Galvanoplastia


Introdução

Galvanoplastia

Este setor é o responsável pela preparação do cilindro forma para que o mesmo possa receber a gravação da imagem a ser impressa.

Definição: galvanizar é a operação de revestimento de uma peça devidamente preparada, com um metal por meio da eletrólise.


Preparação dos cilindros
O termo preparação de cilindros na Rotogravura significa a confecção do cilindro para torná-lo apto a receber a gravação. A preparação do cilindro será dividida em duas fazes:
- Construção do cilindro
- Galvanização do cilindro


Construção do cilindro

A grande maioria das indústrias de rotogravura não estão dando grande importância para a fabricação dos cilindros de ferro que será posteriormente transformado em cilindro-forma.

Devido a má fabricação iremos depois, na impressão, nos defrontar com vários problemas como o de racle, pressão do rolo de borracha e registro entre cores sem que tenhamos possibilidade de executar qualquer correção.

Por este motivo é necessário que tenhamos o máximo de cuidado para que ao fim do processo possamos ter a nossa impressora trabalhando sem problemas em relação ao cilindro.

O cilindro de Rotogravura tem como estrutura um tubo de aço ou ferro que pode ser oco ou maciço.
Ao se utilizar o aço teremos uma maior durabilidade que ao se usar ferro, porém com um custo maior.
A sua estrutura oca quando tivermos cilindros de editoria, devido ao seu tamanho. Com esse tipo de construção estaremos facilitando o manuseio e economizando material. Vale salientar que um cilindro forma para editoria pode alcançar as dimensões de 240 cm de comprimento, e 120 cm de diâmetro. No caso de cilindros de embalagem onde as dimensões são bem menores poderão Ter a sua estrutura maciça, mas muitas empresas utilizam ocas para facilitar o manuseio.
O cilindro é constituído de 3 partes que são:

Mesa (corpo) = tubo sem solda (no caso de oco) que irá variar de diâmetro e de comprimento.
Tem a função de receber o tratamento na galvanoplastia e determinar as dimensões do cilindro. Quando oco terá espessura entre 20 e 25 cm.

Eixo = desempenha a função de eixo do cilindro

Flange = tem a função de fixar o tronco no corpo, através de pressão e temperatura. O diâmetro da flange é igual ao diâmetro do corpo (cilindro).

Obs.: o tronco é o conjunto eixo + flange.


Controles sobre a forma de impressão:

Balanceamento Estático:
observas-se quando ao se girar o cilindro ele para sempre na mesma posição.
Neste caso o balanceamento deve ser feito com chumbo.

Balanceamento Dinâmico:
É necessário corrigir quando ao se colocar o cilindro em uma rotação de 600 rpm e observa-se uma vibração do mesmo.
Neste caso tem que se fazer usinagem interna.

Excentricidade:
Quando o eixo está fora do centro do cilindro, tolerância de 0,01 mm.
Neste caso tem que fazer a recolocação do eixo.

Ovalização
Cilindro oval, tolerância de 0,02 mm.
Neste caso tem que ser feito um novo torneamento do cilindro.

Conicidade:
Quando um lado apresenta diâmetro maior que o outro, tolerância de 0,02 mm
Fazer novo torneamento.

Nesses casos poderão ocorrer problemas como: desgaste da racle, problemas de pressão, quebra do suporte, problemas de entintagem, deformação do rolo de borracha, entre outros.



Galvanização do cilindro

Galvanizar é fazer o revestimento do cilindro com camadas metálicas, depositadas eletroliticamente.

Eletrólise
A primeira indicação de que matéria e eletricidade deveriam estar relacionads, surgiu dos experimentos com eletrólise.

A eletrólise é o princípio da galvanização, possibilitando a reprodução de um objeto, por meio da deposição de um metal que se encontra em dissolução num meio líquido.

