Apresentação do projeto

O projeto de anodização em peças de alumínio tem o objetivo de revestir a superfície do metal, com uma camada maior de óxido de alumínio. É muito comum o processo de coloração de metais a partir da anodização (ABAL, 2005).
Este é um processo constituído por uma cuba eletrolítica onde a peça de alumínio que deseja-se anodizar é ligada ao polo positivo (onde ela irá oxidar) de uma fonte de tensão e no polo negativo um material, que será reduzido. e após a criação da nova camada de óxido pode-se pigmentá-la com corantes orgânico sintéticos a uma temperatura que dilate os poros da camada de óxido, e em seguida selar os poros para concretizar o processo e fixar a camada apassivadora, colorida ou não (ABAL, 2005). Uma representação do processo de eletrólise pode ser vista na figura 1, a seguir: 

Figura 1: Processo de anodização

Fonte: https://pt.wikihow.com/Fazer-Anodiza%C3%A7%C3%A3o-Caseira. Acessado em: 14 mar. 2018.

O resultado esperado com a finalização do projeto são peças de alumínio revestidas, com maior dureza e resistência à intemperes e coloridas (ABAL, 2005) como mostra a figura 2, a seguir: 

Figura 2: Peças de alumínio revestidas pelo processo de anodização

Fonte: https://www.anodex.com.br/anodizacao-de-aluminio-em-cores.html. Acessado em: 14 mar. 2018.

Postado por: Rafael dos Reis da Fonseca Ramos.

Referências:

ABAL - Associação Brasileira do Alumínio.Guia técnico de alumínio: tratamento de superfície. 2. Ed. São Paulo: ABAL, 2005.

Equipe EletroCima

Da esquerda para direta, os integrantes que constituem a Equipe EletroCima são: Rafael dos Reis da Fonseca Ramos, Guilherme Brandão da Cunha, Jade Dotto Fiúza Guerreiro e Mateus Vieira de Azevedo.

Postado por: Jade Dotto Fiúza Guerreiro.

Plano de trabalho

Com o intuito de alcançar todos os objetivos e entregar  o projeto no prazo determinado pelo professor orientador Targino Amorim Neto, foi feito um plano de trabalho que será seguido pela equipe. O plano de trabalho segue na tabela abaixo:

Tabela 1: Plano de Trabalho

Fonte: Própria

Postado por: Mateus Vieira de Azevedo

Teoria envolvida no projeto

A técnica de anodização é uma das inúmeras aplicações para o processo eletrolítico. Visando isso, para o projeto de anodização de uma peça de alumínio é necessário o entendimento da teoria químico-física sobre eletrólise aquosa, que será exposta a seguir.

A eletrólise ( mostrada na figura 1) é um processo não espontâneo que converte a energia elétrica (bateria) em energia química. Essa é uma reação de oxi-redução, que acontece em um meio eletrolítico e é provocada por uma corrente elétrica. A partir de uma fonte de tensão ou bateria, montado em forma de circuito elétrico, é fornecida energia a um meio eletrolítico. No meio aquoso encontram-se imersos um cátodo (polo negativo), onde ocorre a redução e um ânodo (polo positivo), que ocorre a oxidação. (FELTRE, 2004)
A oxidação é quando um elemento sofre a perda de elétrons. Ao mesmo passo que a redução é quando há o ganho de elétrons em um elemento. Tais reações de transferência de elétrons acontecem simultaneamente, constituindo a reação de oxirredução (ou redox).
O número de elétrons ganhados ou perdidos dos átomos chama-se número de oxidação (NOX). Em compostos iônicos é a própria carga elétrica do íon. Já em compostos covalentes, onde não há a real transferência de elétrons, este número é o correspondente à transferência que aconteceria caso a ligação covalente entre os átomos fosse quebrada.
No projeto de anodização do alumínio em questão, o cátodo utilizado é o grafite (carbono), enquanto que o ânodo é o próprio alumínio (em seu estado natural, com NOX 0).

