ES2197110T3 - Composicion de baño para el pulido electrolitico del titanio, y su procedimiento de utilizacion. - Google Patents
Composicion de baño para el pulido electrolitico del titanio, y su procedimiento de utilizacion.Info
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Abstract
Composición de baño para el pulido electrolítico de una superficie metálica de titanio no aleado, caracterizado porque comprende: - ácido sulfúrico (solución de 95 a 98%): 20 a 40% vol., - ácido fluorhídrico (solución de 40 a 48%): 10 a 18% vol., y - ácido acético (solución de 90 a 100%: 42 a 62% vol., justo para modificar los equilibrios electroquímicos en la interfaz solución-metal, el ácido acético permitiendo controlar mejor la oxidación y la disolución de la superficie de titanio y de conducir a una auto-limitación de la disolución química de la superficie metálica.
Description
Composición de baño para el pulido electrolítico
del titanio, y su procedimiento de utilización.
La presente invención consiste en una composición
de baño para el pulido electrolítico de una superficie metálica de
titanio no aleado, así como un procedimiento de utilización para
este baño.
Por el término ``pulido'' se entiende un
tratamiento encaminado a disminuir la rugosidad de una superficie
metálica, y por lo tanto a aumentar el brillo con, como
consecuencia, una menor sensibilidad a la corrosión.
Puestos a parte los medios mecánicos utilizados
para este fin, (empleo de polvos abrasivos de granulometrías
decrecientes, fabricaciones finas, esmerilados, etc.), existen
igualmente técnicas basadas sobre la puesta en marcha de reacciones
químicas y/o electrolíticas. Es por ello que hablamos de pulido
químico cuando las reacciones engendradas no hacen referencia a una
fuente exterior de corriente y de pulido electrolítico cuando las
reacciones son bajo la dependencia de una fuente exterior de
corriente, uno de los electrodos (en principio el que está conectado
al polo positivo de la fuente de corriente eléctrica) estando
constituida por la pieza a pulir.
La presente invención se sitúa en el contexto
técnico del pulido electrolítico.
El pulido electrolítico se basa en dos reacciones
simultáneas y antagonistas, en las que las velocidades relativas y
los fenómenos de difusión en la superficie metal/solución controlan
el proceso operativo. Una de estas reacciones es una reacción de
disolución en el curso de la cual el metal pasa en solución en forma
iónica; la otra reacción es una reacción de oxidación durante la
cual se forma una capa de óxido más o menos protectora limitando por
su presencia la evolución de la primera reacción. Estas dos
reacciones, antagonistas y complejas, entran en competencia como
consecuencia de una autolimitación del ataque químico de la
superficie metálica en la que el pulido no es más que un resultado
particular.
El pulido obtenido por vía electrolítica está
sensiblemente influenciado por la viscosidad y/o la resistividad de
electrolito puesto en marcha. Es sabido el haber recurrido a
diversas composiciones de ácidos, principalmente composiciones a
base de ácidos fluorhídrico, sulfúrico, nítrico, fosfórico en sus
concentraciones diversas. Algunos de estos ácidos (por Ejemplo el
ácido fluorhídrico) permiten la disolución de la capa de óxido
formada sobre la superficie metálica, a pesar de que las otras (por
ejemplo ácido fosfórico, sulfúrico, etc.) forman el medio viscoso
necesario para la evolución del pulido electrolítico. Un control
correcto de las concentraciones de los constituyentes de los
electrolitos es indispensable para asegurar la evolución conveniente
del proceso y determinar la duración de la vida de estos
electrolitos.
Numerosas composiciones de baños de electro
pulido son conocidas (ver por ejemplo US 3 766 030, US 3 864 238, US
5 591 320, US 5 565 084, etc). Algunas de estas composiciones
conocidas son polivalentes y permiten tratar el titanio puro tan
bien como sus aleaciones. Debido a ello, la calidad de acción de
estos baños es el resultado de un compromiso y el pulido de las
superficies metálicas tratadas no es óptimo.
