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

Tratamento de superfície do ABS 10

É composto por:

•Preparação da superfície

•Deposição metálica

Desengorduramento

Decapagem

Proteções temporárias

Preparação da superfície 11

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

24

Metal Deposit

ADESÃO LIGAÇÃO MECÂNICA

(Ancoragem por Saliências e Cavidades)

Metal Depositado

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-

27

ELETRODEPOSIÇÃO DE COBRE Ânodos inseridos em sacos de polipropileno

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

APLICAÇÕES DA METALIZAÇÃO DO ABS

36

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.

REVESTIMENTOS METÁLICOS:

custos 39 39

(μm)

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.

42