Revestimento eletroforético: definição, equipamentos e aplicações

O revestimento eletroforético é um processo de revestimento comum usado na indústria automotiva. Neste artigo, vamos explorar o que é o revestimento eletroforético e como ele funciona.

O que é revestimento eletroforético?

A eletroforese é um processo de revestimento no qual a peça a ser revestida é imersa em uma tinta solúvel em água, que serve como um dos eletrodos, seja o cátodo ou o ânodo. Um eletrodo correspondente é fornecido e uma corrente contínua (CC) é aplicada entre os dois polos. Sob a influência do campo elétrico, as partículas de tinta carregadas sofrem migração direcional em direção à superfície da peça, onde se descarregam e se depositam, formando uma película de revestimento.

Os métodos de revestimento eletroforético são normalmente classificados com base nas características da tinta e na polaridade da peça a ser revestida.

O processo é denominado revestimento eletroforético anódico quando a peça atua como ânodo e utiliza tinta aniônica. Por outro lado, quando a peça atua como cátodo e utiliza tinta catiônica, trata-se de um revestimento eletroforético catódico. Atualmente, mais de 90% dos revestimentos de carrocerias automotivas em todo o mundo utilizam revestimento eletroforético catódico.

Embora os revestimentos eletroforéticos anódicos sejam menos dispendiosos, sua resistência à corrosão é inferior à dos revestimentos eletroforéticos catódicos. Consequentemente, quase todos os fabricantes atualmente adotam o revestimento eletroforético catódico. O revestimento eletroforético produz uma superfície uniforme com excelente adesão e é adequado para revestir peças com formatos complexos, podendo inclusive depositar filmes em superfícies de cavidades internas. No entanto, o equipamento é complexo, requer um investimento considerável e a variedade de revestimentos adequados é limitada, restringindo-se atualmente a tintas solúveis em água e emulsionadas em água.

Processo de revestimento por eletroforese

O revestimento eletroforético é uma reação eletroquímica altamente complexa. Seja catódica ou anódica, o processo envolve quatro mecanismos típicos simultâneos: eletroforese, eletrodeposição, eletroendosmose e eletrólise. Nesse processo, a resina ionizada dentro do revestimento disperso em água se dissocia em partículas coloidais carregadas. Através dos efeitos combinados desses quatro mecanismos em um campo elétrico CC, essas partículas migram para a superfície da peça e descarregam para formar um filme de revestimento isolante.

Eletroforese

A eletroforese é o processo no qual partículas coloidais carregadas se movem em direção ao eletrodo de polaridade oposta sob a influência da força de um campo elétrico. Durante a eletroforese, pigmentos não carregados e partículas de pigmento extensor também podem ser adsorvidas às partículas coloidais carregadas e se mover juntamente com elas. Geralmente, um menor teor de sólidos e uma menor viscosidade na solução de revestimento resultam em menor resistência à eletroforese.

Eletrodeposição

A eletrodeposição refere-se ao processo no qual partículas coloidais carregadas atingem o eletrodo (a peça de trabalho) de polaridade oposta e descarregam-se para formar uma película isolante insolúvel. Ao contrário da galvanoplastia , a condutividade da película de revestimento na eletroforese se altera, tornando-a isolante. A eletrodeposição ocorre inicialmente em locais da superfície da peça de trabalho onde as linhas do campo elétrico estão concentradas. À medida que a espessura e a área da película isolante aumentam, a resistência elétrica também aumenta significativamente.

Eletroendosmose

A eletroendosmose é o movimento do meio de dispersão na direção oposta à das partículas carregadas. Durante o processo de eletroforese, o filme de revestimento recém-formado é uma membrana semipermeável com alto teor de água. Sob a influência da força do campo elétrico e da força osmótica interna, a água e os íons dentro do filme sofrem eletroendosmose direcional e movimento antieletroforético para entrar na solução. Tipicamente, o efeito de desidratação da eletroendosmose pode reduzir o teor de água do filme de revestimento em 5% a 15%.

Eletrólise

A água sofre uma reação eletrolítica em um campo elétrico CC, liberando hidrogênio no cátodo e oxigênio no ânodo. Isso faz com que o valor do pH no cátodo aumente e o pH no ânodo diminua. Uma maior condutividade na solução leva a uma reação eletrolítica mais intensa; maiores alterações de pH nos eletrodos e mais bolhas resultam em mais poros e uma película de revestimento mais rugosa. Portanto, embora a eletrodeposição seja a reação primária do processo, a eletrólise é um fator crítico que afeta a qualidade da película. Apesar de a eletroforese anódica exigir menor investimento em equipamentos e custos de tinta mais baixos, ela apresenta baixa resistência à corrosão e menor voltagem. Comparadas às películas anódicas, as películas eletroforéticas catódicas oferecem de 3 a 4 vezes mais capacidade de proteção, o dobro do efeito coulombiano e de 1.2 a 1.4 vezes o poder de penetração. Consequentemente, a eletroforese catódica é amplamente utilizada, enquanto a eletroforese anódica é geralmente reservada para aplicações com menores requisitos.

