BR102019014786A2

BR102019014786A2 - método de anodização para proteção contra corrosão de alumínio ou elementos de liga de alumínio utilizados em estruturas de aeronaves

Info

Publication number: BR102019014786A2
Application number: BR102019014786A
Authority: BR
Inventors: Ciliberto Antonio; Albolino Augusto; Addivinola Bruno; Stefano Gallo Giuseppe; Cutillo Lucia; Pastore Stefano
Original assignee: Leonardo Spa
Priority date: 2018-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2020-02-04
Also published as: ES2933954T3; EP3597795B1; CA3049583A1; CN110735169A; AU2019204989A1; JP2020056097A; EP3597795A1; KR20200010107A; US20200024766A1

Abstract

método de anodização para proteção contra corrosão de alumínio ou elementos de liga de alumínio utilizados em estruturas de aeronaves a presente invenção refere-se a um método de anodização para proteção contra corrosão de um elemento de alumínio ou liga de alumínio usado em uma estrutura de aeronave, compreendendo as seguintes etapas: a) submeter o elemento a uma etapa de desengorduramento por meio de um banho alcalino (bloco 100) para remover elementos contaminantes; b) submeter o elemento a uma primeira lavagem subsequente em água (bloco 110); c) submeter o elemento a uma etapa de decapagem ácida (120) imergindo o elemento em uma solução ácida e, em seguida, extrair o elemento da solução ácida e submeter o elemento a uma lavagem subsequente em água; d) submeter o elemento lavado a uma etapa de tratamento eletroquímico subsequente em um tanque (140) imergindo o elemento em uma solução de ácido tartárico (c4h6o6) e ácido sulfúrico (h2so4); e) submeter o elemento a uma lavagem subsequente em água (150); f) imergir (bloco 170) o elemento em um banho em que uma solução de cromo está presente, com um número de oxidação de +3, e íons e fluoretos de zircônio, a fim de realizar um primeira etapa de vedação pós-anodização; g) extrair o elemento do banho da etapa f) e submetê-lo a uma lavagem final subsequente e a um imersão subsequente em um tanque de água fervente (segunda etapa de vedação), e depois secar o elemento (bloco 180).

Description

MÉTODO DE ANODIZAÇÃO PARA PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO DE ALUMÍNIO OU ELEMENTOS DE LIGA DE ALUMÍNIO UTILIZADOS EM ESTRUTURAS DE AERONAVES

Referência Cruzada aos Pedidos Relacionados [0001] O presente pedido de patente reivindica prioridade de pedido de patente italiano IT 102018000007314 depositado em 18 de julho de 2018, cuja descrição completa é incorporada ao presente por referência.

Campo da Invenção [0002] A presente invenção refere-se a um método de anodização para proteção contra corrosão de elementos de alumínio ou liga de alumínio usados em uma estrutura de aeronave.

Antecedentes da Invenção [0003] Como é sabido, a fim de proteger os elementos de alumínio ou liga de alumínio utilizados em uma estrutura de aeronave, foram desenvolvidos métodos de anodização para proporcionar uma camada protetora fina (de poucos micron) de óxido metálico, que protege o alumínio/a liga de alumínio subjacente da corrosão. Essa camada de óxido metálico também facilita a pintura subsequente das estruturas de aeronave e também aumenta a resistência elétrica de superfície da estrutura da aeronave.

[0004] Tipicamente, os processos de anodização conhecidos compreendem uma série de etapas, incluindo:

a) submeter o elemento a uma etapa de desengordura mento por meio de um banho alcalino para remover elementos contaminantes, tais como, por exemplo, óleos, gorduras, lubrificantes, camadas protetoras, poeiras e resíduos em geral - sujeitando-o depois a uma primeira lavagem em água;

b) submeter o elemento a uma etapa de decapagem ácida. Em seguida, extrair o elemento da solução ácida e submeter o elemento a uma lavagem subsequente em água. Esta etapa contribui para a remoção de óxido natural, óxidos térmicos, vestígios de materiais depositados como um resultado de processamento mecânico, arranhões, descolorações, corrosão leve;

c) submeter o elemento lavado a uma etapa de tratamento eletroquímico subsequente imergindo o elemento em uma solução de ácido crômico (utilizando cromo

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2/8 com um número de oxidação de +6 - cromo hexavalente) e aplicando um potencial elétrico a este elemento;

d) submeter o elemento a uma segunda lavagem subsequente em água;

e) imergir o elemento em um banho em que uma solução de um composto de cromo com um número de oxidação de +6 (cromo hexavalente) esteja presente, a fim de realizar uma etapa de vedação pós-anodização;

f) extrair o elemento a partir a partir do banho da etapa e) e submetê-lo a uma terceira lavagem final.

