ES2369942T3

ES2369942T3 - Procedimiento de pulido electrolítico para titanio.

Info

Publication number: ES2369942T3
Application number: ES08003975T
Authority: ES
Inventors: Olaf BÖHME; Siegfried Pießlinger-Schweiger
Original assignee: Poligrat GmbH
Current assignee: Poligrat GmbH
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2011-12-09
Anticipated expiration: 2028-03-04
Also published as: EP1970473A3; DE102007011632B3; EP1970473A2; EP1970473B1; JP5145083B2; ATE522642T1; JP2008223139A; US20080217186A1

Abstract

Procedimiento para el pulido electrolítico y/o para el desbarbado electroquímico de superficies de titanio o de aleaciones que contienen titanio, caracterizado porque el electrolito utilizado para ello comprende ácido metansulfónico y uno o varios ácidos alcan difosfónicos, pudiendo estar sustituidos los ácidos alcan difosfónicos en su caso por grupos hidroxi y/o amino.

Description

Procedimiento de pulido electrolítico para titanio.

La presente invención se refiere a un procedimiento para el pulido electrolítico de superficies de titanio o de aleaciones que contienen titanio. Este procedimiento es adecuado, en particular, para aleaciones, que presentan un contenido en titanio de por lo menos aproximadamente 50 %-mol, por ejemplo, la aleación de níquel-titanio Nitinol. Para ello, se utiliza un electrolito, el cual comprende ácido metansulfónico, así como uno o varios ácidos alcanos difosfónicos, en su caso sustituidos. La presente invención se refiere asimismo a la utilización de un electrolito de este tipo para el pulido electrolítico de superficies de titanio y/o aleaciones que contienen titanio, como por ejemplo Nitinol.

Objeto de la invención

El pulido electroquímico o pulimentado electrolítico, así como el abrillantado y desbarbado de superficies metálicas, es un procedimiento utilizado con frecuencia en la técnica para tratar la superficie de piezas y de objetos de metal. Un tratamiento de este tipo sirve para la mejora de la calidad superficial, mediante la retirada de rebabas en los cantos y las superficies, mediante alisado, limpiado y abrillantado, tanto con propósitos decorativos como también técnicos. Además mediante el pulido electrolítico se pueden retirar tensiones en las capas exteriores de los materiales de trabajo.

Las piezas que hay que tratar son dispuestas para ello en dispositivos de sujeción eléctricamente conductores adecuados, o también en cestas o tambores hechos de material eléctricamente conductor. Estos dispositivos, dotados con las piezas, son sumergidos en un baño de pulimentado, el cual contiene un electrolito, y que es conectado anódicamente, aplicándose una corriente continua. Mediante la acción de la corriente y del electrolito se retira metal de la superficie de la sustancia de trabajo, con lo cual la superficie es alisada y desbarbada. A continuación la pieza es retirada de nuevo del baño de pulimentado y lavada.

En el estado de la técnica existente hasta el momento se utilizan, para el tratamiento de titanio y aleaciones de titanio, la mezclas siguientes:

1.: ácido perclórico y anhídrido acético;

2.: ácido fluorhídrico, ácido sulfúrico y ácido acético;

3.: ácido fluorhídrico, ácido acético y anhídrido acético;

4.: ácido sulfúrico, ácido fluorhídrico, ácido fosfórico y glicol etilénico;

5.: ácido sulfúrico, difluoruro de amonio y ácidos hidroxicarbónicos.

Ejemplos de ello se describen aproximadamente en el documento WO 01/00906 A1 y en el documento DE 103 20 909 A1.

Todos estos electrolitos, si bien están en condiciones de conseguir resultados de pulido electrolítico satisfactorios sobre superficies de titanio puro y una selección de aleaciones de titanio, están sin embargo parcialmente en disposición de pulir electrolíticamente con una calidad satisfactoria Nitinol, una aleación de níquel-aluminio, la cual consiste en aproximadamente un 50 %-mol de Ni y en aproximadamente un 50 %-mol de Ti y que con frecuencia se denomina asimismo “aleación con memoria”.