Vantagens do revestimento eletroforético

• Facilidade de automação e mecanização: O revestimento eletroforético apresenta alto grau de automação, altas velocidades de revestimento e alta eficiência de produção. Por exemplo, a eficiência do revestimento eletroforético de primer automotivo pode ser 450% maior do que a dos processos tradicionais de revestimento por imersão.
• Alta uniformidade na espessura da película: Mesmo em áreas irregulares, como cantos, ranhuras, furos e saliências de solda, é possível obter uma espessura de revestimento uniforme ajustando a voltagem e controlando o processo de eletrodeposição.
• Alta qualidade de revestimento: O filme resultante é plano, liso e sem escorrimento. Apresenta excelente nivelamento durante a secagem, proporcionando alta qualidade estética que economiza tempo de lixamento e reduz os custos de produção. O filme também possui boa resistência à água e adesão.
• Alto índice de aproveitamento da tinta: Devido à baixa concentração e baixa viscosidade da tinta, muito pouco é removido pela peça de trabalho, permitindo um índice de aproveitamento superior a 95%.
• Boas condições ambientais e de trabalho: O revestimento contém poucos solventes auxiliares, produzindo uma névoa de tinta mínima durante a volatilização e reduzindo a poluição ambiental.

Desvantagens do revestimento eletroforético

• Investimento elevado: O investimento em equipamentos é alto e os requisitos de gestão operacional são rigorosos.
• Numerosas limitações do processo: os filmes eletroforéticos são limitados a cores únicas. Não é possível revestir simultaneamente vários tipos de peças metálicas. Materiais não condutores, como plásticos e madeira, não podem ser submetidos à eletroforese. Além disso, uma camada de acabamento não pode ser aplicada por eletroforese sobre uma superfície de primer, e a resistência às intempéries do próprio primer é relativamente baixa.
• carga de trabalho de limpeza pesada: Para garantir a condutividade ao entrar em contato com a peça de trabalho, os suportes devem ser limpos completa e frequentemente, o que resulta em uma alta carga de trabalho e intensidade de mão de obra.

Equipamentos para revestimento eletroforético

O equipamento para revestimento eletroforético consiste em um tanque de eletroforese, tanque de reserva, sistema de circulação e filtração, sistema de ultrafiltração, dispositivos de eletrodo, dispositivo de ajuste de temperatura da tinta, dispositivo de reposição de tinta, sistema de ventilação, fonte de alimentação CC, painel de controle, dispositivo de enxágue pós-eletroforese e dispositivo de armazenamento de tinta.

Tanque de eletroforese

O tanque de eletroforese é o equipamento principal e o recipiente onde o processo ocorre; suas dimensões são determinadas pelo tamanho externo máximo das peças. Ele inclui o tanque principal, o tanque auxiliar e o tanque de transbordamento. O revestimento eletroforético é geralmente dividido em sistemas contínuos (tipo passante) e intermitentes (tipo escalonado). O primeiro é adequado para produção em massa e utiliza tanques com formato de navio, enquanto o segundo é adequado para lotes de tamanho médio e geralmente utiliza tanques retangulares. Os tanques de transbordamento são normalmente instalados em um ou ambos os lados para controlar o nível do líquido e remover a espuma da superfície. O tanque auxiliar é usado para armazenar temporariamente a solução de tinta durante a limpeza ou manutenção do tanque principal.

Sistema de Circulação e Filtragem

Este sistema inclui bombas de circulação, tubulações e bicos de pulverização, geralmente utilizando uma combinação de circulação por filtração, troca de calor e ultrafiltração. Seu objetivo é garantir a estabilidade da composição e concentração da tinta, manter uma boa dispersibilidade e evitar a precipitação de pigmentos. Para evitar a sedimentação, uma vazão e um número de ciclos específicos devem ser mantidos.

Dispositivo de eletrodo

Este dispositivo consiste em placas de eletrodo, diafragmas, eletrodos auxiliares e um sistema de água deionizada. Para eletroforese anódica, utilizam-se placas de cobre ou aço inoxidável como ânodos, com uma relação entre a área do cátodo e a área da peça de trabalho geralmente de 1:1. A eletroforese catódica requer placas de aço inoxidável ou liga de titânio para o cátodo, com uma relação entre a área do cátodo e a área da peça de trabalho tipicamente de 1:4. Os diafragmas são estruturas em forma de saco feitas de membranas semipermeáveis ​​preenchidas com água deionizada; eles abrigam as placas de eletrodo e impedem que ácidos ou bases eletrolíticas se difundam na tinta, estabilizando assim o pH. Os eletrodos auxiliares são utilizados para garantir a formação uniforme do filme em paredes e cavidades internas complexas.

