ES2210367T5

ES2210367T5 - Preparación de artículos de aleación de aluminio revestidos previamente

Info

Publication number: ES2210367T5
Application number: ES96915379T
Authority: ES
Inventors: Steven G. Keener
Original assignee: McDonnell Douglas Corp
Current assignee: McDonnell Douglas Corp
Priority date: 1995-05-01
Filing date: 1996-05-01
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2016-05-01
Also published as: EP0828863A4; WO1996034993A1; CN1307938A; CA2219916C; CN1190274C; US6403230B1; HK1038525A1; CN100358642C; DE69630949D1; US5922472A; DE69630949T2; ES2210367T3; AU5717096A; CN1640557A; CA2219916A1; DE69630949T3; EP0828863B2; CN1185814A; CN1076762C; EP0828863A1

Abstract

Método para preparar un artículo de sujeción de aleación de aluminio, que comprende las etapas siguientes: proporcionar un artículo o elemento de sujeción de aleación de aluminio que está en una condición no tratada; proporcionar un material de revestimiento orgánico curable, curable a alrededor de una temperatura de termotratamiento del artículo o elemento de sujeción de aleación de aluminio; aplicar el material de revestimiento orgánico al artículo o elemento de sujeción de aleación de aluminio que no está en su condición termotratada final; y termotratar el artículo o elemento de sujeción de aluminio revestido a su condición termotratada final, curando simultáneamente de ese modo el revestimiento orgánico.

Description

Preparacion de articulos de aleacion de aluminio revestidos previamente. La presente invencion se refiere a un metodo para preparar un remache de aleacion de aluminio revestido. Los remaches se usan para unir mecanicamente los diversos elementos estructurales y subconjuntos de la aeronave. Los remaches estan formados por resistentes aleaciones tales como aleaciones de titanio, acero, y aleaciones de aluminio. En algunos casos, los remaches son termotratados, como por un tratamiento de envejecimiento de endurecimiento estructural, para lograr una resistencia tan alta como razonable sea posible, en combinacion con otras propiedades deseables, para esa aleacion particular. El termotratamiento por lo general implica una secuencia de una o mas etapas de calentamiento controlado en una atmosfera controlada, mantenimiento a temperatura durante un periodo de tiempo, y enfriamiento controlado. Estas etapas se seleccionan para cada material particular a fin de alcanzar sus propiedades mecanicas y fisicas deseadas. En otros casos, el elemento de sujecion se usa en una condicion semielaboradas. Ha sido la practica revestir algunos tipos de remaches con revestimientos organicos para proteger el metal de base de los remaches contra el dano de corrosion. En el enfoque habitual, el remache se fabrica primero y luego es termotratado a su resistencia requerida. Despues del termotratamiento, el remache es atacado con un bano de sosa caustica para eliminar la escama producida en el termotratamiento. Opcionalmente, el remache es alodinado o anodizado. El material de revestimiento, disuelto en un liquido portador volatil, se aplica al remache por pulverizacion, inmersion, o similares. El liquido portador es evaporado. El remache revestido se calienta a temperatura elevada durante un periodo de tiempo para curar el revestimiento. El remache terminado se usa en la fabricacion de la estructura. Este enfoque de revestimiento funciona bien con remaches fabricados de un metal de base que tiene un alto punto de fusion, tal como remaches fabricados de acero o aleaciones de titanio. Dichos remaches son termotratados a temperaturas muy por encima de la temperatura del curado del revestimiento. En consecuencia, el curado del revestimiento, realizado despues que se completa el termotratamiento del remache, no afecta adversamente las propiedades del metal de base ya tratado. Por otro lado, las aleaciones de aluminio tienen un punto de fusion mucho mas bajo, y por consiguiente una temperatura de termotratamiento por lo general mucho mas baja que las aleaciones de titanio y acero. No ha sido la practica revestir los remaches de aleacion de aluminio con revestimientos curables, debido a que se observa que el tratamiento de curado para el revestimiento puede afectar adversamente la resistencia del elemento de sujecion. Los remaches de aleacion de aluminio son por lo tanto mas susceptibles a la corrosion como de otro modo seria el caso. Adicionalmente, la presencia del revestimiento organico ayuda a la instalacion del remache para aleaciones de titanio y acero. La ausencia del revestimiento significa que los remaches de aluminio se deben instalar usando un compuesto sellante humedo con fines de proteccion de la corrosion. El compuesto sellante humedo tipicamente contiene componentes toxicos y por lo tanto requiere precauciones para la proteccion del personal que lo usa y para la proteccion del medio ambiente. Es tambien sucio y dificil de trabajar, y puede requerir una amplia limpieza del area alrededor del remache usando disoluciones quimicas causticas. A partir del documento US 3 899 370 A, se conoce un metodo para preparar un articulo de aleacion de aluminio que comprende las etapas siguientes: proporcionar un articulo de aleacion de aluminio que esta en una condicion no tratada; proporcionar una pintura de resina termoendurecible soluble en agua curable a alrededor de una temperatura de termotratamiento del articulo de aleacion de aluminio; aplicar la pintura al articulo de aleacion de aluminio que no esta en su condicion termotratada final; y termotratar el articulo pintado hasta su condicion termotratada final, curando de este modo simultaneamente la pintura. El metodo conocido es aplicable a materiales de aleacion de aluminio moldeados que estan sometidos a moldeo por extrusion. Sin embargo, dichos materiales no son aplicables a la fabricacion de remaches. El documento US nD 3 841 896 A divulga un elemento de sujecion revestido que comprende un sustrato de metal cubierto por lo menos en parte por un material de revestimiento y sellado. Se trata la cuestion de la resistencia a la corrosion por tension o la corrosion de tipo exfoliacion en la zona de las superficies de metal adyacentes y/o de los elementos de sujecion. Para mejorar la resistencia, se divulga un revestimiento curable especifico que comprende un polimero de polisulfuro elastomerico y un compuesto de cromato soluble inhibidor de la corrosion. El revestimiento puede aplicarse a remaches de titanio y curarse a aproximadamente 72 DC. Teniendo en cuenta lo anterior, el objetivo de la presente invencion es divulgar un metodo mejorado para preparar un remache de aleacion de aluminio revestido. Este objetivo se alcanza mediante un metodo segun la reivindicacion 1 y un metodo segun la reivindicacion 15. Segun la invencion, un metodo para preparar un remache de aleacion de aluminio comprende las etapas de proporcionar un precursor del articulo de aleacion de aluminio que no esta en su condicion mecanica y de