La presente invención tiene pues esencialmente
por objeto el proponer una composición de baño para el pulido
electrolítico específico del titanio no aleado, de forma que se
obtenga una superficie metálica teniendo un grado de pulido de alta
calidad y medible así como para la forma de obtención por una
elección apropiada de los parámetros eléctricos de puesta en marcha
de la composición, de las superficies metálicas presentando una
rugosidad predeterminable (regulable) y mesurable (por ejemplo para
implantes corporales de titanio biocompatibles).
A tales fines una composición de baño para el
pulido electrolítico de una superficie metálica de titanio no aleado
se caracteriza, conforme a la invención, en que comprende:
- -
- ácido sulfúrico (solución 95 a 98%): 20 a 40% en volumen, dicho ácido presentando ligeras propiedades oxidantes y una fuerte viscosidad;
- -
- ácido fluorhídrico (solución 40 a 48%): 10 a 18% en volumen, este ácido dando origen a sales que son solubles; y
- -
- ácido acético (solución de 90 a 100%): 40 a 62% en volumen, cercano a modificar los equilibrios electroquímicos en la interfaz solución metal-ácido acético permitiendo un mejor control de la oxidación y la disolución de la superficie de titanio, y de conducir a una auto-limitación de la disolución química de la superficie metálica, en la que el pulido de la superficie metálica es uno de los resultados.
Las características de solución y concentración
de los ácidos sulfúrico y fluorhídrico se adaptan al tipo de metal a
pulir (titanio no aleado).
Ninguna de las fórmulas conocidas del estado de
la técnica en el contexto del pulido electrolítico no contempla la
puesta en marcha del ácido acético para pulir específicamente el
titanio. El ácido acético, a la vista de sus propiedades químicas
(disociación débil, etc.), permite una mejor regulación de los
procesos electroquímicos puestos en marcha durante la realización
del pulido electrolítico de titanio.
De forma ventajosa podemos añadir además a la
composición de baño precitada un agente de adición llamado
``humedecido catódico'', por ejemplo un gel cuaternario de amonio
como cetiltrimetylamonio bromuro o un derivado sustitutivo como el
exadecilpiridio bromuro a razón de 0,1 a 0,5 g/l. Este agente
modifica la polarización de uno de los dos electrodos (fenómenos
alternados de absorción y de desorción) en el medio y conduce a
modificaciones de los fenómenos de doble capa. Resulta una mejora de
la calidad de pulido con una menor pérdida de metal.
Para una puesta en marcha de la composición de
baño precitada, se reunirán las condiciones siguientes:
- -
- Temperatura de baño comprendida entre 20 y 22ºC, de forma que no se vea perturbado el equilibrio necesario entre la velocidad de oxidación y la velocidad de disolución de la capa de óxido formada;
- -
- Densidad de corriente anódica de alrededor de 7ª/dm;
- -
- Tensión eléctrica de pulido (tensión entre electrodos) alrededor de 11 voltios, estas características eléctricas (densidad de corriente y de tensión) estando adaptadas en función de la forma de las superficies a pulir y/o de la utilización eventual de ánodo(s) y auxiliar(es).
- -
- Agitación moderada del baño, adaptable para cada aplicación específica, de forma que se respete la estabilidad de la capa viscosa en la interfaz del electrodo (superficie a pulir) y de la solución líquida (una agitación demasiado importante o insuficiente desestabilizaría esta capa interfacial y conduciría a malos resultados de pulido).
Gracias a lo cual la velocidad de disolución del
titanio es de alrededor de 6 micrones/mn.
