O que é eletropolimento e como funciona?

Como uma tecnologia eficiente de tratamento de superfícies metálicas, o eletropolimento desempenha um papel crucial na produção sob demanda. Esse processo pode melhorar o acabamento e a textura da superfície do metal, além de aumentar a resistência à corrosão da peça por meio de reações eletroquímicas. Este artigo apresenta uma visão geral do eletropolimento.

O que é eletropolimento?

O eletropolimento é um processo de usinagem eletroquímica que lustra a superfície de um metal por meio da dissolução anódica, quando o metal é imerso em um eletrólito adequado e submetido a uma baixa densidade de corrente. O eletropolimento aplica-se à maioria dos materiais metálicos comuns e, assim como o polimento químico, tem sido adotado recentemente para o polimento de materiais semicondutores.

O eletropolimento baseia-se na dissolução preferencial das asperezas da superfície para obter um acabamento liso e brilhante, semelhante ao polimento químico. O eletropolimento requer a aplicação de uma corrente elétrica. No banho de eletropolimento, a peça a ser polida atua como ânodo e um metal não dissolvível atua como cátodo; uma voltagem é aplicada entre esses dois eletrodos.

Ao energizar o sistema, ocorre uma reação de oxidação na superfície do ânodo: os átomos de metal perdem elétrons, tornando-se íons que entram no eletrólito. Crucialmente, a densidade de corrente é maior nos picos da superfície, fazendo com que a taxa de dissolução seja significativamente mais rápida do que nos vales. Isso resulta, em última análise, em uma superfície nivelada e lisa. Simultaneamente, o eletrólito forma uma película de passivação (por exemplo, uma camada de óxido ou uma película de sal viscoso) na superfície da amostra. Essa película de passivação é mais espessa nos vales, inibindo ainda mais a dissolução e reforçando o efeito de nivelamento. O resultado é um acabamento liso e sem tensões.

Condições de eletropolimento

Fonte de alimentação: A corrente contínua é usada em princípio, embora a corrente alternada também possa ser usada para materiais como aço e alumínio. Fontes de alimentação CC comuns incluem retificadores de selênio, unidades retificadoras com transformador ou baterias de armazenamento.

Célula Eletrolítica

O corpo principal do tanque é geralmente construído em aço com um revestimento interno. O material do revestimento depende da composição do eletrólito e frequentemente inclui vidro, cerâmica, chumbo, esmalte, celuloide, aço inoxidável, plástico, aço ou cobre. Eletrólitos contendo ácido acético ou anidrido acético não podem ser usados ​​em tanques de chumbo. Eletrólitos de ácido fluorídrico podem usar tanques de chumbo ou plástico.

Aquecimento e resfriamento

Dependendo do tipo de metal, a temperatura do banho pode precisar ser elevada. Os aquecedores geralmente são colocados diretamente na solução, e sistemas de resfriamento com camisa são comumente empregados.

Cátodo

O material do cátodo deve ser insolúvel no eletrólito. Materiais de baixa resistência, como chumbo, cobre, alumínio, grafite e aço inoxidável, são frequentemente utilizados. Para promover uma dissolução uniforme, cátodos auxiliares são geralmente moldados para se adaptarem à geometria da peça. Esses cátodos auxiliares são tipicamente fabricados com chumbo, um material de fácil manuseio.

Isolamento

As áreas do ânodo (peça de trabalho) que não necessitam de polimento, juntamente com os dispositivos de fixação (gabaritos/suportes), devem ser isoladas para evitar sua dissolução. A resina vinílica é um material isolante comum para essa finalidade.

Lavagem

Os procedimentos de enxágue pós-polimento são fundamentalmente os mesmos que os do polimento químico. Após o polimento, as peças devem ser enxaguadas, secas e lubrificadas o mais rápido possível.

Eletrólito

Para que o eletropolimento seja bem-sucedido, uma película líquida ou sólida deve se formar na superfície do metal, e o metal deve se dissolver através dessa película a uma taxa estável e controlada por difusão. Portanto, a solução de eletropolimento deve possuir simultaneamente as funções duplas de dissolver o metal e formar uma película protetora. Além disso, deve apresentar condutividade excepcionalmente alta e bom poder de penetração. Poder de penetração, neste contexto, refere-se à uniformidade da distribuição da densidade de corrente na superfície da peça.

