Todo o acabamento de um CNC usinado peça acrescenta custo e tempo de fabricação à peça, mas o acabamento superficial correto tem o potencial de dar vida à sua visão de design. Os tratamentos de superfície para peças metálicas usinadas em CNC normalmente incluem vários processos mecânicos, como retificação, polimento e jato de areia, mas tratamentos químicos de superfície, como passivação e anodização, também estão disponíveis.
Os tratamentos químicos de superfície podem remover imperfeições em peças metálicas e até mesmo alterar seus níveis de condutividade elétrica, prolongando sua vida útil e também melhorando sua resistência ao desgaste e à corrosão. Os tratamentos químicos de superfície têm uma gama de aplicações industriais: na indústria aeroespacial, por exemplo, os tratamentos químicos de superfície são utilizados para aumentar a durabilidade das peças, aumentar a estabilidade térmica e retardar a oxidação. Na indústria eletrônica, os tratamentos químicos de superfície podem ser encontrados na fabricação de tudo, desde caixas de telefones celulares e caixas de consoles de jogos até equipamentos de imagem. Embora existam muitas opções de acabamento químico disponíveis, elas não são necessariamente adequadas para todos os materiais metálicos. Na verdade, cada tratamento químico de superfície está normalmente associado a um material específico e tem suas próprias vantagens e desvantagens. Neste guia, exploraremos vários processos comuns de acabamento químico para que você possa decidir qual é o melhor para o seu projeto CNC.
Passivação Aço Inoxidável
Anodização de alumínio
Ao escolher o acabamento químico certo para suas peças metálicas, você precisa considerar materiais compatíveis e uso final. Isso significa considerar uma série de fatores contextuais, incluindo:
- Ambiente onde peças metálicas são usadas
- Se são necessárias propriedades condutoras ou isolantes
- Quanto peso a peça precisa suportar
- Quanto desgaste a peça precisa suportar
- Requisitos de tolerância para peças metálicas
- Requisitos de cor e transparência
- Requisitos de acabamento de superfície
- Quaisquer outros atributos relevantes ou desejados.
Para ajudá-lo a avaliar suas opções, o AN-Prototype resume acabamentos químicos comuns e seus materiais compatíveis para sua referência:
Anodização: alumínio, titânio e outros metais não ferrosos
Passivação: aço inoxidável
Óxido negro: aço, aço inoxidável, cobre e outros metais
Revestimento químico (revestimento de conversão de cromato): Alumínio
Eletropolimento: Alumínio, Aço, Aço Inoxidável, Cobre, Titânio, Latão, Bronze, Berílio e sua Galvanoplastia Cádmio: Cromo, Cobre, Ouro, Níquel, Prata, Estanho, Alumínio, Aço e outros metais
Cromagem: Alumínio, Aço, Aço Inoxidável, Ligas de Níquel, Titânio, Cobre e Outros Metais
Revestimento de politetrafluoroetileno (Teflon™): Alumínio, Aço e Outros Metais
Níquel sem Eletricidade: Alumínio, Aço e Aço Inoxidável
Galvanizado: aço
Introdução ao tratamento químico de superfície
Deixe-nos aprender sobre o processo, como funcionam esses acabamentos químicos e como eles podem beneficiar seus projetos CNC.
Anodização
A anodização é uma opção de acabamento popular para peças de alumínio e titânio que adiciona uma camada de óxido à superfície da peça, criando uma película de óxido anódico para maior proteção e melhor estética. Para anodização CNC CNC peças, você mergulha a peça de alumínio em um banho de eletrólito ácido e, em seguida, usa um cátodo (o eletrodo carregado negativamente) para fazer com que a solução libere gás hidrogênio. Ao mesmo tempo, a peça de alumínio CNC (ânodo com carga positiva) libera oxigênio, formando uma camada protetora de óxido em sua superfície. Após a anodização de uma peça de alumínio, sua superfície apresentará minúsculos poros que devem ser selados com uma solução química para evitar corrosão e acúmulo de contaminantes.