Eletrólise é aplicação de uma corrente elétrica contínua sobre uma solução, onde encontramos um metal dissolvido que dissociará as moléculas em íons, que serão atraídos pelos que possuírem cargas opostas às suas.

O princípio da eletrólise baseia-se nas leis de Faraday, que especificam o seguinte:

A quantidade de substância que separa ou se transforma é sempre proporcional à intensidade de corrente que atravessa o eletrólito durante o processo. Está lei mostra que existe uma relação quantitativa entre a eletricidade usada e os produtos formados durante a aletrólise.

Para uma dada quantidade de eletricidade, a quantidade de substância produzida é proporcional ao seu peso equivalente.
Esta lei mostra que a quantidade de eletricidade, depende da natureza do produto, ou seja, das reações:

Na + é ------ Na (L) e 2Cl ----- Cl2 (g) + é,
Podemos notar que consome-se duas vezes mais elétrons para produzir um mol de Cl2 do que para produzir um mol de Na.

Conceitos

Dissociação - divisão de uma molécula, formando dois fragmentos, reação de um eletrólito com um solvente formando íons.
XY ---------- X + + Y -

Dissolução - separação de moléculas por um solvente, quebra das forças de atração entre as moléculas.

Eletrólito - toda substância que se decompõe pela passagem de corrente elétrica. São constituídos basicamente de sais, ácidos e água destilada.

Valência - é a necessidade particular de cada átomo ou molécula em ceder ou adquirir elétrons, a fim de estabilizar sua camada eletrônica. Os átomos ao ganharem ou perderem elétrons.

Elétrons - tornam-se carregados positivos ou negativos, formando íons.

Íons - são os átomos com falta ou excesso de elétrons.

Cátions - são os íons positivos, ou seja, necessitam receber elétrons para a sua neutralização.

Ânions - são os íons negativos, ou seja, necessitam doar elétrons para sua neutralização.

Cátodo - polo negativo que atrai os cátions.

Ânodo - polo positivo que atrai os anions.

Oxidação - ração onde ocorre a perda de elétrons.

Redução - reação onde ocorre o ganho de elétrons.


Conceitos Elétricos

Corrente elétrica Alternada
Não tem polos definidos, como negativos e positivos, ou seja, ocorre a inversão de polaridade. O tremor ocasionado por um choque elétrico alternado, a mais comum em casos industriais, é justamente a polaridade inversa, chamada também de Hertz. A rede elétrica é de 6o Hertz sito quer dizer que em 1 segundo ocorre a inversão de polaridade 60 vezes, ou seja, quando um fio está positivo o outro negativo e por 60 vezes em 1 segundo eles revezam sucessivamente.

Corrente elétrica Contínua
Neste tipo de corrente, temos polos definidos, sendo um positivo e outro negativo, sem ocorrer inversão. É fornecida por exemplo, por uma pilha ou uma bateria de carro. Esse tipo de corrente não se sente choque, porém podemos nos queimar se a tensão for elevada como em galvanização, que em alguns casos são utilizadas altas tensões.


Mecanismo de eletrodeposição

A deposição ocorre por termos uma dissociação do sal na solução, produzindo íons cátions e ânions, que serão atraídos pelos ânodos e cátodos respectivamente.

No cátodo que é ligado o polo negativo, ocorre a redução de cátion, que torna-se sólido, depositando-se sobre a superfície que no caso é o cilindro.

No ânodo que é ligado o polo positivo, ocorre a oxidação do átomo metálico, que torna-se um cátion, associando-se ao ânion que está sendo atraído.

Está nova molécula é dissociada dando continuidade ao processo.

Como podemos notar, os elementos possuem características distintas, que facilitam ou dificultam a eletrodeposição. Por este motivo cada depósito galvânico possui especificações diferentes, percebidas no tempo de deposição, rendimento, temperatura, intensidade da corrente, densidade de corrente e contaminações.


