Colagem de metais diferentes: como escolher o adesivo certo

Recentemente, publicamos artigos detalhados sobre a colagem de vários metais, incluindo alumínio, cobre e aço inoxidável. A união de metais com adesivos segue um padrão bastante semelhante: limpar e preparar bem a superfície, de preferência usar um primer, e depois colar. A colagem de metais diferentes, como alumínio e cobre, segue etapas parecidas, mas traz um desafio a mais em comparação com a colagem de duas peças do mesmo metal. Neste artigo, vamos explorar os fatores que você precisa levar em conta ao colar metais diferentes e como escolher o adesivo certo para a sua aplicação.

Por que unir metais diferentes?

Os produtos modernos raramente são feitos de apenas um material. No caso dos metais, cada um traz características diferentes — alguns oferecem ótima condutividade elétrica, outros têm excelente resistência à corrosão e à ferrugem, alguns são leves, enquanto outros são mais fáceis de usinar e moldar. Uma grande vantagem de incorporar adesivos no design do seu produto é que você ganha muito mais liberdade e flexibilidade na escolha dos materiais — assim, você pode escolher livremente os melhores metais para atingir o objetivo do seu produto.

Onde os metais diferentes são unidos? Aplicações na vida real

Existem muitas aplicações na vida real em que metais diferentes entram em contato uns com os outros. Alguns exemplos incluem:

• Baterias de veículos elétricos — nas baterias de veículos elétricos, os coletores de corrente de cobre são conectados a abas ou barramentos de alumínio. A condutividade elétrica superior do cobre se combina com as propriedades de leveza e custo-benefício do alumínio.
• Chassis de carros — outra aplicação automotiva é a união de painéis de alumínio a chassis de aço de alta resistência. A leveza do alumínio melhora a eficiência de combustível, enquanto a resistência e a durabilidade do aço aumentam a segurança em caso de colisão.
• Fuselagens de aeronaves — seções do revestimento de titânio são coladas ou fixadas a subestruturas de alumínio em aeronaves de alto desempenho para oferecer resistência ideal à tensão e à temperatura.
• Encanamento — conexão de tubos de água de cobre a conexões de aço ou latão.

Em todos os exemplos acima, escolhe-se metais diferentes porque cada um complementa o outro e melhora o desempenho geral do produto final.

Desafios na união de metais diferentes

Assim como os plásticos, os diferentes metais têm características distintas. Ao contrário do que acontece na colagem de peças do mesmo metal, quando se colam metais diferentes, surgem certos fatores que precisam ser levados em conta na colagem com adesivos. Os mais importantes deles são:

Incompatibilidade de expansão térmica

Provavelmente, essa é a questão mais importante a se levar em conta. Todo material tem seu próprio coeficiente de expansão térmica, ou CTE, pra encurtar. Esse número mostra o quanto um material vai se expandir quando aquecido e se contrair quando resfriado. Um valor mais alto de CTE indica maior expansão e contração com o aquecimento e o resfriamento, e vice-versa. Ao unir metais iguais, tipo aço com aço, o CTE não importa tanto, já que a taxa de expansão e contração entre as peças é a mesma. Com metais diferentes, porém, um pode se expandir e contrair mais com as mudanças de temperatura do que o outro, o que aumenta a tensão na área da junção. Por exemplo, o titânio tem um CTE de cerca de 8,6, enquanto o do alumínio fica em torno de 23, o que significa que o alumínio se expande cerca de 3 vezes mais que o titânio com o calor. Uma incompatibilidade muito grande, combinada com o adesivo errado, pode facilmente levar à falha da colagem com o tempo.

Risco de corrosão galvânica

Corrosão galvânica (também conhecida como corrosão por metais diferentes) é um processo em que um metal sofre corrosão quando entra em contato elétrico com outro, na presença de um eletrólito. Para que isso aconteça, é preciso um líquido condutor, já que ele atua como eletrólito. O metal menos reativo dos dois age como ânodo, atraindo elétrons, enquanto o mais reativo libera elétrons e sofre corrosão. Vamos imaginar uma situação em que o aço e o alumínio estejam em contato direto um com o outro, e a umidade tenha entrado na junção. Nesse caso, por ser o metal mais reativo, o alumínio começaria a se corroer aos poucos — e isso mesmo o alumínio sendo conhecido por sua resistência à corrosão!

