BRPI0911617B1 - Processo para remover um sistema de camadas de uma peça - Google Patents
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Abstract
procresso para delaminar peças e solução para delaminar. a presente invenção refere-se a uma mistura de material para separar um sistema de camadas de uma peça consiste em uma solução alcalina, aquosa, que contém entre 3 e 8% em peso, de kmno4 e, ao mesmo tempo, tem uma fração alcalina entre 6 e 15% em peso. a fração alcalina é formada em uma forma de concretização por koh ou naoh, em que o valor de ph encontra-se acima de 13. um processo de acordo com a presente invenção utiliza a mistura de material descrita acima para a delaminação química por via úmida de camadas de material duro do grupo: aicr metálico, tialcr bem como outras ligas de aicr; seus nitretos, carbetos, boretos, óxidos ou sua combinação.
Description
[001] A presente invenção se refere ao campo da decapagem química por via úmida de peças, especialmente de ferramentas e componentes, que são revestidos com uma camada de material duro. Um foco particular é a decapagem de camadas de material duro, que contêm óxidos, especialmente óxidos de cromo-alumínio (camadas de AlCrO).
[002] Na usinagem de metais, há muito tempo é normal usar ferramentas revestidas, visto que, comparadas com ferramentas não revestidas, essas apresentam propriedades aperfeiçoadas sob vários pontos de vista: temperaturas de uso elevadas, maiores velocidades de corte, durações mais longas, estabilidade à aresta, resistência à corrosão e assim por diante. Contudo, camadas otimizadas para proteção ao desgaste e dureza também são usadas em outros componentes, que são expostas a condições comparáveis quando em uso e, consequentemente, requerem as mesmas propriedades; exemplo são peças de rolamento e componentes para a indústria automobilística, tais como pistões revestidos, injetores e outros.
[003] Associado com o revestimento, apresenta-se o problema da decapagem, aqui principalmente para peças, cujo revestimento ou é defeituoso ou - no caso das ferramentas - que devem ser deslaminadas, reformadas e novamente revestidas.
[004] As múltiplas exigências de uso resultam em toda uma série de camadas especializadas e sistemas de camadas que, por seu lado, trazem consigo diversas exigências de decapagem. A decapagem deve ser econômica (rápida, não ter aparelhos complicados, materiais de consumo favoráveis, ser aplicável para o maior número de camadas possíveis), seguro (se possível, poucos materiais perigosos), agradável ao meio ambiente e especialmente a ferramenta portadora de camada ou o componente não pode ser danificado pela decapagem.
[005] Do estado da técnica, especialmente para revestimentos contendo titânio, tal como TiN, TiCN, TiAlN, são conhecidas inúmeras preparações para processos e soluções de decapagem química por via úmida. Na maioria, esses se baseiam em peróxido de hidrogênio com um estabilizador. A EP 1.029.117 propõe um processo de decapagem, no qual são usados peróxido de hidrogênio, uma base e pelo menos um ácido ou o sal de um ácido.
[006] O pedido de patente DE 4339502 descreve a decapagem livre de destruição de substratos de metal duro, revestidos, entre outros, com camadas de TiAlN. As vantagens em relação aos processos anteriores são indicados para que além dos formadores de complexos e estabilizadores usuais, inibidores com a finalidade de proteger contra corrosão, também são empregadas outras substâncias auxiliares, bem como a solução é ajustada para um valor de pH, que na interação com os outros reagentes, impede uma separação de Co da peça. As desvantagens dessa solução são a duração comparativamente longa da decapagem para TiAlN e outros revestimentos, o uso de produtos químicos relativamente alto e os custos associados com isso, as formulações e condições de reação relativamente complicadas (porque devem ser exatamente mantidas), bem como o uso de reagentes fluoríticos.