Preparação Superficial

A preparação superficial consiste em deixar a peça (cilindro) isento de resíduos gordurosos e de oxidação, para isso são utilizados os seguintes materiais:
- carbonato de cálcio (cal, gesso) CaCo3
(desengordurante)
- ácido sulfúrico à 5% (H2SO4)
(desoxidante)

Obs.: algumas empresas estão utilizando um tipo de pasta para preparação superficial a base de soda cáustica (NaOH), com o objetivo de substituir os produtos já utilizados, tornando processo rápido e menos tóxico.


Principais eletrólitos utilizados na galvanoplastia

Eletrólito de Níquel
Consiste em aplicar uma fina camada de níquel (10 a 30 mícrons) sobre a superfície do cilindro, com o objetivo de evitar o oxidação de ferro e proporcionar a eletrodeposição do cobre, pois cobre e ferro não tem afinidade.
O eletrólito de níquel dificilmente da problemas, um dos motivos é a sua pouca utilização, mesmo assim não deve ser deixado de lado, todos os controles necessários são fundamentais para o bom funcionamento.

Níquel é um metal bivalente que forma facilmente sais com ácido mineral não oxidante. Tem alta resistência a ácidos orgânicos e alcalis, porém é atacado por amoníaco e cianetos alcalinos.
Do ponto de vista metalográfico os depósitos de níquel apresentam estrutura de grana fina ou de grana grossa.
Devemos observar que quanto mais fina foi a grana de um depósito teremos um aumento da dureza e da carga de ruptura, abaixando logicamente o valor de esticamento (elasticidade).

Características da eletrodeposição
Os banhos comumente usados para niquelação são aqueles a base de sulfato de níquel (NiSO4.6H2O), cloreto de níquel (NiCl2.6H2O) e ácido bórico (H-3BO3), trabalham com uma densidade de corrente de 4 a 5 A/dm2. A temperatura do banho irá variar dentre 20 a 25º C e para depósitos opacos usaremos temperaturas que irão de 40 a 50º C.

Estudaremos detalhadamente qual a finalidade de cada um dos elementos que constituem um eletrólito de níquel:

A- para fornecer conteúdo de níquel, o sal é o sulfato de níquel hexahidratado, conhecido também como sal simples. Este deve estar isento de fero, cobre e zinco. A solubilidade é de 76,8 g em 100 ml de água.

B - para aumentar a corrosão dos ânodos utilizamos o cloreto de níquel.

C - para regular a acidez utilizamos o ácido bórico.

Também pode-se utilizar aditivos para conseguir características específicas, afim de melhorar a qualidade final do depósito.


Tabela

Quadro: parâmetros para trabalhar com eletrólito de níquel

Sulfato de níquel 100 150 g/l
Cloreto de níquel 30 - 40 g/l
Ácido bórico 20 - 35 g/l
Temperatura 18 - 30º C
pH 5,6 - 5,8
Densidade da corrente 4 - 5 A/dm2

tabela

Quadro : análise de defeitos, causas e soluções referentes ao eletrólito de níquel

Defeitos Causas Soluções
- depósitos muito escuros - pH muito ácido - diminuir pH para faixa recomendada,
- aumentar a concentração de sulfato de níquel
- os objetos não são niquelados, apresentando zonas escuras - superfície bem polida é sinal de interrupção
- pH muito baixo, tendo a neutralização
- pH muito alto, tendendo ao grau acidez elevado - criar a rugosidade necessária
- corrigir valor do pH
- os depósitos se soltam ou a aderência é escassa - limpeza mal feita (interrompendo a corrente elétrica em alguns pontos) - preparação superficial mais eficiente
- limpeza nas área de contato
- depósitos frágeis e se soltam - substâncias orgânicas
- contaminação com ferro - tratamento com carvão
- trocar o banho
- depósito e perfeito no início, más em seguida torna-se cinza e escuro - corrente elétrica muito elevada
- falta de sais condutores - diminuir a área anódica se ocorrer o defeito só nas laterais
- diminuir a corrente elétrica
- analisar e corrigir o eletrólito


Eletrólito de Cobre Ácido

Considerado pela maioria das empresas o banho mais complexo, devido ao fato de apresentar problemas futuros quando não bem realizado.
A camada de cobre no cilindro de rotogravura é depositada galvanicamente, o metal cobre é transferido por uma ação elétrica que transfere corrente através do ânodo de cobre para o eletrólito e deste para o cilindro.