Gracias a los medios propuestos por la invención,
es posible regular y controlar con una extrema precisión las
condiciones de disolución electroquímica de la superficie metálica
de titanio y estamos en condiciones de alcanzar un grado de pulido
del titanio muy superior al que permitirían las técnicas conocidas
hasta el día de hoy. Además, para fijar las ideas, a partir de una
superficie de titanio bruto de laminado que presenta una rugosidad
máxima de Rt del orden de 1 a 2 \mum y una rugosidad media Ra del
orden de 0,1 a 0,15 \mum, es posible obtener, después del pulido
electrolítico en las condiciones de la invención, una rugosidad
máxima Rt del orden de 0,5 \mum y una rugosidad media Ra del orden
de 0,05 a 0,10 \mum con un espesor disuelto de metal del orden de
50 a 100 \mum. Además y sobretodo por las condiciones de
comportamiento del proceso de pulido electrolítico son perfectamente
dominables de forma que se obtiene una rugosidad mesurable y
predeterminable. Por ello el recurso a un agente de adición como se
indica anteriormente permite para un mejor control de las
condiciones de evolución del proceso, eliminar un espesor mínimo de
metal para conseguir un valor determinado de rugosidad.
Un ejemplo específico de la composición
mencionada anteriormente, sin agente de adición, es la
siguiente:
- -
- Ácido sulfúrico: solución a 98%; densidad 1,84; 25% vol.
- -
- Ácido fluorhídrico: solución a 40%; densidad 1,10; 15% vol.
- -
- Ácido acético glacial: solución a 100%; densidad 1,05; 60% vol.
De las medidas de rugosidad efectuadas sobre una
superficie metálica de titanio no aleado, antes y después del pulido
electrolítico, se dan los resultados siguientes (Rt= rugosidad
máxima; Ra= rugosidad media):
\nobreak\vskip.5\baselineskip\centering\begin{tabular}{|l|l|l|}\hline Antes del pulido (superficie bruta de laminado) \+ Rt = 1,80 \mu m \+ Ra = 0,176 \mu m \\\hline Después del pulido (espesor de metal disuelto = 22 \mu m) \+ Rt = 0,670 \mu m \+ Ra = 0,080 \mu m \\\hline Después del pulido (espesor de metal disuelto = 59 \mu m) \+ Rt = 0,396 \mu m \+ Ra = 0,057 \mu m \\\hline Después del pulido (espesor de metal disuelto = 116 \mu m) \+ Rt = 0,432 \mu m \+ Ra = 0,80 \mu m \\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip
Claims (4)
1. Composición de baño para el pulido
electrolítico de una superficie metálica de titanio no aleado,
caracterizado porque comprende:
- -
- ácido sulfúrico (solución de 95 a 98%): 20 a 40% vol.,
- -
- ácido fluorhídrico (solución de 40 a 48%): 10 a 18% vol., y
- -
- ácido acético (solución de 90 a 100%: 42 a 62% vol., justo para modificar los equilibrios electroquímicos en la interfaz solución-metal, el ácido acético permitiendo controlar mejor la oxidación y la disolución de la superficie de titanio y de conducir a una auto-limitación de la disolución química de la superficie metálica.
2. Composición según la reivindicación 1,
caracterizada porque comprende:
- -
- ácido sulfúrico: solución al 98%; densidad 1,84; 25% vol.;
- -
- ácido fluorhídrico: solución al 40%; densidad 1,10; 15% vol;
- -
- ácido acético glacial; solución al 100%; densidad 1,05; 60% vol.
3. Composición, según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque comprende además un agente de adición
escogido entre el cetiltrimetilamonio bromuro y el hexadecilpiridio
bromuro, a razón de 0,1 a 0,5 g/l.
4. Procedimiento de utilización de una
composición de baño para el pulido electrolítico del titanio según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado
porque:
- -
- la temperatura del baño está comprendida entre alrededor de 20 a 22ºC,
- -
- la densidad de corriente es de alrededor de 7 A/m^{2}.,
- -
- la tensión de pulido es de alrededor de 11 voltios,
- -
- el baño se agita de forma moderada,
es gracias a ello que la velocidad de disolución
del titanio es de alrededor de 6 micrones/mn.
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