termotratamiento requerido, y proporcionar un material de revestimiento organico curable. El material de revestimiento tiene una porcion no volatil que es predominantemente organica y es curable a alrededor de una temperatura de termotratamiento del precursor del remache de aleacion de aluminio. El metodo incluye ademas la aplicacion de material de revestimiento organico al precursor del articulo de aleacion de aluminio, y termotratamiento del precursor del remache de aluminio revestido a su condicion termotratada final a la temperatura de termotratamiento y durante un tiempo suficiente para termotratar el aluminio a su condicion mecanica y termotratamiento requerida final, y simultaneamente curar el revestimiento organico, que forma el remache.

Este enfoque produce ventajas de coste y tecnicas no esperadas y sorprendentes cuando se usa conjuntamente con remaches de aluminio de alta resistencia. Los remaches de aleacion de aluminio exhiben su resistencia requerida completa producida por el termotratamiento usado por si mismo o la condicion de deformacion requerida. Es importante el logro de un nivel de resistencia especifico, debido a que los usuarios de los remaches, tales como los clientes de aeronaves, no permitiran un sacrificio del rendimiento mecanico para lograr la resistencia a la corrosion mejorada. En cambio, en el pasado han requerido tanto el rendimiento mecanico aceptable como tambien el uso de sellantes humedos para alcanzar la resistencia a la corrosion aceptable. En el enfoque presente, por otro lado, el remache tiene tanto el rendimiento mecanico aceptable como un revestimiento para la proteccion de corrosion aceptable. Por lo tanto, durante la instalacion de un remache fabricado por el presente enfoque, no se necesita aplicar sellantes humedos al elemento de sujecion y superficies de union del orificio dentro del cual se inserta el remache justo antes de colocar el remache.

