ES2197110T3 - Composicion de baño para el pulido electrolitico del titanio, y su procedimiento de utilizacion. - Google Patents

Abstract

Composición de baño para el pulido electrolítico de una superficie metálica de titanio no aleado, caracterizado porque comprende: - ácido sulfúrico (solución de 95 a 98%): 20 a 40% vol., - ácido fluorhídrico (solución de 40 a 48%): 10 a 18% vol., y - ácido acético (solución de 90 a 100%: 42 a 62% vol., justo para modificar los equilibrios electroquímicos en la interfaz solución-metal, el ácido acético permitiendo controlar mejor la oxidación y la disolución de la superficie de titanio y de conducir a una auto-limitación de la disolución química de la superficie metálica.

Description

Composición de baño para el pulido electrolítico del titanio, y su procedimiento de utilización.

La presente invención consiste en una composición de baño para el pulido electrolítico de una superficie metálica de titanio no aleado, así como un procedimiento de utilización para este baño.

Por el término ``pulido'' se entiende un tratamiento encaminado a disminuir la rugosidad de una superficie metálica, y por lo tanto a aumentar el brillo con, como consecuencia, una menor sensibilidad a la corrosión.

Puestos a parte los medios mecánicos utilizados para este fin, (empleo de polvos abrasivos de granulometrías decrecientes, fabricaciones finas, esmerilados, etc.), existen igualmente técnicas basadas sobre la puesta en marcha de reacciones químicas y/o electrolíticas. Es por ello que hablamos de pulido químico cuando las reacciones engendradas no hacen referencia a una fuente exterior de corriente y de pulido electrolítico cuando las reacciones son bajo la dependencia de una fuente exterior de corriente, uno de los electrodos (en principio el que está conectado al polo positivo de la fuente de corriente eléctrica) estando constituida por la pieza a pulir.

La presente invención se sitúa en el contexto técnico del pulido electrolítico.

El pulido electrolítico se basa en dos reacciones simultáneas y antagonistas, en las que las velocidades relativas y los fenómenos de difusión en la superficie metal/solución controlan el proceso operativo. Una de estas reacciones es una reacción de disolución en el curso de la cual el metal pasa en solución en forma iónica; la otra reacción es una reacción de oxidación durante la cual se forma una capa de óxido más o menos protectora limitando por su presencia la evolución de la primera reacción. Estas dos reacciones, antagonistas y complejas, entran en competencia como consecuencia de una autolimitación del ataque químico de la superficie metálica en la que el pulido no es más que un resultado particular.

El pulido obtenido por vía electrolítica está sensiblemente influenciado por la viscosidad y/o la resistividad de electrolito puesto en marcha. Es sabido el haber recurrido a diversas composiciones de ácidos, principalmente composiciones a base de ácidos fluorhídrico, sulfúrico, nítrico, fosfórico en sus concentraciones diversas. Algunos de estos ácidos (por Ejemplo el ácido fluorhídrico) permiten la disolución de la capa de óxido formada sobre la superficie metálica, a pesar de que las otras (por ejemplo ácido fosfórico, sulfúrico, etc.) forman el medio viscoso necesario para la evolución del pulido electrolítico. Un control correcto de las concentraciones de los constituyentes de los electrolitos es indispensable para asegurar la evolución conveniente del proceso y determinar la duración de la vida de estos electrolitos.

Numerosas composiciones de baños de electro pulido son conocidas (ver por ejemplo US 3 766 030, US 3 864 238, US 5 591 320, US 5 565 084, etc). Algunas de estas composiciones conocidas son polivalentes y permiten tratar el titanio puro tan bien como sus aleaciones. Debido a ello, la calidad de acción de estos baños es el resultado de un compromiso y el pulido de las superficies metálicas tratadas no es óptimo.

La presente invención tiene pues esencialmente por objeto el proponer una composición de baño para el pulido electrolítico específico del titanio no aleado, de forma que se obtenga una superficie metálica teniendo un grado de pulido de alta calidad y medible así como para la forma de obtención por una elección apropiada de los parámetros eléctricos de puesta en marcha de la composición, de las superficies metálicas presentando una rugosidad predeterminable (regulable) y mesurable (por ejemplo para implantes corporales de titanio biocompatibles).

A tales fines una composición de baño para el pulido electrolítico de una superficie metálica de titanio no aleado se caracteriza, conforme a la invención, en que comprende:

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ácido sulfúrico (solución 95 a 98%): 20 a 40% en volumen, dicho ácido presentando ligeras propiedades oxidantes y una fuerte viscosidad;

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ácido fluorhídrico (solución 40 a 48%): 10 a 18% en volumen, este ácido dando origen a sales que son solubles; y

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ácido acético (solución de 90 a 100%): 40 a 62% en volumen, cercano a modificar los equilibrios electroquímicos en la interfaz solución metal-ácido acético permitiendo un mejor control de la oxidación y la disolución de la superficie de titanio, y de conducir a una auto-limitación de la disolución química de la superficie metálica, en la que el pulido de la superficie metálica es uno de los resultados.

Las características de solución y concentración de los ácidos sulfúrico y fluorhídrico se adaptan al tipo de metal a pulir (titanio no aleado).

Ninguna de las fórmulas conocidas del estado de la técnica en el contexto del pulido electrolítico no contempla la puesta en marcha del ácido acético para pulir específicamente el titanio. El ácido acético, a la vista de sus propiedades químicas (disociación débil, etc.), permite una mejor regulación de los procesos electroquímicos puestos en marcha durante la realización del pulido electrolítico de titanio.