As peças de alumínio anodizado são duráveis e resistentes à corrosão e ao desgaste, o que pode reduzir os custos de manutenção. Ao mesmo tempo, a camada anodizada não é condutora e está totalmente em conformidade com o substrato de alumínio, por isso não lascará ou descascará como o revestimento e a tinta. Na verdade, além de vedar, a camada anodizada porosa pode ser pintada ou manchada e também é mais ecológica, pois o acabamento anodizado não é tóxico e é quimicamente estável. A anodização não é apenas para alumínio: o processo também é adequado para titânio e outras peças não ferrosas.
Existem três tipos diferentes de anodização:
tipo I (anodização com ácido crômico) produz a camada de óxido mais fina, o que significa que dificilmente altera as dimensões da peça. Os componentes anodizados tipo I terão uma cor opaca e não absorverão bem outras cores.
tipo II (anodização com ácido borosulfúrico) tem melhor adesão da camada de óxido e é ligeiramente mais espessa que o Tipo I. Com a anodização Tipo II você pode facilmente criar peças anodizadas em azul, vermelho, dourado, verde e preto.
tipo III (anodização com ácido sulfúrico duro) é a forma mais comum de anodização. Tem o acabamento mais claro, o que significa que funciona com mais cores. Vale a pena notar que a anodização Tipo III resulta em um acabamento ligeiramente mais espesso do que a anodização Tipo II, que precisa de cuidados para peças que exigem tolerâncias restritas.
A maior durabilidade, resistência ao desgaste e à corrosão das peças anodizadas e o alto nível de controle dimensional oferecido pelo processo tornaram a anodização particularmente popular nos setores aeroespacial, médico, automotivo, eletrônico e muito mais.
Apesar de sua excepcional versatilidade, a anodização também apresenta desvantagens:
Alterar dimensões da peça: A anodização de metais altera as dimensões da peça, portanto a camada de óxido precisa ser considerada ao determinar as tolerâncias dimensionais, ou o mascaramento químico ou físico é usado para garantir que áreas específicas da peça permaneçam sem tratamento, especialmente áreas como alguns furos.
A correspondência de cores é difícil. Conseguir uma correspondência de cores consistente pode ser difícil se os componentes anodizados não forem processados no mesmo lote.
Não é adequado para aplicações condutivas. A anodização de peças metálicas aumenta sua resistência elétrica e térmica e não é adequada para aplicações condutoras.
Passivação
A passivação evita a corrosão das peças de aço inoxidável, ajudando-as a manter a limpeza, o desempenho e a aparência. As peças passivadas não apenas são mais resistentes à ferrugem e, portanto, melhores para uso externo, mas também têm menos probabilidade de sofrer corrosão, duram mais, têm melhor aparência e são mais funcionais. Como resultado, a passivação é usada em diversas indústrias, desde a indústria médica até a aeroespacial, com tolerâncias dimensionais restritas.
O processo de passivação envolve a adição de ácido nítrico ou cítrico. Embora o ácido nítrico tenha sido tradicionalmente a escolha típica para passivação, a popularidade do ácido cítrico cresceu recentemente porque reduz os tempos de ciclo e é mais seguro e mais ecológico. Durante a passivação, as peças de aço inoxidável são imersas em uma solução ácida para remover a ferrugem de suas superfícies sem afetar o elemento de liga cromo no aço inoxidável. A aplicação de ácido ao aço inoxidável remove qualquer ferro ou compostos de ferro livres de sua superfície, deixando para trás uma camada de cromo (e às vezes de níquel). Após exposição ao ar, esses materiais reagem com o oxigênio para formar uma camada protetora de óxido.
É importante lembrar que a passivação pode estender o tempo de fabricação de uma peça. Antes de passivar uma peça, ela deve ser limpa para remover qualquer graxa, sujeira ou outra contaminação, depois enxaguada e embebida (ou pulverizada). Embora a imersão seja o método de passivação mais comum porque fornece cobertura uniforme e pode ser feita rapidamente, o spray ácido também pode ser usado como alternativa.