La eliminacion del requisito para el enfoque de instalacion del sellante humedo para los mas de 700.000 remaches en una aeronave de carga grande ofrece un ahorro en costes de varios millones de dolares por aeronave. La eliminacion del uso de sellantes humedos tambien mejora la mano de obra en la instalacion del remache, puesto que no hay posibilidad de perdida de algunos de los remaches segun se aplica el sellante humedo. Los remaches revestidos son mas resistentes a la corrosion durante el servicio que los remaches no revestidos.

Otras caracteristicas y ventajas de la presente invencion seran evidentes de la siguiente descripcion mas detallada de la realizacion preferida, considerada conjuntamente con los dibujos que se acompanan, que ilustran, a modo de ejemplo, los principios de la invencion.

La figura 1 es un procedimiento de diagrama de flujo para una primera realizacion del metodo de la invencion;

la figura 2A es un procedimiento de diagrama de flujo para una forma de una segunda realizacion del metodo de la invencion;

la figura 2B es un procedimiento de diagrama de flujo para otra forma de una segunda realizacion del metodo de la invencion;

la figura 3 es un procedimiento de diagrama de flujo para una segunda realizacion del metodo de la invencion;

la figura 4 es una vista en seccion esquematica de un remache de cabeza saliente usado para unir dos elementos, antes de la colocacion;

la figura 5 es una vista en seccion esquematica de un remache de metal duro usado para unir dos elementos, antes de la colocacion;

la figura 6 es una vista en seccion esquematica de un remache de cabeza lisa usado para unir dos elementos, antes de la colocacion; y

la figura 7 es una vista en seccion esquematica del remache de cabeza lisa de la figura 5, despues de la colocacion.

Segun se representa en la figura 1, se proporciona primero un articulo (es decir, no revestido y recocido) no tratado.

Se proporciona un remache 40, con el numero 20. La presente invencion se usa con un remache fabricado en su forma y tamano convencional. Las figuras 4-6 ilustran tres tipos de remaches 40, en una etapa intermedia de su instalacion para unir un primer elemento 42 a un segundo elemento 44, despues de la instalacion al primer y segundo elementos aunque antes de la colocacion. El remache 40 de la figura 4 tiene un cabezal 46 saliente prefabricado en un extremo. El remache 40 de la figura 5, un remache de metal duro, no tiene cabezal preformada en ningun extremo. El remache 40 de la figura 6 tiene un cabezal 46 liso prefabricado en un extremo, que se aloja en una broca de avellanar en el elemento 42. La presente invencion se puede usar con estos y otros tipos de remaches.

El remache 40 esta fabricado de una aleacion a base de aluminio. Segun se usa aqui, "aleacion de aluminio" o "base de aluminio" significa que la aleacion tiene mas del 50 por ciento en peso de aluminio pero menos del 100 por ciento en peso de aluminio. Tipicamente, la aleacion a base de aluminio tiene alrededor de 85-98 por ciento en peso de aluminio, con el resto siendo elementos de aleacion y una menor cantidad de impurezas. Se anaden los elementos de aleacion en cantidades exactamente controladas para modificar las propiedades de la aleacion de aluminio segun se desee. Los elementos de aleacion que se anaden al aluminio en combinacion para modificar sus propiedades incluyen, por ejemplo, magnesio, cobre, y cinc, asi como otros elementos.

En un caso de interes, la aleacion de aluminio se puede termotratar. El articulo es primero fabricado en una forma deseada, en este caso un remache. Los elementos de aleacion se seleccionan de modo que la forma fabricada se puede tratar para tener una condicion relativamente suave, preferiblemente calentandola a temperatura elevada durante un periodo de tiempo y despues enfriandola a temperatura mas baja, un procedimiento denominado tratamiento en disolucion/recocido. En el procedimiento de tratamiento en disolucion/recocido, los elementos del soluto se disuelven en la matriz de la aleacion (es decir, tratamiento en disolucion) y se retienen en disolucion por el enfriamiento rapido, y la matriz propiamente dicha es simultaneamente recocida (es decir, recocido).

