BRPI0506448B1 - Prendedor tendo um revestimento externo contendo uma composição resistente à corrosão - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PRENDEDOR TENDO UM REVESTIMENTO EXTERNO CONTENDO UMA COMPOSIÇÃO RESISTENTE À CORROSÃO".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a revestimentos protetores e a prendedores revestidos com os mesmos e, mais particularmente, a tais revestimentos e prendedores capazes de proteger um ou ambos de dois metais dissimilares montados juntos, contra corrosão estrutural ou deterioração. A invenção é aplicável ao uso com uma série de diferentes metais e combinações de metais. Ela é especialmente aplicável ao revestimento de titânio. Uma aplicação particular refere-se a prendedores de titânio co-mumente usados nas estruturas de alumínio de aeronaves e semelhantes. É prática comum montar estruturas de alumínio ou liga de alumínio, tais como aquelas de aeronaves, com prendedores de elevada resistência de titânio ou ligas de titânio. É bem-conhecido que a ação galvânica em virtude de efeitos de acoplamento eletroquímicos presentes em tais conjuntos frequentemente resulta em corrosão indesejável dos elementos de alumínio ou titânio, ou ambos. Sabe-se que o alumínio tem uma tendência para ataque galvanicamente induzida em contato com titânio, se úmido. A-lém disso, a suscetibilidade á corrosão dessas estruturas é aumentada por ambientes ácidos ou salinos adversos frequentemente encontrados. Quando os prendedores são do tipo interferência-encaixe, tal como comumente usado em indústria de aeronaves, o problema é ainda composto pelo fato de que um revestimento sobre o prendedor deve ser rígido e aderente o bastante para suportar a força da operação de encaixe. Tais revestimentos devem também ser mantido próximos das tolerâncias.

Uma série de expedientes foram propostos, até hoje, para reduzir ou eliminar tal corrosão galvânica, dentre os quais: revestimento dos prendedores com cádmio ou alumínio; substituição de prendedores de aço por titânio; chapeamento dos prendedores com revestimentos orgânicos ou inorgânicos; uso de tintas de base úmidas ou vedantes elastoméricos durante instalação; e revestimento dos prendedores ou exteriores estruturais com tinta, tal como uma do tipo cromato de zinco. Descobriu-se que produtos químicos, incluindo fosfonatos, molibdatos e silicatos de alguns metais, tal como silicato de sódio, e sais de zinco, incluindo molibdato de zinco, fosfato de zinco e óxido de zinco, também são eficazes como inibidores de corrosão. Acredita-se que tais materiais previnam a corrosão através de uma variedade de mecanismos, tal como formação de uma camada molecular eletricamente não-condutiva sobre o substrato metálico, diminuição da permeabilidade do revestimento, formação de um composto quimicamente resistente sobre o substrato metálico ou tornar o material de revestimento hidrofóbi-co para, assim, impedir que materiais corrosivos portando água atinjam o substrato, por exemplo.

Os vários tipos de revestimentos e inibidores de corrosão usados até hoje apresentam problemas, tal como falha em proporcionar proteção completa, rigidez ou aderência inadequada e custo excessivo. Mesmo aqueles mais amplamente usados na indústria de aeronaves, isto é, chape-amento com cádmio, revestimentos orgânicos e inorgânicos e vedantes, têm sido menos do que completamente satisfatório. Os revestimentos do tipo orgânico e inorgânico atuam, tipicamente, como uma barreira física contra sal, umidade e semelhantes sem proporcionar proteção contra corrosão substancial. Prendedores chapeados de cádmio e abordagens de instalação a úmido, embora encontrando sucesso considerável na inibição de corrosão de estruturas de alumínio, têm outras limitações indesejáveis, tal como um efeito de fragilidade sobre titânio e aço de elevada resistência em contato direto com o cádmio. A instalação a úmido impõe um custo indesejavelmente alto de montagem e apresente problemas de adaptabilidade de produção e semelhantes.

Cromatos têm sido amplamente usados durante muitos anos como inibidores de corrosão em revestimentos para inibição de corrosão, tais como tintas, vedantes e compostos de calafetagem. Inibidores de corrosão comumente usados na indústria aeroespacial incluíam sais de zinco e metal alcalino-terroso de cromo hexavalente, os quais também intensificam as propriedades adesivas das composições de inibição de corrosão. Contu- do, agora também é geralmente aceito que tais cromatos podem ser tóxicos e que o uso contínuo de cromatos em revestimentos para inibição de corrosão representa perigos para a saúde e ambiente.