O projeto da junta é mais importante

Considerando as diferenças no CTE mencionadas acima, ao projetar uma junta entre metais diferentes, é particularmente importante maximizar as forças de cisalhamento e/ou compressão e evitar juntas de descascamento ou clivagem. Isso minimiza a tensão e a pressão na junta adesiva após a cura.

Como resolver esses desafios

Em caso de incompatibilidade de expansão térmica, escolha um adesivo reforçado. Muitos epóxis se enquadram nessa categoria. Um adesivo epóxi reforçado com boa resistência ao cisalhamento e/ou ao descolamento terá a flexibilidade e a resistência à tensão necessárias para absorver o impacto das diferenças de expansão e contração térmicas. Se a alta resistência não for uma prioridade tão grande, usar um adesivo epóxi modificado também oferece excelente flexibilidade para lidar com incompatibilidades de CTE — procure os adesivos Permabond com a sigla “MT-”. Outra coisa que ajuda nesse caso é usar uma camada mais espessa de cola entre os metais diferentes, já que isso adiciona mais “volume” para acomodar os movimentos causados pela tensão.

Para evitar a corrosão galvânica, é essencial garantir uma vedação completa da área de união. Isso é especialmente importante se a aplicação tiver chances de ficar exposta à água ou à umidade — a água do mar é particularmente problemática por causa do alto teor de sal (eletrólito). Felizmente, basta usar adesivos para que isso fique bem mais fácil de conseguir. Fixadores mecânicos muitas vezes não garantem uma vedação de 100%, enquanto o adesivo certo, aplicado da maneira correta, quase sempre garante. Uma linha de colagem mais espessa também ajuda nesse caso, pois pode reduzir a condutividade elétrica entre os dois metais e evita o atrito, um processo em que as moléculas nas duas superfícies metálicas se esfregam umas nas outras, levando, eventualmente, à corrosão.

Em termos de projeto de juntas, ao usar adesivos, o ideal é projetar juntas que fiquem sob cisalhamento ou compressão e evitar juntas sujeitas a descolamento ou clivagem. Isso ajuda a distribuir a tensão de maneira mais uniforme pela área de colagem. Não se esqueça de deixar espaço para uma espessura ideal da camada de adesivo, pois isso vai ajudar a evitar tensões causadas pela incompatibilidade de CTE.

Mas não dá pra eu simplesmente soldar mesmo?

Talvez você esteja se perguntando se, em vez de ter que se preocupar com toda essa história de expansão térmica e corrosão galvânica, não seria possível simplesmente soldar dois metais diferentes?

A resposta é sim, mas muitas vezes dá trabalho. Em vez de pensar nos valores de CTE, na soldagem você tem questões metalúrgicas mais complexas para lidar, como os pontos de fusão de vários metais. Quando você quer soldar alumínio com aço, por exemplo, surge o problema de que o ponto de fusão do alumínio (~660 °C/1220 °F) é cerca de metade do do aço (~1350 °C/2500 °F). Então, antes mesmo de chegar ao ponto em que você conseguiria soldar o aço, o alumínio já teria derretido! Soldar metais mais parecidos, como aço carbono com aço inoxidável, é mais fácil, mas qualquer metal com pontos de fusão muito diferentes vai ser difícil de soldar.

Técnicas de soldagem mais avançadas, como a soldagem a laser, podem ser usadas pra isso, mas quando dá pra simplesmente usar um simples adesivo estrutural e conseguir resultados parecidos, a gente não sabe bem por que você iria querer fazer isso!

Os melhores adesivos para colar metais diferentes

Dito isso, vamos falar sobre os melhores adesivos para unir metais diferentes. De modo geral, a escolha certa depende dos metais que você vai unir, das condições ambientais e de temperatura, do tipo de junta e dos requisitos de resistência. Abaixo, listamos alguns dos adesivos mais usados para unir metais diferentes.