Despues de que el articulo sea tratado en disolucion/recocido, puede ser ademas tratado para aumentar su resistencia varias veces para obtener propiedades de alta resistencia deseadas para el servicio. Tal tratamiento adicional, tipicamente por un procedimiento de envejecimiento por endurecimiento estructural, se puede lograr , ya sea calentando a una temperatura elevada durante un periodo de tiempo, denominado envejecimiento artificial o manteniendo a temperatura ambiente durante un periodo de tiempo mayor, denominado envejecimiento natural. En la terminologia de la Asociacion de Aluminio convencional, diferentes tratamientos de endurecimiento estructural de envejecimiento artificial, algunos en combinacion con la deformacion intermedia, producen las condiciones T6, T7, T8, o T9, y un tratamiento de endurecimiento estructural de envejecimiento natural produce la condicion T4. (Terminologia de la Asociacion de Aluminio para termotratamientos, tipos de aleacion, y similares se aceptan en toda la tecnica y seran usados aqui). Algunas aleaciones requieren envejecimiento artificial y otras aleaciones pueden envejecer de cualquier modo. Los remaches se hacen comunmente de ambos tipos de materiales.

En ambos tipos de envejecimiento, ocurre la resistencia como resultado de la formacion de particulas de segunda fase, tipicamente denominadas precipitados, en la matriz de aleacion de aluminio. En su conjunto, todas las etapas de procedimiento que conducen a su resistencia por lo general se denominan "termotratamiento", en el que el articulo se somete a uno o mas periodos de exposicion a una temperatura elevada durante un periodo de tiempo, con regimenes de calentamiento y enfriamiento seleccionados para ayudar en la produccion de las propiedades finales deseadas. Las temperaturas, tiempos, y otros parametros requeridos para alcanzar propiedades particulares se conocen y estan disponibles en documentos de referencia para aleaciones con base de aluminio estandar.

Una aleacion con base de aluminio envejecida artificialmente especifica del mayor interes para aplicaciones de remache es la aleacion 7050, que tiene una composicion de alrededor de 2,3 por ciento en peso de cobre, 2,2 por ciento en peso de magnesio, 6,2 por ciento en peso de cinc, 0,12 por ciento en peso de zirconio, el resto de aluminio mas impurezas menores. (Otras aleaciones adecuadas incluyen, aunque no se limitan a series 2000, 4000, 6000, y 7000 de aleaciones de aluminio que se pueden termotratar). Esta aleacion esta comercialmente disponible en diversas companias de aluminio, incluyendo ALCOA, Reynolds, y Kaiser. Despues de la fabricacion en la forma deseada tal como una de las mostradas en las figuras 4-6, la aleacion 7050 puede ser tratada en disolucion totalmente/recocida para tener una resistencia al corte final de alrededor de 234.430 -241.325 kilopascales (kPa) (34.000-35.000 libras por pulgada al cuadrado (psi). Esta condicion habitualmente se obtiene siguiendo el procedimiento de fabricacion de los elementos de sujecion que incluyen maquinado, forjado, o de otro modo formado en la forma deseada. Esta condicion se denomina aqui la "condicion no tratada", puesto que precede el ciclo de termotratamiento de envejecimiento final requerido para optimizar la resistencia y otras propiedades del material. El articulo puede ser sometido a multiples operaciones de formacion y periodicamente un nuevo recocido segun se requiera, antes del procedimiento de termotratamiento de endurecimiento estructural.

Despues de la formacion (y un opcionalmente nuevo recocido), la aleacion 7050 se puede termotratar a una temperatura de alrededor de 121DC (250oF) durante 4-6 horas. La temperatura se aumenta despues de 121DC (250oF) directamente hasta alrededor de 179DC (355oF) durante un periodo de 8-12 horas, seguido por un enfriamiento al aire ambiente. Esta condicion final de termotratamiento, denominada condicion T73, produce una resistencia de alrededor de 282.695 -317.170 kPa (41.000-46.000 psi) en la aleacion 7050, que es adecuada para aplicaciones de elementos de sujecion. (Esta etapa de envejecimiento de tratamiento de endurecimiento estructural se es realiza posteriormente en la etapa 26 de la figura 1).

