BR112020004054B1 - Tira de aço, peça automotiva e método de tratamento para uma tira de metal - Google Patents
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Abstract
A invenção refere-se a um substrato de aço revestido sobre pelo menos uma de suas faces com um revestimento metálico à base de zinco ou suas ligas, em que o revestimento metálico é ele próprio revestido com uma camada à base de sulfato de zinco compreendendo pelo menos um dos compostos selecionados a partir de monohidrato de sulfato de zinco, tetrahidrato de sulfato de zinco e heptahidrato de sulfato de zinco, em que a camada à base de sulfato de zinco compreende nem hidroxissulfato de zinco nem moléculas de água livres nem grupos hidroxila livres, a densidade superficial de enxofre na camada à base de sulfato de zinco sendo superior ou igual a 0,5 mg/ m2. A invenção também se refere ao método de tratamento correspondente.
Description
[001] A presente invenção refere-se a uma chapa de metal que compreende uma tira de aço que é revestido em pelo menos uma de suas faces com um revestimento metálico à base de zinco ou suas ligas.
[002] A invenção refere-se, em particular, à pré-lubrificação desta tira de aço revestido e seu tratamento em soluções aquosas contendo sulfatos.
[003] As chapas de metal deste tipo são destinadas a serem utilizadas, em particular, na fabricação de peças para automóveis, embora não se limitem a essas aplicações.
[004] Já é conhecido do documento WO 00/15878 tratar uma chapa de metal revestida de zinco com uma solução aquosa compreendendo sulfato de zinco para formar uma camada de hidroxissulfato de zinco no revestimento à base de zinco. Essa camada de conversão de hidroxissulfato de zinco fornece uma chapa de metal pré-lubrificada, revestida com zinco, com desempenhos melhores do que os obtidos pela fosfatação.
[005] No entanto, foi observado que esta camada de conversão à base de hidroxissulfato de zinco poderia oferecer aderência insuficiente para adesivos utilizados na a indústria automotiva, nomeadamente adesivos à base de epóxi.
[006] O objetivo da presente invenção é, portanto, remediar os inconvenientes (das instalações e processos) do estado da técnica, fornecendo um tratamento de superfície oferecendo adesão suficiente aos adesivos utilizados na indústria automotiva, principalmente os adesivos à base de epóxi.
[007] Para esse fim, um primeiro objetivo da presente invenção consiste em uma tira de aço revestido em pelo menos uma das faces com um revestimento metálico à base de zinco ou suas ligas, em que o revestimento metálico é, ele mesmo, revestido com uma camada à base de sulfato de zinco compreendendo pelo menos um dos compostos selecionados a partir de monohidrato de sulfato de zinco, tetrahidrato de sulfato de zinco e heptahidrato de sulfato de zinco, em que a camada à base de sulfato de zinco não compreende hidroxissulfato de zinco nem moléculas de água livres nem grupos hidroxila livres, sendo a densidade superficial de enxofre na camada à base de sulfato de zinco maior que ou igual a 0,5 mg/ m2.
[008] A tira de aço de acordo com a invenção também pode ter as características opcionais listadas abaixo, consideradas individualmente ou em combinação: - o revestimento metálico à base de zinco ou suas ligas compreende entre 0,2% e 0,4% em peso de alumínio, sendo o restante zinco e impurezas inevitáveis resultantes do processo de fabricação, - o revestimento metálico à base de zinco ou suas ligas compreende pelo menos 0,1% em peso de magnésio, - o revestimento metálico à base de zinco ou suas ligas compreende pelo menos um elemento entre magnésio até um teor de 10% em peso, alumínio até um teor de 20% em peso, silício até um teor de 0,3% em peso, - a densidade superficial de enxofre na camada a base de sulfato de zinco é entre 3,7 e 27 mg/ m2.
[009] Um segundo objetivo da invenção consiste em uma peça automotiva feita de uma tira de aço de acordo com a invenção.
[0010] Um terceiro objetivo da invenção consiste em um método de tratamento para uma tira de metal em movimento compreendendo as etapas de acordo com as quais: - (i) é fornecida uma tira de aço revestida em pelo menos uma das suas faces com um revestimento metálico à base de zinco ou de suas ligas, - (ii) uma solução aquosa de tratamento compreendendo pelo menos 0,01 mol/ L de sulfato de zinco é aplicada ao revestimento metálico por simples contato, de modo a formar uma película úmida, - (iii) a solução aquosa de tratamento é subsequentemente seca em um secador a uma temperatura de secagem do ar abaixo de 80 °C, o tempo entre a aplicação da solução aquosa de tratamento no revestimento metálico e a saída do secador sendo menor do que 4 segundos, em que a velocidade da tira, a espessura de película úmida, a temperatura inicial da tira e a taxa de fluxo de ar estão adaptadas para forma, sobre o revestimento metálico, uma camada a base de sulfato de zinco que não compreende moléculas livre de água nem grupos hidroxila livres, a densidade superficial de enxofre na camada à base de sulfato de zinco sendo igual ou superior a 0,5 mg/ m2.