Um revestimento de base orgânico de metal protetor resistente que foi desenvolvido há muitos anos para prendedores de metal de não-alumínio tem sido usado em estruturas de alumínio de aeronaves, para agir contra a corrosão bimetálica que seria, de outro modo, causada aos prendedores de metal de não-alumínio. Esse revestimento inclui uma mistura de uma substância metálica em pó, tal como alumínio ou dissulfeto de molibdê-nio em pó, com uma resina de fenol-formaldeído em um veículo volátil selecionado de álcoois alquílicos inferiores, tal como álcool etílico, metil etil ceto-na e destilado de petróleo, tal como tolueno, junto com cromato de estrôncio e cromato de zinco.

Outro tipo de composição de revestimento para inibição de corrosão de não-cromato para superfícies de metal inclui pelo menos um inibidor selecionado do grupo consistindo em fosfatos, fosfo-silicatos, silicatos e misturas dos mesmos, com pelo menos um inibidor sendo selecionado de titanatos e sais de zinco. A composição também pode incluir um borato, tal como ácido bórico, e um succinato. Um fosfato preferido inclui dihidrogen fosfato de cálcio, e um titanato preferido é óxido de titânio sódico. O sal de zinco pode incluir fosfato de zinco ou cianamida de zinco.

Muitos materiais estão comercialmente disponíveis atualmente os quais proporcionam algumas propriedades de resistência à corrosão aos revestimentos, mas nenhum desses materiais tem sido tão eficaz quanto compostos de cromo hexavalente. Outros compostos oferecem, tipicamente, proteção via um mecanismo contra um aspecto do processo de corrosão. Assim, ainda existe uma necessidade por formulações de revestimento que não contêm cromato, mas que combinam propriedades de resistência à corrosão úteis de diferentes inibidores de corrosão para obter sinergisticamente uma eficácia substancialmente equivalente àquela de revestimentos contendo cromato para prevenir a corrosão. A presente invenção vai de encontro a essas e outras necessidades.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em suma, e em termos gerais, a presente invenção proporciona um prendedor com um revestimento resistente à corrosão que não contém cromato, mas que é tão eficaz para prevenir a corrosão quanto um revestimento equivalente contendo cromato.

Conseqüentemente, em uma modalidade, a presente invenção proporciona um prendedor revestido com um material de revestimento contendo uma composição resistente à corrosão consistindo essencialmente em aproximadamente 8% em peso de um sal de constituintes orgânicos formados de cátions selecionados do grupo consistindo em zinco e cádmio, e â-nions selecionados do grupo consistindo em silicatos, fosfatos, carbonatas e óxidos, e aproximadamente 8% em peso de ácido 1-(benzotiazol-2-iltio)suc-cínico (BTTSA), a fórmula química do qual é ilustrada na Figura 3, suspensos em um restante o qual inclui uma resina de termoassentamento de fenol-formaldeído. O restante pode ainda incluir um pigmento, tal como dissulfeto de molibdênio, alumínio, polipropileno ou combinações dos mesmos. A composição resistente à corrosão é, tipicamente, dissolvida em um veículo solvente volátil, proporcionando uma mistura com uma consistência líquida, mas que proporciona secagem rápida após aplicação.

Em outra modalidade, a invenção proporciona um prendedor revestido com um material de revestimento contendo uma composição resistente à corrosão consistindo essencialmente em aproximadamente 4% em peso de um sal de constituintes inorgânicos formados de cátions selecionados do grupo consistindo em zinco e cádmio, e ânions selecionados do grupo consistindo em silicatos, fosfatos, carbonatas e óxidos, aproximadamente 4% em peso de ácido 1-(benzotiazol-2-iltio)succínico (BTTSA) e aproximadamente 4% em peso de complexo de ácido 1-(benzotíazol-2-iltio)succínico (BTTSA) - amina, a fórmula química do qual é ilustrada na Figura 4, suspensos em um restante incluindo resina de termoassentamento de fenol-formal-deído. O restante pode ainda incluir um pigmento, tal como dissulfeto de molibdênio, alumínio, polipropileno ou combinações dos mesmos. A composição resistente à corrosão é, tipicamente, dissolvida em um veículo solvente volátil, conforme observado acima.

Os materiais de revestimento da invenção possuem resistência à abrasão elevada e proporcionam boa lubricidade e atrito relativamente baixo, tornando-os especialmente adequados para uso com prendedores de inter-ferência-encaixe. O material de revestimento, além disso, é especialmente adaptável à aplicação a um metal, tal como um prendedor, por exemplo, rebites, cavilhas e parafusos. O material de revestimento também é desejável para uso no revestimento de outros tipos de prendedores, tais como prendedores rosqueados, partes de aço-liga e aço ferramenta de elevada temperatura.

