ES2233099T3 - Procedimiento para el recubrimiento de piezas de trabajo. - Google Patents
Procedimiento para el recubrimiento de piezas de trabajo.Info
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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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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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