Volviendo a la exposicion del metodo de la figura 1, el remache no tratado es de forma opcional quimicamente atacado, limpiado por chorro de granalla o de otro modo tratado para hacer su superficie se haga rugosa y posteriormente anodizada en disolucion de acido cromico, con el numero 30. La disolucion de acido cromico esta disponible comercialmente o se prepara disolviendo trioxido de cromo en agua. La disolucion de acido cromico es preferiblemente de una concentracion de alrededor de 4 por ciento de cromato en agua, y a una temperatura de alrededor de 32DC (90oF) a alrededor de 38DC (100oF). El remache que se va a anodizar se convierte en el anodo en la disolucion de acido cromico suavemente agitada a un voltaje de CC aplicado de alrededor de 18-22 voltios. El anodizado se continua preferiblemente durante 30-40 minutos, aunque tambien se encontro que funcionaba con tiempos mas cortos. La operacion de anodizacion produce una capa superficial de oxido fuertemente adherente de alrededor de 0,000254-0,000762 cm (0,0001-0,0003 pulgadas) de grueso sobre el remache de aleacion de aluminio, cuya capa superficial promueve la adherencia del revestimiento organico posteriormente aplicado. La anodizacion tambien puede se puede usar para quimicamente sellar la superficie del remache de aluminio. En este caso, se encontro que no es deseable quimicamente sellar la superficie de esta manera, puesto que el sellado quimico tiende a inhibir la solida union del revestimiento posteriormente aplicado al remache de aleacion de aluminio.

Otro medios de anodizacion tambien se probaron durante diversos tiempos de anodizacion. El acido sulfurico, acido fosforico, acido borico, y ataque quimico funcionaban en diversos grados aunque no con tanto exito en producir el tipo deseado de superficie de oxido que da por resultado fuerte adherencia del revestimiento aplicado posteriormente.

Se proporciona un material de revestimiento, con el numero 22, preferiblemente en disolucion de forma que pueda ser facil y uniformemente aplicado. La funcion habitual del material de revestimiento es proteger el metal de base al cual se aplica para la corrosion, incluyendo, por ejemplo, la corrosion electrolitica convencional, la corrosion galvanica, y corrosion de esfuerzo. El material de revestimiento es una formulacion que es principalmente de una composicion organica, aunque puede contener aditivos para mejorar las propiedades del revestimiento final. Es deseable inicialmente disolverlo en un liquido portador de forma que pueda ser aplicado a un substrato. Despues de la aplicacion, el material de revestimiento es curable para efectuar cambios estructurales dentro del componente organico, tipicamente reticulado de moleculas organicas para mejorar la adhesion y cohesion del revestimiento.

Tal revestimiento curable es distinto de un revestimiento no curable, el cual tiene propiedades diferentes y no es adecuado para la presente aplicacion de proteccion de corrosion. Con un revestimiento no curable tal como una laca, no hay necesidad de calentar el remache revestido a temperatura elevada para curar. Los problemas de sobreenvejecimiento asociados con el uso de materiales de revestimiento curables, y que se necesitan en la presente invencion, simplemente no se originan.

El tratamiento de anodizacion, preferiblemente en acido cromico, realizado antes de la aplicacion del revestimiento sirve para promover fuerte union del revestimiento organico al substrato del remache de aleacion de aluminio. La union aparentemente se promueve tanto por bloqueo fisico como por efectos de union quimica de activacion por cromato. Para lograr el efecto del bloqueo fisico, segun se expuso previamente la superficie anodizada no esta quimicamente sellada contra la intrusion de agua en el procedimiento de anodizacion. El revestimiento organico curado y aplicado con posterioridad sirve para sellar la superficie anodizada.

