Revestimento metálico

 Nota: Para o uso em microbiologia, veja Placa de Petri.

O revestimento metálico (frequentemente referido na indústria como banho metálico ou chapeamento) é um processo de acabamento no qual um metal é depositado sobre uma superfície. Esse tipo de revestimento tem sido feito há centenas de anos; sendo também fundamental para a tecnologia moderna. O revestimento é utilizado para decorar objetos, para inibição de corrosão, para melhorar a soldabilidade, para endurecimento, para melhorar a resistência ao desgaste, para reduzir o atrito, para melhorar a adesão da pintura, para alterar a condutividade, para melhorar a refletividade de infravermelho (IR), para blindagem contra radiação e para outros fins. A joalheria normalmente utiliza banhos para conferir um acabamento de prata ou ouro.

Método de banho de tambor rotativo (barrel plating) (Japão)

A deposição de filmes finos tem revestido objetos do tamanho de um átomo, portanto o revestimento encontra usos na nanotecnologia.

Existem vários métodos de revestimento e muitas variações. Em um método, uma superfície sólida é coberta com uma folha de metal e, em seguida, calor e pressão são aplicados para fundi-los (uma versão disso é a Prata Sheffield). Outras técnicas de revestimento incluem a eletrodeposição, a deposição de vapor sob vácuo e a deposição por pulverização catódica (sputtering). Recentemente, o termo banho frequentemente se refere ao uso de líquidos. A Metalização refere-se ao revestimento de metal em objetos não metálicos.

Galvanoplastia

Ver artigo principal: Galvanoplastia

Na galvanoplastia (ou eletrodeposição), um metal iônico é suprido com elétrons para formar um revestimento não iônico em um substrato. Um sistema comum envolve uma solução química com a forma iônica do metal, um ânodo (carregado positivamente) que pode consistir do metal sendo revestido (um ânodo solúvel) ou um ânodo insolúvel (geralmente carbono, platina, titânio, chumbo ou aço) e, finalmente, um cátodo (carregado negativamente) onde elétrons são fornecidos para produzir um filme de metal não iônico.

Deposição autocatalítica

Ver artigo principal: Galvanoplastia

A deposição autocatalítica (do inglês electroless deposition), também conhecida como revestimento químico ou auto-catalítico, é um método de revestimento não-galvânico que envolve várias reações simultâneas em uma solução aquosa, as quais ocorrem sem o uso de energia elétrica externa. A reação é realizada quando o hidrogênio é liberado por um agente redutor, normalmente hipofosfito de sódio (Nota: o hidrogênio sai como um íon hidreto) ou tioureia, e oxidado, produzindo assim uma carga negativa na superfície da peça. O método de deposição autocatalítica mais comum é a niquelagem autocatalítica, embora camadas de prata, ouro e cobre também possam ser aplicadas dessa maneira, como na técnica do douramento em espelhos (angel gilding).

Casos específicos

Banho de ouro

O banho de ouro é um método de depositar uma fina camada de ouro na superfície de vidro ou metal, mais frequentemente cobre ou prata.

O banho de ouro é frequentemente usado na eletrônica para fornecer uma camada eletricamente condutora resistente à corrosão sobre o cobre, tipicamente em conectores elétricos e placas de circuito impresso. Com o revestimento direto de ouro sobre o cobre, os átomos de cobre têm a tendência de se difundir através da camada de ouro, causando o manchamento da sua superfície e a formação de uma camada de óxido/sulfeto. Portanto, uma camada de um metal de barreira adequado, geralmente o níquel, deve ser depositada no substrato de cobre, formando um sanduíche de cobre-níquel-ouro.

Metais e vidro também podem ser revestidos com ouro para fins ornamentais, usando vários processos diferentes geralmente chamados de douramento.

Safiras, plásticos e fibra de carbono são alguns outros materiais que podem ser revestidos usando técnicas avançadas. Os substratos que podem ser usados são quase ilimitados.

Banho de prata

 Nota: Para o projeto americano da Segunda Guerra Mundial, veja Silverplate.

Um saxofone alto banhado a prata

Esta pulseira possui pedras preciosas de zircônia. O metal é uma base de liga de zinco com revestimento de prata.

