ES2210902T3

ES2210902T3 - Solucion para la activacion del decapado destinada al tratamiento previo de materiales compuestos de acero y aluminio, antes de un estañado por inmersion.

Info

Publication number: ES2210902T3
Application number: ES99111464T
Authority: ES
Inventors: Jan Eberhardt; Dieter Dr. Guhl; Frank Honselmann
Original assignee: TH Goldschmidt AG; Goldschmidt GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1998-06-27
Filing date: 1999-06-12
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2019-06-12
Also published as: CA2276475A1; EP0967301A2; EP0967301A3; PT967301E; US6194369B1; DE59907772D1; ATE254678T1; EP0967301B1; DE19828811C1; CA2276475C

Abstract

LA INVENCION TRATA DE UNA PREPARACION ACUOSA PARA EL DECAPADO Y ACTIVACION DE MATERIALES COMPUESTOS DE ALUMINIO ACERO ANTES DE UN ESTAÑADO POR INMERSION SIN CORRIENTE EXTERNA. EJEMPLOS PARA MATERIALES COMPUESTOS DE ALUMINIO ACERO SON COJINETES, BORNES, DISCOS DE RECOCIDO, COJINETES SECOS, ETC. PARA BOMBAS, MOTORES Y ENGRANAJES. LAS SOLUCIONES DECAPANTES Y ACTIVADORAS PARA EL TRATAMIENTO DE MATERIALES COMPUESTOS DE ALUMINIO - ACERO ANTES DE UN ESTAÑADO POR INMERSION SE CARACTERIZAN PORQUE CONTIENEN ACIDO SULFURICO, ACIDO HEXAFLUOROSILICICO, RETICULANTES, CATIONES METALICOS DE GRUPOS SECUNDARIOS E IONES DE NITRATO Y/O NITRITO.

Description

Solución para la activación del decapado destinada al tratamiento previo de materiales compuestos de acero y aluminio, antes de un estañado por inmersión.

El invento se refiere a una formulación acuosa para el decapado y su activación de materiales compuestos de aluminio y acero, antes de un estañado por inmersión sin aportación de corriente eléctrica externa. Ejemplos de materiales compuestos de aluminio y acero son los de cojinetes de deslizamiento, casquillos, arandelas de empuje, cojinetes de deslizamiento en seco, etc., para bombas, motores y transmisiones. Después de la activación del decapado, se consiguen sobre las superficies de aluminio y acero, en el caso de un subsiguiente estañado por inmersión, revestimientos de estaño uniformes, especialmente adherentes.

A partir del documento de solicitud de patente europea EP-A-0.278.752 es conocido estañar substratos a base de aleaciones de aluminio puras y también metales compuestos de aluminio y acero después de un tratamiento previo, que consta de un desengrasado y un decapado, con electrólitos a base de sales de estaño de carácter ácido según el procedimiento de intercambio.

El documento de solicitud de patente alemana DE-A-29 17.019 describe un procedimiento para la metalización de un material compuesto de aluminio y acero. El baño utilizado en ese caso consta de un ácido inorgánico, una fuente de iones de fluoruro, de iones que contienen fluoruro, o de sus mezclas, y una fuente de iones de estaño(II) en una concentración de aproximadamente 1 a 75 g/l. Previamente, el material compuesto es activado con un ácido inorgánico que contiene iones de fluoruro.

Además, a partir del documento de patente de los EE.UU. US-A-5.227.016 es conocido oxidar superficies de aluminio con un baño que tiene la composición

(A) un ácido inorgánico oxidante,

(B) ácido fosfórico,

(C) ácido sulfúrico,

(D) una fuente de iones de fluoruro,

(E) una fuente de iones complejos con fluoruro, de modo preferido activación del decapado,

(F) un ácido carboxílico orgánico con 1-10 átomos de carbono y

(G) una fuente de manganeso cuadrivalente.

Los sistemas conocidos para desengrasar, decapar y estañar, aplicados a substratos a base de materiales compuestos de aluminio y acero, ponen de manifiesto resultados insuficientes:

\sqbullet la limpieza, el decapado y el estañado de las superficies de acero y de las superficies de aluminio se efectúan de una manera irregular,

\sqbullet la deposición de estaño sobre las superficies de acero se efectúa de una manera irregular y no proporciona ninguna superficie cerrada,

\sqbullet la adherencia de la capa de estaño depositada sobre el aluminio es insuficiente.