Revestimento de óxido preto
Aplicado em metais ferrosos como aço, aço inoxidável e cobre, o processo de revestimento de óxido preto envolve a imersão da peça em um banho de óxido para formar uma camada de magnetita (Fe 3 O 4 ), que proporciona leve resistência à corrosão.
Existem três tipos de revestimentos de óxido preto:
Óxido Preto Quente: O processo de revestimento de óxido preto quente envolve a imersão da peça em um banho quente de hidróxido de sódio, nitrito e nitrato para transformar sua superfície em magnetita. Após a limpeza, as peças precisam ser mergulhadas em limpador alcalino, água e soda cáustica e depois revestidas com óleo ou cera para atingir a estética desejada.
Óxido Preto de Média Temperatura: O óxido preto de média temperatura é muito semelhante ao óxido preto térmico. A principal diferença é que as peças revestidas ficarão pretas em temperaturas mais baixas (90 – 120 °C). Como esta temperatura está abaixo do ponto de ebulição das soluções de sódio e nitrato, não há necessidade de se preocupar com vapores corrosivos.
Óxido Preto Legal: Cool Black Oxide depende do selênio de cobre depositado para mudar a cor da peça. As peças que recebem um revestimento de óxido preto terão melhor resistência à corrosão e ferrugem, serão menos reflexivas e terão um ciclo de vida mais longo. Um revestimento de óleo ou cera aumenta a resistência à água e também evita que substâncias nocivas cheguem ao interior do metal, facilitando a limpeza da peça. O revestimento de óxido preto também adiciona espessura, tornando-o ideal para furadeiras, chaves de fenda e outras ferramentas que exigem uma lâmina afiada que não fique cega com o tempo. No entanto, a resistência ao desgaste do óxido preto frio é fraca.
Filme Químico
Um filme químico, também conhecido como revestimento de conversão de cromato, é um revestimento químico fino normalmente aplicado ao alumínio (embora também possa ser aplicado a outros metais) para prevenir a corrosão e melhorar a adesão do adesivo e da tinta. Os acabamentos de filmes químicos geralmente têm formulações proprietárias, mas o cromo é o ingrediente principal de cada variedade. Os acabamentos de filme químico podem ser aplicados por pulverização, imersão ou pincel e, dependendo do produto e da formulação, podem ser de cor amarela, castanha, dourada ou transparente.
Enquanto outros acabamentos reduzem a condutividade térmica e elétrica, os acabamentos de filme químico permitem que o alumínio retenha suas propriedades condutoras. Os filmes químicos também são relativamente baratos e, como mencionado acima, fornecem uma boa base para pintura e aplicação de primer (com a vantagem adicional de economia de tempo). No entanto, os filmes químicos não são ideais para projetos CNC com orientação estética devido à sua suscetibilidade a arranhões, arranhões e outros danos superficiais.
Polimento eletrolítico
O eletropolimento é um processo de acabamento eletroquímico comumente usado para remover finas camadas de material de aço, aço inoxidável e ligas semelhantes. Durante o eletropolimento, a peça é imersa em um banho químico e uma corrente elétrica é aplicada para dissolver sua camada superficial. Vários parâmetros afetam o acabamento da peça, incluindo a composição química da solução eletrolítica, temperatura e tempo de exposição da peça.
O eletropolimento normalmente remove 0.0002 a 0.0003 polegadas da superfície de um objeto, deixando uma superfície lisa, brilhante e limpa. Outros benefícios do eletropolimento incluem maior resistência à corrosão, maior vida útil da peça, maior resistência à fadiga, menor coeficiente de atrito, menor rugosidade superficial e eliminação de defeitos superficiais, como rebarbas e microfissuras.
O eletropolimento é adequado para aço, aço inoxidável, cobre, titânio, alumínio, latão, bronze, berílio, etc. É importante notar que o eletropolimento é mais rápido e mais barato que o polimento manual, mas não remove 100% das imperfeições ásperas da superfície.