Alumínio e suas ligas : Podem ser utilizados eletrólitos ácidos e alcalinos, como os sistemas alcalinos, à base de fluoreto e de ácido fosfórico-crômico. O sistema mais utilizado é a mistura de ácido fosfórico-sulfúrico-crômico.

Aço: Os eletrólitos incluem sistemas de ácido perclórico, sistemas de ácido fosfórico-sulfúrico-crômico e sistemas de ácido fosfórico-oxálico-glicerol. Para o eletropolimento de aço inoxidável, a solução de ácido fosfórico-sulfúrico-crômico é a escolha mais comum.

Cobre e suas ligas: As soluções de polimento conhecidas incluem sistemas de ácido fosfórico e sistemas de ácido fosfórico-sulfúrico-crômico. Em uma solução de ácido fosfórico puro, a formação de uma camada viscosa de sal de fosfato de cobre saturado e de difícil solubilidade na superfície do ânodo aumenta o efeito de polimento. Para manter a integridade dessa camada viscosa, a agitação deve ser realizada em baixas temperaturas.

Processo de eletropolimento

Polimento mecânico . A amostra é primeiro polida mecanicamente para reduzir sua espessura a um certo nível (normalmente dezenas de micrômetros) em preparação para o eletropolimento subsequente.

Seleção do eletrólito. Um eletrólito apropriado é selecionado com base no material da amostra. Por exemplo, uma mistura de ácido fosfórico e ácido sulfúrico é comum para aço inoxidável, enquanto uma mistura de ácido nítrico e metanol pode ser usada para alumínio.

Configuração de eletropolimento. Utiliza-se equipamento especializado. A amostra é fixada como ânodo, o eletrólito serve como meio condutor e o cátodo é geralmente feito de material inerte.

Controle de corrente e tempo. Uma corrente e tensão adequadas são aplicadas e o tempo de eletropolimento é controlado. Tanto a densidade de corrente quanto o tempo devem ser otimizados com base no material da amostra e na espessura final desejada.

Inspeção da amostra. A espessura e a qualidade da superfície da amostra são verificadas regularmente até que a espessura e a suavidade desejadas sejam alcançadas.

Considerações sobre eletropolimento

Controle de Densidade de Corrente

Uma densidade de corrente excessivamente alta pode levar à dissolução excessiva, enquanto uma densidade de corrente muito baixa resultará em um efeito de polimento deficiente.

Temperatura do eletrólito e tempo de tratamento

Para materiais propensos à passivação, é necessária uma temperatura do eletrólito mais elevada, normalmente acima de 60 °C. Uma temperatura mais alta também amplia a faixa de densidade de corrente efetiva para se obter um acabamento brilhante. A duração do eletropolimento está relacionada ao acúmulo de produtos anódicos na superfície da peça e ao tempo necessário para a formação de uma película viscosa com determinada espessura. Uma vez estabelecido o efeito de polimento, prolongar o tempo de polimento é desnecessário e, por vezes, pode levar a resultados indesejáveis.

Distância entre eletrodos

Em geral, a corrente tende a se concentrar nas bordas dos eletrodos em processos eletrolíticos. Consequentemente, ao processar materiais planos e de grandes dimensões, as bordas têm maior probabilidade de apresentar um acabamento brilhante do que o centro. Para mitigar essa distribuição não uniforme da corrente, a área do ânodo é normalmente maior que a área do cátodo, e a distância entre os eletrodos é aumentada. No entanto, o aumento da distância entre os eletrodos aumenta o consumo de energia. Portanto, dependendo de fatores como a resistividade do eletrólito, a temperatura e a densidade de corrente, a distância entre os eletrodos é geralmente mantida entre 10 e 60 cm.

Propriedades do eletropolimento

O eletropolimento reduz eficazmente a rugosidade da superfície e é particularmente adequado para geometrias complexas e superfícies internas, muitas vezes melhorando o nível de rugosidade original em 1 a 2 graus.

Diversas propriedades relacionadas ao estado da superfície do metal são alteradas após o eletropolimento. O processo remove a camada endurecida por deformação, levando a uma redução na dureza superficial da peça até que esta atinja um valor base estável. Essa remoção, no entanto, pode potencialmente diminuir o limite de fadiga; a extensão dessa redução depende de fatores como as propriedades e a estrutura do metal, bem como o grau e o efeito do endurecimento por deformação prévio.

Além disso, o eletropolimento forma uma película de passivação, uma fina camada de óxido sem falhas, na superfície polida, aumentando significativamente a resistência à corrosão.

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