Esses e outros aspectos e vantagens da invenção se tomarão evidentes a partir da descrição detalhada e dos desenhos em anexo a seguir, os quais ilustram, por meio de exemplos, as características da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é uma vista isométrica de um prendedor revestido por um revestimento protetor de acordo com a invenção. A Figura 2 é uma vista seccional transversal tomada ao longo da linha 2-2 da Figura 1. A Figura 3 é uma ilustração da fórmula química do ácido 1-(benzotiazol-2-iltio)succínico. A Figura 4 é uma ilustração da fórmula química do complexo de ácido 1-(benzotiazol-2-iltio)succínico - amina.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS A corrosão de conjuntos de prendedores em aeronaves em virtude de ação galvânica tem sido combatida, tipicamente, através de chape-amento dos prendedores com um material resistente à corrosão, tal como cádmio ou alumínio, revestimento dos prendedores com revestimentos orgânicos ou inorgânicos, incluindo fosfatos, molibdatos, silicatos e cromatos como inibidores de corrosão, os quais são, tipicamente, caros e freqüente-mente falham em proporcionar proteção completa e rigidez e aderência adequadas. Embora cromatos tenham sido usados como padrão na indústria como inibidores de corrosão em revestimentos para inibição de corrosão, tais cromatos podem ser tóxicos e é desejável descontinuar o uso de revestimentos para inibição de corrosão baseados em cromato.

Conforme é ilustrado nos desenhos, a invenção é concretizada em um prendedor do tipo comumente usado em uma estrutura de aeronave, tal como um do tipo rebite típico, por exemplo, tendo um revestimento externo de um material resistente à corrosão. Fazendo referência às Figuras 1 e 2, o prendedor compreende um cabo 10 e uma cabeça 11, todos de um metal sólido, os quais podem ser de um tipo mencionado acima, e a superfície toda do rebite é revestida por um revestimento protetor resistente à corrosão 12 proporcionado de acordo com a presente invenção. O rebite é, tipicamente, do tipo interferência, de modo que o diâmetro da superfície externa no revestimento 12 no cabo é ligeiramente maior do que o diâmetro do orifício da folha ou outro material estrutural no qual ele tem de ser forçado, tal como através de pressão ou martelamento. Forçar o rebite no orifício produz grande esforço por atrito sobre o revestimento. O revestimento resistente à corrosão deverá, portanto, proporcionar também um efeito de lubrificação, de modo a contra-atuar esse esforço abrasivo.

Em uma primeira modalidade, misturas de revestimento de a-cordo com a presente invenção úteis para o revestimento de tais prendedo-res contêm uma composição resistente à corrosão consistindo essencialmente em aproximadamente 8% em peso de um sal de constituintes inorgânicos e aproximadamente 8% em peso de ácido 1-(benzotiazol-2-iltio)suc-cínico (BTTSA), a fórmula química do qual é ilustrada na Figura 3. O componente sal inorgânico é formado de cátions selecionados do grupo consistindo em zinco e cádmio e ânions selecionados do grupo consistindo em silicatos, fosfatos, carbonatos e óxidos e está disponível da Wayne Pigment Corporation, Milwaukee, Wisconsin, sob a marca comercial Wayncor 204, por exemplo. O componente BTTSA está disponível da CIBA sob a marca comercial IRGACOR 153. Esses componentes estão suspensos em uma resina de termoassentamento de fenol-formaldeído a qual forma o restante da composição resistente à corrosão, a qual também pode incluir outros ingredientes. O restante pode, por exemplo, ainda incluir um pigmento, tal como dissulfeto de molibdênio, alumínio, polipropileno ou combinações dos mesmos. A composição resistente à corrosão é, tipicamente, dissolvida ou dispersa em um veículo solvente volátil, proporcionando à mistura uma consistência líquida, mas proporcionando secagem rápida após aplicação.

