ES2233099T3 - Procedimiento para el recubrimiento de piezas de trabajo. - Google Patents

Procedimiento para el recubrimiento de piezas de trabajo.

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ES2233099T3 ES99968252T ES99968252T ES2233099T3 ES 2233099 T3 ES2233099 T3 ES 2233099T3 ES 99968252 T ES99968252 T ES 99968252T ES 99968252 T ES99968252 T ES 99968252T ES 2233099 T3 ES2233099 T3 ES 2233099T3
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Abstract

Procedimiento para recubrir piezas de trabajo, en el que se deposita electrolíticamente un revestimiento funcional que es especialmente resistente a la corrosión y el desgaste y en el que como mínimo se deposita una aleación que contiene fósforo y níquel a partir de un electrolito, caracterizado porque se deposita como revestimiento al menos una aleación al menos cuaternaria con los componentes níquel, cobalto, wolframio y fósforo, caracterizándose esta aleación por una proporción de fósforo de 14 a 21% en peso especialmente para la mejora de las propiedades de corrosión, y porque en la matriz metálica de la aleación se incorporan partículas no metálicas para el cambio de las propiedades funcionales.

Description

Procedimiento para el recubrimiento de piezas de trabajo.
La invención se refiere a un procedimiento para el recubrimiento de piezas de trabajo, en el que se deposita electrolíticamente un revestimiento funcional que es especialmente resistente a la corrosión y al desgaste, y en el que se deposita a partir de un electrolito al menos una aleación que contiene fósforo y níquel. La invención se refiere además a un revestimiento relacionado con este.
Los revestimientos metálicos, junto a los fines decorativos, sirven sobretodo para el recubrimiento funcional de piezas de trabajo, para tener en cuenta los mecanismos de solicitación existentes en el empleo convencional mediante propiedades superficiales apropiadas como, por ejemplo, dureza, resistencia al desgaste, condición de fricción o resistencia térmica y química. La fabricación de revestimientos protectores de este tipo se realiza habitualmente mediante deposición galvanotécnica. Para diferenciarlas, está por un lado la deposición electrolítica, en la que tiene lugar una electro-cristalización y, por otro lado, la deposición electroquímica de metal sin corriente externa, que es un sencillo procedimiento de inmersión sin fuentes de corriente externas y ánodos. La deposición de metal se puede conseguir en ambos procedimientos sobre superficies de piezas de trabajo tanto metálicas como no metálicas. Debido a una definición de borde elevada durante la deposición, la deposición sin corriente externa encuentra aplicación especialmente cuando se tienen que mantener tolerancias muy estrechas para piezas de trabajo con geometría compleja. En este caso se ponen límites claros a la deposición electrolítica a causa de la distribución ajustada dependiendo de la geometría de las densidades de corriente catódica locales.
Por eso, para la obtención de un revestimiento metálico estable frente a la corrosión y resistente al desgaste se conoce la deposición sin corriente externa de poli-aleaciones que contienen fósforo superiores con metal base níquel. Las pruebas mostraron que un recubrimiento níquel-cobalto-fósforo aleado con el aditivo cobalto en proporciones de 0,5 a 1,5% en peso, para un contenido en fósforo entre 10 y 13% en peso, es capaz de contribuir a un aumento de la tensión propia por presión y de la dureza medible. Además, se sabe que el contenido de fósforo en la matriz de la aleación ejerce una influencia esencial en las propiedades de pasivación de un revestimiento metálico. Así, los ensayos de corrosión dieron como resultado por ejemplo que se puede alcanzar una estabilidad mejorada frente a la corrosión para contenidos en fósforo de 14 a 21% en peso. Sin embargo, es desventajoso en la deposición sin corriente externa de revestimientos metálicos, que a causa de la falta de mecanismos de reacción impresos, no se pueden obtener este tipo de contenidos en fósforo elevados.
La invención se basa en el objetivo de mostrar un procedimiento para el recubrimiento de piezas de trabajo, que para una velocidad de incorporación esencialmente elevada de fósforo elemental permita una elevada resistencia al desgaste y dureza, así como un efecto mejorado de protección frente a la corrosión. Además, se muestra un revestimiento correspondiente.
Este objetivo se alcanza según la invención para un procedimiento genérico del tipo mencionado al principio, de manera que se deposita como revestimiento una aleación al menos cuaternaria con los componentes níquel, cobalto, wolframio y fósforo, en el que esta aleación está caracterizada por una proporción de fósforo especialmente para la mejora de las propiedades de corrosión de 14 a 21% en peso y que la matriz metálica de la aleación contiene partículas no metálicas para la variación de las propiedades funcionales.
Un procedimiento de este tipo, a causa de la deposición electrolítica y de la sistemática de reacción reductiva forzada relacionada con ello, permite una velocidad de incorporación de fósforo en el revestimiento metálico entre 14 y 21% en peso en la superficie límite entre el electrolito y la pieza. Además, la invención se basa en el sorprendente descubrimiento de que mediante la deposición catódica conjunta de níquel, cobalto, wolframio y fósforo, así como de las partículas no metálicas incorporadas en esta matriz metálica, se forma un revestimiento de aleación que se caracteriza por una estabilidad frente a la corrosión y una resistencia al desgaste elevadas.
Es especialmente ventajoso, según el uso funcional del revestimiento, depositar una aleación con al menos otro componente, preferiblemente de estaño, plomo, molibdeno, renio o vanadio, como precipitado metálico catódico. De esta manera, se puede alcanzar por ejemplo uno de los respectivos requerimientos de suficiente estabilidad frente a la temperatura, capacidad de soldado, permeabilidad magnética o un coeficiente de abrasión apropiado.