Galvanização
A galvanoplastia é na verdade o processo inverso do eletropolimento. Em vez de remover uma camada de metal para obter uma superfície final, a galvanoplastia deposita uma camada adicional que aumenta a espessura da peça. Compatível com cádmio, cromo, cobre, ouro, níquel, prata e estanho, a galvanoplastia produz peças lisas que apresentam menor desgaste ao longo do tempo devido à proteção extra contra corrosão, manchas, impacto e calor. A galvanoplastia aumenta a adesão entre um substrato e seu acabamento adicional e, dependendo do tipo de metal utilizado, pode tornar sua peça magnética ou condutiva.
Em comparação com outros tratamentos de superfície de peças usinadas CNC, a galvanoplastia não é particularmente ecologicamente correta porque produz resíduos perigosos que podem poluir seriamente o meio ambiente se não forem manuseados adequadamente. O revestimento também é relativamente caro devido aos metais e produtos químicos (e outros materiais e equipamentos necessários) necessários para o revestimento, e pode ser demorado, especialmente quando as peças exigem múltiplas camadas.
Cromagem
A cromagem, ou cromagem, é um tipo de galvanoplastia que envolve a adição de uma fina camada de cromo a uma peça de metal para aumentar sua dureza superficial ou resistência à corrosão. Adicionar uma camada de cromo pode facilitar a limpeza da peça e melhorar sua estética, e quase todas as peças metálicas podem ser revestidas com cromo, incluindo metais como alumínio, aço inoxidável e titânio.
O processo de cromagem normalmente inclui desengorduramento, limpeza manual e pré-tratamento das peças antes de serem colocadas no banho de cromo. A peça deve então permanecer no tanque o tempo suficiente para que a camada de cromo atinja a espessura desejada. Como o processo consome eletricidade e envolve múltiplas etapas, a cromagem é um processo de acabamento relativamente caro e que não é ecologicamente correto.
Revestimento de politetrafluoroetileno (Teflon™)
Os revestimentos de politetrafluoroetileno (PTFE), comumente conhecidos como Teflon™, estão disponíveis em pó e líquido e são usados em toda a indústria. Algumas aplicações de PTFE requerem apenas uma demão, mas outras requerem primer e acabamento para garantir proteção máxima. Este tratamento de superfície pode ser aplicado a uma variedade de metais, incluindo metais como aço, alumínio e magnésio.
As peças revestidas com PTFE possuem superfície antiaderente, baixo coeficiente de atrito e são altamente resistentes ao desgaste. Como os revestimentos de PTFE têm baixa porosidade e baixa energia superficial, as peças revestidas são resistentes à água, óleo e produtos químicos. O PTFE também pode suportar temperaturas de até 500°F, é fácil de limpar e possui excelente isolamento elétrico e resistência química.
Devido à sua resistência química e propriedades antiaderentes, o PTFE é comumente usado para revestir linhas de combustível e para isolar placas de circuito em computadores, fornos de micro-ondas, smartphones e aparelhos de ar condicionado. Também é comumente usado para revestir equipamentos médicos e também utensílios de cozinha. Embora os processos de revestimento de PTFE sejam populares em todos os setores, eles são relativamente caros e não tão duradouros quanto outras opções de acabamento químico.
Níquel sem Eletricidade
Niquelagem sem eletrólise refere-se à adição de uma camada protetora de liga de níquel em peças metálicas. Em contraste com o processo de galvanoplastia, que envolve corrente elétrica, o níquel sem eletrólito envolve a deposição de uma camada de liga de níquel (geralmente níquel-fósforo) na peça usando um banho de níquel e um agente redutor químico como o hipofosfito de sódio. As ligas de níquel são depositadas uniformemente, mesmo em peças complexas com furos e ranhuras.
As peças niqueladas têm maior resistência à corrosão por oxigênio, dióxido de carbono, água salgada e sulfeto de hidrogênio. As peças niqueladas também apresentam boa dureza e resistência ao desgaste e podem ser ainda mais duras com tratamento térmico adicional. O níquel eletrolítico é compatível com uma ampla variedade de metais, incluindo alumínio, aço e aço inoxidável.
