Bruna Tamara da Silva é membro do Comitê Técnico de Metalurgia CTM – Conselho Regional de Química - IV Região.
Uma comparação entre tratamento de superfície em prata e em níquel para hastes metálicas em instrumento musical, neste artigo, em clarinete de madeira em Sib, em especial.
O que é música?
É a arte de manifestar os diversos afetos de nossa alma mediante ao som.
E o que isso tem a ver com tratamento superficial?
Descrevendo em poucas palavras sobre o clarinete de madeira em Sib, com 17 chaves/hastes metálicas, com aplicação do tratamento superficial niquelado – conforme mostra a Figura 1 (a seguir).
O clarinete ou clarineta é um instrumento musical de sopro constituído por um tubo cilíndrico. Possui uma boquilha cônica de palheta simples. Ele contém chaves ou, por assim dizer, hastes metálicas, e alcança registros graves, médios e agudos em seu sopro.
Tratamento Superficial e a Música
Uma comparação entre tratamento de superfície em prata e em níquel para hastes metálicas em instrumento musical, neste artigo, em clarinete de madeira em Sib, em especial.
Segundo as leis da física, todos os materiais existentes reagem à vibração gerando ondas sonoras que levam a um ruído ou som. Acontece que cada material ecoa de forma única e, no caso da madeira, o som produzido oferece a melhor ressonância, sonoridade e propagação do som entre todos os materiais naturais e sintéticos já conhecidos.
No caso de instrumentos de sopro, o que produz o som é a vibração da coluna de ar dentro do tubo. Ao soprar o instrumento, são geradas diversas frentes de ondas de ar, que se propagam dentro do tubo. Ao dedilhar o instrumento, os orifícios abrem e fecham, mudando o comprimento do tubo e gerando diferentes notas musicais.
Figura 1: Clarinete de madeira em Sib, com 17 chaves/hastes metálicas, com aplicação do tratamento superficial niquelado.
Além de observar o material do corpo, é importante verificar o material de fabricação da chave.
As chaves necessitam de um revestimento de tratamento de superfície para se manterem duráveis, bem como o revestimento contribui beneficamente para a emissão de um timbre bem mais focado e claro; em grande parte são utilizados tratamento superficial de níquel ou prata.
A utilização da prata
Para que possamos compreender o emprego do níquel e da prata, vamos discorrer sobre suas características físico-químicas, presença na natureza, aplicações, entre outras.
A prata é representada na tabela periódica com a simbologia Ag, seu nome em latim é ‘Argentum’, que se correlaciona com a aparência brilhante ou branca do metal. Possui como uma de suas principais características físicas; brilho intenso e coloração branca.
A prata pura tem a maior condutividade elétrica e térmica de todos os metais e retém essa propriedade na forma de filme fino galvanizado. É muito resistente à corrosão, devido a seu elevado potencial de redução, e também possui uma grande capacidade de reflexão de luz. É um metal mole, maleável e de fácil polimento, além de ser naturalmente antimicrobiana.
É resistente à água, ao ácido clorídrico, ao ácido sulfúrico diluído e frio, à maioria dos ácidos orgânicos, bases fortes e a quase todas as soluções salinas. Tem afinidade com o enxofre e suas combinações, formando sulfeto de prata, porém, sem perder a condutibilidade. Tem baixa resistência ao embaçamento.
A prata é conhecida desde os tempos antigos. Isso é mencionado na Bíblia, em Gênesis e Êxodo – o metal era obtido por um processo chamado Copelação, processo desenvolvido pelos caldeus, que consistia em fundir a mistura metálica, com posterior passagem de um grande fluxo de ar, resultando na oxidação de vários metais presentes, como cobre e chumbo, a prata era isolada, pois não sofre oxidação durante o processo.
Ela é um dos metais preciosos mais conhecidos, principalmente em razão da dificuldade de se encontrar esse tipo de minério e, portanto, sendo extremamente raro – em média, 55% se concentra em apenas quatro países.
