ES2344143T3

ES2344143T3 - Pulido electrolitico.

Info

Publication number: ES2344143T3
Application number: ES04764662T
Authority: ES
Inventors: Siegfried Piesslinger-Schweiger; Olaf Bohme; Razmik Abedian
Original assignee: Poligrat GmbH
Current assignee: Poligrat GmbH
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2024-08-31
Also published as: EP1664391B1; WO2005024099A1; DE10341061B4; DE502004011138D1; EP1664391A1; DE10341061A1; ATE466976T1

Abstract

Procedimiento para el pulido electrolítico de superficies de aleaciones de metales ligeros con una proporción en silicio de más del 3% en peso en un electrolito el cual contiene esencialmente ácido fosfórico o una mezcla de ácido fosfórico-ácido sulfúrico, así como un fluoruro, siendo la superficie conectada anódicamente y conteniendo el electrolito iones hierro (III).

Description

Pulido electrolítico.

Es conocido un gran número de procedimientos destinados al pulido electrolítico de aluminio y aleaciones aluminio-magnesio. En este caso, se trata, por regla general, de aleaciones las cuales son conformadas mediante laminado, compresión o forja. Mediante el pulido electrolítico se consigue, sobre las superficies de estas aleaciones, un buen brillo, cuando el contenido en silicio está aproximadamente por debajo del 3%. Para un contenido mayor de silicio, éste está presente en la estructura de la aleación como una fase propia. Dado que el silicio no es atacado mediante procedimientos de pulido electrolítico convencionales, el aluminio es retirado de manera selectiva durante el pulido electrolítico y el silicio se queda sobre la superficie. Las superficies no resultan lisas y brillantes, a causa de esto durante el pulido electrolítico, sino rugosas y gris oscuras, pudiendo el silicio ser lavado parcialmente como deposición negruzca.

Los procedimientos de pulido electrolítico convencionales utilizan generalmente electrolitos sobre la base de mezclas ácido fosfórico-ácido sulfúrico-ácido crómico, mezclas ácido fosfórico-ácido crómico, mezclas ácido fosfórico-ácido sulfúrico así como mezclas ácido fosfórico-ácido nítrico. Todos estos electrolitos tienen en común que se pueden conseguir resultados satisfactorios con respecto al brillo y la lisura únicamente en materiales de trabajo con un contenido en silicio por debajo del 3%.

La industria utiliza cada vez más procedimientos de colada como procedimiento sencillo, que ahorra material y rentable para la fabricación de piezas en serie con formas complejas. Las aleaciones utilizadas para la fundición presentan, sin embargo, una proporción de silicio en la aleación claramente por encima del 3%, con el fin de conseguir el comportamiento fusión y de flujo necesario para el procedimiento de colada. Estas aleaciones se consideran por ello hasta ahora como no adecuadas para el procesamiento mediante pulido electrolítico. Únicamente, el procedimiento de pulido electrolítico según el documento SU 817104 A, sobre la base de ácido fosfórico, ácido crómico y bifluoruro de amonio, se refiere a aleaciones aluminio-silicio con un contenido en silicio mayor. En estos electrolitos el ácido crómico actúa como inhibidor, con el fin de impedir un ataque químico del electrolito sobre la superficie pulida electrolíticamente. Este ataque destruiría inmediatamente la acción del pulido electrolítico, dado que la superficie de aluminio no es suficientemente resistente, sin el inhibidor contra el ataque de la mezcla de ácidos, como para resistir sin sufrir daños el intervalo de tiempo entre la desconexión de la corriente y el lavado del electrolito. El ácido crómico está considerado, igual que otros compuestos del cromo hexavalente, como muy venenoso, carcinógeno y dañino para la fruta.

El documento EP 1 270 761 da a conocer un procedimiento para la limpieza de superficies de aleaciones de metales ligeros, en el cual se trabaja con una solución la cual contiene ácido fosfórico y un alcohol. El documento describe, entre otras cosas, también un procedimiento de limpieza en el cual se utiliza una solución la cual contiene adicionalmente iones fluoruro. Los iones fluoruro sirven al propósito de pasivar, durante la limpieza anódica propuesta, la superficie mediante una capa de fluoruro. Con este procedimiento según el estado de la técnica, no se consigue ningún pulido electrolítico dado que se trabaja, por un lado, en presencia de cantidades notables de alcohol y, por el otro, con densidades de corriente notablemente pequeñas (10 a 500 A/m^{2}). Como resultado, se obtiene, por lo tanto, una superficie rugosa (seguramente debido a la capa de pasivación). En el caso de un pulido electrolítico no se busca ni observa una retirada de material sustancial durante este procedimiento.