Epóxis

Se você está procurando o que há de melhor em resistência e durabilidade, um adesivo epóxi é uma ótima opção. Os epóxis oferecem altos valores de resistência ao cisalhamento e à descolagem, o que os torna super adequados para lidar com as diferenças de expansão e contração térmica entre metais. Considere Permabond ET5428 e seu produto irmão, o ET5429 para aplicações com metais diferentes, nas quais a alta resistência é importante e a diferença no CTE desempenha um papel significativo. Se você não se importar com uma cura mais lenta ou puder fazer a cura por aquecimento, o Permabond ET5441 foi desenvolvido para colar substratos diferentes e tem excelente resistência à temperatura. Além disso, ele aguenta muito bem os ciclos térmicos, minimizando a tensão na área da junção.

Os epóxis monocomponentes de cura por calor oferecem o máximo em resistência estrutural na colagem de metais diferentes, com resistência semelhante à da soldagem. Se a resistência é sua prioridade e você tem como fazer a cura por calor, recomendamos fortemente que considere um epóxi monocomponente para a sua aplicação. Tipos como o Permabond ES550 e o ES558 têm excelente resistência ao cisalhamento em metais.

Adesivos anaeróbicos

Os adesivos anaeróbicos podem ser uma ótima opção para unir metais diferentes. Isso vale especialmente se um dos metais tiver uma superfície mais ativa, como o cobre ou o latão. Como curam na presença de metal e na ausência de oxigênio, esses adesivos atingem uma cura rápida em espaços apertados. Eles são especialmente indicados para juntas roscadas e cilíndricas, onde o espaço é bem pequeno. Normalmente adequados apenas para unir materiais semelhantes, os adesivos anaeróbicos podem ser usados em técnicas de união por deslizamento, interferência e encaixe por contração em metais diferentes.

O Permabond F201 possui uma estrutura de núcleo-invólucro com reforço de borracha, o que o torna super adequado para suportar tensões e impactos. Seu produto irmão, o Permabond F201HV, oferece uma viscosidade mais alta com benefícios parecidos.

Adesivos acrílicos estruturais

Os adesivos acrílicos estruturais são outra excelente opção para colar metais diferentes. Além de oferecerem alta resistência em muitos metais, desenvolvemos vários adesivos acrílicos estruturais com uma tecnologia especial de adesão à superfície. Essa tecnologia permite que o adesivo cole superfícies metálicas sem preparação prévia, por exemplo, superfícies oleosas ou com camadas de óxido. Por isso, eles são especialmente interessantes para quem não pode fazer uma preparação extensa da superfície ou quer otimizar a eficiência.

Os produtos Permabond TA4207, TA4208 e TA4230 — que também oferecem resistência ao fogo — contam com essa tecnologia de adesão superficial. O Permabond TA4550 é outro ótimo candidato para colar metais diferentes, oferecendo a combinação rara de alta resistência e alta flexibilidade. Esse adesivo acrílico estrutural, desenvolvido originalmente para colar nylon, oferece resistência excepcional em muitos metais.

Cianoacrilatos

Os cianoacrilatos (também conhecidos como supercolas) são alguns dos adesivos de cura mais rápida que existem. Eles curam ao reagir com a umidade do ar e das superfícies dos materiais. Por curarem tão rápido, costumam ser mais indicados para colar peças menores. Eles não são tão adequados para lidar com grandes diferenças de expansão e contração térmica, mas são ideais quando você precisa de alta resistência em áreas de superfície pequenas.

Considere o Permabond 751 — um novo adesivo flexível, ideal para colar dispositivos médicos —, bem como o Permabond 737 e o 910 para colar metais diferentes.

A importância da preparação da superfície

Na colagem de metais, a preparação adequada da superfície é muito importante — e ainda mais quando se trata de colar metais diferentes. As diferenças na expansão e contração térmicas podem causar tensão adicional na ligação adesiva em comparação com a colagem de metais iguais; por isso, é essencial garantir que as superfícies estejam nas condições ideais para a colagem.