Se alcanza de forma ventajosa un aumento adicional de la estabilidad frente a la corrosión, resistencia al desgaste y dureza del revestimiento de aleación, debido a que se usan especialmente compuestos químicos, como con preferencia carburos o cristales mixtos de carburos, como partículas no metálicas incorporadas en la matriz metálica del revestimiento. Preferiblemente, se emplean para ello carburo de boro, silicio, wolframio, vanadio y/o titanio. Además, es ventajoso si para esta finalidad se usan partículas con un tamaño de grano de 0,1 a 1,5 \mum. De forma alternativa también pueden encontrar aplicación partículas ultra-finas con diámetros en el intervalo de los nanómetros o partículas con un tamaño de grano de más de 1,5 \mum, según las propiedades deseadas de capa límite. Según otra característica de la invención, las partículas se incorporan además en concentraciones diferentes a lo largo del desarrollo del grosor del revestimiento. De esta manera es posible disponer, por ejemplo en la zona del revestimiento adyacente al material base, de una alta concentración de las partículas incorporadas y de una baja concentración en la zona de la superficie del revestimiento. Por consiguiente, se puede ajustar la micro-porosidad del revestimiento formada en los lugares de incorporación de las partículas, dirigida a los respectivos requerimientos.
Según otra variante ventajosa de la invención, las partículas se añaden a los electrolitos como fase dispersa y en la deposición galvánica se incorporan en el precipitado de la aleación. Esta incorporación se atribuye sobretodo a adsorción, atracción electrostática e inclusión mecánica. Para esto las partículas se mantienen adecuadamente suspendidas en el electrolito mediante el movimiento del baño galvánico. Además es posible mantener las partículas en suspensión de forma conocida, por ejemplo mediante agitación o soplado de aire en el baño. Además, para poder cambiar la micro-porosidad del revestimiento es adecuado influir en las relaciones de concentración de las partículas en el precipitado de la aleación mediante cambios del movimiento del baño. Además, con la invención se recomienda que se incluyan adicionalmente pigmentos colorantes, con preferencia de dióxido de titanio, de manera que resulten revestimientos coloreados que aseguran una elevada estabilidad frente a la luz y la intemperie.
Para alcanzar el objetivo mencionado arriba según la invención se recomienda además un revestimiento estable frente a la corrosión y resistente al desgaste, que se puede fabricar especialmente mediante el procedimiento antes descrito y se caracteriza por una composición esencialmente de
0,5 a 2,0% en peso de wolframio
1,0 a 2,0% en peso de cobalto
15 a 20% en peso de fósforo y
al menos 10% en peso de níquel,
en la que se incorporan partículas no metálicas en la matriz metálica de la aleación. Especialmente para aumentar más la resistencia al desgaste se recomienda finalmente que se incluya carburo de boro con una proporción en volumen de 30 a 39% en la matriz metálica del revestimiento.
Otras particularidades, características y ventajas de los objetos de la invención resultan de la siguiente descripción de un ejemplo de realización preferible. En el dibujo correspondiente, la única figura muestra en un diagrama de barras la estabilidad frente a la abrasión según TABER para un revestimiento níquel-fósforo-cobalto-wolframio-carburo de boro.
Mediante la deposición galvánica de la aleación se forma un revestimiento metálico que se compone de 0,5 a 2,0% en peso de wolframio, 1,0 a 2,0% en peso de cobalto, 15 a 20% en peso de fósforo y una proporción restante de níquel. La matriz metálica de este precipitado de aleación presenta además partículas no metálicas incorporadas de carburo de tetraboro. Estas se forman en el revestimiento durante la electro-cristalización mediante inclusión mecánica, adsorción o atracción electrostática en la proximidad del cátodo. Para esta finalidad, en los electrolitos usados para la deposición se encuentra el carburo de tetraboro en forma de un polvo fino suspendido, en el que las partículas presentan un tamaño de grano de 0,1 a 1,5 \mum. Mediante un movimiento adecuado del baño, por ejemplo mediante agitación mecánica, las partículas concentradas homogéneamente en el electrolito se mantienen además en suspensión. Mediante el cambio adecuado del movimiento del baño se puede producir una incorporación concentrada de forma diferente de las partículas a lo largo del desarrollo del grosor del revestimiento. El revestimiento formado de esta manera presenta en total una proporción de 30 a 39% en volumen de carburo de tetraboro incorporado.
Mediante la cooperación de los componentes níquel, cobalto, wolframio, fósforo y carburo de boro, el revestimiento presenta una estabilidad elevada tanto frente a medios de corrosión ácidos y alcalinos como frente a ácidos oxidantes. El ensayo de niebla salina según DIN 50021 usado para la prueba de corrosión dio como resultado para condiciones agravadas por adición de cloruro de cobre, una exposición de más de 485 h para un grosor de revestimiento de 60 \mum y un material base de acero. Con esto, el revestimiento cumple con los requerimientos según RAL-RG 660 para el grado 4/4 hidráulico en construcción minera.
El revestimiento se caracteriza además por una elevada resistencia al desgaste. Para una profundidad media de la rugosidad de aproximadamente 2 a 3 \mum se dedujo la resistencia al desgaste según TABER bajo criterios de prueba en desgaste de excavación. Para ello se emplearon discos de fricción del tipo CS-10 bajo una carga impuesta de 9,81 N. El revestimiento, en el estado de deposición tras 10.000 revoluciones alcanzó un valor de desgaste promedio de 2,71 mg/1000 revoluciones, como es evidente especialmente a partir del desarrollo de los valores de desgaste de excavación deducidos según TABER en mg/1000 revoluciones a través del diagrama que muestra las revoluciones U en el dibujo. Además, no se tuvo en cuenta el comportamiento de entrada de los discos de fricción. El valor de desgaste encontrado se encuentra por debajo de los revestimientos de cromo duro según RAL-RG 660 (1986) según la estabilidad a la abrasión prevista, de como máximo 5 mg/1000 revoluciones. En comparación con esto, las aleaciones níquel-fósforo depositadas convencionalmente de forma electrolítica alcanzan valores de desgaste de 11 a 13 mg/1000 revoluciones, mientras para revestimientos depositados sin corriente externa se menciona en promedio una estabilidad frente a la abrasión de 20 a 22 mg/1000 revoluciones.
Mediante el procedimiento descrito anteriormente y los revestimientos metálicos que se pueden fabricar con éste, no se tiene en cuenta finalmente con ello los requerimientos crecientes en la estabilidad química y mecánica de superficies de piezas de trabajo recubiertas.