Figura 1: Eletrólise em meio aquoso

Fonte: https://manualdaquimica.uol.com.br/fisico-quimica/eletrolise-meio-aquoso.htm
Acessado: 10 abr. 2018

A eletrólise utilizada para esse processo de anodização é a eletrólise aquosa, ou seja, há também a auto-ionização da água, que já está no próprio meio, como mostra a seguinte equação:

H₂O  → H⁺ + OH^-

Apesar de fraca, a ionização da água "compete" com a dissociação da outra substância inserida no meio. No processo demonstrado, foi utilizado como substância condutora de corrente o ácido sulfúrico (H₂SO₄). Tal ácido se dissocia de acordo com a equação:

H₂SO₄  → 2 H⁺ + SO₄^2-

Sendo assim, no meio há os seguintes íons dissociados:

     H⁺         SO₄^2- 

2H⁺         OH^-

Nessa "competição", o polo negativo (cátodo) descarrega o cátion (que possui carga positiva) de redução mais fácil, nesse caso como só há íons de hidrogênio positivos, estes que serão descarregados. Da mesma forma que o polo positivo (ânodo) descarregará o ânion de oxidação mais fácil. Analisando uma tabela de prioridade de descarga dos íons (figura 2), pode-se facilmente perceber que o OH^- possui prioridade em relação aos ânions oxigenados, ou seja, o OH^- será o ânion descarregado. No demais, os outros íons não descarregados permanecerão no meio (H⁺ e SO₄²).

Figura 2: Prioridade de descarga dos íons (de cima para baixo)

Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm

Acessado: 10 abr. 2018

Com isto, pode-se então escrever as seguintes equações:

                   Ionização da água:                                        2 H₂O → 2 H⁺ + 2 OH^-

                   No polo negativo (redução catódica):           2 e^- + 2 H⁺ → H₂

                   No polo positivo (redução anódica):             2 OH^- → H₂O + ½ O₂ + 2 e^-

                   Reação global da eletrólise:                        H₂O → H₂ + ½ O₂

"Anodização é um processo eletrolítico ou eletro químico que promove a formação de uma camada controlada e uniforme de óxido na superfície do alumínio." (ABAL- Associação Brasileira do Alumínio, 2005). A anodização em meio sulfúrico é formada de concentração de acido sulfúrico, temperatura do eletrólito (solução onde a peça a ser anodizada será introduzida), tensão utilizada, densidade de corrente elétrica aplicada e agitação (Anodont, 2018). As etapas detalhando o processo serão expostas a seguir no post de metodologia.
A espessura da camada anodizada pode ser definida a partir da lei de Faraday, a qual influenciará em parte crucial do projeto. A lei de Faraday relaciona quantidade de carga e corrente. No processo de anodização, a quantidade de carga é equivalente ao volume da carga depositada multiplicado por uma constante de proporcionalidade 0,3 (cuja relaciona o Q e o Vol), contudo, o volume pode ser expressado pela área do objeto multiplicado pela espessura da camada de anodização criada (MENEGHESSO, 2007). Sendo assim, ao isolar a variável da espessura (E), temos que é equivalente ao tempo da anodização multiplicado pela corrente utilizada e pela constante 0,3, dividida pela área do objeto que se deseja anodizar, como mostra a equação 1 abaixo .
A densidade de corrente é equivalente à corrente dividida pela área, podendo ser aplicada à equação 1, ou seja, tem-se que com o valor de uma espessura ideal, a área da peça correspondente e o tempo desejado, é possível chegar a uma certa densidade de corrente, representado na equação 2. Esta irá se manter constante para as anodizações, sendo assim, utilizando este valor de densidade de corrente, pode-se determinar a corrente necessária apenas alterando os valores de tempo e área de acordo com a peça a ser anodizada.
De acordo com a corrente utilizada no processo é possível obter-se dois tipos de camadas anodizadas: uma camada mais porosa, de fácil coloração; e uma camada mais dura, bastante empregada para fins técnicos. (ABAL, 2005)
Para o nosso projeto de anodização foi utilizada a espessura ideal de 30,06 micrômetros, logo, chegou-se à densidade de corrente de 1,67 A/dm².
                                                                      

                                                                      EQUAÇÃO 1:

Figura 3: Equação para determinar espessura

Fonte: Própria

Onde: Q = Quantidade de carga depositada (Coulomb); Vol = Volume de alumina depositada (dm³);    i= corrente (A); t = tempo (minuto); E = Espessura (micrômetro); A = Área (dm²).

