METALIZAÇÃO DE
SUPERFÍCIES NÃO
CONDUTORAS: ABS
Equipa 2 - Mestrado Integrado em Engenharia Química
2013/2014
Leonardo Rodrigues
Maria Inês Amaral
Maria Inês Resende
Maria Inês Rocha
Maria João Vilela
Sofia Eira-Velha
201306124
201303841
201305573
201305829
201305832
201306014
Temas a abordar 2
Processos de metalização
- Etapas de pré-tratamento
- Etapas de deposição metálica
Análise dos diversos processos
Esquema para um dos processos escolhidos
Análise de custos
Aplicações
Introdução 3
Aumento do uso de materiais plásticos devido
à sua ampla faixa de utilização;
Metalização dos plásticos Confere
propriedades que o material não possuía
anteriormente.
O que é a metalização?
Consiste em
revestir uma
determinada peça
ou apenas parte
dela, com um
metal, ou uma
“sandwich” de
metais (vários
estratos sucessivos
metálicos).
Objectivos
- Propriedades químicas: corrosão
- Propriedades mecânicas:
desgaste.
- Fins decorativos: aparência metálica
- Fins técnicos
4
Processos de metalização
5
Eletrodeposição : célula eletroquímica.
“Electroless” : deposição sem corrente,
célula de ação local recorrendo a um redutor.
Imersão a quente : fenómenos de difusão.
Processos de metalização 6
Projeção à pistola (vulgarmente dita na
prática de metalização à pistola): metal
fundido projetado por um fluxo de gás inerte.
Fluxagem: metal disperso num meio, sendo
depois fundido por aquecimento.
Metalização em superfícies não
condutoras 7
Necessidade de tornar condutora a superfície
Criação de uma estrutura cavernosa para promover aderência do metal
Desenvolvimento de nanopartículas catalíticas
Deposição metálica via “electroless”
Eletrodeposição de vários estratos metálicos
O que é o ABS?
O Acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) é um copolímero composto por três monómeros: acrilonitrilo, butadieno e estireno.
Principais características: resistência mecânica, tenacidade, rigidez, boa aparência e leve.
8
O que é o ABS? 9
Monómeros
→
Acrilonitrilo
Butadieno
Estireno
Concentração
(%)
20 a 30
20 a 30
20 a 60
Funcionalidade
Resistência
térmica e química
Resistência ao
impacto e
alongamento
Brilho,
maleabilidade e
rigidez
Desengorduramento 12
Remoção de gorduras, óleos, matéria
orgânica, e sujidade das peças.
Utilização ou soluções aquosas com sais
alcalinos, ou orgânicas compatíveis com o
copolímero .
13
ABS (Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno)
Vista da Secção Transversal “Ideal”
Moléculas de
Butadieno
Estireno-Acrilonitrilo
Matriz do Copolímero
Material Moldado por Injeção
14
DECAPAGEM Oxidação Química
Baixa orientação da superfície
Ácido Crómico
Oxidação do Butadieno
À Superfície
-Ácido Crómico
-Ácido Sulfúrico
-Temperatura Elevada
Cr6+ + Butadieno Cr3+ + Subprodutos
15
DECAPAGEM Oxidação Química
Superfície Altamente “Orientada”
Ácido Crómico
Oxidação do Butadieno
À Superfície
-Ácido Crómico
-Ácido sulfúrico
-Temperatura Elevada
Cr6+ + Butadieno Cr3+ + Subprodutos
16
ABS Decapado
BAYER T-45 Superfície Decapada @ 2,000 X
MEV (Microscopia Eletrónica de Varrimento)
Material Moldado
17
NEUTRALIZAÇÃO Redução do Crómio Hexavalente
(Ação de lavagem))
Cr6+ + 3e- Cr3+
Cr6+ Cr6+ Cr6+
e-’s
C2O42- → 2CO2 + 2e-
redutor ácido oxálico
18
ATIVAÇÃO Estanho(Sn2+) e Paládio (Pd) Coloidal
Adsorção sobre a Superfície
Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo Pdo
Pdo
Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo
Pdo
Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+
Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+
Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+
Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+ Sn2+Sn2+
Sn2+Sn2+
Sn2+
Sn2+
Sn2+
Sn2+
Sn2+
Sn2+
Sn2+
Sn2+
Sn2+
Sn2+
Sn2+
Sn2+
Sn2+ → Sn4+
+ 2e-
Pd2+ + 2e- → Pd
19
Estrutura da micela de Estanho/Paládio
Micela
Diâmetro:
Médio: 2-10 nm
Máximo: 100 nm
Nanopartículas catalíticas
20
ACELERADOR Remoção de Estanho
Usando ácidos Inorgânicos (HCl) ou Orgânicos
Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo Pdo
Pdo
Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo
Pdo
Sítios Ativos do Catalisador
21
DEPOSIÇÃO QUÍMICA
COBRE ou NÍQUEL
Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo Pdo
Pdo
Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo
Pdo
Cu2+ + 2e- Cuo Pdo
Formação de Ilhas de Cobre
1
3
6
9 Min.
12
Pdo Ni2+ + 2e- Nio
22
DEPOSIÇÃO QUÍMICA
COBRE ou NÍQUEL
Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo Pdo
Pdo
Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo
Pdo
Ancoragem das Ilhas
4 Min.
3
6
9
12
Cu2+ + 2e- Cuo Pdo
Ni2+ + 2e- Nio Pdo
23
DEPOSIÇÃO QUÍMICA
COBRE ou NÍQUEL
Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo Pdo
Pdo
Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo Pdo
Pdo
Pdo
Espessura do cobre depositado
8 Min.
12
3
6
9 Cu2+ + 2e- Cuo Pdo
Ni2+ + 2e- Nio Pdo
25
Revestimento deposição química (1ª camada)
Espessura 0.35 µm
Substrato Plástico
DEPOSIÇÃO QUÍMICA
S
E
Ç
Ã
O
T
R
A
N
S
V
E
R
S
A
L
26
Â
N
O
D
O
Â
N
O
D
O
GERADOR DE
CORRENTE CONTÍNUA
Cátodo
Reação Catódica “Redução”
Cu+2 + 2e- Cuo
Reação Anódica “Oxidação”
Cuo - 2e- Cu2+
Metal
Metal Ião
Ião Elerões
da corrente
Eletrões
da corrente
ELETRODEPOSIÇÃO DE COBRE
P
A
R
T
E
P
A
R
T
E
P
A
R
T
E
P
A
R
T
E
P
A
R
T
E
P
A
R
T
E
Revestimento
material
Barramento
Catódico
e-
e- e-
e- e- e-
OPERAÇÕES DE LAVAGEM Entre as diversas operações para eliminar resíduos
28
Sistema chuveiro
Sistema dupla cascata
29
COBRE “FLASH”: banho alcalino de pirofosfato (2ª camada)
Espessura 1.0 µm
Substrato Plástico
FLASH DEPOSIÇÃO QUÍMICA
S
E
C
Ç
Ã
O
T
R
A
N
S
V
E
R
S
A
L
30
BANHO ÁCIDO DE COBRE (3ª camada)
Espessura 20 µm
Substrato Plástico
COBRE ÁCIDO
FLASH DEPOSIÇÃO QUÍMICA
S
E
C
Ç
Ã
O
T
R
A
N
S
V
E
R
S
A
L
31
NÍQUEL SEMI-BRILHANTE (4ª camada)
Espessura 15 µm
Substrato Plástico
FLASH
COBRE ÁCIDO
NÍQUEL SEMI-BRILHANTE
DEPOSIÇÃO QUÍMICA
S
E
C
Ç
Ã
O
T
R
A
N
S
V
E
R
S
A
L
32
NÍQUEL COM ALTO TEOR DE ENXOFRE (5ª camada)
Espessura 1.0 µm
Substrato Plástico
FLASH
COBRE ÁCIDO
NÍQUEL SEMI-BRILHANTE
NÍQUEL COM ALTO TEOR DE ENXOFRE
DEPOSIÇÃO QUÍMICA
S
E
C
Ç
Ã
O
T
R
A
N
S
V
E
R
S
A
L
33
NÍQUEL BRILHANTE (6ª camada)
Espessura 10 µm
Substrato Plástico
FLASH
COBRE ÁCIDO
NÍQUEL SEMI-BRILHANTE
NÍQUEL COM ALTO TEOR DE ENXOFRE
NÍQUEL BRILHANTE
DEPOSIÇÃO QUÍMICA
S
E
C
Ç
Ã
O
T
R
A
N
S
V
E
R
S
A
L
34
NÍQUEL POROSO (7ª camada)
Espessura 2.0 µm
Substrato Plástico
FLASH
COBRE ÁCIDO
NÍQUEL SEMI-BRILHANTE
NÍQUEL COM ALTO TEOR DE ENXOFRE
NÍQUEL BRILHANTE
NÍQUEL POROSO
DEPOSIÇÃO QUÍMICA
S
E
C
Ç
Ã
O
T
R
A
N
S
V
E
R
S
A
L
35
ELETRODEPOSIÇÃO DE CRÓMIO (8ª camada)
Espessura 0.25 µm
Substrato Plástico
FLASH
COBRE ÁCIDO
NÍQUEL SEMI-BRILHANTE
NÍQUEL COM ALTO TEOR DE ENXOFRE
NÍQUEL BRILHANTE
NÍQUEL POROSO
CRÓMIO
DEPOSIÇÃO QUÍMICA
S
E
C
Ç
Ã
O
T
R
A
N
S
V
E
R
S
A
L
Análise de Custos
Aspectos a considerar na análise de custos na
Metalização:
Material do substrato;
Mão-de-obra;
Equipamento usado;
Revestimento: metal ou metais a depositar;
Consumo de água;
Sistemas auxiliares da unidade: energia, água, etc.
37
MATERIAIS 38
Material do substrato: dependente do copolímero ou polímero, formas e processo de fabrico.
Revestimento metálico depende de:
Área a metalizar.
Difícil de calcular devido às formas que a peça pode tomar;
por vezes faz-se uma aproximação a formas conhecidas.
Espessura do revestimento
De acordo com as especificações, função do metal e utilização do material.
Material Massa
específica1
[g/cm3]
Espessura
variação2 [µm]
Espessura3
típica [µm]
Preço4 [DKK/Kg] Preço
[euros/Kg]
Latão 8,4 2-10 3 20 2,68
Bronze 8,7 10-20 15 30 4,02
Crómio 7,2 10-1000 (duro);
0,25-1 (macio)
100/ 0,5 8
1,07
Cobre 8,9 5-50 25 25 3,35
Ouro 19,3 0,1-3 1,5 100000 13406,1
Níquel 8,9 20-50 30 80 10,72
Platina 21,5 - - 103000 13808,2
Paládio 11,9 - - 30000 402,182
Prata 10,5 2,5-25 12,5 1400 187,685
Estanho 7,3 1-13 7 65 8,71
Zinco 7,1 5-15 10 10 1,34
REVESTIMENTOS METÁLICOS Exemplos de custos em função do metal e espessura
40
Conclusão 41
Face à necessidade de preservar as matérias-
primas naturais, neste caso os metais, há que
desenvolver tecnologias que reduzam o seu
consumo.
desenvolver novos materiais, mais leves e
mais baratos ABS
melhorar a tecnologia de deposição metálica
de superfícies não condutoras.