La presente invención se ha planteado por consiguiente el problema de proponer un procedimiento de pulido electrolítico, que posibilita pulir y desbarbar electroquímicamente, con buenos resultados, aleaciones de metales ligeros, en particular aleaciones de aluminio y de aluminio-magnesio, con un contenido en silicio mayor del 3%. El contenido en silicio de las aleaciones de este tipo está comprendido usualmente entre el 6 y el 20%.

Los inventores han observado que el comportamiento electroquímico de disolución del aluminio y el magnesio, por un lado, y del silicio, por el otro, se diferencian mucho. Sobre la base de esta observación, se han propuesto el objetivo de desarrollar un electrolito, en el cual la velocidad de retirada de ambos componentes se iguale de tal manera que, finalmente, se pueda obtener una superficie homogénea y lisa. Además, era deseable obtener un electrolito, en el cual se pueda prescindir de productos químicos dañinos para el medio ambiente tales como ácido crómico y ácido nítrico (a causa de la generación de NO_{X}).

La presente invención resuelve los problemas planteados anteriormente proporcionando un electrolito el cual, esencialmente, además de ácido fosfórico, ácido sulfúrico y un compuesto de fluoruro, contiene iones hierro (III). El compuesto de fluoruro puede ser un fluoruro de álcali, fluoruro de amonio o fluoruro de hidrógeno. Se ha demostrado que es especialmente adecuado el bifluoruro de amonio. Los iones hierro (III) actúan sorprendentemente igual de bien como inhibidor como ácido crómico u otros cromatos y no son dañinos para la salud o el medio ambiente. El contenido en iones hierro (III) del 0,1 al 8% en peso posibilita, por lo tanto, pulir de forma brillante la superficie de compuestos de aluminio y aluminio-silicio sin la adición de ácido crómico o ácido nítrico en un electrolito sobre la base de ácido fosfórico o mezclas de ácido fosfórico-ácido sulfúrico, sin que la superficie pulido electrolíticamente sea atacada o mordentada químicamente a corto plazo por el electrolito.

Un electrolito preferido comprende ácido fosfórico, ácido sulfúrico, iones hierro(III), bifluoruro de amonio (NH_{4}
HF_{2}) además de inhibidores y abrillantadores usuales. El ácido fosfórico (al 85%) se utiliza al mismo tiempo en una cantidad comprendida entre el 40 y el 60% en peso. El ácido sulfúrico (al 86%) se utiliza en una cantidad comprendida entre el 30 y el 50% en peso. El compuesto de fluoruro se utiliza en una cantidad comprendida entre el 0,5 y el 6% en peso, preferentemente entre del 2 al 4% en peso. Los iones hierro (III) son utilizados en una cantidad comprendida entre el 0,1 y el 8% en peso, preferentemente entre el 2 y el 3,5% en peso.

Como abrillantador, se utilizan aminas de alcanol como por ejemplo etanolamina, triisopropilamina, dietanolamina en una cantidad del 1 - 10% en peso, preferentemente entre el 4 y el 6% en peso. Son asimismo posibles mezclas de diferentes abrillantadores tales como, por ejemplo, diferentes aminas de alcanol.

Los iones hierro (III) utilizados como inhibidor se pueden utilizar en forma de citrato de hierro (III), cianato sódico de hierro (III), fosfato de hierro (III), sulfato de hierro (III), óxido de hierro (III) en una cantidad del 0,1 - 8% en peso, preferentemente del 2 - 3% en peso (referida a la relación Fe/electrolito). Es posible utilizar mezclas de diferentes inhibidores por ejemplo mezclas de diferentes sales de hierro (III).

Los diferentes componentes del electrolito, además de los ácidos y el fluoruro, se ajustan globalmente, de tal manera que durante la realización del procedimiento según la invención se obtiene una superficie lisa. Al mismo tiempo, se pueden añadir otros inhibidores además de los compuestos de hierro (III), en su caso son necesarios también abrillantadores, como las aminas mencionadas en la presente memoria, amina de etanol, amina de dietanol y/o amina de triisopilo. Durante el procedimiento según la invención debe tener lugar, finalmente, en igual medida una retirada del aluminio así como del silicio. Los inventores, sin que esta explicación limite en modo alguno la presente invención, parten de que con la ayuda del electrolito según la invención la retirada electroquímica del aluminio, por un lado, y la retirada química del silicio, por el otro, son mantenidas en una especie de equilibrio. Además de los ácidos utilizados (esencialmente ácido fosfórico), el fluoruro utilizado posiblemente tiene un papel decisivo durante el control de la retirada química del fluoruro.