Además, todos estos electrolitos adolecen del inconveniente de que su utilización está relacionada con notables riesgos técnicos y sanitarios. De este modo, en la mezcla de electrolito Nº 1, en caso de manipulación inadecuada, existe peligro de explosión, mientras que los restantes electrolitos son fuertemente peligrosos para la salud debido a su contenido en fluoruros.

La utilización de estos electrolitos y procedimientos, en los cuales se utilizan estos electrolitos, en el marco industrial, exige instalaciones y medidas complejas y costosas para el mantenimiento de los parámetros del procedimiento, así como para la seguridad laboral y protección medioambiental. La realización de estos procedimientos de pulido electrolítico exige generalmente además un sistema de refrigeración complejo, para que se puedan mantener las temperaturas de trabajo generalmente muy bajas y, en caso de utilización de electrolitos que contienen fluoruros, un encapsulamiento de las instalaciones de pulido electrolítico, así como una descontaminación del aire de escape.

En el documento EP 1 354 986 A2, se describen un dispositivo y un procedimiento para el pulido electrolítico de titanio y aleaciones de titanio (titanio grados 1 a 10), que utiliza un electrolito de ácido sulfúrico y alcoholes. Además del peligro para la salud debido a la utilización preferentemente al aire libre de metanol y la generación, relacionada con ella, de dimetilsulfato, altamente venenoso y carcinógeno, durante el proceso, este procedimiento tiene la

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desventaja adicional de que, debido a la fácil inflamabilidad de este electrolito, es necesaria una refrigeración compleja del electrolito hasta temperaturas inferiores a 15 ºC, en relación con instalaciones de extinción automáticas para la protección contra incendios.

La solicitud de patente DE 100 37 337 A1 describe un procedimiento y una sujeción para el pulido electrolítico de cuerpos de aleaciones de titanio o de aleaciones de níquel-titanio, tal como Nitinol, comprendiendo el electrolito formamida y ácido sulfamídico.

Por ello, existe una notable necesidad de proporcionar un procedimiento de pulido electrolítico, con el cual se puedan alisar y desbarbar de manera eficiente y con gran calidad titanio y aleaciones que contienen titanio sin que, al mismo tiempo, aparezcan cargas o peligros mayores para el ser humano y el medio ambiente, y en el cual se pueda prescindir de instalaciones de refrigeración y de medidas de seguridad costosas.

Descripción de la invención

El objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento de pulido electrolítico para el alisado y/o el desbarbado electroquímico de superficies de titanio o de aleaciones que contienen titanio, que no adolezca de los inconvenientes mencionados anteriormente. Estos procedimientos se basan en la utilización de un electrolito, el cual comprende ácido metansulfónico y uno o varios ácidos alcan difosfónicos, pudiendo estar sustituidos uno o varios ácidos alcan difosfónicos sustituidos, en su caso, por uno o varios grupos hidroxi y/o amino.

En una forma de realización preferida del procedimiento de la presente invención, la concentración en electrolitos en el ácido metansulfónico es de por lo menos el 95 % en peso, con respecto al peso total del electrolito. Por regla general, se utiliza ácido metansulfónico concentrado con un contenido de por lo menos el 98 % en peso, por ejemplo ácido metansulfónico con un contenido de más del 99 % en peso, al cual se le añaden uno o varios ácidos alcan difosfónicos como sustancia(s) pura(s).

Un ácido alcan difosfónico especialmente apto para utilización en el procedimiento descrito en la presente memoria es el 1-hidroxietano-1,1-ácido difosfónico (HEDP, también designado como ácido etidrónico). De este modo, se puede utilizar como electrolito, el cual se utiliza en el procedimiento aquí descrito, HEDP solo o en combinación con otros ácidos alcan difosfónicos en ácido metansulfónico concentrado, tal como se ha definido anteriormente.

La concentración del uno o de varios ácidos alcan difosfónicos en el electrolito está comprendida preferentemente entre 1 y 50 g/kg de electrolito, por ejemplo, entre 3 y 25 g/kg de electrolito. Se prefiere, en particular, que se utilicen uno o varios ácidos alcan difosfónicos con 5 y 20 g/kg de electrolito.