Un numero de materiales de revestimiento organico curable estan disponibles y funcionan en el presente procedimiento. Un material tipico y preferido de revestimiento de este tipo tiene resina fenolica mezclada con uno o mas plastificantes, otros componentes organicos tales como politetrafluoroetileno, y aditivos inorganicos tales polvo de aluminio y/o cromato de estroncio. Estos componentes de revestimiento son preferiblemente disueltos en un disolvente adecuado presente en una cantidad para producir una consistencia de aplicacion deseada. Para el material de revestimiento que se acaba de exponer, el disolvente es una mezcla de etanol, tolueno, y metil etil cetona. Una disolucion tipica de revestimiento que se puede pulverizar tiene alrededor de 30 por ciento en peso de etanol, alrededor de 7 por ciento en peso de tolueno, y alrededor de 45 por ciento en peso de metil etil cetona como disolvente; y alrededor de 2 por ciento en peso de cromato de estroncio, alrededor de 2 por ciento en peso de polvo de aluminio, con el resto siendo resina fenolica y plastificante. Una cantidad menor de politetrafluoroetileno se puede anadir opcionalmente. Tal producto esta comercialmente disponible como "Hi-Kote 1" de Hi-Shear Corporation, Torrance, CA. Tiene un tratamiento de curacion de temperatura elevada estandar de 1 hora a 218DC-190DC (400oF � 25oF), segun se recomienda por el fabricante.

El material de revestimiento se aplica al remache no tratado, con el numero 24. Se puede usar cualquier enfoque apropiado, tal como inmersion, pulverizacion o aplicacion con brocha. En el enfoque preferido, la disolucion del material de revestimiento disuelto en disolvente se pulveriza sobre los remaches no tratados. El disolvente se retira del revestimiento asi aplicado por secado, tanto a temperatura ambiente como a temperatura ligeramente elevada, de forma que el remache que se reviste este seco al tacto. Preferiblemente, la evaporacion del disolvente se realiza por exposicion rapida a 93DC (200oF) durante alrededor de dos minutos. El remache revestido no es adecuado para el servicio en este punto, debido a que el revestimiento no esta suficientemente curado y adherido al metal de base de aleacion de aluminio y debido a que el revestimiento no es suficientemente coherente para resistir el dano mecanico en servicio.

En el caso del Hi-Kote 1 preferido, el revestimiento segun se pulveriza se analizo por analisis EDS en un microscopio electronico de barrido. Los elementos mas pesados estaban presentes en las siguientes cantidades en peso: Al, 82,4 por ciento; Cr, 2,9 por ciento; Fe, 0,1 por ciento; �n, 0,7 por ciento; y Sr, 13,9 por ciento. Los elementos mas ligeros tales como carbono, oxigeno, e hidrogeno se detectaron en el revestimiento aunque no se reflejaron debido a que el analisis EDS para tales elementos no es por lo general exacto.

El metal de base del articulo de remache y el revestimiento aplicado se calentaron conjuntamente a una temperatura elevada adecuada, con el numero 26, para lograr dos resultados simultaneamente. En esta etapa unica, la aleacion de aluminio es termotratada para endurecimiento estructural por envejecimiento artificial a su condicion de resistencia deseada final, y el revestimiento es curado a su condicion de union deseada final. Preferiblemente, la temperatura y tiempo de tratamiento de la etapa 26 se selecciona para que sea la requerida para lograr las propiedades deseadas del metal de base de la aleacion de aluminio, segun se proporciona en los procedimientos estandares probados y aceptados por la industria para esa aleacion a base de aluminio particular. Este tratamiento no es tipicamente el especificado por el fabricante de revestimiento y no puede producir la condicion mas optica de curado para el revestimiento, pero se ha determinado que en el termotratamiento del metal se perdona menos las ligeras variaciones del tratamiento optimo que en el tratamiento de curado del revestimiento organico. Esto es, el inventor ha demostrado que el curado del revestimiento puede soportar variaciones mas grandes en tiempo y temperatura con resultados aceptables de lo que puede el termotratamiento del metal. Contrario a las expectativas y especificaciones del fabricante, el revestimiento curado por los procedimientos no recomendados exhibe adhesion satisfactoria al substrato de aleacion de aluminio y otras propiedades durante el servicio. De este modo, el uso del termotratamiento recomendado del metal produce las propiedades fisicas optimas del metal, y propiedades extremadamente buenas del revestimiento.