EQUAÇÃO 2:

Figura 4: Equação para determinar densidade de corrente

Fonte: Própria

Onde: j = densidade de corrente (A/dm²); i = corrente (A); Área (dm²).

Postado por: Jade Dotto Fiúza Guerreiro.

REFERÊNCIAS:

Manual da Química. Disponível em: https://manualdaquimica.uol.com.br/fisico-quimica/eletrolise-meio-aquoso.htm. Acessado: 10 abr. 2018

Mundo Educação. Disponível em: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm Acessado: 10 abr. 2018

FELTRE, Ricardo. Química 2. 6ª ed. São Pualo: Moderna 2004. 418 páginas.

ABAL - Associação Brasileira do Alumínio. Guia técnico de alumínio: tratamento de superfície. 2 Ed. São Paulo: ABAL, 2005.

Anodont. Diponível em: http://www.anodont.com.br/tcc.php. Acessado: 10 abr. 2018

MENEGHESSO, Adeval. Noções Básicas sobre Processo de Anodizaçãao do Alumínio e suas Ligas. Disponível em: https://www.italtecno.com.br/artigos_tecnicos/Edicao_13.pdf. Acessado: 20 abr. 2018.

Metodologia do processo

O processo de anodização do alumínio a ser feito pela equipe segue os seguintes passos:

1. Limpeza da peça:

 - A peça de alumínio a ser anodizada é limpa com detergente, para retirar a gordura da superfície, e em seguida é enxaguada;

2. Lixamento:

 - A peça é lixada com uma lixa d'água 230x280 mm grão 1200, para o polimento da mesma;

3. Desengraxe:

 - É utilizado uma solução de NaOH 2,5 M, por 3 minutos, para a retirada de óleos e gorduras restantes da superfície da peça, além de retirar também a camada de óxido já depositada na peça. Após esse passo a peça deve ficar com um aspecto fosco e mais limpo, logo em seguida a peça é enxaguada com água destilada  (Anodont, 2018);

4. Neutralização:

 - Realizada com uma solução de H2SO4 0,19 M, por 1 minuto, para retirar qualquer resquício de hidróxidos utilizados anteriormente para o desengraxe e em seguida a peça é enxaguada com água destilada  (Anodont, 2018);

5. Eletrólise:

 - Esse é o passo mais importante do processo, onde a nova e maior camada de óxido é depositada na peça. É feito com uma cuba eletrolítica de vidro, onde acontecerá o processo eletroquímico, com solução eletrolítica de H2SO4 1,9 M, a peça de alumínio como ânodo, grafite como cátodo, uma Fonte de Alimentação Digital mod FD.0..30Vcc . 0..5Acc, com densidade de corrente 1,7 A/dm² e temperatura ambiente (25 ± 5 ºC), por 60 minutos (ABAL, 2005).  Esta temperatura não deverá ser ultrapassada, pois caso isso ocorra, queimaduras na peça de alumínio irão aparecer, decompondo a camada de alumina que está sendo criada. A etapa é representada na figura 1 a seguir:

Figura 1: Eletrólise do alumínio em solução de  H2SO4 com cátodo de grafite

Fonte: https://quimicanastaipas.wordpress.com/quimica-e-o-desporto/

6. Pigmentação:

 - Etapa feita sob temperatura controlada de 60 ± 5 ºC, por 20 minutos, para a dilatação dos poros da camada de alumina produzida , o que possibilita o depósito de pigmentos de corantes orgânico sintéticos (ABAL, 2005) nesse caso utiliza-se anilina (coloração vermelha);

7. Selagem:

 - Para finalizar o processo, a peça de alumínio, já anodizada, é colocada em água destilada à temperatura de ebulição, por 30 minutos, para que os poros, que foram abertos e pigmentados na etapa anterior, sejam fechados, garantindo a qualidade da anodização . Este fechamento dos poros ocorre graças à hidratação das moléculas de óxido, por meio de um processo chamado de hidratação a quente (água em ebulição). Esta reação provoca um aumento do volume de óxido que fecha pouco a pouco os poros da camada de alumina até ficar solidamente fechada (ABAL, 2005).