El presente invento se ocupa por lo tanto del problema técnico de optimizar el tratamiento previo del material compuesto de aluminio y acero. En particular, la misión del presente invento consiste, en el caso de la utilización de los conocidos baños de estañado por inmersión, en producir revestimientos de estaño adherentes y uniformes, tanto sobre las superficies de aluminio como sobre las superficies de acero del substrato.

El problema planteado por la misión antes mencionada se resuelve, conforme al invento, mediante el recurso de que para el tratamiento previo del substrato se utiliza un nuevo sistema de activación del decapado, que contiene los siguientes componentes y aditivos:

\sqbullet ácido sulfúrico para el decapado de las superficies de acero,

\sqbullet ácido hexafluorosilícico para el decapado de las superficies de aluminio,

\sqbullet agentes tensioactivos para la mojadura uniforme de las superficies del substrato con la solución,

\sqbullet cationes de metales de los Grupos Secundarios para la optimización del decapado y de la activación de la superficie de aluminio.

En experimentos para el tratamiento previo por decapado de materiales compuestos de aluminio y acero se encontró que un sistema de activación del decapado, que contenía ácido sulfúrico y ácido hexafluorosilícico (estando los contenidos de los dos ácidos inorgánicos adaptados en cada caso a una de las dos aleaciones del substrato), era manifiestamente mejor activo que otros sistemas de tratamiento previo. El contenido de ácido sulfúrico es por lo tanto preferiblemente de 50 a 150 g/l. El contenido de ácido hexafluorosilícico es por lo tanto preferiblemente de 5 a 25 g/l.

El ácido sulfúrico diluido es apropiado para el decapado de superficies de acero, pero, a unas temperaturas de hasta 70ºC y con unos períodos de tiempo de inmersión de unos pocos minutos, no produce ningún ataque apreciable sobre aluminio. El ácido hexafluorosilícico limpia y activa a las aleaciones de aluminio, sin atacar de una manera significativa a las superficies de hierro. La combinación de ambos ácidos corresponde a la compleja estructura del substrato a base de dos aleaciones con propiedades químicas y físicas muy diferentes. Ejemplos de materiales compuestos de aluminio y acero son los de cojinetes de deslizamiento, casquillos, arandelas de empuje, cojinetes de deslizamiento en seco, etc., para bombas, motores y transmisiones.

Con el fin de conseguir en el subsiguiente estañado por inmersión sin aportación de corriente eléctrica externa una deposición de estaño uniforme y adherente, a este sistema de activación del decapado se le deben añadir, sin embargo, todavía otros apropiados aditivos.

Para optimizar aún más el efecto del decapado, y en particular para activar más ampliamente las superficies de aluminio del substrato, se le deben añadir a la mezcla de ácidos, sin embargo, todavía cationes de metales de los Grupos Secundarios, tales como p.ej. iones de manganeso(II), níquel(II) o hierro(III), en unas concentraciones de 0,05 a 1% en peso. Son especialmente ventajosos los iones de manganeso(II) en una concentración de 0,1% en peso a una temperatura de decapado de 40ºC y con unos períodos de tiempo de decapado de 5 minutos.

Además, se ha acreditado como positiva la adición de iones de nitrato y/o nitrito. Unas adiciones de sales nitratos de metales alcalinos y nitritos de metales alcalinos, tales como nitrato de sodio, nitrato de potasio, nitrito de sodio o nitrito de potasio en unas concentraciones de 0,05 a 3% en peso, resultando óptima una adición de 0,5% en peso de nitrito de potasio, mejoran los resultados de decapado y limpieza de la solución para la activación del decapado.

Con el fin de conseguir una uniforme activación del decapado, es necesaria además una mojadura uniforme de las superficies, que se consigue por medio de la adición de agentes humectantes. Son apropiados fundamentalmente todos los agentes tensioactivos que mojan bien al substrato, y que poseen una suficiente estabilidad química en los electrólitos para la activación del decapado. Especialmente apropiados son agentes humectantes, como los que se utilizan en baños para estañar por inmersión, que se divulgan en el documento E-A-0.278.752, por ejemplo agentes tensioactivos del tipo de poli(oxietilen-éteres). La cantidad del agente humectante es preferiblemente de 1 a
20 g/l.

