A maior utilização de materiais mistos na construção de veículos exigiu mudanças no processo de pré-tratamento
O tratamento inicial que uma carroceria de metal nua recebe é fundamental para alcançar os principais parâmetros de desempenho de todas as operações subsequentes de revestimento e pintura, obviamente, proteção contra corrosão e adesão da tinta. Durante muitas décadas, esse primeiro processo foi o fosfato de zinco; a carroceria de aço era imersa em um banho de ácido fosfórico, gerando propriedades da superfície que aumentavam a eficácia do subsequente processo de revestimento eletrodutivo.
Mas a tendência crescente para o uso de maiores quantidades de alumínio na construção de veículos, com a finalidade de leveza, tornou esse processo menos atraente em termos de custo e eficiência ambiental. Tinha o efeito colateral de gerar quantidades inaceitavelmente grandes de lama de lixo, o que torna ineficaz o processo de várias formas, como também a necessidade de operações de limpeza que interrompem a produção.
No entanto, em colaboração com vários fabricantes de veículos, a empresa de tecnologia de materiais Henkel desenvolveu um processo de dois passos para resolver o problema, agora comercializado sob o nome Bonderite. De acordo com Peter Kuhm, diretor de negócios da empresa, o tratamento de superfície na Europa data de 2000-2001, quando a tecnologia foi desenvolvida com a JLR no Reino Unido. Em de 2006 a 2008, uma versão otimizada foi desenvolvida, que agora se espalhou pela indústria automotiva global, com usuários incluindo a operação de fabricação de caminhões da Ford em Dearborn, Michigan e as plantas da FCA em Cassino e Millefiori na Itália.
Durante a fosfotação convencional, um metro quadrado de material galvanizado pode produzir 0,5 g de lodo, uma área de aço similar pode produzir 3-4g e o alumínio pode resultar em 10-15g
Kuhm explica que houve uma diferença acentuada entre a forma como o aço e o alumínio reagiram ao processo anterior: um metro quadrado de material galvanizado pode produzir 0,5 g de lodo, uma área similar de aço pode produzir 3-4g e o alumínio resultaria em 10-15g.Um aumento significativo na proporção de alumínio em uma carroceria de carro, portanto, produziria muito mais lodo e exigiria uma melhor filtragem para removê-lo.
Na fosfatação convencional, explica Kuhm, a superfície do metal imerso é gravada pelo ácido, liberando íons metálicos. Quando esse metal é aço, os íons de ferro são produzidos e formam a lama resultante, que possui uma composição "leve, fofa". Simultaneamente, o conteúdo de zinco do banho forma um revestimento cristalino de zinco-fosfato no metal que dá o nome ao processo. O lodo produzido por alumínio, composto de fluoreto de sódio e potássio de alumínio, é muito mais denso e mais difícil de remover do fluido. Além disso, um fluxo de fluido muito maior é necessário para evitar que ele se assente no fundo do tanque de imersão.
Encontrando uma fórmula melhor
A primeira etapa do processo desenvolvido pela Henkel, portanto, usa uma composição de fluido ligeiramente diferente para mitigar as piores consequências do processo convencional em qualquer alumínio presente. De acordo com a Kuhm, a nova formulação cria um revestimento em alumínio com poucos nanômetros de espessura e inibe o ataque químico, reduzindo a metade da quantidade de lodo produzida pelo metal e evitando a deposição indesejada de cristais de fosfato de zinco na superfície; os requisitos de filtragem subsequentes são reduzidos em conformidade. O revestimento de aço, porém, permanece como antes.
Tal como acontece com a fosfatação convencional, o segundo estágio, que ocorre após dois ciclos de enxaguamento, é um processo de passivação que protege a quantidade muito pequena de aço que é deixada descoberta pelas fendas que ocorrem naturalmente entre os cristais em sua superfície. O processo da Henkel utiliza uma formulação modificada baseada em química complexa de zircônio, que Kuhm diz "age como um revestimento de conversão", cumprindo a função de passivação original para o aço e fornecendo um revestimento anti-corrosão de óxido de zircônio para alumínio. Um benefício adicional é o menor teor de flúor nas águas residuais, o que simplifica o tratamento subsequente de resíduos. Exatamente o mesmo processo pode ser realizado com 100% de carrocerias de alumínio, o que agora é o caso da JLR.
O resultado é, afirma Kuhm, uma carroceria de carro completa com propriedades anti-corrosão e adesão de tinta que são pelo menos iguais às obtidas por fosfatação convencional, mas alcançadas de forma mais eficiente e econômica. Um OEM usuário reportou oficialmente que, em ambas as partes, considera o desempenho do novo processo como superior ao procedimento convencional. A Henkel também coletou métricas de desempenho comparativas quantificáveis, incluindo economias de energia. Estas resultam da temperatura mais baixa na qual o tanque de fosfatação inicial precisa operar (46-48°C em vez de 53-56°C) e o fato de que não é necessária cozedura no forno após o processo em duas etapas; a carroceria do carro tratado é "molhado sobre molhado" no estágio de revestimento eletrônico.