O processo de niquelagem eletrolítica é muito desafiador. Os problemas comuns incluem o acúmulo de contaminantes no banho de níquel, o aumento dos níveis de fósforo e a subsequente redução na taxa de galvanização. Além disso, temperatura ou pH incorretos podem causar problemas de qualidade do revestimento, como corrosão, opacidade e rugosidade. O níquel eletrolítico não é adequado para superfícies ásperas, irregulares ou mal acabadas, e as peças precisam ser limpas de óleo e sujeira antes de iniciar o processo de galvanização.
Os diferentes tipos de revestimentos de níquel sem eletrólito são classificados de acordo com a porcentagem em peso de fósforo na liga. Diferentes níveis de teor de fósforo também fornecem diferentes níveis de resistência à corrosão e dureza:
Níquel com baixo teor de fósforo (2 - 4% de fósforo): Os depósitos de níquel sem elétrons com baixo teor de fósforo têm uma dureza entre 58 e 62 Rc e são muito resistentes ao desgaste. Possui alto ponto de fusão e boa resistência à corrosão em condições alcalinas. Os depósitos de níquel sem fósforo com baixo teor de fósforo são tensionados de forma compressiva e geralmente são mais caros do que o níquel com fósforo médio e alto.
Níquel Fósforo Médio (5 – 9% Fósforo): Os depósitos médios de fósforo e níquel ficam entre o níquel com baixo teor de fósforo e o níquel com alto teor de fósforo. É resistente à corrosão em ambientes alcalinos e ácidos e possui uma taxa de deposição rápida (18 a 25 µm por hora). A dureza do revestimento de níquel fósforo médio pode ser qualquer valor entre 45 e 57 Rc, e o revestimento pode atingir 65 a 70 Rc por meio de tratamento térmico.
Níquel com alto teor de fósforo (>10% de fósforo): Como os depósitos com alto teor de fósforo do níquel sem eletrólito são amorfos, as peças não apresentam limites de fase ou grãos, o que melhora sua resistência à corrosão, tornando-as ideais para uso externo ou em ambientes extremos. O níquel eletrolítico com alto teor de fósforo também oferece ductilidade, alta espessura e resistência a manchas, além de tornar o produto final mais fácil de polir ou soldar.
Galvanizado
A galvanização, ou cromato de zinco, é um acabamento químico popular que protege os componentes de aço contra umidade e corrosão. As peças galvanizadas proporcionam maior vida útil, melhor estética e aparência mais uniforme. A galvanização também pode alterar a cor da peça para azul prateado, amarelo, preto ou verde. Outro benefício significativo da galvanização é que ela protege a superfície da peça por muito tempo: mesmo que o revestimento esteja riscado, o zinco reage com a atmosfera e oxida rapidamente. Entretanto, como o zinco é quimicamente sensível a ácidos e bases, a galvanização pode não ser adequada para peças em ambientes úmidos ou extremamente úmidos.
Conclusão
As opções de tratamento químico de superfície oferecem uma variedade de métodos para atingir a qualidade desejada e o nível de desempenho de uma peça, mas nem todo processo de acabamento é adequado para todos os materiais e usos finais. Para determinar qual tratamento químico de superfície é adequado para sua peça, você precisa de uma compreensão profunda dos principais fatores, como quanta resistência à corrosão, ao atrito e ao desgaste a peça final precisa, o ambiente em que será usada e a condutividade desejada. ou propriedades isolantes.
Dada a importância destas considerações, vale a pena encontrar um parceiro de fabricação para ajudá-lo a escolher o acabamento certo e garantir que ele ofereça a melhor qualidade e economia possíveis. Na AN-Prototype, nossa equipe especializada de maquinistas e engenheiros pode fornecer informações não apenas sobre processos químicos de tratamento de superfície, mas também sobre seleção de materiais, ferramentas e tecnologia CNC apropriada. Se você quiser saber mais sobre as opções de acabamento disponíveis para seu próximo projeto de usinagem CNC, entre em contato conosco hoje mesmo.