[0005] Este método utiliza compostos muito perigosos, tais como hhCrCM, comumente chamado de ácido crômico, onde o cromo tem um número de oxidação de +6; é uma espécie altamente oxidante. A reação química que ocorre é a seguinte:

Reação eletroquímica no ânodo:

2AI + 3H₂O = AI2O3 + 6H⁺ + 6e

Reação eletroquímica no cátodo:

6H⁺ + 6e- = 3H₂

Reação de anodização resultante:

2AI + 3H₂O => AI2O3 + 3H₂ [0006] O cromato de alumínio também será formado de acordo com 0 seguinte mecanismo: anidrido crômico -> ácido crômico -> cromato de alumínio

CrÜ3 ·$ H₂CrO4 -> Al₂ (CrÜ4)3 [0007] Além disso, com base em evidências experimentais e epidemiológicas, 0 cromo com um número de oxidação de +6 (cromo hexavalente) foi classificado pela IARC como carcinógeno humano (Classe I).

[0008] Em relação aos efeitos na saúde, vários estudos demonstraram que a exposição ao cromo hexavalente é uma das possíveis causas de câncer de pulmão, por ser mutagênico e carcinogênico. De fato, 0 sistema respiratório é 0 principal alvo da ação tóxica e carcinogênica, e a exposição ocupacional aguda e crônica ocorre, sobretudo, por absorção por inalação. A toxicidade da forma hexavalente no nível intracelular aparece, sobretudo, com as numerosas alterações moleculares e estruturais causadas pelas formas instáveis [Cr(V) e Cr(IV)] e estável [Cr(III)] resultantes do processo de redução.

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3/8 [0009] O documento US2015020925 descreve um método para o tratamento de superfície de um alumínio, magnésio ou uma das suas ligas, para proteger a peça de corrosão. O método consiste em imergir consecutivamente a peça nos dois seguintes banhos:

- primeiro banho aquoso a baixas temperaturas contendo um sal metálico inibidor de corrosão e um composto oxidante para formar um revestimento de conversão na superfície da peça contendo óxidos, hidróxidos e fluoretos à base de zircônio/cromo;

- um segundo banho aquoso, mantido a uma temperatura abaixo de 80°C e contendo um composto oxidante e um inibidor de corrosão de sal de terras raras. Através da presença de peróxido de hidrogênio, a oxidação do cromo é obtida da forma trivalente para a hexavalente e a formação de cromatos.

[0010] O método pode ser realizado para a conversão química de alumínio ou suas ligas e magnésio ou suas ligas, em partes que não tenham sido previamente tratadas ou após a anodização da peça para selar a camada anódica.

[0011] Portanto, existe a necessidade de desenvolver um método que não utilize materiais tóxicos/cancerígenos e que permita a formação de uma camada de óxido que proporcione uma boa proteção ao alumínio/liga de alumínio subjacente.

Descrição Resumida da Invenção [0012] O objetivo acima é alcançado pela presente invenção na medida em que se refere a um método de anodização para proteção contra corrosão de um elemento de alumínio ou liga de alumínio usado em uma estrutura de aeronave, compreendendo as seguintes etapas:

a) submeter o elemento a uma etapa de desengordura mento por meio de um banho alcalino (bloco 100) para remover elementos contaminantes;

b) submeter o elemento a uma primeira lavagem subsequente em água (bloco 110);

c) submeter o elemento a uma etapa de decapagem ácida (120) imergindo o elemento em uma solução ácida e, em seguida, extrair o elemento da solução ácida e submeter o elemento a uma lavagem subsequente em água;

d) submeter o elemento lavado a uma etapa de tratamento eletroquímico subsequente em um tanque (140) imergindo o elemento em uma solução de ácido tartárico (QHeOõ) e ácido sulfúrico (H2SO4) e aplicando um potencial elétrico ao dito elemento;

e) submeter 0 elemento a uma segunda lavagem subsequente em água (150);

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4/8

f) imergir (bloco 170) o elemento em um banho em que uma solução de cromo está presente, com um número de oxidação de +3, e íons e fluoretos de zircônio, a fim de realizar uma etapa de vedação pós-anodização;

g) extrair o elemento do banho da etapa f) e submetê-lo a uma terceira lavagem final em água e imergir subsequentemente em um tanque de água fervente, o que proporciona uma segunda etapa de vedação, e depois secar o elemento (bloco 180).