[007] No WO 2005/073433 propõe-se, para melhorar o comportamento de decapagem, aplicar uma camada contendo cromo ou alumínio sobre um substrato e delaminar a peça com uma solução alcalina, que contém um agente de oxidação forte, por exemplo, uma solução de permanganato. Propõe-se especialmente, no caso de desejar separar camadas de metais duros muito sensíveis ao meio alcalino, com altas concentrações de permanganato, tais como cerca de 20 a 50 g/l, ajustar um valor de pH de aproximadamente 7, para separar as camadas. Para delaminar peças insensíveis às soluções alcalinas, tais como substratos de aço e muitas outras ligadas contendo ferro, recomenda-se uma faixa de pH mais elevada entre 9 e 14, bastando uma concentração de permanganato mais baixa, por exemplo, entre 10 e 30 g/l, para obter uma decapagem completa de camadas de AlCrN com uma espessura de 2 a 10 μm também à temperatura ambiente (cerca de 15 a 30oC) dentro de 15 a 60 minutos. Para uma concentração de permanganato acima de 30 g/l indica-se, que a velocidade de decapagem seja novamente aumentada.
[008] Na prática verificou-se, que as soluções recomendadas no WO 2005/073433, por exemplo, exemplo 5 com os componentes principais 20 g/l de NaOH e 20 g/l de KMnO4, não são ótimas para camadas modernas de AlCrN, tal como a Balinit Alcrona conhecida no mercado. Visto que essas camadas permitem uma temperatura de aplicação máxima acima de 1000oC, presume-se que, dependendo do emprego de fato, o oxigênio se armazena na camada de AlCrN e com isso, ela se torna mais densa. Com isso, o comportamento de decapagem piora marcadamente.
[009] O mesmo problema ocorre fundamentalmente em camadas de AlCrO (óxido de cromo-alumínio), que de modo algum podem ser delaminadas com uma solução de acordo com o exemplo 5 tal como prescrito.
[0010] Além disso, sabia-se, que devido à sensibilidade de metais duros em relação às soluções fortemente alcalinas não é possível obter qualquer solução de decapagem econômica, universal para aços e metais duros para esse setor dos revestimentos de material duro.
[0011] Por conseguinte, o objeto da invenção consiste em indicar um processo para a decapagem ou uma solução de decapagem, que permitem remover, de maneira econômica, camadas de material duro de pelo menos AlCr, AlCrN e/ou AlCrO de uma peça, sem danificar substancialmente a própria peça.
[0012] De acordo com a invenção, esse objeto é resolvido por uma mistura de material para separar um sistema de camadas de uma peça, em que a mistura de material é preparável como solução alcalina aquosa, com 3 a 8% em peso, de KMnO4, preferivelmente entre 3 e 5% em peso, de KMnO4 e, ao mesmo tempo, apresenta uma fração alcalina entre 6 e 15% em peso, preferivelmente 6 e 12% em peso. Em uma forma de concretização preferida, a solução contém 4% em peso, de KMnO4, sendo que, ao mesmo tempo, a fração alcalina encontra-se entre 8 e 11% em peso, preferivelmente em 10% em peso. Em uma forma de concretização, a fração alcalina é formada por KOH ou NaOH, em que o valor de pH da solução encontra-se acima de 13, preferivelmente acima de 13,5.
[0013] Uma peça, que deve ser submetida a um processo de acordo com a invenção, apresenta um sistema de camadas sobre a peça, que compreende pelo menos uma camada que, por seu lado, apresenta pelo menos um dos seguintes materiais: AlCr metálico, TiAlCr, bem como outras ligas de AlCr; ou um deles, nitretos, carbetos, boretos, óxidos ou sua combinação, bem como óxidos de alumínio. O processo para separar esse sistema de camadas de acordo com a invenção, prevê a introdução da peça em uma solução de decapagem de acordo com a descrição acima e o tratamento desta ali por um tempo preestabelecido. A solução pode ser movimentada durante o tratamento, por exemplo, por agitação ou movimentando a peça. O tratamento é preferivelmente efetuado à temperatura ambiente, por exemplo, entre 15 e 30oC, mas também a temperaturas mais elevadas, por exemplo, até 60 ou 70oC.
[0014] Além disso, é possível efetuar etapas de pré- ou pós- tratamento, que envolvem, por exemplo, tratamentos superficiais químicos ou mecânicos. Entre esses, incluem-se pelo menos uma das seguintes possibilidades de tratamento: enxágue, purificação, tratamento com ultrassom, secagem, radiação, escovação, tratamento térmico.