Claims (14)

1. Procedimiento para recubrir piezas de trabajo, en el que se deposita electrolíticamente un revestimiento funcional que es especialmente resistente a la corrosión y el desgaste y en el que como mínimo se deposita una aleación que contiene fósforo y níquel a partir de un electrolito,
caracterizado porque
se deposita como revestimiento al menos una aleación al menos cuaternaria con los componentes níquel, cobalto, wolframio y fósforo, caracterizándose esta aleación por una proporción de fósforo de 14 a 21% en peso especialmente para la mejora de las propiedades de corrosión, y porque en la matriz metálica de la aleación se incorporan partículas no metálicas para el cambio de las propiedades funcionales.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque según el uso funcional del revestimiento se deposita catódicamente una aleación con al menos otro componente, con preferencia de estaño, plomo, molibdeno, renio o vanadio, como precipitado metálico.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque en la matriz metálica del revestimiento se incorporan especialmente compuestos químicos como partículas no metálicas.
4. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes 1 a 3, caracterizado porque como partículas no metálicas se incorporan carburos o cristales mixtos de carburos en la matriz metálica del revestimiento.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque se emplean carburos de boro, silicio, wolframio, vanadio y/o titanio.
6. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones precedentes 1 a 5, caracterizado porque se usan partículas con un tamaño de grano de 0,1-1,5 \mum.
7. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones precedentes 1 a 6, caracterizado porque las partículas se incorporan en concentraciones diferentes a lo largo del desarrollo del grosor del revestimiento.
8. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones precedentes 1 a 7, caracterizado porque las partículas se añaden al electrolito como fase dispersa y en la deposición galvánica se incorporan en el precipitado de la aleación.
9. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones precedentes 1 a 8, caracterizado porque mediante el movimiento del baño galvánico se mantienen suspendidas las partículas en el electrolito.
10. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones precedentes 1 a 9, caracterizado porque mediante el cambio del movimiento del baño se influye en las relaciones de concentración de las partículas en el precipitado de la aleación.
11. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones precedentes 1 a 10, caracterizado porque se incorporan pigmentos colorantes adicionales, especialmente dióxido de titanio.
12. Revestimiento que se puede fabricar especialmente mediante el procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1-11, caracterizado por una composición esencialmente de
0,5 a 2,0% en peso de wolframio
1,0 a 2,0% en peso de cobalto
15 a 20% en peso de fósforo y
al menos 10% en peso de níquel,
en la que se incorporan partículas no metálicas en la matriz metálica de la aleación.
13. Revestimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque como partículas no metálicas se incorpora carburo de boro con una proporción en volumen de 30 a 39% en la matriz metálica.
14. Revestimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque según el uso funcional del revestimiento éste contiene al menos otro componente, con preferencia estaño, plomo, molibdeno, renio o vanadio.
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