[0011] O método de tratamento de acordo com a invenção também pode ter características opcionais listadas abaixo, consideradas individualmente ou em combinação: - o revestimento metálico foi obtido por um processo de revestimento por imersão a quente em um banho de zinco fundido, eventualmente compreendendo pelo menos um elemento entre magnésio até um teor de 10% em peso, alumínio até um teor de 20% em peso, silício até um teor de 0,3% em peso, - o revestimento metálico é desengordurado antes da aplicação da solução aquosa de tratamento, - a solução aquosa de tratamento contém entre 20 e 160 g/ L de heptahidrato de sulfato de zinco, - a velocidade da tira está entre 60 e 200 m/ min, - a espessura da película úmida está entre 0,5 e 4 μm, - a temperatura inicial da tira está entre 20 e 50 °C, - a taxa de fluxo de ar está entre 5000 e 50000 Nm3/ h, - é aplicado uma película de óleo com um peso de revestimento abaixo de 2 g/ m2 sobre a camada à base de sulfato de zinco.
[0012] Foi surpreendentemente observado pelos inventores que a presença do próprio hidroxissulfato de zinco na camada de conversão levou à fraca adesão da chapa de metal tratada em alguns adesivos, principalmente adesivos à base de epóxi.
[0013] Sem estar vinculado a nenhuma teoria científica, é do entendimento dos inventores que os grupos hidroxila da estrutura de hidroxissulfato de zinco reagem com o sistema epóxi do adesivo e levam a problemas de adesão. Em particular, sua presença degrada as ligações interfaciais zinco/ epóxi e causa também a plastificação do adesivo.
[0014] Não é possível, a priori, excluir o hidroxissulfato de zinco da composição da camada, pois ele precipita no revestimento metálico, uma vez que a solução aquosa é aplicada no revestimento metálico, assim que o pH atinge 7 devido à oxidação do revestimento metálico.
[0015] Além disso, os inventores observaram que moléculas de água livres e/ ou grupos hidroxila livres podem estar presentes na camada de conversão, mesmo quando ela está aparentemente seca. Essas moléculas de água livres e/ ou grupos hidroxila livres também são muito reativos com compostos específicos do adesivo, como, por exemplo, compostos à base de epóxi, que levam a problemas de adesão.
[0016] Os inventores têm feito pesquisas intensivas para obter uma camada excluindo hidroxissulfato de zinco e perfeitamente seca de modo a obter uma camada com uma boa aderência para adesivos de epóxi, enquanto são preservadas as outras propriedades da camada inicial à base de hidroxissulfato de zinco.
[0017] Do ponto de vista do produto, essas pesquisas revelaram que a boa adesão aos adesivos epóxi só era possível se a camada de conversão não compreender hidroxissulfato de zinco, moléculas de água livres nem grupos hidroxila livres e apenas se a camada de conversão compreender pelo menos um dos compostos selecionado a partir de monohidrato de sulfato de zinco, tetrahidrato de sulfato de zinco e heptahidrato de sulfato de zinco.
[0018] Do ponto de vista do processo, essas pesquisas revelaram que essa camada de conversão só poderia ser obtida se a temperatura de secagem do ar no secador fosse cuidadosamente controlada, de modo a favorecer a formação de monohidrato de sulfato de zinco, tetrahidrato de sulfato de zinco ou heptahidrato de sulfato de zinco ao invés de outros hidratos de sulfato de zinco. Além disso, foi estabelecido que a velocidade da tira, a espessura da película úmida, a temperatura inicial da tira e a taxa de fluxo de ar precisavam ser adaptadas à temperatura de secagem do ar para secar perfeitamente a camada de conversão e assim, formar uma camada à base de sulfato de zinco compreendendo nem moléculas de água livres nem grupos hidroxila livres. Além disso foi estabelecido que o tempo de contato da solução aquosa sobre o revestimento metálico entre a aplicação da solução e o fim do secador teve que ser menor do que 4 segundos, para evitar a formação de hidroxissulfato de zinco.
[0019] Outras características e vantagens da invenção serão descritas em mais detalhes na descrição a seguir.
[0020] A invenção será melhor compreendida pela leitura da descrição a seguir, que é fornecida apenas para fins de explicação e não é de forma alguma restritiva, com referência a: - Figura 1, que é uma vista esquemática em corte que ilustra a estrutura do aço reivindicada pela invenção, - Figura 2, que são espectros IRRAS da camada à base de sulfato de zinco de acordo com a invenção e da camada de hidroxissulfato de zinco do estado da técnica, - Figura 3, que são gráficos ilustrativos das condições em que a tira de metal está completamente seca na saída do secador, dependendo da velocidade da tira, da espessura da película úmida, da temperatura inicial da tira, da taxa de fluxo de ar e da temperatura de secagem do ar.
[0021] Na Figura 1, a chapa de metal (1), na forma de uma tira de metal, compreende uma tira de aço (3), de preferência laminado a quente e depois laminado a frio, e que pode ser enrolado, por exemplo, para uso posterior como uma peça para uma carroceria, por exemplo.