O banho de prata tem sido usado desde o século XVIII para fornecer versões mais baratas de itens domésticos que, de outra forma, seriam feitos de prata maciça, incluindo talheres, recipientes de vários tipos e castiçais. No Reino Unido, as repartições de ensaio (assay offices), bem como revendedores e colecionadores de prata, usam o termo "silver plate" (prata de lei) para itens feitos de prata maciça, derivado muito antes da invenção do banho de prata, a partir da palavra em espanhol para prata, "plata"; sendo as apreensões de prata de navios espanhóis provenientes da América uma grande fonte de prata na época. Isso pode causar confusão ao falar sobre itens de prata: de lei ou banhados. No Reino Unido, é ilegal descrever itens banhados a prata como "prata". Não é ilegal descrever itens banhados a prata como "silver plate" (placa de prata), embora isso seja considerado gramaticalmente incorreto.

A forma mais antiga de banho de prata foi a Prata Sheffield, onde finas folhas de prata são fundidas a uma camada ou núcleo de metal base, mas no século XIX novos métodos de produção (incluindo a galvanoplastia) foram introduzidos. O Metal Britannia é uma liga de estanho, antimônio e cobre desenvolvida como um metal base para ser banhada a prata.

Outro método que pode ser usado para aplicar uma fina camada de prata a objetos, como o vidro, é colocar o reagente de Tollens em um vidro, adicionar glicose/dextrose e agitar o frasco para promover a reação.

AgNO₃ + KOH → AgOH + KNO₃

AgOH + 2 NH₃ → [Ag(NH₃)₂]⁺ + [OH]⁻ (Nota: veja Reagente de Tollens)

[Ag(NH₃)₂]⁺ + [OH]⁻ + aldeído (geralmente glicose/dextrose) → Ag + 2 NH₃ + H₂O

Para aplicações na eletrônica, a prata é às vezes usada para revestir o cobre, pois sua resistência elétrica é menor (veja Resistividade de vários materiais); de forma ainda mais acentuada em frequências mais altas devido ao efeito pelicular. Capacitores variáveis são considerados de alta qualidade quando possuem placas banhadas a prata. Da mesma forma, cabos banhados a prata, ou até mesmo cabos de prata sólida, são valorizados em aplicações audiófilas; no entanto, alguns especialistas consideram que, na prática, o revestimento é muitas vezes mal executado, tornando o resultado inferior ao de cabos de cobre de preço semelhante.

Cuidados devem ser tomados com peças expostas a ambientes de alta umidade porque, em tais ambientes, quando a camada de prata é porosa ou contém rachaduras, o cobre subjacente sofre uma rápida corrosão galvânica, descascando o revestimento e expondo o próprio cobre; um processo conhecido como praga vermelha. O cobre banhado a prata mantido em um ambiente livre de umidade não sofrerá esse tipo de corrosão.

Banho de cobre

O banho de cobre é o processo de formar eletroliticamente uma camada de cobre na superfície de um item. É comumente usado como uma alternativa ainda mais econômica ao banho de prata, pois é muito mais barato que a prata.

Banho de ródio

O banho de ródio é ocasionalmente usado em ouro branco, prata ou cobre e suas ligas. Uma camada de barreira de níquel geralmente é depositada primeiro sobre a prata, embora, neste caso, não seja para impedir a migração da prata através do ródio, mas para evitar a contaminação do banho de ródio com prata e cobre, que se dissolvem ligeiramente no ácido sulfúrico geralmente presente na composição do banho.

Cromagem

Ver artigo principal: Cromagem

A cromagem é um tratamento de acabamento que usa a deposição eletrolítica do cromo. A forma mais comum de cromagem é o cromo brilhante fino e decorativo, que normalmente é uma camada de 10-μm sobre um banho de níquel subjacente. Ao revestir ferro ou aço, um revestimento subjacente de cobre permite que o níquel adira. Os poros (minúsculos orifícios) nas camadas de níquel e cromo trabalham para aliviar o estresse causado pela incompatibilidade da expansão térmica, mas também prejudicam a resistência à corrosão do revestimento. A resistência à corrosão baseia-se no que é chamado de camada de passivação, que é determinada pela composição química e pelo processamento, e é danificada por rachaduras e poros. Em um caso especial, os microporos podem ajudar a distribuir o potencial eletroquímico que acelera a corrosão galvânica entre as camadas de níquel e cromo. Dependendo da aplicação, revestimentos de diferentes espessuras exigirão diferentes equilíbrios das propriedades mencionadas acima. O cromo brilhante e fino confere um acabamento espelhado a itens como armações de móveis de metal e acabamentos automotivos. Depósitos mais espessos, de até 1000 μm, são chamados de cromo duro e são usados em equipamentos industriais para reduzir o atrito e o desgaste.