Son objeto del invento por consiguiente soluciones acuosas para la activación del decapado, destinadas al tratamiento previo de materiales compuestos de acero y aluminio, antes de aplicar un baño de estañado por inmersión de carácter ácido, que están caracterizadas porque contienen ácido sulfúrico, ácido hexafluorosilícico, agentes humectantes, cationes de metales de los Grupos Secundarios, e iones de nitrato y/o nitrito, en particular constan de estos ingredientes, y tratan previamente a la superficie del substrato, de tal manera que a continuación se obtiene un estañado adherente y uniforme. La cantidad de los cationes de metales de los Grupos Secundarios, que se seleccionan en particular entre los Grupos 1 y 2 así como 5 a 8 del Sistema Periódico de los Elementos, es preferiblemente de 0,05 a 1% en peso. La cantidad de iones de nitrito es preferiblemente de 0,05 a 3% en peso, mientras que la cantidad de los iones de nitrato está situada preferiblemente en el mismo intervalo.

Una forma de realización adicional del invento comprende un procedimiento para la activación del decapado de materiales compuestos de acero y aluminio, que está caracterizado porque se ponen en contacto soluciones para la activación del decapado con el material compuesto a unas temperaturas situadas en el intervalo de 15 a 70ºC en el transcurso de 1 a 9 minutos.

Ejemplos de realización Ejemplo 1 Substratos

Como piezas de probeta se utilizaron cojinetes de materiales compuestos de aluminio y acero usuales en el comercio. Se trata de semivalvas de acero, que se han chapado por laminación por la cara interna con una aleación de aluminio (aproximadamente 80-90% de aluminio, aleado en lo esencial con estaño y silicio).

Desengrasado

Los substratos se desengrasaron y enjuagaron de manera en sí conocida.

Activación del decapado

Los substratos se sumergieron en la solución por un período de tiempo de 5 minutos. La temperatura de la solución de decapado fue de 40ºC. Después de la activación, los substratos se enjuagaron durante un minuto.

Solución 1

100 g/l de H_{2}SO_{4}

20 g/l de H_{2}SiF_{6}

10 g/l de un poli(oxietilen-éter) del alcohol decílico con 5 unidades de oxietileno

5 g/l de KNO_{3}

1 g/l de MnSO_{4} * 1 H_{2}O

Ejemplo 2 Solución 2

100 g/l de H_{2}SO_{4}

20 g/l de H_{2}SiF_{6}

10 g/l de un poli(oxietilen-éter) del (alcohol hexílico)-silano (CH_{3})_{3}Si(CH_{2})_{6}OH con 4 unidades de oxietileno

5 g/l de NaNO_{2}

1 g/l de NiSO_{4} * 6 H_{2}O

Ejemplo 3 Solución 3

100 g/l de H_{2}SO_{4}

20 g/l de H_{2}SiF_{6}

5 g/l de NaNO_{3}

3 g/l de Fe_{2}(SO_{4})_{3} * x H_{2}O

Ejemplo comparativo

120 g/l de HNO_{3}

20 g/l de H_{2}SiF_{6}

5 g/l de un poli(oxietilen-éter) del alcohol estearílico con 20 unidades de oxietileno

2g/l de gelatina

Ejemplo 4 Estañado

Los substratos de los Ejemplos 1 a 3 y del Ejemplo comparativo se sumergieron en cada caso por un período de tiempo de 5 minutos en un baño de estañado por inmersión sin aportación de corriente eléctrica externa, de carácter ácido, usual en el comercio, de una manera análoga a la de los Ejemplos 1 a 3 y a la del Ejemplo comparativo. Se trabajó a 30-40ºC.