[0015] A seguir, são utilizadas diversas abreviações. Os materiais 1.2379, ASP2023 (1.3343), 1.2344, SDK (1.3344) e QRS (1.2842) designam diversas variedades de aço, entre essas, aços de alta liga e aços rápidos. TTX, THM e TTR designam matrizes de estampar reversíveis de carbetos de tungstênio de diferente composição. "Helica" se refere a um material em camada à base de AlCr, que é conhecido no mercado pelo nome comercial Balinit® Helica. "Alcrona" designa um revestimento de AlCrN, que está no mercado como Balinit® Alcrona.
[0016] Como soluções de decapagem foram usadas: - uma solução de acordo com o estado da técnica, tal como descrito acima, com 2% de KMnO4 e 2% de NaOH, designação a seguir: 2K/2Na. - Uma primeira solução de acordo com a presente invenção com 4% de KMnO4 e 10% de NaOH, designação a seguir: 4K/10Na. - Uma segunda solução de acordo com a presente invenção com 4% de KMnO4 e 10% de KOH e, designação a seguir: 4K/10K.
[0017] É indicado quantos corpos de teste puderam ser completamente delaminados, em cada caso, em 50 mL de solução
[0018] Um critério importante, além disso, é com que intensidade uma solução corrói a superfície do respectivo material básico ou peça. Nas seguintes tabelas indica-se qual composição superficial apresentou corpos de teste não revestidos, que foram expostos por uma hora à respectiva solução. Para comparar, indicam-se também valores de uma solução de 2K/2Na. As frações de certos elementos na superfície do corpo de teste foram medidas por meio de EDX (espectroscopia de raios X de energia dispersa, um processo da analítica do material). Solução de 2K/2Na. Todos os dados numéricos em % em peso Tabela 2 Solução de 4K/10K. Todos os dados numéricos em % em peso Tabela 3 Solução de 4K/10Na. Todos os dados numéricos em % em peso Tabela 4 Solução de 2K/2Na. Todos os dados numéricos em % em peso Tabela 5 Solução de 4K/10K. Todos os dados numéricos em % em Peso Solução de 4K/10Na. Todos os dados numéricos em % em Peso
[0019] Para esse fim, os tempos de decapagem para vários corpos de teste e várias camadas foram determinados em condições comparáveis, padronizadas. A tabela indica, em quanto tempo (minutos) uma camada com 4 μm de espessura é completamente removida da peça.
[0020] Todos os valores da tabela em minutos: Tabela 8
[0021] Corpos de teste (pistões) com um revestimento de carbeto de tungsténio de 0,8 μm com alta fração de carbono, foram delaminados com 4K/10Na e 4K/10K. Após um tempo de ação de 12 horas com 4K/10K, o corpo de teste estava delaminado, com 4K/10Na ainda não.
[0022] Os corpos de teste (fresas de metal duro bilabiais, diâmetro de 8 mm, camada Alcrona) foram expostos por 30 minutos à solução de decapagem e, em seguida, irradiados com granalha F500 a 2 MPa(3 bar). A remoção em μm foi medida. Em seguida, a peça é novamente revestida, delaminada, medida e assim por diante. A seguinte tabela mostra a remoção em μm. Tabela 9
[0023] Metais duros convencionais ou metais de carbeto sinterizados consistem em 90-94% de carbeto de tungstênio como fase de reforço e 6-10% de cobalto como adesivo/fase adesiva. No processo de sinterização, o adesivo funde devido ao seu ponto de fusão mais baixo (em comparação com o carbeto) e une os grãos de carbeto. Há variantes de materiais, que além de carbeto de tungstênio contêm, além disso, TiC (carbeto de titânio), TiN (nitreto de titânio) ou TaC (carbeto de tântalo), com uma fase adesiva de Ni, Co ou Mo. Exemplos desses metais duros designados como cermets são os materiais TTX e TTR citados nesse pedido de patente (TTX: 60% de WC, 31% de TiC+Ta (Nb)C+9% de Co).