Em outra modalidade, a invenção proporciona um prendedor revestido com um material de revestimento contendo uma composição resistente à corrosão consistindo essencialmente em aproximadamente 4% em peso de um sal de constituintes inorgânicos formados de cátions selecionados do grupo consistindo em zinco e cádmio e ânions selecionados do grupo consistindo em silicatos, fosfatos, carbonatos e óxidos e está disponível da Wayne Pigment Corporation, Milwaukee, Wisconsin, sob a marca comercial Wayncor 204, por exemplo, conforme observado acima; aproximadamente 4% em peso de ácido 1-(benzotiazol-2-iltio)succínico (BTTSA), disponível da CIBA sob a marca comercial IRGACOR 252, conforme observado acima; e aproximadamente 4% em peso de complexo de ácido 1-(benzotiazol-2-iltio)succínico (BTTSA) - amina, a fórmula química do qual é ilustrado na Figura 4, disponível da CIBA sob a marca comercial IRGACOR 153. Esses componentes estão suspensos em uma resina de termoassentamento de fenol-formaldeído a qual forma o restante da composição resistente à corrosão, a qual também pode incluir outros ingredientes. O restante pode, por exemplo, ainda incluir um pigmento, tal como dissulfeto de molibdênio, alumínio, polipropileno ou combinações dos mesmos. A composição resistente à corrosão é, tipicamente, dissolvida ou dispersa em um veículo solvente volátil, proporcionando à mistura uma consistência líquida, mas proporcionando secagem rápida após aplicação.

Os constituintes inorgânicos terão um tamanho de partícula de 10 mícrons ou menos, onde as espessuras de revestimento devem ser controladas em menos do que 0,00254 mm (0,0001 polegada), conforme no caso da maioria dos prendedores. Os pigmentos serão triturados no material de revestimento de acordo com técnicas padrões de trituração.

Em cada uma das modalidades precedentes, os constituintes para inibição de corrosão estão suspensos em uma resina de termoassen-tamento de fenol-formaldeído, a qual é dissolvida em um veículo solvente volátil, proporcionando à mistura uma consistência líquida, mas proporcionando secagem rápida após aplicação. A mistura deverá ser misturada total e uniformemente de acordo com técnicas padrões de mistura de tinta. O solvente pode ser um álcool alquílico inferior, tal como álcool metílico, etílico, propílico ou isopropílico ou um solvente similar, tal como metil etil cetona ou um destilado de petróleo na faixa de solvente volátil, tal como xileno ou tolu-eno, ou misturas de dois ou mais desses solventes. Para muitas aplicações, politetrafluoroetileno, o qual está disponível sob a marca comercial TEFLON da DuPont, também pode ser incluído no material de revestimento. Para a-plicações especiais, um agente de umedecimento do tipo cátion, tal como amido diamina graxa, pode ser incluído. A proporção dos constituintes para inibição de corrosão para a mistura de resina e solvente pode oscilar de cerca de 3 a 15 por cento em peso. Onde politetrafluoroetileno é usado, ele pode oscilar de cerca de 1 a 40 por cento em peso da mistura da resina e solvente. A quantidade de veículo solvente usado deverá ser suficiente para proporcionar o grau desejado de liquidez, dependendo um pouco se ela tem de ser aplicada através de pulverização, imersão ou escovação ou semelhante.

Onde o revestimento tem de ser aplicado à partes de aço ou aço-liga, usualmente será desejável usar um agente de umedecimento do tipo cátion, tal como amido diamina graxa, na mistura, uma vez que a introdução de amido diamina graxa resulta em um revestimento o qual exibe resistência superior à corrosão, particularmente na presença de pulverização de sal. Esse revestimento pode ser aplicado a aços ferramenta de elevada temperatura e aços-liga e proporcionará a tais aços proteção superior contra corrosão.

Uma maneira preferida para aplicação do material de revestimento é através de pulverização, embora imersão ou escovação possam ser usados. Em virtude da volatilidade do solvente veículo, ele seca e se solidifica rapidamente. O revestimento é cozido após aplicação ao prendedor. Des- cobriu-se que, na aplicação do material de revestimento a um prendedor, a espessura do revestimento solidificado sobre o prendedor pode ser mantida entre 0,0002 e 0,0005 polegadas. Esse controle de espessura é importante e desejável particularmente no caso de prendedores rosqueados para assegurar encaixe rosqueado apropriado e, no caso de aeronaves, qualidade de prendedores do tipo interferência ou não-interferência. Prendedores com interferência-encaixe são feitos, comumente, fazendo seus diâmetros ligeiramente maior do que aquele do orifício do elemento estrutural através do qual ele tem de ser preso. Forçar tal prendedor através de um orifício para o prendedor causa, tipicamente, abrasão da superfície revestida do prendedor. Descobriu-se que o revestimento resistente à corrosão aplicado de acordo com a presente invenção é, algumas vezes, capaz de lubrificar o prendedor para resistir à abrasão e auxiliar na manutenção de aderência do revestimento ao prendedor.