A solução tradicional usada para a cromagem dura industrial é composta de cerca de 250 g/L de CrO₃ e cerca de 2,5 g/L de SO₄⁻. Na solução, o cromo existe como ácido crômico, conhecido como cromo hexavalente. Uma alta corrente é usada, em parte para estabilizar uma fina camada de cromo(+2) na superfície da peça revestida. O cromo ácido tem um baixo poder de penetração, detalhes finos ou furos que estão mais distantes recebem menos corrente, resultando em um banho de baixa qualidade.

Zincagem

Os revestimentos de zinco evitam a oxidação do metal protegido, formando uma barreira e agindo como um ânodo de sacrifício caso essa barreira seja danificada. O óxido de zinco é um pó branco fino que (ao contrário do óxido de ferro) não causa a quebra da integridade da superfície do substrato à medida que é formado. De fato, o óxido de zinco, se não perturbado, pode atuar como uma barreira contra mais oxidações, de maneira semelhante à proteção oferecida ao alumínio e aos aços inoxidáveis por suas camadas de óxido. A maioria das peças de ferragem é zincada, em vez de ser cadmiada.

Zincagem-níquel

O revestimento de zinco-níquel é um dos melhores acabamentos resistentes à corrosão disponíveis, oferecendo mais de 5 vezes a proteção da zincagem convencional e até 1.500 horas de desempenho em testes de névoa salina neutra (salt spray). Esse revestimento é uma combinação de uma liga de zinco-níquel com alto teor de níquel (10–15% de níquel) e alguma variação de cromato. Os cromatos mistos mais comuns incluem cromato hexavalente iridescente, trivalente ou trivalente preto. Utilizado para proteger aço, ferro fundido, latão, cobre e outros materiais, esse revestimento ácido é uma opção ambientalmente segura. O cromato hexavalente foi classificado como carcinógeno humano pela EPA e OSHA.

Estanhagem

O processo de revestimento de estanho é amplamente utilizado para proteger superfícies ferrosas e não ferrosas. O estanho é um metal útil para a indústria de processamento de alimentos, pois não é tóxico, é dúctil e resistente à corrosão. A excelente ductilidade do estanho permite que uma chapa de metal base revestida com estanho seja moldada em uma variedade de formas sem danificar a camada superficial de estanho. Ele fornece proteção de sacrifício para o cobre, níquel e outros metais não ferrosos, mas não para o aço.

O estanho também é amplamente utilizado na indústria eletrônica por causa de sua capacidade de proteger o metal base da oxidação, preservando assim sua soldabilidade. Em aplicações eletrônicas, 3% a 7% de chumbo podem ser adicionados para melhorar a soldabilidade e prevenir o crescimento de "bigodes" (whiskers) metálicos em depósitos tensionados por compressão, os quais causariam curtos-circuitos elétricos. No entanto, os regulamentos da RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas) promulgados a partir de 2006 exigem que nenhum chumbo seja adicionado intencionalmente e que a porcentagem máxima não exceda 1%. Algumas isenções foram emitidas para os requisitos da RoHS em aplicações eletrônicas críticas devido a falhas conhecidas por terem ocorrido como resultado da formação de bigodes de estanho.

Revestimento de ligas

Em alguns casos, é desejável a codeposição de dois ou mais metais, resultando em um depósito de liga eletrodepositada. Dependendo do sistema da liga, uma liga eletrodepositada pode ser endurecida por solução sólida ou endurecida por precipitação através de tratamento térmico para melhorar as propriedades físicas e químicas do revestimento. Níquel-Cobalto é uma liga eletrodepositada comum.

Revestimento compósito

O revestimento de compósitos de matriz metálica pode ser fabricado quando um substrato é banhado em uma solução contendo uma suspensão de partículas cerâmicas. A seleção cuidadosa do tamanho e da composição das partículas pode ajustar o depósito para resistência ao desgaste, desempenho em altas temperaturas ou resistência mecânica. Carboneto de tungstênio, carboneto de silício, carboneto de cromo e óxido de alumínio (alumina) são comumente usados na galvanoplastia de compósitos.