A maioria das minas de prata do mundo está localizada no México, China, Peru e Polônia (Gráfico nº 01), sendo encontrada na natureza tanto na forma nativa, quanto na forma de minerais, como Argentita (Figura 2), Jalpaita (Figura 3), Acantita, etc. A forma pura da prata pode ser encontrada na crosta terrestre, com ocorrência de apenas 0,08 partes por milhão.
A prata em sua forma nativa é rara por ser um metal de transição, o que significa que apresenta alta tendência para a formação de compostos (às vezes misturada com ouro, mercúrio, arsênico e antimônio).
O minério de prata é encontrado, principalmente, como um composto e seu método principal de produção é um subproduto secundário do refinamento eletrolítico ou no refinamento nas minas de ouro. Suas principais fontes são: chumbo, zinco, cobre e outros minérios.
O histórico da aplicação do elemento prata está datado como sendo do início do Século 19, na produção de espelhos. A patente da aplicação em banhos galvânicos para chapeamento de prata foi obtida em 1840. Isso pode ser visto como o início da indústria de galvanoplastia. Esse banho ainda é um dos mais usados até hoje, e é o complexo de cianeto de prata dupla [KAg(CN)2] ou NaAg(CN)2, com excesso de cianeto livre. Os banhos à base de potássio são preferidos porque permitem deposição mais rápida, são mais tolerantes aos carbonatos, e a camada formada tem uma cristalização mais fina.
Ao longo dos anos, muitos outros banhos foram propostos, como os que envolvem nitrato, iodeto, tioureia, tiocianato, sulfamato e tiossulfato.
Primeira imagem: Argentita, principal minério de prata. Segunda imagem: Jalpaita, mineral de prata. Fonte: mindat.org
Gráfico 1 - Fonte: https://www.statista.com/statistics/253339/leading-silverproducing-countries
Apesar da grande variedade das formulações conhecidas, que trabalham em diversas condições, na prática, podem ser divididas em dois tipos:
• Banho de prata convencional. Também conhecido como lixiviação de cianeto, são bastante estáveis e fáceis de manter. Processo de simples deposição de prata, à base de cianetos. Esses depósitos são geralmente foscos, podendo chegar a semibrilhantes. A quantidade de carbonato formada aumenta a condutividade elétrica e a capacidade dispersiva do eletrólito. Durante a montagem do eletrólito, deve-se colocar certa quantidade de carbonato. O excesso desse produto é, porém, prejudicial ao depósito, tornando-o queimado e poroso.
• Banho de prata brilhante. A tendência de procurar obter camada de prata mais espessa, e com eliminação de polimento posterior, levou ao desenvolvimento de eletrólitos brilhantes. Devido à adição de diversos aditivos, geralmente sais organometálicos, foi possível a obtenção de grãos mais finos, obtendo-se, assim, camadas brilhantes. Os depósitos obtidos a partir desses eletrólitos são, além de brilhantes, mais resistentes à abrasão e ao enegrecimento, com dureza do depósito muito superior, além de serem quase isentos de porosidades. A composição desses banhos difere um pouco dos banhos convencionais, o conteúdo de prata é um pouco superior e o teor de cianeto é substancialmente maior. Geralmente dois aditivos são adicionados: o aditivo primário, que é o abrilhantador, e o secundário, que é o umectante.
Utilizando Níquel
O elemento níquel é representado na tabela periódica com a simbologia (Ni) e é classificado como metal de transição. Quando puro, apresenta brilho metálico cinza claro levemente dourado; sua obtenção se dá através da exploração dos minérios sulfetados e lateríticos, ambos com reservas e depósitos conhecidos – suficientes, em nível mundial, para a exploração por mais de 100 anos.