Postado por: Rafael dos Reis da Fonseca Ramos

Referências:
ABAL - Associação Brasileira do Alumínio.Guia técnico de alumínio: tratamento de superfície. 2. Ed. São Paulo: ABAL, 2005.

Anodont. Diponível em: http://www.anodont.com.br/tcc.php. Acessado: 10 abr. 2018

Materiais necessários para o projeto

Esse post consiste na apresentação dos materiais a serem utilizados para a confecção do projeto.

Para o processo de anodização serão necessários os seguintes equipamentos/materiais:

• Cuba eletrolítica;
• Fios de transmissão de eletricidade;
• Solução ácida(H₂SO₄) para banho eletrolítico;
• Solução para desengraxe;
• Fonte de tensão elétrica;
• Peça de Grafite (Cátodo);
• Peça de Alumínio;
• Anilina;
• Água destilada;
  
  

Figura 1:Fios de transmissão

Fonte:https://www.eletro-parts.com/produto_detalhes/p/TVRFeE1qST0=/El%C3%A9trica/KIT+Garra+Jacar%C3%A9

Figura 2: Exemplo de cuba eletrolítica

Fonte:http://www.alfaconnection.pro.br/fisica/fisicoquimica/eletrolise/conceitos-basicos/

Figura 3: Exemplo de fonte de tensão

Fonte:http://eletronicadidatica.com.br/equipamentos/fonte_alimentacao/fonte_alimentacao.htm

Posteriormente será postado o orçamento inicial para a compra destes materiais.

Postado por: Guilherme Brandão da Cunha.

1º e 2º Testes

1º Teste:

A equipe realizou o primeiro teste do projeto na 4ª semana. Para a realização do teste foi necessário preparar as soluções que seriam utilizadas, elas foram preparadas no laboratório de química do SENAI CIMATEC. As soluções utilizadas foram 250mL de H₂SO₄ 20%, 600mL de H₂SO₄ 8,5%,  e 500mL de água destilada.

A solução à 20% foi usada para limpar a peça, o H₂SO₄ 8,5% na solução eletrolítica e a água destilada para auxiliar na limpeza, ser colocada com a anilina e também ser usada na selagem.

Ao realizar a anodização foi colocada uma corrente de 2,5A. Essa corrente é relativamente alta para  a dimensão da peça e para o tempo de 45 minutos, desta forma a peça de alumínio foi queimada e o próximo passo, a pigmentação, não ocorreu de forma eficaz, visto que além da peça ter sido queimada, também não foi aplicada uma temperatura ideal para abertura dos poros da camada de alumina que praticamente não foi formada. A figura 1 abaixo, mostra a peça após realização do primeiro teste:

Figura 1: Peça de alumínio apos realizar o 1º teste

Fonte: Própria

2º Teste:

A equipe realizou o segundo teste do projeto na 5ª semana. Para a realização do teste foi necessário preparar as soluções que seriam utilizadas. Estas foram preparadas no mesmo local do teste anterior. As soluções utilizadas foram 250 mL de NaOH 2,5 M, 500 mL de H₂SO₄ 0,19 M e 500 mL de água destilada.

A solução de NaOH foi usada para limpar a peça, o H₂SO₄ para a solução eletrolítica e neutralização na limpeza da peça e a água destilada para auxiliar na limpeza, ser colocada com a anilina, para a pigmentação, e também ser usada na selagem.

Ao realizar a anodização foi colocada uma corrente de 1 A, por ser ainda uma corrente alta para o tempo de 45 minutos e para o tamanho da peça, assim a peça de alumínio foi queimada novamente, além disso, o próximo passo, a pigmentação, também não ocorreu de forma eficaz, devido aos mesmos problemas citados no teste 1. No entanto como é possível observar na figura 2 abaixo, percebe-se que houve uma anodização e pigmentação na borda da peça, mas ainda assim o objetivo não foi alcançado.

Figura 2: Peça de alumínio apos realizar o 2º teste

Fonte: Própria

Postado por: Mateus Vieira de Azevedo