Acabamentos superficiais para elementos de fixação: corrosão, atrito e hidrogénio

1. Uma surpresa no nevoeiro salino

Em 2021 um fornecedor de carregadores para veículos elétricos de exterior especificou zincagem eletrolítica branco-azulada com um relatório de 24 horas de nevoeiro salino. Seis meses após a instalação, clientes da costa sul queixaram-se de que todos os parafusos dos invólucros estavam enferrujados e deixavam escorridos na carcaça.

As causas:

1. O zinco branco-azulado a 24 h é apenas o limiar mínimo para ausência de ferrugem vermelha. A exposição exterior real combina UV, chuva e sal, e o revestimento degrada-se muito mais depressa.
2. O produto foi especificado para IP54 em exterior, mas o acabamento era de padrão interior.
3. A zincagem lamelar e o inox nunca foram considerados.

A substituição de tudo por zincagem lamelar a 720 h resolveu o problema. O acabamento tem de corresponder ao ambiente real, e não ao valor de nevoeiro salino do catálogo do fornecedor.

2. O que faz realmente um acabamento

2.1 Proteção contra a corrosão

O aço-carbono enferruja ao ar. Um acabamento protege de três formas: uma barreira que mantém o ar afastado, um ânodo de sacrifício em que o zinco se corrói antes do aço, ou um filme passivo como no inox.

2.2 Controlo do atrito

O binário de aperto segue T = K·F·d, em que K é o coeficiente de atrito. Cada acabamento dá um K diferente:

3. Oito acabamentos comparados

4. Zincagem eletrolítica

4.1 Princípio

A peça é imersa numa solução de sais de zinco e a corrente deposita zinco na superfície. O zinco é mais ativo do que o ferro, pelo que mesmo um revestimento riscado continua a proteger o aço como ânodo de sacrifício.

4.2 Cores de passivação

• Branco-azulado: passivação por cromatos, filme azul transparente, 24–48 h.
• Amarelo: passivação iridescente, 72–96 h.
• Preto: passivação negra, 48–72 h, comum em peças visíveis.
• Isento de crómio: conforme com a RoHS, nevoeiro salino ligeiramente inferior.

4.3 Hidrogénio

A galvanoplastia introduz hidrogénio no aço e, acima de 1,000 MPa — classe 10.9 e superior — isso provoca rotura diferida. Cozer a 200 °C durante quatro horas, no prazo de quatro horas após a galvanoplastia. Ver a secção sobre hidrogénio abaixo.

5. Revestimentos de zincagem lamelar

5.1 Princípio

Lamelas de zinco e alumínio com um ligante são aplicadas por imersão ou pulverização e depois curadas. Não há eletrólise, pelo que não se gera hidrogénio.

5.2 Vantagens

• 720–1,000 h de nevoeiro salino, dez vezes a zincagem eletrolítica.
• Sem hidrogénio, logo seguro em aço de alta resistência.
• Resiste a 300 °C.
• Coeficiente de atrito estável.

5.3 Cautelas

O Dacromet é uma marca registada. As normas genéricas são o revestimento de zinco-crómio (GB/T 18684) e o revestimento de zincagem lamelar não eletrolítica (Geomet, Delta-Protekt). As versões com crómio hexavalente não cumprem a RoHS, pelo que hoje predomina a formulação isenta de crómio.

6. Anodização e oxidação negra

6.1 Anodização (alumínio)

O alumínio é anodizado em ácido sulfúrico para crescer um filme denso de Al₂O₃, que pode ser tingido de preto, vermelho ou dourado. É duro e atrativo, e aplica-se apenas a alumínio e titânio, nunca a aço.

6.2 Oxidação negra (aço)

O aço é tratado num banho alcalino para formar um filme negro de Fe₃O₄ com poucos micrómetros de espessura. Não protege contra a ferrugem; é cosmético e dá resistência à oxidação a curto prazo, e tem de ser oleado. Comum em máquinas interiores.

7. PVD e DLC

7.1 PVD

A deposição física em fase de vapor deposita iões de titânio ou crómio em vácuo, formando filmes duros como TiN (dourado) ou TiCN (cinzento-escuro). Resistente ao desgaste e atrativo, mas caro.

7.2 DLC

O carbono tipo diamante é um filme de carbono ultraduro com atrito na ordem de 0.1. Usa-se em ferramentas premium, peças de precisão e componentes de motor, a cinco a dez vezes o custo do zinco.

8. Fragilização por hidrogénio

8.1 O que é

O aço de alta resistência absorve hidrogénio durante a decapagem ou a galvanoplastia. O hidrogénio acumula-se nos contornos de grão e provoca rotura diferida, tipicamente horas a semanas após a montagem, sem aviso.

8.2 Onde preocupar-se

• Tração acima de 1,000 MPa, classe 10.9 e superior.
• Aço-mola e inox martensítico.
• Entalhes agudos que concentram tensões.

8.3 Contra-medidas

1. Cozer a 200 °C durante quatro a oito horas, no prazo de quatro horas após a galvanoplastia.
2. Usar um processo sem hidrogénio, como a zincagem lamelar ou a zincagem mecânica.
3. Evitar a decapagem ácida; usar jateamento em alternativa.

9. Ler um relatório de nevoeiro salino

O ensaio de nevoeiro salino (GB/T 10125, ASTM B117) expõe amostras a névoa de NaCl a 5 % e registra o tempo até à ferrugem vermelha. Note-se que:

• É um ensaio acelerado; 1,000 h em câmara não são 1,000 horas no exterior.
• Os critérios de aceitação diferem entre normas (5 % contra 1 % de área vermelha).
• A exposição real acrescenta UV e ciclos térmicos, que são mais severos.

10. Árvore de decisão e perguntas frequentes

Passo 1 — Que material?

Aço → zinco ou zincagem lamelar. Alumínio → anodização. Inox → apenas passivação.

Passo 2 — Interior ou exterior?

Interior → zinco branco-azulado. Exterior → zinco amarelo ou zincagem lamelar. Costeiro → zincagem lamelar ou 316.

Passo 3 — Que classe de propriedade?

Classe 10.9 e superior → a cozedura é obrigatória, ou usar zincagem lamelar.

Passo 4 — Aspeto?

Preto → zinco preto, oxidação negra ou PVD. Colorido → anodização em alumínio.

Passo 5 — Orçamento?

Peças correntes 1× zinco; exigentes 2.5× zincagem lamelar; premium 5–10× DLC.

Perguntas frequentes

P. Zinco branco-azulado ou amarelo? O amarelo resiste melhor à corrosão; o branco-azulado tem aspeto mais limpo. No interior branco-azulado, no exterior amarelo.

P. Porque é caro a zincagem lamelar? O processo é mais complexo, mas dá dez vezes o nevoeiro salino e nenhum risco de hidrogénio em aço de alta resistência, pelo que o custo total é muitas vezes inferior.

P. Porque não trava a ferrugem a oxidação negra? O filme tem apenas micrómetros de espessura e não oferece ação de sacrifício. A oleagem só protege contra dedadas a curto prazo.

P. O inox precisa de acabamento? Precisa de passivação para remover o ferro livre. Ver o guia de passivação.

P. O PVD pode aplicar-se em qualquer parafuso? Não. O equipamento é caro e as séries pequenas não são económicas; destina-se apenas a peças de elevado valor.