O níquel possui larga utilização na produção de aços inoxidáveis, juntamente com o cromo e o molibdênio, e na produção de ligas especiais, entre outras aplicações. No mundo, já foram identificadas reservas de minério de níquel em aproximadamente 20 países espalhados por todos os continentes, resultando em um teor global, médio, acima de 1%. As reservas de maior teor de níquel, a nível mundial, são estimadas em mais de 47 milhões de toneladas, suficientes por 45 anos, considerando a demanda atual de níquel – da ordem de 980 mil t/ano. Se forem considerados todos os depósitos, com reservas medidas e indicadas, esse montante atinge cerca de 130,6 milhões de toneladas.
Cuba detém o 1º lugar no que se refere às reservas mundiais de níquel, com 17,6% do total; seguida por Nova Caledônia, com 12%; Canadá, com 11%; e Indonésia, com 10%. O Brasil, com 4,5%, encontra-se em 10º lugar no contexto mundial, conforme Gráfico nº 02 (abaixo). Estima-se que, segundo os teores médios praticados, a demanda atual e as atuais reservas medidas e indicadas de níquel contido, dispõe-se de mais de 100 anos para exploração.
A galvanoplastia de níquel é uma técnica importante e versátil de acabamento superficial. Ao longo das últimas cinco décadas, foi possível tornar a produção eficiente de uma ampla gama de revestimentos industriais para suas derivadas aplicações. Níquel galvanizado é comercialmente importante, com mais de 150 mil toneladas depositadas anualmente em todo o mundo.
Gráfico nº 02 Fonte: Mineral Commodity Summaries – 1999 Nota: inclui reservas e indicadas em níquel contido.
Em muitas aplicações importantes, os revestimentos de níquel desempenham o duplo papel de fornecer um revestimento decorativo brilhante, proporcionando melhor resistência à corrosão ou outras propriedades funcionais.
As aplicações de galvanoplastia de níquel se enquadram em três categorias principais: decorativa, funcional e eletroformação.
• Níquel decorativo: O revestimento de níquel é amplamente utilizado em diversas aplicações decorativas. Nelas estão incluídos componentes para as indústrias automotiva, naval, eletrodomésticos, portas, móveis, ferragens, joias e uma grande variedade de itens de consumo. O principal objetivo do revestimento decorativo é melhorar a aparência e apelo dos artigos, no entanto, os revestimentos também podem ser obrigados a atender a requisitos com critérios rigorosos de desempenho. Os critérios podem incluir requisitos como adesão, ductilidade, resistência à corrosão, etc. Dependendo da aplicação e das condições de serviço.
• Níquel funcional: Apesar de o níquel ser mais comumente aplicado como revestimento brilhante – revestimentos altamente brilhantes são obtidos através do uso de agentes de adição adequados nas soluções de revestimento –, soluções modernas de revestimento de níquel brilhante exibem excelentes propriedades de nivelamento (elas têm a capacidade de ocultar linhas de polimento e outras imperfeições superficiais). Soluções de níquel brilhante são baseados na formulação ‘Watts’, com adição de aditivos abrilhantadores e niveladores, agentes de controle de tensão e agentes umectantes. Esses também podem incorporar branqueadores ou aditivos suplementares para suprimir os efeitos causados pelas impurezas.
A resistência à corrosão dependerá da espessura do revestimento e de outros fatores, incluindo a condição da superfície antes do revestimento. Na espessura mínima, os requisitos podem variar de 5μm – onde o níquel é usado como subcamada antes do ouro ou outros revestimentos – até 125μm ou mais, para aplicações que envolvam proteção de longo prazo ou condições corrosivas muito severas. As aplicações incluem equipamentos de processamento, cilindros gerais ou rolos de secagem e camisas de cilindro automotivo.
Em muitos casos, o níquel é aplicado para proporcionar corrosão e resistência ao desgaste. O níquel também é usado para recuperar componentes desgastados e, nesses casos, a espessura será determinada pela extensão do reparo necessário.