Breve Descrição dos Desenhos [0013] A presente invenção será agora ilustrada com referência às figuras anexas em que: [0014] A Figura 1 representa uma realização não limitativa mostrando as principais etapas do método de acordo com a presente invenção; e [0015] A Figura 2 especifica uma etapa do método da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção [0016] Com referência à Figura 1, o método de anodização para proteção contra corrosão de um elemento de alumínio ou liga de alumínio usado em uma estrutura de aeronave compreende as seguintes etapas:

a) submeter o elemento a uma etapa de desengordura mento por meio de um banho alcalino (bloco 100) para remover elementos contaminantes, tais como, por exemplo, óleos, gorduras, lubrificantes, camadas protetoras, poeiras e resíduos em geral. Tipicamente, a etapa a) é realizada imergindo o elemento no banho alcalino durante um intervalo de tempo de 10 a 20 minutos. Tipicamente, o banho alcalino tem uma temperatura de aproximadamente 55 ± 5°C.

b) submeter o elemento a uma primeira lavagem subsequente em água (bloco 110). Tipicamente, a etapa b) é realizada com água durante um intervalo de tempo de 2 a 5 minutos a uma temperatura abaixo de 35°C.

c) submeter o elemento a uma etapa de decapagem ácida (bloco 120) imergindo o elemento durante aproximadamente 5 a 10 minutos em uma solução ácida à base de sulfato férrico e uma mistura de ácidos mantida a uma temperatura compreendida entre 20°C e 40°C e, em seguida, extrair o elemento da solução ácida e submeter o elemento a uma lavagem subsequente em água (bloco 130 em seguida bloco 120) durante 4 a 10 minutos à temperatura ambiente e avaliar o filme de água. A verificação avaliando o filme de água

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5/8 na superfície da peça durante o enxágue garante a eficácia do pré-tratamento. A etapa c) contribui para a remoção de óxido natural, óxidos térmicos, vestígios de materiais depositados como um resultado de processamento mecânico, arranhões, descolorações, corrosão leve;

d) submeter o elemento lavado a uma etapa de tratamento eletroquímico subsequente em um tanque (bloco 140) imergindo o elemento em uma solução de ácido tartárico (OHeOe) e ácido sulfúrico (H2SO4) e aplicando um potencial elétrico, em que 0 elemento de alumínio/liga de alumínio se comporta como ânodo (polo positivo), enquanto 0 eletrodo negativo (ou cátodo) é representado pelo tanque. A etapa d) é realizada com uma solução com uma temperatura compreendida entre 36°C e 39°C. A concentração típica de ácido tartárico é de 72 a 88 g/l e a do ácido sulfúrico é de 36 a 44 g/l.

[0017] A reação química que ocorre na etapa d) é a seguinte:

Reação eletroquímica no ânodo:

2AI + 3H₂O = AI2O3 + 6H⁺ + 6e

Reação eletroquímica no cátodo:

6H⁺ + 6e- = 3H₂

Reação de anodização resultante:

2AI + 3H₂O => AI2O3 + 3H₂ [0018] O sulfato de alumínio, que contribui para a proteção do metal/liga metálica subjacente, também será formado de acordo com 0 seguinte mecanismo:

3H2SO4 + 2AI AI₂(SO₄)3 + 3H₂ [0019] A etapa d) é tipicamente realizada usando os seguintes parâmetros (vide a Figura 2):

- aplicar no elemento a voltagem dentro de 1 minuto a partir da imersão do elemento na solução;

- subsequentemente e sem interrupção, aplicar no elemento uma voltagem crescente com uma rampa que não exceda 3 volts por minuto;

- subsequentemente e sem interrupção, aplicar no elemento uma voltagem constante (aproximadamente 14 Volts) durante aproximadamente 20 minutos, e depois;

- reduzir gradualmente a voltagem aplicada a um valor nulo em aproximadamente 1 minuto;

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- remover o elemento da solução dentro de 3 minutos a partir do desligamento da voltagem

e) submeter o elemento a uma segunda lavagem subsequente em água (bloco 150). Tipicamente, a etapa e) compreende uma etapa de enxágue opcional por imersão em água industrial (bloco 150a) à temperatura ambiente e uma subsequente etapa de lavagem por imersão em água purificada à temperatura ambiente (bloco 150b).