EXEMPLOS Vários revestimentos resistentes à corrosão foram formulados com uma formulação veículo básica de uma resina fenólica, usada em uma solução de álcool etílico, e tornada menos quebradiça através da adição de polivinil butiral e ftalato de di-octila (DOP), ao qual os diferentes inibidores de corrosão e pigmentos foram adicionados. Vários outros aditivos foram usados, tal como politetrafluoroetileno, para servir como um lubrificante, e alumínio em pó, para servir como um pigmento. Os revestimentos resistentes à corrosão foram usados para revestir prendedores de titânio, os quais foram inseridos em um bloco de alumínio para formar um conjunto. Cada conjunto foi submetido à imersão alternada em ciclos em uma solução aquosa de cloreto de sódio a 3,5% durante 1.000 horas. Cada ciclo consistia em imersão do conjunto na solução de cloreto de sódio durante 10 minutos, remoção do conjunto e sujeição do conjunto a secagem a ar forçado durante 50 minutos. A testagem foi realizada em uma temperatura ambiente de 23,89°C (75°F). Os resultados de testes de seleção por imersão alternada são mostrados na tabela abaixo. Os resultados são fornecidos em uma escala numérica de 0 a 10, onde 0 é nenhuma proteção como um todo, correspondendo a um pren- Embora os revestimentos descritos aqui tenham sido descritos com referência particular ao uso como revestimentos para prendedores, os revestimentos não estão limitados a prendedores, mas podem ser aplicados, de modo geral, a outras superfícies que requerem proteção contra corrosão e lubrificação, tais como aço ferramenta de elevada temperatura e outras partes feitas de aço-liga. Da mesma forma, nem sempre é necessário aplicar revestimentos tão finos quanto aqueles os quais serão comumente aplicados a prendedores, e revestimentos mais espessos podem ser usados para outras aplicações.

Será evidente a partir do precedente que embora formas particulares da invenção tenham s ido ilustradas e descritas, várias modificações podem ser feitas sem se desviar do espírito e escopo da invenção. Conse-qüentemente, não se pretende que a invenção esteja limitada, exceto conforme pelas reivindicações em anexo. dedor não revestido, e 10 é um nível de proteção quase completa, conforme é encontrado com um revestimento contendo compostos de cromo hexava-lente.

RESULTADOS DE TESTES DE IMERSÃO ALTERNADOS

Claims (6)

1. Prendedor tendo um revestimento externo contendo uma composição resistente à corrosão, caracterizado pelo fato de que a referida composição resistente à corrosão compreende: 8% em peso de um sal de substituintes inorgânicos formados de cátions selecionados do grupo consistindo em zinco e cálcio, e ânions selecionados do grupo consistindo em silicatos, fosfatos, carbonatos e óxidos; 8% em peso de ácido 1-(benzotiazol-2-iltio) succínico; e o referido sal de constituintes inorgânicos e o referido ácido 1-(benzotiazol-2-iltio)succínico estando suspensos em um restante compreendendo uma resina de termoassentamento de fenol-formaldeído e o revestimento resultante sendo seco e cozido.

2. Prendedor tendo um revestimento externo contendo uma composição resistente à corrosão, caracterizado pelo fato de que a referida composição resistente à corrosão compreende: 4% em peso de um sal de constituintes inorgânicos formados de cátions selecionados do grupo consistindo em zinco e cálcio, e ânions selecionados do grupo consistindo em silicatos, fosfatos, carbonatos e óxidos; 4% em peso de ácido 1-(benzotiazol-2-iltio) succínico; 4% em peso de complexo de ácido 1-(benzotiazol-2-iltio)succínico - amina; e o referido sal de constituintes inorgânicos, o referido ácido 1-(benzotiazol-2-iltio)succínico e o referido complexo de ácido 1-(benzotiazol-2-iltio)succínico-amina estando suspensos em um restante compreendendo uma resina de termoassentamento de fenol-formaldeído e o revestimento resultante sendo seco e cozido.

3. Prendedor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o referido restante compreende ainda amido diamina graxa.

4. Prendedor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o referido restante compreende ainda politetrafluoroe-tileno.

5. Prendedor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o referido restante compreende ainda um pigmento selecionado do grupo consistindo em dissulfeto de molibdênio, alumínio, po-lipropileno e combinações dos mesmos.

6. Prendedor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a referida composição resistente à corrosão é dissolvida em um veículo solvente volátil.