Além disso, a transição do processo convencional para otimizar os dois passos não exige investimentos de capital significativos em novos equipamentos. Como Kuhm diz, "terminar com o processo antigo numa sexta-feira à tarde e começar na segunda-feira seguinte de manhã" é uma perspectiva realista. O processo convencional também requer dois tanques, de modo que as únicas modificações são a substituição do fluido de fluoreto inferior no primeiro tanque da mistura e uma química ligeiramente alterada no tanque de passivação. A composição do fluido no tanque de fosfatação deve ser monitorada - especificamente, o nível do aditivo para qual depende a eficácia do processo - mas, se necessário, pode ser realizado nos próprios laboratórios da Henkel como um serviço off-line.
Caso contrário, todos os parâmetros são os mesmos que antes; não são necessárias novas condições ambientais ou habilidades de força de trabalho, e os tempos em processo para veículos são semelhantes ou ligeiramente mais curtos. O que tudo isso acrescenta, diz Kuhm, é uma economia de cerca de €1,50-2,50 ($1,75-2,90) por carroceria de veículo tratado. Dado que a figura correspondente para o processo convencional é de cerca de €10, esta é uma redução de até 25% e se torna uma economia substancial quando agregada ao longo do tempo em um contexto de produção de alto volume.
Procurando novas melhorias
O processo otimizado manteve-se constante desde que foi introduzido pela primeira vez pouco menos de uma década atrás, mas Kuhm diz que a Henkel agora está empreendendo várias iniciativas de aprimoramento em cooperação com OEMs. Um desses objetivos é conseguir economias de energia melhoradas, reduzindo a temperatura de operação do banho de fosfato inicial para 40-42°C. Embora a identidade do fabricante de veículos não esteja sendo divulgada, a empresa é conhecida pelo alto nível de alumínio que agora incorpora nos seus veículos. A data-alvo para a introdução desta nova versão do processo é de cerca de dois anos a partir de agora. "Já funciona no laboratório", afirma Kuhm, acrescentando que é provável que três ciclos de testes de linha e avaliação subsequente ocorram antes do início para converter os procedimentos atuais.
Um close-up de uma superfície de carroceria de carro após fosfataçãoOutro projeto de aprimoramento visa desenvolver uma versão livre de níquel do processo e, portanto, melhorar a segurança, já que o níquel é altamente cancerígeno (ainda que penetrante no pré-tratamento da carroceria do carro). O objetivo é remover completamente o níquel do processo atual da Henkel, sem impacto em sua eficácia. Novamente, o parceiro de desenvolvimento permanece confidencial, mas a data-alvo para a introdução está muito mais próxima: no próximo ano. Kuhm confirma que os testes de linha envolvendo "vários milhares" de carrocerias de automóveis já ocorreram em uma das fábricas de automóveis.
Essa cooperação com um OEM é necessária para o efetivo aprimoramento do processo. "Você pode trabalhar com painéis em um laboratório, mas você precisa trabalhar com carrocerias de metais mistas para ter certeza", explica Kuhm ."Você precisa ter a experiência de linha". Mas ele enfatiza que toda propriedade intelectual relativa ao processo permanece com a Henkel e está disponível para qualquer cliente. A vantagem para o OEM em cada iniciativa de desenvolvimento é a antecipação que ganha em termos de implementação.
O fabricante de automóveis alemão Audi foi o parceiro chave da Henkel no desenvolvimento do processo otimizado que agora se tornou uma prática estabelecida em toda a indústria. A empresa continua a usar a tecnologia, confirma Michael Michallek, planejador de produção especializado em corrosão na Audi. "O processo em duas etapas é usado, entre outros processos de pré-tratamento, em três plantas da Audi no momento", relata. "Este processo foi desenvolvido especialmente para os requisitos de alta qualidade da Audi e a versão anterior nunca foi usada na Audi".
De acordo com Michallek, o impulso para o desenvolvimento e adoção do processo foi o desejo da Audi de usar quantidades crescentes de alumínio em seus veículos. "Os benefícios nos custos de processo e as melhorias ambientais apenas foram efeitos colaterais positivos", ele relata, acrescentando que a adoção do processo é direta, com operadores simplesmente precisando ser instruídos nos novos parâmetros do processo. O objetivo principal é o de facilitar o uso de alumínio na construção de veículos, e, no que diz respeito a Audi, o processo faz exatamente isso. "A proporção de alumínio nas carrocerias de carros Audi varia de zero a quase 100% e este processo pode ser usado para todas as proporções do material", afirma Michallek.