[0022] Neste exemplo, a chapa de metal (1) é então desenrolada da bobina, depois cortada e modelada para formar uma peça.
[0023] A tira (3) é revestido em uma face (5) com um revestimento (7). Em certas realizações, um revestimento (7) deste tipo pode estar presente em ambas as faces da tira (3).
[0024] O revestimento (7) compreende pelo menos uma camada à base de zinco (9). Por “à base de zinco” entende-se que o revestimento (7) pode ser zinco ou suas ligas, isto é, zinco que compreende um ou mais elementos de liga, como por exemplo, mas não sendo restrito a ferro, alumínio, silício, magnésio e níquel.
[0025] Esta camada (9) tem geralmente uma espessura de menos do que ou igual a 20 μM e destina-se a finalidade de proteger a tira (3) contra corrosão de perfuração, na forma convencional. Deve-se notar que as espessuras relativas da tira (3) e das diferentes camadas que o revestem não são desenhadas em escala na Figura 1 para facilitar a interpretação da ilustração.
[0026] Em uma realização da invenção, a camada (9) à base de zinco compreende entre 0,2% e 0,4% em peso de alumínio, sendo o restante zinco e as impurezas inevitáveis resultantes do processo de fabricação.
[0027] Em uma realização da invenção, a camada à base de zinco (9) compreende pelo menos 0,1% em peso de magnésio para melhorar a resistência à corrosão. De preferência, a camada (9) contém pelo menos 0,5% e mais preferencialmente pelo menos 2% em peso de magnésio. Nesta realização, o teor de magnésio é limitado a 20% em peso na camada (9), porque foi observado que uma proporção maior resultaria no consumo excessivamente rápido do revestimento (7) e, paradoxalmente, em uma degradação da ação anticorrosiva.
[0028] Quando a camada (9) contém zinco, magnésio e alumínio, é particularmente preferido que a camada (9) compreenda entre 0,1 e 10% em peso de magnésio e entre 0,1 e 20% em peso de alumínio. Novamente, de preferência, a camada (9) compreende entre 1 e 4% em peso de magnésio e entre 1 e 6% em peso de alumínio.
[0029] Em certas realizações, o revestimento (7) pode incluir uma camada adicional (11) entre a camada (9) e a face (5) da tira (3). Essa camada pode resultar, por exemplo, do tratamento térmico de um revestimento (7) compreendendo magnésio depositado sob vácuo em zinco previamente depositado, por exemplo por eletrodeposição, sobre a tira (3). O tratamento térmico liga magnésio e zinco e, assim, forma uma camada (9) que contém zinco e magnésio em cima de uma camada (11) que contém zinco.
[0030] A camada (9) pode ser obtida por um processo de revestimento de imersão a quente em um banho de zinco fundido, eventualmente, compreendendo pelo menos um elemento entre magnésio até um teor de 10% em peso, de alumínio até um teor de 20% em peso, silício até um teor de 0,3% em peso. O banho também pode conter até 0,3% em peso de elementos adicionais opcionais, como Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni, Zr ou Bi.
[0031] Esses diferentes elementos podem, entre outras coisas, melhorar a ductilidade ou a aderência da camada (9) à tira (3). Um técnico no assunto que esteja familiarizado com seus efeitos nas características da camada (9) saberá como usá-los como uma função do objetivo adicional procurado.
[0032] Finalmente, o banho pode conter elementos residuais originários dos lingotes fundidos ou resultantes da passagem da tira (3) através do banho, como ferro com um teor de até 0,5% em peso e geralmente entre 0,1 e 0,4% em peso. Estes elementos residuais são em parte incorporados na camada (9), neste caso eles são designados pelo termo “impurezas inevitáveis resultantes do processo de fabricação”.
[0033] A camada (9) também pode ser depositada usando um processo de deposição a vácuo, como, por exemplo, pulverização por magnetron ou evaporação a vácuo através do efeito Joule, por indução ou por deposição por feixe de elétrons ou vapor de jato.
[0034] O revestimento (7) é coberto por uma camada (13) à base de sulfato de zinco.
[0035] A camada (13) compreende pelo menos um dos compostos selecionados a partir de monohidrato de sulfato de zinco, tetrahidrato de sulfato de zinco e heptahidrato de sulfato de zinco e compreende nem hidroxissulfato de zinco nem moléculas de água livres nem grupos hidroxila livres.
[0036] O hidroxissulfato de zinco contém grupos hidroxila que, com base no entendimento dos inventores, reagem com o sistema epóxi do adesivo e levam a problemas de adesão. Sua ausência melhora significativamente a adesão de adesivos à base de epóxi em chapas de metal. Por hidroxissulfato de zinco, entende-se o composto de fórmula geral: [Znx(SO4)y(OH)z, tH2O] onde 2x = 2y + z, com y e z diferentes de zero, z é preferencialmente maior ou igual a 6 e mais preferencialmente z = 6 e 3 ≤ t ≤ 5. Em particular, o composto com x = 4, y = 1, z = 6 e t = 3 foi observado em chapas de metal do estado da técnica.