Baño de estañado por inmersión 1

100 g/l de H_{2}SO_{4}

40 g/l de SnSO_{4}

3,5 g/l de HBF_{4}

2 g/l de gelatina

1 g/l de un poli(oxietilen-éter) del alcohol decílico con 5 unidades de oxietileno

Baño de estañado por inmersión 2

100 g/l de H_{2}SO_{4}

40 g/l de SnSO_{4}

7 g/l de KBF_{4}

2 g/l de gelatina

0,1 g/l de un poli(oxietilen-éter) del alcohol estearílico con 20 unidades de oxietileno

Baño de estañado por inmersión 3

100 g/l de CH_{3}SO_{3}H

30 g/l de (CH_{3}SO_{3})_{2}Sn

2 g/l de H_{2}SiF_{6}

1 g/l de gelatina

0,1 g/l de un poli(oxietilen-éter) del (alcohol hexílico)-silano (CH_{3})_{3}Si(CH_{3})_{6}OH con 4 unidades de oxietileno

Resultados del estañado

Después de una activación del decapado con la Solución 1, la Solución 2 o la Solución 3 se depositaron, con un Baño de estañado por inmersión 1, 2 ó 3, capas de estaño uniformes, lisas, cerradas y muy adherentes sobre superficies de acero y aluminio. Los espesores de capa de los revestimientos de estaño fueron de 1,8 a 4,2 \mum sobre las superficies de aluminio y de 0,4 a 0,8 \mum sobre las superficies de acero. Con el fin de controlar la adherencia se pegó sobre las superficies estañadas del substrato una tira de película adhesiva transparente (Tesa®), y con ayuda de un lápiz se apretó lo más fuertemente que era posible, y se arrancó bruscamente bajo un ángulo de 45º. En la totalidad de los tres casos no se desprendió nada de estaño. Las capas de estaño después del ensayo fueron nuevamente de 1,8 a 4,2 \mum sobre aluminio y de 0,4 a 0,8 \mum sobre las superficies de acero.

Ejemplo comparativo

El decapado con el tratamiento previo mediante ácido nítrico dio lugar a un fuerte ataque sobre las superficies de hierro. El siguiente tratamiento de inmersión con un Baño de estañado por inmersión 1, 2 ó 3 proporcionó deposiciones de estaño irregulares sobre las superficies del substrato. La superficie de hierro no presentaba ninguna superficie cerrada de estaño. El control de la adherencia se efectuó como anteriormente. El ensayo con una película adhesiva dio por resultado manifiestos desprendimientos de estaño desde la superficie de aluminio. El espesor de la capa de estaño sobre la aleación de aluminio era, antes del ensayo, de 1,8 a 4,2 \mum y, después del ensayo, solamente de 0,2 a 0,5 \mum.

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Claims

1. Soluciones para la activación del decapado destinadas al tratamiento previo de materiales compuestos de acero y aluminio, antes de un estañado por inmersión, caracterizadas porque contienen ácido sulfúrico, ácido hexafluorosilícico, agentes humectantes y cationes de metales de los Grupos Secundarios.

2. Soluciones de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizadas porque el contenido de ácido sulfúrico es de 50 a 150 g/l.

3. Soluciones de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizadas porque el contenido de ácido hexafluorosilícico es de 5 a 25 g/l.

4. Soluciones de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizadas porque el contenido de agentes humectantes es de 1 a 20 g/l.

5. Soluciones de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizadas porque los agentes humectantes se seleccionan entre agentes tensioactivos del tipo de poli(oxietilen-éteres).

6. Soluciones de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizadas porque el contenido de cationes de metales de los Grupos Secundarios es de 0,05 a 1% en peso.

7. Soluciones de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizadas porque los cationes de metales de los Grupos Secundarios se seleccionan entre los Grupos Secundarios 1 a 2 y 5 a 8.

8. Soluciones de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizadas porque contienen iones de nitrato y/o nitrito.

9. Soluciones de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizadas porque el contenido de iones de nitrato es de 0,05 a 3% en peso.

10. Soluciones de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizadas porque el contenido de iones de nitrito es de 0,05 a 3% en peso.

11. Procedimiento para la activación del decapado de materiales compuestos de acero y aluminio antes de un estañado por inmersión, caracterizado porque se ponen en contacto soluciones para la activación del decapado, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, con el material compuesto a unas temperaturas situadas en el intervalo de 15 a 70ºC en el transcurso de 1 a 9 minutos.