La presente invención se refiere además a un procedimiento para el pulido electrolítico de superficies de aleaciones de metales ligeros con una proporción de silicio de más del 3% en peso en un electrolito el cual contiene esencialmente ácido fosfórico, siendo la superficie conectada anódicamente y conteniendo el electrolito fluoruro. El procedimiento se lleva a cabo usualmente con una densidad de corriente de 5 - 20 A/dm^{2}.

El procedimiento comprende, como primera etapa opcional, el desengrasado de las piezas de aleación que hay que procesar. Para ello, se puede utilizar cualquier solución de desengrasado comercial. Usualmente, la pieza de trabajo que hay que pulir es lavada con un disolvente (por ejemplo agua) y, a continuación, es sumergida en el baño de pulido electrolítico y es conectada anódicamente con el circuito de corriente. Usualmente el tiempo de procesamiento está comprendido entre uno y 30 minutos. La densidad de corriente utilizada está comprendida entre 5 y 20 A/dm^{2}, para una tensión comprendida entre 5 y 30 voltios. El pulido electrolítico se lleva acabo a una temperatura comprendida entre 40 y 90ºC. Como etapa final, la pieza de trabajo es retirada del electrolito y es lavada, usualmente, con un disolvente (por ejemplo, agua) y secada a continuación.

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Ejemplos

Piezas de fundición de material de trabajo AlMg_{2}Si_{8} fueron pulidas electrolíticamente en un electrolito de pulido electrolítico convencional (Ejemplo de comparación) y un electrolito según la presente invención (Ejemplo 1). En ambos casos, las piezas fueron previamente desengrasadas mediante inmersión en una solución de desengrasado comercial durante un tiempo de 5 minutos, a continuación fueron lavadas con agua, sumergidas en el baño de pulido electrolítico y conectadas anódicamente al circuito de corriente. El tiempo de procesamiento fue de manera uniforme de 12 minutos. Tras el pulido electrolítico las piezas fueron lavadas con agua y secadas.

Ejemplo de comparación

Electrolito formado por un 80,0% en peso de ácido fosfórico (al 85%), 8,0% en peso de ácido sulfúrico (al 96%), 7,0% en peso de ácido crómico, el resto agua.

Parámetros de procesamiento:

Tensión:: 18 V

Temperatura:: 70ºC

Densidad de corriente:: 10 A/dm^{2}

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La superficie presentaba, tras el pulido electrolítico, recubrimiento gris negruzco, el cual se deja limpiar parcialmente. No tuvo lugar ningún alisamiento y aplanamiento de la superficie.

Ejemplo 1

Electrolito formado por un 49% en peso de ácido fosfórico (al 85%), 38% en peso de ácido sulfúrico (al 96 por ciento), 2,5% en peso de iones hierro (III) de citrato de hierro (III), 5% en peso de triisopropanolamina, 3% en peso de bifluoruro de amonio, el resto agua.

Parámetros de procesamiento:

Tensión:: 18 V

Temperatura:: 65ºC

Densidad de corriente:: 10 A/dm^{2}

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La superficie presentaba brillo metálico tras el pulido electrolítico. Condicionado por la proporción de silicio en la aleación, el brillo era ligeramente más débil y el color algo más oscuro en comparación con aleaciones con un contenido en silicio por debajo del 2%. La superficie era metálicamente limpia y no presentaba restos que se puedan limpiar.

Claims

1. Procedimiento para el pulido electrolítico de superficies de aleaciones de metales ligeros con una proporción en silicio de más del 3% en peso en un electrolito el cual contiene esencialmente ácido fosfórico o una mezcla de ácido fosfórico-ácido sulfúrico, así como un fluoruro, siendo la superficie conectada anódicamente y conteniendo el electrolito iones hierro (III).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se trabaja con una densidad de corriente de 5 a 20 A/dm^{2}.

3. Electrolito para la realización de un procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el electrolito comprende

-: ácido fosfórico (al 85 por ciento) en una cantidad comprendida entre el 40 y el 60% en peso,

-: ácido sulfúrico (al 86 por ciento) en una cantidad comprendida entre el 30 y el 50% en peso,

-: un compuesto de fluoruro en una cantidad comprendida entre el 0,5 y el 6% en peso, e

-: iones hierro (III) en una cantidad comprendida entre el 0,1 y el 8% en peso.

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4. Electrolito según la reivindicación 3, caracterizado porque éste contiene adicionalmente abrillantadores.

5. Electrolito según la reivindicación 4, caracterizado porque el abrillantador es una etanolamina, dietanolamina y/o triisopropilamina y está presente en una cantidad comprendida entre el 1 y el 10% en peso.