[0037] Moléculas de água livres e grupos hidroxila livres também são muito reativos com compostos específicos do adesivo, como, por exemplo, compostos à base de epóxi, que levam a problemas de adesão. Sua ausência melhora significativamente a adesão de adesivos à base de epóxi em chapas de metal.
[0038] O monohidrato de sulfato de zinco, o tetrahidrato de sulfato de zinco e o heptahidrato de sulfato de zinco são compostos estáveis. Graças à sua presença, é evitado um desenvolvimento posterior de hidroxissulfato de zinco por decomposição de hidratos de sulfato de zinco instáveis.
[0039] A densidade superficial de enxofre na camada à base de sulfato de zinco (13) é maior ou igual a 0,5 mg/ m2. Abaixo deste valor, o revestimento metálico (7) se deteriora enquanto a chapa de metal é formada, o que resulta na formação de pó ou partículas de zinco ou suas ligas com a superfície da chapa de metal. O acúmulo e/ ou aglomeração dessas partículas ou deste pó nas ferramentas de formação pode danificar as partes formadas pela formação de farpas e/ ou constrições.
[0040] A camada à base de sulfato de zinco (13) pode ser obtida pela aplicação ao revestimento (7), possivelmente depois do desengorduramento, de uma solução aquosa de tratamento contendo sulfato de zinco ZnSO4 em uma concentração maior do que ou igual a 0,01 mol/ L.
[0041] Não é possível formar uma tal camada (13) quando a concentração de sulfato de zinco está abaixo de 0,01 mol/ L, mas também foi descoberto que uma concentração muito alta não melhora significativamente a taxa de deposição e pode até reduzi-la ligeiramente.
[0042] A solução aquosa de tratamento pode ser preparada dissolvendo sulfato de zinco em água pura. Por exemplo, heptahidrato de sulfato de zinco (ZnSO4, 7H2O) pode ser usado. A concentração de íons Zn2+ é então igual à concentração de ânions SO2-.
[0043] A solução aquosa de tratamento utilizada contém de preferência entre 20 e 160 g/ L de heptahidrato de sulfato de zinco, o que corresponde a uma concentração de íons Zn2+ e uma concentração de íons SO2- entre 0,07 e 0,55 mol/ L. Verificou-se que nesta faixa de concentração a taxa de deposição não é significativamente influenciada pelo valor da concentração.
[0044] O pH da solução aquosa de tratamento corresponde preferencialmente ao pH natural da solução, sem a adição de base ou ácido. O valor desse pH está geralmente entre 4 e 7.
[0045] A temperatura da solução aquosa de tratamento está entre 20 e 60 °C.
[0046] A solução aquosa de tratamento é aplicada da maneira convencional, por exemplo, por imersão, revestimento por rolo, pulverização eventualmente seguida por compressão.
[0047] O tempo de contato da solução aquosa de tratamento com o revestimento (7) é menor do que 4 segundos. Por “tempo de contato”, entende- se o tempo entre a aplicação da solução aquosa de tratamento sobre a chapa de metal (por exemplo, entrada da chapa de metal no banho de tratamento ou aplicação na chapa de metal do rolo do aparelho de revestimento com rolo) e a saída do secador. Acima deste limite de 4 segundos, o pH tem tempo para subir acima do limite de precipitação de hidroxissulfato de zinco, que leva a deposição prejudicial deste composto sobre a chapa de metal durante a produção da camada à base de sulfato de zinco.
[0048] Do ponto de vista prático, a ausência de hidroxissulfato de zinco pode ser controlada por espectroscopia de infravermelho no modo IRRAS (espectroscopia de reflexão e adsorção por infravermelho com um ângulo de incidência de 80°). Conforme ilustrado na parte inferior da Figura 2, se a camada à base de sulfato de zinco compreende hidroxissulfato de zinco, o espectro IRRAS apresenta múltiplos picos de absorção atribuídos às vibrações de sulfato V3 1077-1136-1177 cm-1 e bandas de água na região de alongamento OH 30003400 cm-1. Esses resultados correspondem à estrutura do hidroxissulfato de zinco conforme indicado na literatura (vibração de sulfato VI: 1000 cm-1, vibração de sulfato V2: 450 cm-1, vibrações de sulfato V3: 1068 - 1085 - 1130 cm-1, vibrações de sulfato v4: 611-645 cm-1, vibração de hidroxila: 3421 cm-1).
[0049] A temperatura de secagem do ar no secador é adaptada para favorecer a formação de monohidrato de sulfato de zinco, tetrahidrato de sulfato de zinco ou heptahidrato de sulfato de zinco em vez de outros hidratos de sulfato de zinco. Surpreendentemente, observou-se que uma temperatura de secagem do ar abaixo de 80 °C favorece o desenvolvimento desses compostos.