[0020] Subsequentemente, o elemento lavado é submetido a inspeção visual por um operador (bloco 160) e, se esta etapa for cumprida, a seguinte etapa é realizada:

f) imergir (bloco 170) o elemento em um banho em que estão presentes o cromo, com um número de oxidação de +3, íons de zircônio e fluoretos (resultantes de sais e fluorozirconatos/silicatos), a fim de realizar uma primeira etapa de vedação pós-anodização; [0021] A reação química que ocorre é a seguinte:

4AI₂O₃ + 24F- + 3Zr⁺⁴ + 4Cr⁺³ A 8AIF3 + 3ZrO₂ + 2Cr₂O₃ [0022] Tipicamente, 0 tempo de imersão na etapa f) está compreendido entre 2 e 20 minutos. Sugere-se um tempo compreendido entre 2 e 3 minutos.

g) extrair 0 elemento do banho da etapa f) e submetê-lo a uma terceira lavagem final e imergir subsequentemente em um tanque de água fervente (temperatura compreendida entre 95 e 100°C, pH variando de 4,5 a 7, por aproximadamente 30 minutos), que proporciona um segunda etapa de vedação, de acordo com a seguinte reação:

AI₂Os + H₂O -> 2 AIO (OH) (um hidróxido de óxido de alumínio - bõhmite) [0023] O que resulta em um aumento de volume, que é responsável pelo preenchimento dos poros do óxido anódico. A redução na porosidade resultante da hidratação da alumina reduz drasticamente a capacidade de adsorção, tornando a superfície insensível às impressões digitais, manchas de cor e graxa e dando ao óxido uma maior resistência à corrosão. Para alcançar a reação acima e obter AIO(OH) (óxido de hidróxido de alumínio), a temperatura tem uma influência fundamental. Se de fato a temperatura fosse menor que a destacada acima, uma camada de hidróxido de alumínio [AI(OH)3] seria criada com características diferentes e com uma porcentagem de hidratação do óxido que não garantiría a mesma resistência à corrosão.

[0024] Secando 0 elemento (bloco 180). Tipicamente, a secagem pode ser realizada em um

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7/8 ambiente livre de poeira, por exemplo, um forno que atinge uma temperatura entre 45°C e 65°C por pelo menos 20 minutos.

[0025] Entre a etapa b) e a etapa d) podem também ser realizadas as seguintes etapas adicionais, opcionais à etapa c), que é realizado de qualquer maneira:

- ataque químico alcalino rápido (bloco 200) com uma solução à base de soda cáustica, a fim de preparar/ativar as superfícies do alumínio/liga de alumínio para o tratamento eletroquímico na etapa d). Tipicamente, esta etapa é realizada imergindo o elemento em uma solução alcalina com uma temperatura de aproximadamente 60°C durante 30 a 60 segundos; e

- desmutação e enxágue do alumínio (bloco 210). Tipicamente, esta etapa de clarear o escurecimento devido ao banho alcalino anterior é realizada imergindo o elemento em uma solução de limpeza (baseada em sulfato férrico e uma mistura de ácidos) à temperatura ambiente (aproximadamente 25°C) durante 5 a 10 minutos.

[0026] A partir da descrição acima, parece que o método da presente invenção, em particular a selagem (etapa f), não utiliza compostos altamente tóxicos e, em particular, carcinogênicos, tais como cromo com um número de oxidação de +6. A camada de óxido selada tem uma espessura sensivelmente constante de alguns microns (tipicamente de 2 a 7 pm) e boas características de adesão. Os elementos são, portanto, efetivamente protegidos contra a corrosão.

[0027] A Depositante realizou uma série de testes mecânicos de fadiga em amostras submetidas ao método da presente invenção. Os testes foram realizados em amostras cilíndricas tratadas de acordo com o método da presente invenção de acordo com a norma EN6072 fornecida no campo aeronáutico. Os resultados foram plotados em uma curva de Wohler em vários níveis de carga.

[0028] Ao comparar os dados, o tratamento de acordo com o presente método mostrou-se, portanto, não alterar a resistência à fadiga da amostra, que está em conformidade com as diretrizes aeronáuticas CS 25.571. Os testes de corrosão, que foram realizados em uma câmara de névoa salina para ASTM B 117, também tiveram bom desempenho. Neste caso, foi utilizada uma câmara de pulverização de sal, que foi capaz de fornecer um ambiente salino controlado alimentado por uma solução salina de NaCI a 5%. Testes de permanência

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8/8 no spray de sal por 336 horas foram brilhantemente passados.

[0029] Testes para adesão da tinta aos elementos tratados de acordo com o método da presente invenção também foram realizados. Estes testes foram realizados de acordo com o padrão ISO 2409 após imergir em água desmineralizada a 23°C por 14 dias. O teste consiste em retificar, após a imersão em água, a camada de tinta com um cortador de seis lâminas, organizando e pressionando uma camada de fita contra a tinta quadrada e, em seguida, rasgando a fita rapidamente. Os testes deram um resultado positivo, com um descolamento da tinta de revestimento inferior a 5%.