En una forma de realización de la presente invención, el electrolito consiste esencialmente en ácido metansulfónico y en uno o varios ácidos alcan difosfónicos. Esto significa que no se añaden otras sustancias y que dichas otras sustancias están presentes en cantidades pequeñas, por ejemplo de menos del 3 % en peso, debidas más o menos a contaminaciones del ácido metansulfónico o de los ácidos alcan difosfónicos, o debidas al funcionamiento durante el pulido electrolítico (por ejemplo, iones retirados). De este modo, se prefiere también que el electrolito, que se utiliza según el presente procedimiento, no contenga agua o contenga únicamente cantidades pequeñas de ella. El contenido en agua del electrolito es, por ello, preferentemente de a lo sumo el 2 % en peso, aún mejor inferior al 1 % en peso, con respecto al peso total del electrolito.

Durante la realización de un procedimiento según la presente invención el pulido electrolítico tiene lugar preferentemente a una temperatura en el intervalo comprendido entre 20 ºC y 70 ºC, por ejemplo entre la temperatura ambiente y 60 ºC, y en especial a una temperatura comprendida entre 25 ºC y 50 ºC. La densidad de corriente anódica, a la cual se pulen electrolíticamente las piezas se puede elegir en un margen amplio. Éste está preferentemente en el intervalo comprendido entre 2 y 50 A/dm2, en particular entre 5 y 30 A/dm2. La tensión aplicada puede estar con frecuencia en el intervalo comprendido entre 10 y 35 V.

La duración del proceso de pulido electrolítico se orienta naturalmente según la rugosidad, en cada caso, de la pieza que hay que procesar y del alisamiento o desbarbado deseado. El tiempo de actuación óptimo lo puede determinar el experto ordinario en la materia, sin una complejidad particular, en el marco de experimentos rutinarios dependiendo de la densidad de corriente utilizada, de la temperatura, del electrolito y del dispositivo utilizado. Por regla general, basta con un tratamiento de la pieza durante pocos minutos.

A continuación del proceso de pulido electrolítico, la pieza procesada es retirada del baño de pulido electrolítico y es lavada con agua, preferentemente agua desionizada. Al mismo tiempo, no es determinante que la pieza sea liberada de inmediato del electrolito. El electrolito descrito en la presente memoria no ataca la superficie procesada, lo cual facilita el procesamiento y no impone más exigencias al conjunto de aparatos utilizados.

Este electrolito descrito en la presente memoria se puede utilizar tanto para titanio puro, como para aleaciones que contengan titanio. Estas aleaciones que contienen titanio pueden comprender en especial titanio en una porción de por lo menos 50 %-mol. Una aleación importante de este tipo, la cual contiene titanio en una porción de

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aproximadamente el 50 %-mol, es la aleación níquel-titanio Nitinol, la cual se designa también como “aleación con memoria”. En ensayos llevados a cabo con el electrolito descrito en la presente memoria, resultó que se podían pulir electrolíticamente de manera eficiente y con buen resultado en especial también piezas de Nitinol con el procedimiento según la invención. La utilización de un electrolito, el cual comprende ácido metansulfónico y uno o

5 varios ácidos alcan difosfónicos, para el pulido electrolítico de superficies de titanio, aleaciones que contienen titanio y aleaciones níquel-titanio, como por ejemplo Nitinol, es asimismo un aspecto de la invención descrita en la presente memoria.

Estos electrolitos no exigen durante su utilización, al contrario que los electrolitos que se utilizaban en el estado de la

10 técnica hasta la actualidad, instalaciones técnicamente complejas, sino que se pueden utilizar en instalaciones industriales de pulido electrolítico usuales como las que se utilizan, por ejemplo, también para el tratamiento de acero fino. En especial, un electrolito como el que se utiliza según la presente invención no es inflamable, no es especialmente corrosivo y se fácil de manipular. En caso de una manipulación normal, no aumenta el peligro, en particular, para las personas que hacen funcionar la instalación de pulido electrolítico o que trabajan en las

15 inmediaciones de esta instalación, así como tampoco para el medio ambiente. El electrolito descrito en la presente memoria no libera en especial gases o vapores dañinos.