[0050] Graças à presença desses compostos estáveis, evita-se o desenvolvimento posterior de hidroxissulfato de zinco por decomposição de hidratos de sulfato de zinco instáveis.
[0051] Do ponto de vista prático, a presença desses hidratos de sulfato de zinco estáveis pode ser controlada por espectroscopia de infravermelho no modo IRRAS (espectroscopia por reflexão-adsorção de infravermelho com ângulo de incidência de 80°). Como ilustrado na parte superior da Figura 2, se a camada à base de sulfato de zinco compreende hidratos de sulfato de zinco estáveis sem hidroxissulfato de zinco, o espectro IRRAS apresenta um único pico de sulfato localizado em torno de 1172 cm-1, em vez de três picos. Mais especificamente, a presença de cada um desses estáveis hidratos de sulfato de zinco pode ser controlada por espectroscopia de infravermelhos no modo IRRAS acoplado a Calorimetria de Varredura Diferencial (DSC), acompanhando as bandas de sulfato e bandas de água livre.
[0052] A velocidade da tira, a espessura de película úmida, a temperatura inicial da tira e a taxa de fluxo de ar estão adaptadas para formar, sobre o revestimento metálico, uma camada à base de sulfato de zinco compreendendo nem as moléculas de água livres nem grupos hidroxila livres, a densidade de superfície de enxofre na camada a base de sulfato de zinco sendo maior do que ou igual a 0,5 mg/ m2. De preferência, a densidade da superfície de enxofre na camada à base de sulfato de zinco está compreendida entre 3,7 e 27 mg/ m2.
[0053] A espessura da película úmida pode ser medida com um medidor de infravermelho posicionado antes do secador. É composto por uma fonte de luz, um detector de infravermelho e filtros específicos. O princípio de medição é baseado na absorção de luz infravermelha.
[0054] A taxa de fluxo de ar é definida como a quantidade de ar soprada por segundo em todo o secador e impactando na tira de metal. Consequentemente, a configuração dos bicos no secador pode variar notavelmente em termos de quantidade, tamanho, design, posição,...
[0055] De preferência, o secador compreende entre 6 e 12 bocais para melhor distribuir o impacto do jato de ar na tira de metal. De preferência, o secador compreende bicos posicionados entre 4 e 12 cm da tira de metal para evitar perda de pressão no jato sem remover a película úmida da tira de metal. De preferência, os bocais têm aberturas cuja largura é compreendida entre 2 mm e 8 mm, de modo a otimizar a velocidade do ar na saída do bico.
[0056] Na saída do secador, a ausência de água na camada à base de sulfato de zinco pode ser controlada notavelmente com uma câmera hiperespectral. Este último é feito de um detector de matriz infravermelha acoplado a um espectrômetro que dispersa a luz em comprimentos de onda. O aparelho de medição pode ser composto por uma lâmpada IR de formato linear (800 mm de comprimento) e uma câmera hiperespectral MWIR (Mid-Wave IR) na configuração de reflexão bidirecional. A faixa de detecção da câmera é de 3 a 5 μm, o que corresponde às principais bandas de absorção de água líquida. O princípio de medição consiste em medir a intensidade da luz refletida fora da tira de metal. Se a água permanecer na camada à base de sulfato de zinco, que absorve uma parte da luz e menor intensidade é refletida.
[0057] Em uma realização, a ausência de água na camada à base de sulfato de zinco na saída do secador é controlada pelo monitoramento da temperatura da tira de aço no secador. Enquanto existe água na película, a energia térmica de ar quente é gasta para a evaporação da água e a temperatura da tira de metal continua a ser constante ou mesmo diminui devido à evaporação da água. Quando a película está seca, a energia térmica do ar quente é gasta no aquecimento da tira de metal. Ao monitorar a temperatura da tira de aço no secador, é, assim, fácil controlar que a temperatura da tira de metal comece a aumentar antes da saída do secador.
[0058] Em uma realização, a ausência de água na camada à base de sulfato de zinco na saída do secador é controlada por espectroscopia de infravermelho no modo IRRAS (espectroscopia de infravermelho por reflexão e adsorção com um ângulo de incidência de 80°). Como ilustrado na parte inferior da Figura 2, se a camada à base de sulfato de zinco compreender água livre, o espectro IRRAS apresenta picos localizados em torno de 1638 e 1650 cm-1.
[0059] A ausência de grupos hidroxila livres na camada à base de sulfato de zinco na saída do secador é controlada por espectroscopia de infravermelho no modo IRRAS (espectroscopia de infravermelho por reflexão- adsorção com um ângulo de incidência de 80°). Como ilustrado na parte inferior da Figura 2, se a camada à base de sulfato de zinco compreender grupos hidroxila livres, o espectro IRRAS apresenta um pico localizado a 3600 cm-1.
[0060] O processo de secagem é fundamentalmente uma operação simultânea de transferência de calor e massa, na qual a energia para evaporar um líquido de uma solução é fornecida no ar de secagem. O ar quente é, assim, usado tanto para fornecer o calor para a evaporação e para afastar a umidade que evaporou a partir do produto. As condições externas (velocidade da tira, espessura inicial da película úmida, temperatura inicial da tira, taxa de fluxo de ar) são os principais parâmetros que controlam esse fenômeno.