• Eletroformação: A eletroformação é o processo pelo qual os artigos são fabricados através da construção do metal por eletrodeposição sobre um mandril adequado, que é, posteriormente, removido. A eletroformação possui uma série de características que a tornam um processo de produção viável para aplicações específicas. Essas incluem:
• Reprodução, quando são necessários detalhes finos de superfície (por exemplo, a eletroformação de carimbos para a produção de discos compactos);
• Duplicação de texturas de superfície. Por exemplo, matrizes para reproduzir veios de madeira ou padrões de couro;
• Alto grau de precisão dimensional. Por exemplo, componentes de precisão;
• Capacidade de eletroformar formas que são difíceis e caras de produzir por qualquer outro método de fabricação. Como exemplo as telas de impressão rotativas.
Devido às suas excelentes propriedades mecânicas, estrutura de grão fino e boa resistência à corrosão, o níquel é o metal mais amplamente utilizado para eletroformação. Essas propriedades são particularmente úteis para a eletroformação de matrizes e moldes para peças e moldagem. Outras aplicações importantes para a eletroformação de níquel incluem ferramentas, guias de ondas de radar, máscaras de spray e uma ampla gama de componentes que seriam difíceis ou mais caros de fabricar por outros meios. Além disso, a eletroformação de níquel é utilizada na produção de folhas e produtos de malha – um procedimento especializado que envolve deposição contínua em um tambor giratório. Como uma ampla gama de artigos pode ser produzida por eletroformação, as técnicas variam consideravelmente de acordo com a aplicação específica.
Conclusão
As chaves/hastes do clarinete necessitam de um tratamento de superfície para se manterem duráveis e contribuir beneficamente para o som.
O tratamento superficial com a prata detém dificuldade para sua extração – apenas 1/3 das reservas mundiais de prata estão relacionadas a depósitos onde a prata ocorre como produto principal. Os outros 2/3 dessas estão associados como subproduto de minérios de ouro, de cobre, de chumbo e de zinco, com impacto na sua produção x custo, porém, tem o benefício de ser agente antibactericida.
Já o tratamento superficial com níquel, por sua vez, contribui beneficamente para a emissão de um timbre bem mais focado e claro, e sua reserva e extração mundial é uma técnica importante e versátil de acabamento superficial, tornando a produção eficiente de uma ampla gama de revestimentos industriais para suas derivadas aplicações.
REFERÊNCIAS
• https://beat360.com.br/melhores-clarinetes/ Acesso em: 20/11/2023.
• https://mindat.org/min-10.html Acesso em: 20/11/2023.
• https://mindat.org/min-2069.html Acesso em: 20/11/2023.
• https://www.statista.com/statistics/253339/leading-silver-producing-countries/ Acesso em: 20/11/2023.
• Mordechay Schlesinger, Milan Paunovic. Título do livro: Modern Electroplating - 5th ed. Edited by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, Nova Jersey, 2010.
• Andrade, Maria Lúcia Amarante de Cunha, Luiz Maurício da Silva Gandra, Guilherme Tavares Ribeiro, Caio Cesar. Níquel: novos parâmetros de desenvolvimento. Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (Brasil). Área de Operações Industriais 2. Gerência Setorial de Mineração e Metalurgia, Mai-2000. Disponível em: https://web.bndes.gov.br/bib/jspui/handle/1408/16922. Acesso em: 20/11/2023.
• Apostila curso básico tratamentos de Superfície ABTS.
Bruna Tamara da Silva é graduada em Tecnologia em Processos Químicos – Faculdade Padre Anchieta; Pós-graduada em Engenharia de Superfície e Tintas – Faculdades Oswaldo Cruz; Perita Técnica Judicial pelo Tribunal de Justiça de São Paulo; e Membro do Comitê Técnico de Metalurgia CTM – Conselho Regional de Química - IV Região; com experiência em tratamento superficial em indústrias do segmento metalúrgico voltado ao fornecimento para montadoras automobilísticas.