Claims

Reivindicações

1. MÉTODO DE ANODIZAÇÃO PARA PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO de um elemento de alumínio ou liga de alumínio usado em uma estrutura de aeronave, caracterizado por compreender as seguintes etapas:

a) submeter o elemento a uma etapa de desengorduramento por meio de um banho alcalino (bloco 100) para remover elementos contaminantes;

b) submeter o elemento a uma primeira lavagem subsequente em água (bloco 110);

c) submeter o elemento a uma etapa de decapagem ácida (120) imergindo o elemento em uma solução ácida e, em seguida, extrair o elemento da solução ácida e submeter o elemento a uma lavagem subsequente em água;

d) submeter o elemento lavado a uma etapa de anodização subsequente em um tanque (140) imergindo o elemento em uma solução de ácido tartárico (QHeOe) e ácido sulfúrico (H2SO4) e aplicando um potencial elétrico ao dito elemento que atua como ânodo;

e) submeter 0 elemento a uma segunda lavagem subsequente em água (150);

f) imergir (bloco 170) 0 elemento em um banho em que uma solução de cromo está presente, com um número de oxidação de +3, e íons e fluoretos de zircônio, a fim de realizar uma etapa de vedação pós-anodização;

g) extrair 0 elemento do banho da etapa f) e submetê-lo a uma terceira lavagem final em água e imergir subsequentemente em um tanque de água com uma temperatura compreendida entre 95°C e 100°C, que proporciona um segunda etapa de vedação, e depois secar 0 elemento (bloco 180).
2. MÉTODO DE ANODIZAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a etapa c) ser realizada imergindo 0 elemento em um banho de ácido durante um intervalo de tempo de 5 a 10 minutos.
3. MÉTODO DE ANODIZAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a etapa c) ser realizada imergindo 0 elemento em um banho de ácido com uma temperatura de 20°C a 40°C.
4. MÉTODO DE ANODIZAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a etapa d) ser configurada para realizar as seguintes reações químicas:

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2/3

Reação eletroquímica no ânodo:

2AI + 3H₂O = AI2O3 + 6H⁺ + 6e~

Reação eletroquímica no cátodo:

6H⁺ + 6e- = 3H₂

Reação de anodização resultante:

2AI + 3H₂O => AI2O3 + 3H₂
5. MÉTODO DE ANODIZAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a etapa d) ser realizada utilizando os seguintes parâmetros:

- aplicar ao elemento a voltagem dentro de 1 minuto a partir da imersão do elemento na solução;

- aplicar ao elemento uma voltagem crescente com uma rampa que não exceda 3 volts por minuto;

- subsequentemente e sem interrupção, aplicar ao elemento uma voltagem constante durante aproximadamente 20 minutos, e depois;

- reduzir gradualmente a voltagem aplicada a um valor nulo;

- remover 0 elemento da solução dentro de 3 minutos a partir do desligamento da voltagem.
6. MÉTODO DE ANODIZAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a etapa d) ser realizada utilizando uma solução com uma temperatura variando entre 36°C e 39°C.
7. MÉTODO DE ANODIZAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a etapa g) ser realizada em um tanque de água fervente com uma temperatura maior do que 95°C e um pH variando entre 4,5 e 7 durante aproximadamente 30 minutos.
8. MÉTODO DE ANODIZAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, na etapa d), a concentração de ácido tartárico ser de 72 a -88 g/l e a concentração de ácido sulfúrico ser de 36 a 44 g/l.
9. MÉTODO DE ANODIZAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por a etapa f) realizar as seguintes reações

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3/3 químicas:

4AI2O3 + 24F- + 3Zr⁺⁴ + 4Cr⁺³ 8AIF3 + 3ZrO₂ + 2Cr₂O₃
10. MÉTODO DE ANODIZAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por entre a etapa b) e a etapa d) serem também executadas as seguintes etapas adicionais:

ataque químico alcalino (200) a fim de preparar/ativar as superfícies do alumínio/liga de alumínio para 0 tratamento eletroquímico na etapa d); e desmutação e enxágue do alumínio/liga de alumínio (210).
11. MÉTODO DE ANODIZAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a dita água fervente ter um pH que varia entre 4,5 e 7.
12. MÉTODO DE ANODIZAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os ditos fluoretos resultarem de sais e fluorozirconatos/silicatos.