[0061] Os parâmetros são interdependentes. Isso é causado principalmente por uma natureza complexa do fenômeno, pois a alteração de um único parâmetro, por exemplo, variação da temperatura de secagem do ar, induz alterações em outros parâmetros, por exemplo, taxa de fluxo de ar. É, assim, difícil de identificar todos os domínios em que a camada à base de sulfato de zinco compreende nem as moléculas de água livre nem grupos hidroxila livres. No entanto, o técnico no assunto saberá como ajustar os parâmetros com base nos exemplos descritos abaixo.
[0062] Conforme ilustrado na Figura 3 a), o domínio para o qual a camada à base de sulfato de zinco está seca no final do secador é determinado dependendo da velocidade da tira (A em m/ min) e taxa de fluxo de ar (B em Nm3/ h). Linhas de nível correspondem à espessura da película de água na saída do secador. A camada à base de sulfato de zinco é, portanto, seca para condições acima da linha de nível de 0,1 μm (área branca).
[0063] Esses resultados foram obtidos nas seguintes condições: - Temperatura de secagem ao ar: 70 °C; - Temperatura inicial da tira: 30 °C; - Espessura inicial da película: 2μm; e - Tempo de contato: < 4 segundos.
[0064] Como ilustrado na Figura 3 b), o domínio para o qual a camada à base de sulfato de zinco está seca no final do secador é determinado dependendo da velocidade da tira (A em m/ min) e da temperatura inicial da tira (B em °C).
[0065] Esses resultados foram obtidos nas seguintes condições: - Temperatura de secagem ao ar: 70 °C; - Taxa de fluxo de ar: 5000 Nm3/ h; - Espessura inicial da película: 2 μm; e - Tempo de contato: < 4 segundos.
[0066] Como ilustrado na Figura 3 c), o domínio para o qual a camada à base de sulfato de zinco está seca no final do secador é determinado dependendo da taxa de fluxo de ar (A em Nm3/ h) e da temperatura da tira (B em °C).
[0067] Esses resultados foram obtidos nas seguintes condições: - Temperatura de secagem ao ar: 70 °C; - Velocidade da tira: 120 m/ min; - Espessura inicial da película: 2 μm; e - Tempo de contato: < 4 segundos.
[0068] Como ilustrado na Figura 3 d), o domínio para o qual a camada à base de sulfato de zinco está seca no final do secador é determinado dependendo da taxa de fluxo de ar (A em Nm3/ h) e da espessura inicial da película (B em μm).
[0069] Esses resultados foram obtidos nas seguintes condições: - Temperatura de secagem ao ar: 70 °C; - Velocidade da tira: 120 m/ min; - Temperatura inicial da tira: 30 °C; e - Tempo de contato: < 4 segundos.
[0070] Como ilustrado na Figura 3 e), o domínio para o qual a camada à base de sulfato de zinco está seca no final do secador é determinado dependendo da taxa de fluxo de ar (A em Nm3/ h) e da temperatura de secagem do ar (B em °C).
[0071] Esses resultados foram obtidos nas seguintes condições: - Temperatura inicial da tira: 30 °C; - Velocidade da tira: 120 m/ min; - Espessura inicial da película: 2 μm; e - Tempo de contato: < 4 segundos.
[0072] De preferência, a velocidade da tira está entre 60 e 200 m/ min. De preferência, a espessura da película úmida está entre 0,5 e 4 μm. De preferência, a temperatura inicial da tira está entre 20 e 50 °C. De preferência, a taxa de fluxo de ar está entre 5000 e 50000 Nm3/ h.
[0073] Após a formação da camada (13) na superfície, a camada (13) pode opcionalmente ser lubrificada.
[0074] Esta lubrificação pode ser realizada aplicando uma película de óleo (não mostrada) com um peso de revestimento abaixo de 2 g/ m2 na camada (13).
[0075] Como será visto nos seguintes exemplos não restritivos, que são apresentados exclusivamente a título de ilustração, os inventores mostraram que a presença de uma camada (13) torna possível melhorar a adesão aos adesivos utilizados na indústria automotiva, principalmente adesivos à base de epóxi sem degradar os outros desempenhos, como resistência à corrosão e capacidade de extração.
[0076] O efeito dos diferentes parâmetros na ausência de hidroxissulfato de zinco foi avaliado aplicando uma solução aquosa de tratamento compreendendo entre 50 e 130g/ L de heptahidrato de sulfato de zinco em um aço galvanizado e secando a película úmida dentro de 4 segundos, usando as seguintes condições.
[0077] Amostra A: • Temperatura de secagem ao ar: 65 °C; • Velocidade da tira: 100 m/ min; • Temperatura inicial da tira: 30 °C; • Espessura inicial da película: 2 μm; • Taxa de fluxo de ar: 10000 Nm3/ h.