Dispositivo de Reposição de Tinta

O reabastecimento é realizado em um tanque de mistura onde a tinta original é diluída com o líquido de trabalho, agitada e misturada antes de ser adicionada ao tanque de eletroforese. Alternativamente, um misturador pode ser integrado diretamente à tubulação de circulação para reabastecimento contínuo.

Dispositivo de enxágue pós-eletroforese

Após a formação da película, as peças devem ser enxaguadas imediata e repetidamente com ultrafiltrado circulante, ultrafiltrado fresco e água deionizada. Isso remove a tinta líquida aderida à superfície da película e impede que ela se dissolva novamente ou se torne mais fina.

Materiais adequados para revestimento eletrolítico

• Aço e suas ligas: incluindo carrocerias de automóveis, componentes de chassis, peças de motores, ferragens, ferramentas metálicas, máquinas agrícolas e aço estrutural para construção.
• Ligas de alumínio: Incluindo peças automotivas como capôs, cubos de rodas, radiadores, suportes, perfis de alumínio para portas e janelas, carcaças de eletrônicos de consumo e artesanato.
• Zinco e ligas de zinco: como chapas de aço galvanizado (a eletroforese catódica em camadas galvanizadas é muito comum) e peças de liga fundidas sob pressão.
• Cobre e ligas de cobre: ​​É necessária atenção especial, pois a presença de íons de cobre pode afetar a estabilidade da solução no tanque.

Fatores que influenciam o revestimento eletroforético

O fluxograma do processo de revestimento eletroforético é o seguinte:

Desengorduramento → Lavagem com água fria → Lavagem com água quente → Condicionamento da superfície → Fosfatização → Lavagem com água fria → Passivação → Lavagem com água deionizada → Secagem → Revestimento eletroforético → Lavagem com ultrafiltrado → Lavagem com água deionizada → Cura em estufa → Resfriamento. A fosfatização da peça antes da eletroforese é realizada para melhorar o desempenho protetor da película de revestimento.

Conteúdo sólido

O teor de sólidos na tinta líquida é um fator crítico que afeta a estabilidade, o poder de penetração, a espessura da película e a aparência. Se o teor de sólidos for muito baixo, a sedimentação do pigmento torna-se severa, a estabilidade e o poder de penetração diminuem e a película resultante é fina, áspera, porosa e carece de capacidade protetora. Se o teor de sólidos for muito alto, a película engrossa, a eletroendosmose torna-se difícil e a superfície fica áspera com uma textura semelhante à casca de laranja; um alto teor de sólidos também aumenta a carga sobre a filtração e a lavagem. Geralmente, o teor de sólidos é controlado entre 10% e 15% para eletroforese anódica e 20% ± 0.5% para eletroforese catódica.

Temperatura:

O aumento da temperatura da solução de tinta facilita a eletrodeposição e aumenta a espessura do filme. No entanto, temperaturas excessivamente altas aceleram a evaporação do solvente, diminuem a estabilidade e causam rugosidade ou escorrimento. Por outro lado, temperaturas baixas reduzem a solubilidade em água e aumentam a resistência à deposição, resultando em filmes finos ou na impossibilidade de formação de filme em áreas rebaixadas. Temperaturas baixas também aumentam a viscosidade, o que aprisiona bolhas e resulta em uma superfície áspera e sem brilho. Portanto, as temperaturas para eletroforese anódica e catódica devem ser controladas entre 20–25 °C e 28–30 °C, respectivamente.

valor do PH

O valor do pH afeta diretamente a estabilidade e a condutividade, devendo ser rigorosamente controlado dentro de uma faixa de ±0.1. Geralmente, o pH deve estar entre 7.5 e 8.5 para eletroforese anódica e entre 5.8 e 6.7 para eletroforese catódica. Um pH elevado em sistemas anódicos causa decomposição e instabilidade da resina. Em sistemas catódicos, um pH baixo reduz a força coulombiana e o poder de penetração, além de aumentar a corrosão da tubulação, enquanto um pH elevado reduz a estabilidade do líquido.

Condutividade

A condutividade aumenta com a concentração de impurezas. Alta condutividade intensifica a eletrólise, tornando o filme áspero e poroso, e reduz a voltagem, o poder de penetração e a estabilidade do líquido. Geralmente, a condutividade da tinta catódica é de 1000–2000 μS/cm, enquanto a condutividade da tinta anódica é relativamente maior.

Distância entre eletrodos

Uma distância maior entre o eletrodo e a peça de trabalho aumenta a resistência da solução. Se a distância for muito pequena, ocorre espessura irregular nas saliências e reentrâncias da peça. Se a distância for muito grande, a eficiência de deposição diminui e o filme fica muito fino ou não se forma. Portanto, a distância entre os eletrodos é normalmente mantida entre 150 e 800 mm.

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