A menos que você opte por um dos nossos adesivos acrílicos estruturais de ativação superficial (como o TA4207 ou o TA4208) mencionados acima, siga estas etapas para preparar seus metais para a colagem:

• Limpe e desengraxe. Passe um pano com acetona, isopropanol ou o Permabond Cleaner A nas peças metálicas para remover poeira, óleos, impressões digitais e agentes desmoldantes. Recomendamos que você faça isso mesmo ao usar um acrílico estrutural ativado por superfície, para obter os melhores resultados.

• Lixe. A lixação com lixa ou papel de lixa (ou, como alternativa, jateamento com areia) ajuda a remover a camada de óxido presente em muitos metais. Também ajuda a “arranhar” a superfície e proporcionar mais aderência para o adesivo. Aplicar o primer Permabond 2K na superfície depois de lixar ajuda a garantir que a superfície metálica não comece a se reoxidar. Ele também atua como um promotor de adesão e garante uma colagem mais duradoura.

• Limpa de novo. Depois de lixar, limpa a superfície de novo para tirar qualquer resíduo.

• Colagem. Agora os teus metais estão prontos para a colagem. Se você usou o primer 2K, não precisa se apressar — as superfícies metálicas não vão reoxidar depois da lixação. Se você não usou primer, quanto mais cedo fizer a colagem, melhor; caso contrário, os metais vão se reoxidar e você vai ter que repetir o processo de lixamento de novo.

Perguntas frequentes (FAQs) sobre a colagem de metais diferentes

• Qual é o melhor adesivo para colar metais diferentes?
  

  Não existe um único adesivo ideal para todas as combinações de metais. Epóxis estruturais e acrílicos são opções comuns, enquanto cianoacrilatos e adesivos anaeróbicos podem ser adequados para determinados tipos de juntas e aplicações. É preciso levar em conta a temperatura, o tamanho da junta, a flexibilidade necessária e os metais que vão ser colados.

• Dá pra colar alumínio no aço com adesivos?
  

  Sim. Os adesivos conseguem unir alumínio ao aço com sucesso e podem oferecer vantagens em relação à fixação mecânica ou à soldagem. É preciso prestar atenção especial aos valores de expansão térmica diferentes e evitar a corrosão galvânica ao projetar a junta.

• Como você evita a corrosão galvânica ao unir metais diferentes?
  

  A corrosão galvânica requer contato elétrico entre metais diferentes e um eletrólito, como a água. Uma camada adesiva pode isolar eletricamente os dois metais e, ao mesmo tempo, ajudar a vedar a junção contra a umidade, reduzindo o risco de corrosão galvânica.

• A expansão térmica afeta as ligações adesivas entre metais diferentes?
  

  Sim. Os metais têm coeficientes de expansão térmica (CTE) diferentes, o que significa que eles se expandem e se contraem em graus diferentes conforme a temperatura muda. Adesivos mais resistentes ou flexíveis podem ajudar a compensar esse movimento diferencial e reduzir as tensões na junta.

• Metais diferentes precisam de preparação da superfície antes da colagem?
  

  Normalmente, sim. Remover óleos, contaminação e camadas superficiais frágeis geralmente melhora a confiabilidade da colagem. A preparação ideal depende dos metais e do adesivo usados; alguns adesivos acrílicos estruturais (como o Permabond TA4207, TA4208 e TA4230) são mais tolerantes a superfícies com preparação mínima ou levemente contaminadas do que muitos epóxis.

• Quanto tempo depois da lixação preciso colar as peças de metal?

  Isso depende do metal. Para aqueles que são muito propensos à oxidação, como o alumínio, as peças devem ser coladas o mais rápido possível após a lixação para evitar a reoxidação. Por outro lado, se você usar o Permabond 2K Primer durante o processo de lixação, você tem muito mais tempo!

• A colagem é melhor do que soldar ou fixar metais diferentes?

  
  Pode ser. Os adesivos distribuem a tensão por uma área maior, evitam o calor da soldagem, conseguem unir metais que são difíceis de soldar (como aço e alumínio) e isolam eletricamente metais diferentes. Os adesivos podem oferecer resistência semelhante à da soldagem e dos fixadores e são melhores para prevenir a corrosão galvânica entre metais.

Se você tiver alguma dúvida sobre a união de metais diferentes ou quiser conversar sobre a sua aplicação, entre em contato conosco.