[0078] Amostra B: • Temperatura de secagem ao ar: 70 °C; • Velocidade da tira: 180 m/ min; • Temperatura inicial da tira: 40 °C; • Espessura inicial da película: 1 μm; • Taxa de fluxo de ar: 35000 Nm3/ h.
[0079] Amostra C: • Temperatura de secagem do ar: 110 °C; • Velocidade da tira: 100 m/ min; • Temperatura inicial da tira: 30 °C; • Espessura inicial da película: 3 μm; • Taxa de fluxo de ar: 45000 Nm3/ h.
[0080] Amostra D: • Temperatura de secagem do ar: 140 °C; • Velocidade da tira: 110 m/ min; • Temperatura inicial da tira: 30 °C; • Espessura inicial da película: 2 μm; • Taxa de fluxo de ar: 12000 Nm3/ h.
[0081] Amostra E: • Temperatura de secagem ao ar: 150 °C; • Velocidade da tira: 120 m/ min; • Temperatura inicial da tira: 22 °C; • Espessura inicial da película: 3 μm; • Taxa de fluxo de ar: 8300 Nm3/ h.
[0082] A composição da camada à base de sulfato de zinco foi avaliada por espectroscopia de infravermelho IRRAS. Como ilustrado na Figura 4, apenas as amostras A e B apresentam um único pico de sulfato em torno de 1172 cm-1 atribuído a hidratos de sulfato de zinco estáveis. As amostras C, D e E apresentam vários picos de absorção atribuídos às vibrações de sulfato ua da estrutura de hidroxissulfato de zinco.
[0083] A adesão de adesivos à base de epóxi na camada à base de sulfato de zinco formada nas amostras A a E foi avaliada por um teste de cisalhamento de volta única. Inicialmente, as peças teste de 100 mm de comprimento e 25 mm de largura foram relubrificados usando Anticorit Fuchs 3802-39S (1 g/ m2) sem serem desengordurados. Duas peças teste, uma tratada com a solução aquosa de tratamento e uma não tratada, foram então montadas com o adesivo à base de epóxi Teroson® 8028GB da Henkel®, sobrepondo-os em 12,5 mm de comprimento usando calços de teflon para manter uma espessura homogênea de 0,2 mm entre as duas peças. Toda a montagem foi curada no forno por 20 minutos a 190 °C. As amostras foram condicionadas por 24 horas antes do teste de adesão e do envelhecimento. Para cada condição de teste, 5 montagens foram testadas.
[0084] A adesão foi avaliada de acordo com a norma DIN EN 1465. Neste teste, cada conjunto colado é fixado nas garras de fixação (segurando 50 mm de cada peça de teste em cada braçadeira e deixando 50 mm de cada peça de teste livres) de uma máquina de tração usando força de célula de 50KN. As amostras são puxadas a uma taxa de 10 mm/ min, à temperatura ambiente. Os valores máximos de tensão de cisalhamento são registrados em MPa e o padrão de falha é visualmente classificado como: - falha coesa se o rasgo aparecer na maior parte do adesivo, - falha superficial coesiva, se o rasgo aparecer na maior parte do adesivo próximo à interface tira/ adesivo, - falha do adesivo se o rasgo aparecer na interface tira/ adesivo.
[0085] O teste não será aprovado se for observada falha no adesivo.
[0086] O envelhecimento da adesão foi avaliado pelo teste de cataplasma. Neste teste, cada conjunto colado (5 amostras de cada vez) é embrulhado em algodão (peso de 45g +/- 5) com água desionizada (10 vezes o peso de algodão), colocada em saco de polietileno que é selado. O saco selado é mantido no forno a 70 °C, 100% de umidade relativa por 7 dias. Uma vez realizado o teste de cataplasma, a adesão é reavaliada de acordo com a norma DIN EN 1465.
[0087] Os resultados obtidos estão ilustrados na figura 5, onde cada coluna representa a porcentagem de falha coesiva (em preto) no estágio inicial (H0) e após 7 dias no teste de cataplasma (H7).
[0088] Conforme ilustrado, apenas as amostras A e B apresentam boa adesão no estágio inicial e baixa degradação dos desempenhos após 7 dias no teste de cataplasma.
[0089] A proteção temporária das peças de teste foi avaliada por um ensaio realizado em uma câmara de teste de umidade e corrosão com temperatura controlada, conforme especificado pela norma DIN EN ISO 6270-2 após a aplicação sobre as camadas (13) dos óleo de proteção Fuchs (marca comercial registada) 3802-39S com um peso de revestimento de aproximadamente 1 g/ m2.
[0090] Em um teste realizado em uma câmara de teste de corrosão com controle de umidade e temperatura, de acordo com a norma DIN EN ISO 6270-2, as peças de teste são submetidas a dois ciclos de envelhecimento de 24 horas em uma câmara de teste de corrosão com controle de umidade e temperatura, ou seja, um invólucro com atmosfera e temperatura controladas. Esses ciclos simulam as condições de corrosão de uma bobina de tira ou de uma tira cortada em chapas durante o armazenamento. Cada ciclo inclui: - uma primeira fase de 8 horas a 40 °C ± 3 °C e a aproximadamente 98% de umidade relativa, seguida de - uma segunda fase de 16 horas a 21 °C ± 3 °C e a menos de 98% de umidade relativa.