De forma ventajosa podemos añadir además a la composición de baño precitada un agente de adición llamado ``humedecido catódico'', por ejemplo un gel cuaternario de amonio como cetiltrimetylamonio bromuro o un derivado sustitutivo como el exadecilpiridio bromuro a razón de 0,1 a 0,5 g/l. Este agente modifica la polarización de uno de los dos electrodos (fenómenos alternados de absorción y de desorción) en el medio y conduce a modificaciones de los fenómenos de doble capa. Resulta una mejora de la calidad de pulido con una menor pérdida de metal.

Para una puesta en marcha de la composición de baño precitada, se reunirán las condiciones siguientes:

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Temperatura de baño comprendida entre 20 y 22ºC, de forma que no se vea perturbado el equilibrio necesario entre la velocidad de oxidación y la velocidad de disolución de la capa de óxido formada;

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Densidad de corriente anódica de alrededor de 7ª/dm;

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Tensión eléctrica de pulido (tensión entre electrodos) alrededor de 11 voltios, estas características eléctricas (densidad de corriente y de tensión) estando adaptadas en función de la forma de las superficies a pulir y/o de la utilización eventual de ánodo(s) y auxiliar(es).

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Agitación moderada del baño, adaptable para cada aplicación específica, de forma que se respete la estabilidad de la capa viscosa en la interfaz del electrodo (superficie a pulir) y de la solución líquida (una agitación demasiado importante o insuficiente desestabilizaría esta capa interfacial y conduciría a malos resultados de pulido).

Gracias a lo cual la velocidad de disolución del titanio es de alrededor de 6 micrones/mn.

Gracias a los medios propuestos por la invención, es posible regular y controlar con una extrema precisión las condiciones de disolución electroquímica de la superficie metálica de titanio y estamos en condiciones de alcanzar un grado de pulido del titanio muy superior al que permitirían las técnicas conocidas hasta el día de hoy. Además, para fijar las ideas, a partir de una superficie de titanio bruto de laminado que presenta una rugosidad máxima de Rt del orden de 1 a 2 \mum y una rugosidad media Ra del orden de 0,1 a 0,15 \mum, es posible obtener, después del pulido electrolítico en las condiciones de la invención, una rugosidad máxima Rt del orden de 0,5 \mum y una rugosidad media Ra del orden de 0,05 a 0,10 \mum con un espesor disuelto de metal del orden de 50 a 100 \mum. Además y sobretodo por las condiciones de comportamiento del proceso de pulido electrolítico son perfectamente dominables de forma que se obtiene una rugosidad mesurable y predeterminable. Por ello el recurso a un agente de adición como se indica anteriormente permite para un mejor control de las condiciones de evolución del proceso, eliminar un espesor mínimo de metal para conseguir un valor determinado de rugosidad.

Un ejemplo específico de la composición mencionada anteriormente, sin agente de adición, es la siguiente:

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Ácido sulfúrico: solución a 98%; densidad 1,84; 25% vol.

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Ácido fluorhídrico: solución a 40%; densidad 1,10; 15% vol.

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Ácido acético glacial: solución a 100%; densidad 1,05; 60% vol.

De las medidas de rugosidad efectuadas sobre una superficie metálica de titanio no aleado, antes y después del pulido electrolítico, se dan los resultados siguientes (Rt= rugosidad máxima; Ra= rugosidad media):

\nobreak\vskip.5\baselineskip\centering\begin{tabular}{|l|l|l|}\hline
 Antes del pulido (superficie bruta de laminado)  \+ Rt = 1,80
 \mu m   \+ Ra = 0,176  \mu m \\\hline  Después del pulido (espesor
de metal disuelto = 22  \mu m)  \+ Rt = 0,670   \mu m  \+ Ra = 0,080
 \mu m \\\hline  Después del pulido (espesor de metal disuelto = 59
 \mu m)  \+ Rt = 0,396   \mu m  \+ Ra = 0,057  \mu m \\\hline 
Después del pulido (espesor de metal disuelto = 116  \mu m)  \+ Rt =
0,432   \mu m  \+ Ra = 0,80  \mu m
\\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip

Claims (4)

1. Composición de baño para el pulido electrolítico de una superficie metálica de titanio no aleado, caracterizado porque comprende:

-

ácido sulfúrico (solución de 95 a 98%): 20 a 40% vol.,

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ácido fluorhídrico (solución de 40 a 48%): 10 a 18% vol., y

-

ácido acético (solución de 90 a 100%: 42 a 62% vol., justo para modificar los equilibrios electroquímicos en la interfaz solución-metal, el ácido acético permitiendo controlar mejor la oxidación y la disolución de la superficie de titanio y de conducir a una auto-limitación de la disolución química de la superficie metálica.

2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende:

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ácido sulfúrico: solución al 98%; densidad 1,84; 25% vol.;

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ácido fluorhídrico: solución al 40%; densidad 1,10; 15% vol;

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ácido acético glacial; solución al 100%; densidad 1,05; 60% vol.

3. Composición, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque comprende además un agente de adición escogido entre el cetiltrimetilamonio bromuro y el hexadecilpiridio bromuro, a razón de 0,1 a 0,5 g/l.

4. Procedimiento de utilización de una composición de baño para el pulido electrolítico del titanio según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque:

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la temperatura del baño está comprendida entre alrededor de 20 a 22ºC,

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la densidad de corriente es de alrededor de 7 A/m^{2}.,

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la tensión de pulido es de alrededor de 11 voltios,

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el baño se agita de forma moderada,

es gracias a ello que la velocidad de disolución del titanio es de alrededor de 6 micrones/mn.