ou baixa resistência. As principais fontes de hidrogênio são as reações ocorridas nas etapas de decapagem e zincagem. Os átomos de hidrogênio incorporados tendem a sair da peça e, se encontrarem locais de falta de aderência, causados por uma série de fatores, ficam aí aprisionados, podendo causar formação de bolhas, conforme Figura 2. As principais causas da falta de aderência localizada nas peças zincadas são: produtos de corrosão advindos da retenção de produtos químicos em defeitos do substrato, como porosidades; óleos e/ou graxas advindos do desengraxe ineficiente; inibidor de corrosão não eliminado na lavagem, após etapa de decapagem; oxidação (ferrugem) formada antes do banho de zinco. A empresa não realizava a etapa de desidrogenação nestas peças, que pode diminuir a incidência de hidrogênio incorporado.
Figura 2 – Ilustração esquemática da formação de bolhas devido à falta de aderência localizada entre o substrato e o revestimento de zinco
Após o levantamento destas possíveis causas, observou-se que a mais crítica era a quantidade excessiva de abrilhantador no banho de zinco rotativo 1, justamente pelo fato das peças passadas pelo outro banho
consertar a bomba dosadora ou adquirir uma nova e deixou de banhar as peças em questão neste banho. O banho ficou sem receber abrilhantador por um período e logo voltou a operar com as condições usuais. Após a correção, foi observado que as peças pararam de apresentar tais problemas. Passado um mês após esta alteração, as peças continuaram a não apresentar o problema, comprovando que este era o fator principal que influenciava sua formação. Como ações para evitar a ocorrência deste e de outros problemas, a empresa estabeleceu prazos para criar um sistema de controle periódico do volume dosado, para realizar ensaio de choque térmico em 100% dos lotes (que simula as condições da cura da tinta), para incluir este ensaio no Plano de Controle, para revisar o Plano de Controle e para realizar ensaios em Célula de Hull a cada dois dias, pois era realizado a cada quinze dias.
Mesmo com o problema resolvido, recomendou-se observar com atenção as demais causas, para não ocorrerem outros problemas futuramente. Foi indicado que o desengraxe deveria continuar com boa eficiência, realizando ensaios de quebra d’água para verificação; as peças não deveriam ser expostas ao ambiente industrial entre a neutralização e a zincagem e, sim, deveriam ficar imersas na solução de neutralização até o momento de serem encaminhadas para o banho de zinco; a desidrogenação deveria ser realizada em caso de aparecimento de problemas semelhantes, devendo ser executada após a zincagem, seguindo parâmetros normatizados, e a porosidade dos substratos deveria ser verificada periodicamente por meio de ensaios metalográficos.
Apesar do problema ter sido resolvido, uma peça foi preparada metalograficamente e analisada em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). Foi analisada uma região com problema e outra sem problema. Os resultados estão apresentados a seguir.
A Figura 3 apresenta a seção transversal de uma região sem defeito da peça. Pode ser notado o substrato (abaixo da camada de zinco), a camada de zinco (Área 1), a camada de fosfato de zinco (Ponto 3) e a tinta (Área 2). Na Figura 4 podem ser notadas as espessuras de cada camada.
Figura 3 – Seção transversal de uma região sem defeito da peça - visualização das camadas
Figura 4 – Seção transversal de uma região sem defeito da peça - valores de espessura
Tabela 1 - Porcentagem em massa dos elementos detectados na região sem defeito da peça Camada Espessura média Elemento detectado Porcentagem em massa*
Zinco (Área 1) 7,4 m Zinco (Zn) 97,7 Ferro (Fe) 1,4 Oxigênio (O) 0,9 Fosfato de Zinco (Ponto 3) 0,95 m Zinco (Zn) 58,6 Oxigênio (O) 25,6 Fósforo (P) 15,8 Tinta (Área 2) 20,7 m Carbono (C) 69,9 Oxigênio (O) 16,6 Titânio (Ti) 7,5 Ferro (Fe) 1,7 Alumínio (Al) 1,4 Estanho (Sn) 1,3 Silício (Si) 1,2 Magnésio (Mg) 0,4 * Resultados semiquantitativos.