[0091] Após 4 ciclos, nenhuma degradação deve ser visível.
[0092] Após 10 ciclos, menos de 10% da superfície das peças de teste deve ser visualmente alterada.
[0093] Os testes realizados nas peças de teste confirmaram o bom comportamento do tratamento de superfície de acordo com a invenção em termos de proteção temporária.
Claims (15)
1. TIRA DE AÇO (3), revestido em pelo menos uma de suas faces (5) com um revestimento metálico (7) à base de zinco ou de suas ligas, caracterizado pelo revestimento metálico (7) ser revestido com uma camada à base de sulfato de zinco (13) compreendendo pelo menos um dos compostos selecionados a partir de monohidrato de sulfato de zinco, tetrahidrato de sulfato de zinco e heptahidrato de sulfato de zinco, em que a camada à base de sulfato de zinco (13) não compreende hidroxissulfato de zinco nem moléculas de água livres nem grupos hidroxila livres, sendo a densidade superficial de enxofre na camada à base de sulfato de zinco (13) maior ou igual a 0,5 mg/ m2.
2. TIRA DE AÇO (3), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo revestimento metálico (7) à base de zinco ou suas ligas compreender entre 0,2% e 0,4% em peso de alumínio, o restante sendo zinco e impurezas inevitáveis resultantes do processo de fabricação.
3. TIRA DE AÇO (3), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo revestimento metálico (7) à base de zinco ou suas ligas compreender pelo menos 0,1% em peso de magnésio.
4. TIRA DE AÇO (3), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo revestimento metálico (7) à base de zinco ou suas ligas compreender pelo menos um elemento entre magnésio até um teor de 10% em peso, alumínio até um teor de 20% em peso, silício até um teor de 0,3% em peso.
5. TIRA DE AÇO (3), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela densidade superficial de enxofre na camada à base de sulfato de zinco (13) estar entre 3,7 e 27 mg/ m2.
6. PEÇA AUTOMOTIVA, caracterizada por ser feita de uma tira de aço (3), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.
7. MÉTODO DE TRATAMENTO PARA UMA TIRA DE METAL em movimento, conforme definida na reivindicação 1, caracterizado por compreender as etapas de acordo com as quais: - (i) é fornecida uma tira de aço (3) revestida em pelo menos uma das suas faces (5) com um revestimento metálico (7) à base de zinco ou suas ligas, - (ii) uma solução de tratamento aquosa compreendendo, pelo menos, 0,01 mol/ L de sulfato de zinco é aplicada ao revestimento metálico (7) por contato de forma a formar uma película úmida, - (iii) a solução aquosa de tratamento é subsequentemente seca em um secador a uma temperatura de secagem por ar abaixo de 80°C, o tempo entre a aplicação da solução aquosa de tratamento no revestimento metálico (7) e a saída do secador sendo menor do que 4 segundos, em que a velocidade da tira (3), a espessura da película úmida, a temperatura inicial da tira (3) e a taxa de fluxo de ar são adaptadas para formar, sobre o revestimento metálico (7), uma camada à base de sulfato de zinco (13) que não compreende moléculas de água livres nem grupos hidroxila livres, sendo a densidade superficial de enxofre na camada à base de sulfato de zinco (13) igual ou superior a 0,5 mg/ m2.
8. MÉTODO DE TRATAMENTO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo revestimento metálico (7) ter sido obtido por um processo de revestimento por imersão a quente em um banho de zinco fundido, eventualmente compreendendo pelo menos um elemento entre magnésio até um teor de 10% em peso, alumínio até um teor de 20% em peso, silício até um teor de 0,3% em peso.
9. MÉTODO DE TRATAMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 8, caracterizado pelo revestimento metálico (7) ser desengordurado antes da aplicação da solução aquosa de tratamento.
10. MÉTODO DE TRATAMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pela solução aquosa de tratamento conter entre 20 e 160 g/ L de heptahidrato de sulfato de zinco.
11. MÉTODO DE TRATAMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado pela velocidade da tira (3) estar entre 60 e 200 m/min.
12. MÉTODO DE TRATAMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11, caracterizado pela espessura da película úmida estar entre 0,5 e 4 μm.
13. MÉTODO DE TRATAMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 12, caracterizado pela temperatura inicial da tira (3) estar entre 20 e 50 °C.
14. MÉTODO DE TRATAMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 13, caracterizado pela taxa de fluxo de ar estar entre 5000 e 50000 Nm3/ h.
15. MÉTODO DE TRATAMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 14, caracterizado por uma película de óleo com um peso de revestimento menor que 2 g/ m2 ser aplicada sobre a camada à base de sulfato de zinco (13).
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