Durante estes últimos anos o processo de cobreação foi modificado substancialmente devido as inovações que foram surgindo em todo o processo rotográfico.


Desenho

Estudaremos a seguir as condições do eletrólito de cobre, suas finalidades, características e composições.

A camada de cobre é aplicada duas vezes quando é utilizado sistema de encamisamento, caso contrário receberá apenas a primeira camada, denominada de cobre base. A gravação então poderá ser feita tanto no cobre base como no cobre camisa.

A finalidade do cobre, além de servir para gravar, também e determinar o diâmetro final do cilindro. A composição básica do eletrólito de cobre é sulfato de cobre Pentahidratado (CuSO4 . 5H2O) que será dissolvido fornecendo íons de cobre para o cátodo. O ácido sulfúrico (H2SO4) P.A (para análise), que tem a função de melhorar a condutibilidade da corrente elétrica no eletrólito.

A galvanização com sulfato de cobre não produz um depósito perfeitamente uniforme e sim muitas vezes ásperos, rugosos e também opacos.
Para melhorar estas características adiciona-se ao banho elementos que funcionam como aditivos, e que possuem a propriedade de melhorar a qualidade do depósito.


tabela

Quadro: parâmetros de trabalho com eletrólito de cobre ácido

Sulfato de Cobre 200 - 250 g/l
Ácido sulfúrico 50 - 70 g/l
Aditivos Endurecedor, abrilhantador e nivelador
Densidade da Corrente 5 - 15 A/dm2
Temperatura 22 - 32º C

tabela

Quadro: Análise de defeitos, causas e soluções referentes ao banho de cobre.

Defeitos Causas Soluções
Cobre muito poroso - temperatura muito elevada
- contaminação do banho por impurezas
- amperagem muito alta - diminuir a temperatura p/ faixa recomendada
- tratamento do banho com carvão ativo e filtração
- diminuir amperagem
Depósito quebradiço e duro - contaminação pesada por ferro
- impurezas orgânicas
- banho frio
- acidez excessiva - trocar o banho
- filtrar o banho com carvão ativo
- aquecer o banho
- analisar e corrigir
Depósitos Ásperos - materiais em suspenção - filtrar e corrigir o banho
Depósitos granulosos - teor de ácido baixo
- teor de ferro alto
- densidade da corrente alta
- banho frio - analisar e corrigir o banho
- trocar o banho
- reduzir a densidade de corrente - aquecer o banho Depósitos escassos - teor de ácido baixo - falta de sulfato de cobre - falta de área anódica - banho frio - analisar e corrigir o banho - analisar e corrigir o banho - aumentar o barramento colocar dobre nas cestas - aquecer o banho Ânodos de aparência brilhante e cristalina - excesso de ácido - analisar e corrigir o banho Cristalização sobre o tanque - concentração elevada do sulfato - temperatura baixa do banho - analisar e corrigir o banho - aquecer o banho


Eletrólito de Cromo

O cromo (Cr), elemento químico metálico bastante conhecido como componentes de aço inoxidáveis e aço ligas para beneficiamento, é também um dos poucos metais que pode ser depositado eletroliticamente, com alta dureza, através de eletrólitos aquosos.

O aspecto visual do cromo é branco cinzento, assumindo uma coloração azulada e passível de polimento.