Los procedimientos y electrolitos descritos en la presente memoria no solo se pueden utilizar de forma más sencilla durante el tratamiento de superficies que contienen titanio sino que posibilitan también obtener un alisamiento o 20 desbarbado de las superficies que son por lo menos iguales a los procedimientos tal como están descritos en el estado de la técnica, cuando no son incluso superiores en muchos casos.

La invención se explica con mayor detalle en los siguientes ejemplos. Los ejemplos representan, sin embargo, únicamente posibles formas de realización del procedimiento de pulido electrolítico descrito en la presente memoria 25 y no deben implicar, en modo alguno, una limitación de las condiciones utilizadas.

Ejemplos

Ejemplo 1: aleación de titanio TiAlV4

30 Una chapa de dimensiones 50 x 50 x 1,0 mm con la superficie amolada y una rugosidad de Ra = 0,8 µm fue pulido electrolíticamente en un electrolito, formado por 990 g de ácido metansulfónico al 100% y 10 g de 1-hidroxietano-1,1ácido difosfónico.

35 Los datos de trabajo empleados fueron los siguientes:

Temperatura: 30 ºC

Densidad de corriente: 20 A/dm2 40 Tiempo de pulido: 7 min.

La chapa fue desengrasada antes del tratamiento, lavada con agua y secada. Tras el pulido electrolítico la chapa fue extraída del electrolito y, tras un tiempo de espera de 5 min., lavada en agua desionizada y secada. Las superficies 45 tenían un brillo intenso, sin ataque de mordido y presentaron una rugosidad de Ra = 0,3 µm. Los cantos eran lisos y sin rebabas.

Ejemplo 2: Nitinol

50 Un alambre de Nitinol con un diámetro de 0,8 mm fue pulido electrolíticamente en un electrolito según el ejemplo 1.

Los datos de trabajo empleados fueron los siguientes:

Temperatura: 25 ºC 55 Densidad de corriente: 10 A/dm2

Tiempo de pulido: 4 min.

60 El alambre fue tratado previa y posteriormente según el ejemplo 1.

El resultado fue una superficie lisa con un brillo intenso sin ataque de mordido sobre la estructura.

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Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para el pulido electrolítico y/o para el desbarbado electroquímico de superficies de titanio o de aleaciones que contienen titanio, caracterizado porque el electrolito utilizado para ello comprende ácido

5 metansulfónico y uno o varios ácidos alcan difosfónicos, pudiendo estar sustituidos los ácidos alcan difosfónicos en su caso por grupos hidroxi y/o amino.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la concentración del ácido metansulfónico en el

electrolito es de por lo menos el 95 % en peso, con respecto al peso total del electrolito. 10
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque uno o varios ácidos alcan difosfónicos comprenden 1-hidroxietano-1,1-ácido difosfónico.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la concentración de uno o 15 varios ácidos alcan difosfónicos está comprendida entre 1 y 50 g/kg de electrolito.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la concentración de uno o varios ácidos alcan difosfónicos está comprendida entre 5 y 20 g/kg de electrolito.

20 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el electrolito consiste esencialmente en ácido metansulfónico y en uno o varios ácidos alcan difosfónicos.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se lleva a cabo a una

temperatura comprendida entre 20 ºC y 70 ºC. 25
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el procedimiento se lleva a cabo con una densidad de corriente anódica de 2 a 50 A/dm2.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el procedimiento se lleva a cabo con 30 una intensidad de corriente anódica de 5 a 30 A/dm2.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las aleaciones que contienen titanio incluyen titanio en una proporción de aproximadamente 50 %-mol.

35 11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque la aleación que contiene titanio es Nitinol.
12. Utilización de un electrolito según una de las reivindicaciones 1 a 6 para el pulido electrolítico de superficies de titanio y/o aleaciones que contienen titanio.

40 13. Utilización según la reivindicación 12, caracterizada porque la aleación que contiene titanio es Nitinol.