[0024] No processo de decapagem, portanto, principalmente a obtenção da fase adesiva é crítica, a solução de decapagem não pode separar a própria ferramenta. Por isso, o estado da técnica também propõe, evitar meio fortemente alcalino ao separar camadas de material duro de metais duros.
[0025] Tal como provado em testes acima, apesar do preconceito do mundo profissional, de não submeter os metais duros a soluções de decapagem fortemente alcalinas, pode ser indicada uma tal solução. Tanto 4K/10Na e 4K/10K apresentam um valor de pH acima de 13 e, não obstante, prejudicam a fase adesiva de cobalto nos corpos de prova de metal duro de acordo com a tabela 4 e 5 com exceção de um caso (TTX em 4K/10K) nitidamente menos do que a solução de acordo com o estado da técnica 2K/2Na.
[0026] A tabela 7 mostra, na verdade, que na aplicação inicial das soluções 4K/10Na e 4K/10K realiza-se uma remoção mais forte do substrato do que na solução de acordo com o estado da técnica. Durante o tempo, contudo, resulta que especialmente a solução 4K/10K causa somente uma remoção insensivelmente superior a 4I/10Na. Isso é admirável, pois no fundo, a alta fração de hidróxido de potássio deveria atacar o material básico com maior intensidade do que a solução, ademais, comparável com hidróxido de sódio.
[0027] Como hipótese esclarecedora poderia servir a seguinte consideração: quando a solução 4K/10K é preparada formam-se cristais verdes na preparação fresca, que são um indício para a formação de manganatos(VI) através da reação na solução de permanganato com muito hidróxido de metal alcalino. Esses cristais dissolvem-se outra vez quando a solução de decapagem é usada.
[0028] Dessa maneira, supõe-se que, com isso, o permanganato é retirado de uma solução fresca através da reação para manganato(VI), o que diminui a agressividade mais elevada propriamente esperada de 4K/10K. Durante o uso, os cristais de manganato(V) dissolvem-se outra vez, dessa maneira, por um lado, estão diretamente à disposição em solução como agente de oxidação; por outro lado, na lixívia de potassa também pode ser efetuada uma outra reação para permanganato. Em outras palavras, a solução de decapagem 4K/10K regenera-se no próprio uso. Essa hipótese é apoiada pelos resultados experimentais da tabela 7, bem como também da tabela 1.
[0029] Na aplicação sobre aço, a imagem é mais heterogênea, mas também aqui pode ser verificado, que as soluções de acordo com a invenção, são seletivamente menos agressivas do que o esperado pela composição química.
[0030] Em relação à eficácia, assim mostra a tabela 1, que as soluções de acordo com a invenção, no corte, são duplamente tão eficazes e permitem tempos de ação significativamente mais curtos (tabela 6).
[0031] Como se sabe, o dióxido de manganês precipita no processo de separação da solução de permanganato. Por isso, às vezes pode ser necessário, remover resíduos de MnO2 da superfície da peça após a decapagem química por via úmida. Isso pode ser efetuado de maneira conhecida por meio de um banho de ultrassom, sendo que para o suporte é possível aplicar um ácido fraco ou uma solução tampão em faixa ácida até levemente alcalina da pós-produção.
Claims (3)
1. Processo para remover um sistema de camadas de uma peça, sendo que o sistema de camada sobre a peça compreende uma ou mais camadas, que inclui um ou mais materiais dentre AlCr metálico, TiAlCr e outras ligas de AlCr; e um dos nitretos, carbetos, boretos, óxidos destes ou combinações do mesmo, e óxidos de alumínio, o referido processo sendo caracterizado pelo fato de que: a peça é posicionada em uma solução de decapagem e permanece na mesma para tratamento por um tempo predeterminado adequado, sendo que a solução de decapagem é uma solução alcalina aquosa com permanganato de potássio KMnO4, sendo que a dita solução contém 4% em peso de KMnO4, e, ao mesmo tempo, o teor alcalino da dita solução está entre 8 e 11% em peso, sendo que a fração alcalina é formada por KOH ou NaOH, e sendo que o valor do pH da dita solução está acima de 13.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução de decapagem está a uma temperatura entre 15 e 30oC.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução de decapagem está a uma temperatura de até 60oC.
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