A Figura 5 apresenta a seção transversal de uma região com defeito da peça. Pode ser notado o substrato (abaixo da camada de zinco), a camada de zinco (Áreas 1 e 2), a camada de fosfato de zinco (Ponto 4), a tinta (Área 3) e uma região de incrustação, já praticamente no substrato (Ponto 5). A região acima da camada de tinta é o baquelite utilizado para o embutimento da amostra, na preparação metalográfica. Na Figura 6 podem ser notadas as espessuras de cada camada.
Figura 5 – Seção transversal de uma região boa da peça - visualização das camadas
Figura 6 – Seção transversal de uma região boa da peça - valores de espessura
Tabela 2 - Porcentagem em massa dos elementos detectados na região com defeito Camada Espessura média Elemento detectado Porcentagem em massa*
Zinco (Área 1) 50,0 m Zn 93,7 O 4,9 Fe 1,4 Zinco (Área 2) Zn 95,8 O 4,2 Fosfato de Zinco (Ponto 4) 1,6 m Zn 60,7 O 25,8 P 13,5 Tinta (Área 3) 30,1 m C 70,4 O 19,4 Ti 7,0 Al 1,6 Si 1,3 Mg 0,3 Incrustação (Ponto 5) - Al 57,8 O 42,2 * Resultados semiquantitativos.
Nas camadas de zinco, tanto da região sem defeito, quanto da região com defeito, observa-se a presença de Fe e O, além do Zn. O ferro faz parte do substrato e o oxigênio caracteriza a presença de óxidos. Na região com problema, percebe-se que a quantidade de oxigênio é maior que na região sem problema, representando uma maior oxidação.
Nas camadas de fosfato, tanto da região sem defeito, quanto da região com defeito, observa-se a presença de Zn, O e P, em porcentagens semelhantes. O zinco e o fósforo são justificados por suas presenças na camada e o oxigênio pode fazer parte tanto da composição da camada quanto pode representar a presença de óxidos.
Nas camadas de tinta, tanto da região sem defeito, quanto da região com defeito, observa-se a presença de C, O e Ti, como elementos de composição principais e os demais elementos fazem parte da tinta como aditivos.
No ponto 5, pode ser observada uma imperfeição no substrato (porosidade) e nota-se que o revestimento de zinco segue o formato desta imperfeição. Nesta região foi detectada a presença de Al e O. O Al pode ser advindo do processo de jateamento na etapa de pré-desengraxe e o oxigênio caracteriza a presença elevada de óxidos. A princípio, este problema não é o mesmo que provocou a devolução do lote de peças com defeitos, mas é um problema que pode ser enquadrado em uma das causas levantadas pelo PRUMO/TS. Portanto, foi recomendado que a empresa analisasse periodicamente o substrato, para verificar a presença de poros, que podem causar este e outros defeitos.
3. CONCLUSÕES
Os processos produtivos que envolviam a confecção da peça automotiva com problema de bolhas e incrustações foram verificados, e os resultados obtidos mostraram que a causa principal originava-se da dosagem excessiva de abrilhantador em um dos banhos de zinco alcalino. A empresa estipulou prazos para a execução de várias tarefas para a melhora do processo e o PRUMO/TS indicou outras recomendações, com o objetivo de evitar este e demais problemas. Após esta correção, o índice de devolução de peças por clientes diminuiu para praticamente zero.
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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5. DETALHES DOS AUTORES
Cleiton S. Mattos é coordenador do PRUMO/Tratamento de Superfícies no Instituto de Pesquisas Tecnológicas – IPT
Marcela T. Nunes é executora dos atendimentos tecnológicos do
PRUMO/Tratamento de Superfícies no Instituto de Pesquisas Tecnológicas - IPT Vinicius D. Cortez é supervisor de ensaios sobre a Diretiva RoHS no Instituto de Pesquisas Tecnológicas – IPT
Vicente N. G. Mazzarella é coordenador do PRUMO no Instituto de Pesquisas Tecnológicas - IPT
Zehbour Panossian é coordenadora do Laboratório de Corrosão e Proteção no Instituto de Pesquisas Tecnológicas - IPT