Cadmiagem

O revestimento de cádmio está sob escrutínio devido à toxicidade ambiental do metal cádmio. A cadmiagem é amplamente utilizada em algumas aplicações nos campos aeroespacial, militar e de aviação. No entanto, ela está sendo eliminada de forma gradual devido à sua toxicidade. Fabricantes de componentes militares e aeroespaciais, como a Amphenol Aerospace, recentemente começaram a explorar substitutos diretos de galvanoplastia para uso em equipamentos atualmente empregados em campo, a fim de apoiar a eliminação desse acabamento perigoso.

A cadmiagem oferece uma longa lista de vantagens técnicas, como excelente resistência à corrosão mesmo em espessuras relativamente baixas e em atmosferas salinas, maciez e maleabilidade, ausência de produtos de corrosão pegajosos e/ou volumosos, compatibilidade galvânica com o alumínio, eliminação de efeitos de stick-slip (permitindo um aperto por torque confiável em roscas revestidas), pode ser tingido de várias cores ou transparente, tem boa lubricidade e soldabilidade, e funciona bem seja como acabamento final ou como base para pintura.

Se houver preocupações ambientais, na maioria dos aspectos a cadmiagem pode ser diretamente substituída por um banho de ouro, pois compartilha a maior parte das propriedades do material, mas o ouro é mais caro e não pode servir como base para pintura.

Niquelagem

O níquel é eletrodepositado usando um banho de Watts, uma célula eletrolítica que tem um ânodo de níquel e um eletrólito contendo sulfato de níquel, cloreto de níquel e ácido bórico. Outros sais de níquel, como o sulfato de amônio e níquel, às vezes são usados em vez do sulfato de níquel.

Niquelagem autocatalítica

A niquelagem autocatalítica (electroless nickel plating), também conhecida como e-níquel e NiP, oferece muitas vantagens: espessura de camada uniforme na maioria das superfícies complexas, revestimento direto de metais ferrosos (aço) e superior resistência ao desgaste e à corrosão quando comparada à niquelagem eletrodepositada ou ao cromo. Grande parte da cromagem feita na indústria aeroespacial pode ser substituída pela niquelagem autocatalítica; mais uma vez, os custos ambientais, os custos de descarte de resíduos de cromo hexavalente e a notória tendência de distribuição desigual de corrente favorecem a niquelagem química.

A niquelagem autocatalítica é um processo autocatalisável, e a camada de níquel resultante é o composto de NiP, com 7 a 11% de teor de fósforo. As propriedades de dureza e resistência ao desgaste da camada resultante são muito alteradas de acordo com a composição do banho e a temperatura de deposição, que deve ser regulada com uma precisão de 1 °C, tipicamente mantida a 91 °C.

Durante a circulação do banho, quaisquer partículas contidas nele também serão banhadas com níquel; este efeito é utilizado com vantagem em processos que depositam o revestimento juntamente com partículas como carboneto de silício (SiC) ou politetrafluoretileno (PTFE). Embora seja superior a muitos outros processos de revestimento, é custoso devido à sua complexidade. Além disso, o processo é demorado até mesmo para camadas finas. Quando apenas a resistência à corrosão ou o tratamento da superfície são a principal preocupação, não é exigido um controle tão estrito da composição e da temperatura do banho, e o processo é usado para revestir muitas toneladas em um único banho de uma só vez.

Sabe-se que as camadas de niquelagem autocatalítica proporcionam extrema adesão superficial quando o revestimento é feito corretamente. Ela é não magnética e amorfa. Contudo, suas camadas não são facilmente soldáveis, nem aderem (seize) a outros metais ou a outra peça também niquelada autocataliticamente sob pressão. Esse efeito beneficia parafusos niquelados feitos de materiais maleáveis, como o titânio. A resistência elétrica é mais alta em comparação com o revestimento de metal puro.

Revestimento de alumínio

O "revestimento de alumínio" pode referir-se tanto ao revestimento sobre o alumínio quanto ao processo de revestir outros materiais com o alumínio.

Ver também

• Anodização
• Revestimento mecânico
• Conservante orgânico de soldabilidade (OSP)

Ligações externas

• Enciclopédia de Eletroquímica
• Nova tecnologia de revestimento nano-cerâmico torna o banho de zinco totalmente isento de íons de metais pesados e cromato