Desenho

Aplicação da fina camada de cromo duro é para proporcionar ao cilindro uma maior resistência em virtude de que a forma sofrerá na impressão um atrito da racle, suporte e tinta de impressão.

Este processo é sem dúvida diferente daquele que conhecemos, em virtude de não possuir ânodos do próprio material, porém basicamente hjá uma semelhança com os outros eletrólitos.

Passaremos a estudar sobre a composição, características e finalidades dos componentes do eletrólito de cromo.

O eletrólito de cromo é composto por ácido crômico, que fornecerá a concentração de moléculas, do metal, a ser depositadas.
O teor de ácido sulfúrico serve como catalisador e varia muito, sempre com uma tendência maior a aumentar. É aconselhável que se faça periódicamente uma análise para a determinação e correção da concentração.
Estes dois componentes do eletrólito de cromo, serão dissolvidos em água destilada.


tabela

Parâmetros para trabalhar com eletrólito de Cromo

Ácido crômico 225 - 250 g/l
Ácido sulfúrico 1,5 - 2 g/l

Temperatura 50 - 60º C Densidade da corrente 25 - 45 A/dm²
Ânodos (barramento) Chumbo ou titânio platinado

tabela

Análise de defeitos, causas e soluções referentes ao eletrólito de Cromo
Defeitos Causas Soluções Depósitos ásperos e opacos - densidade de corrente baixa - aumentar ampères - reduzir temperatura Manchas nas áreas de alta densidade de corrente - densidade de corrente alta - diminuir amperagem Camadas manchadas ou opacas - densidade de corrente baixa - alto teor de cromo trivalente - aumentar ampères - analisar e corrigir o banho Depósitos quebradiços e muito duro - densidade de corrente baixa - temperatura alta - aumentar ampères - reduzir temperatura

Resumo:

a- niquelação
b- cobre - base
c- torneamento
d- cobre camisa
e- polimento
f- cromeação (após gravação)

A - Niquelação: tem a finalidade de permitir a deposição do cobre dobre o cilindro, já que o cobre não adere sobre o ferro, e dar maior proteção ao cilindro contra a oxidação.
Sua solução é composta por Sulfato de Níquel, Cloreto de Níquel, Ácido Bórico e água destilada, a camada depositada é de 10 a 30 mícrons.

B - Cobre - Base: tem a finalidade de determinar as dimensões finais do cilindro e protege-lo contra batidas, pois será mais fácil tornear o cilindro de cobre que no ferro. A solução é composta por Sulfato de cobre, ácido sulfúrico e água destilada, a camada depositada é de 0,5 a 3 mm.

C - Torneamento: tem a finalidade de acertar o paralelismo do cilindro, pois após a aplicação do cobre-base nas extremidades do há uma maior deposição, necessitando ser nivelada. O torneamento é feito com uma ferramenta que possui na sua extremidade uma pastilha de vídea. Após a retífica é aplicado o rebolo para eliminar os sulcos deixados pela vídea.

D - Cobre-Camisa: tem a finalidade de receber a gravação e proporcionar um rápido reaproveitamento do cilindro. Esta facilidade de troca é conseguida pela aplicação de uma camada separadora (que pode ser a base de tioantimoniato de sódio, nitrato de prata ou sulfato de níquel com outros produtos), que permite a remoção do cobre-camisa do cobre-base. A solução é composta dos mesmos materiais do cobre-base, a camada depositada é de 100 a 150 mícrons.

E - Polimento: tem a finalidade de deixar a superfície do cilindro pronta para receber a gravação. Esta operação é executada com lixas (280, 400 e 600) ou rebolos (1000 e 3000)

F - Cromeação: tem a finalidade de aumentar a durabilidade do cilindro durante a impressão (devido ao atrito do cilindro com a racle, suporte e tinta).
A cromeação é composta de Trióxido de cromo (ácido crômico), ácido sulfúrico e água destilada. A camada depositada é de 4 a 7 mícros.


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