En el caso de la aleacion a base de aluminio 7050 preferida y el revestimiento Hi-Kote 1 expuesto anteriormente, el termotratamiento preferido es el procedimiento de envejecimiento de tratamiento de endurecimiento estructural T73 de la aleacion 7050 durante 4-6 horas a 121DC (250oF) , seguido por el aumento escalonado de 121DC hasta 179DC (250oF a 355oF) y manteniendo la temperatura a 179DC (355oF) durante 8-12 horas, y un ambiente de aire frio a temperatura ambiente.

De este modo, el procedimiento 26 de envejecimiento artificial por tratamiento de endurecimiento estructural implica significativamente temperatura con tiempos mas largos y diferentes temperaturas que se recomiendan por el fabricante para el revestimiento organico. Existia inicialmente una preocupacion de que las temperaturas mas altas y tiempos mas largos, mas alla de aquellos requeridos para el curado estandar del revestimiento, degradarian el revestimiento y sus propiedades durante el servicio. Se comprobo que esta preocupacion era infundada. El revestimiento 48 final, mostrado esquematicamente en las figuras 4-7, es fuertemente adherente al metal de base de la aleacion de aluminio y es tambien fuertemente coherente internamente. (En las figuras 4-7, el grosor del revestimiento 48 es exagerado de modo que sea visible. En realidad, el revestimiento 48 es tipicamente alrededor de 0,000762-0,00127 cm (0,0003-0,0005 pulgadas) de grueso despues del tratamiento en la etapa 26).

El remache 40 revestido y tratado esta listo para instalacion, con el numero 28. El remache es instalado de la manera apropiada a su tipo. En el caso del remache 40, el remache se coloca a traves de orificios alineados en los dos elementos 42 y 44 coincidentes colocados en contacto superficial, segun se muestra en la figura 4. El extremo 50 alejado saliente del remache 40 se coloca (plasticamente deformado) de forma que los elementos 42 y 44 se sujeten mecanicamente entre el cabezal 46 prefabricado y un cabezal 52 formado del remache. La figura 7 ilustra la colocacion del remache 40 para el caso del remache de cabeza lisa de la figura 6, y es similar la forma general de colocacion de los remaches de otros tipos de remaches. El revestimiento 48 es retenido sobre el remache incluso despues de la colocacion, segun se muestra en la figura 7.

La etapa de instalacion refleja una de las ventajas de la presente invencion. Si el revestimiento no se aplicara al remache, seria necesario colocar un material sellante humedo viscoso dentro de los orificios y en las superficies de contacto segun se coloca el remache, para revestir las superficies de contacto. El material sellante humedo es potencialmente toxico a los trabajadores, sucio y dificil de trabajar, y necesita intensa limpieza de las herramientas y las superficies expuestas de los elementos 42 y 44 con disoluciones quimicas causticas despues de la instalacion del remache. Ademas, se ha observado que la presencia del sellante humedo residual inhibe la adhesion de las capas superiores de pintura aplicadas con posterioridad sobre las cabezas de los remaches. Antes de la presente invencion, el enfoque de sellante humedo era la unica tecnica viable para lograr suficiente resistencia a la corrosion, incluso se han hecho esfuerzos para substituirla durante muchos anos. El enfoque de revestimiento presente supera estos problemas de los sellantes humedos. El sellante humedo no se necesita o no se usa durante la instalacion. Adicionalmente, las capas superiores de pintura aplicadas mas tarde se adhieren bien sobre las cabezas de los remaches revestidos, una ventaja importante. El uso de sellantes humedos algunas veces hace dificil aplicar la pintura sobre las cabezas de los remaches debido a que la pintura no se adhiere bien.

La presente invencion se ha llevado a la practica con remaches fabricados de aleacion 7050. Los remaches, inicialmente en la condicion no tratada, se han revestido con Hi-Kote 1 y otro material de revestimiento, aunque libre de cromo, Alumazite ��-138. (El Alumazite ��-138 es un revestimiento que se puede pulverizar distribuido por Tiodize Co., Huntington Beach, CA. Su composicion incluye una resina organica, solvente 2-butanona, y polvo de aluminio). Los remaches revestidos se termotrataron para endurecimiento estructural a la condicion T73 con el tratamiento de envejecimiento artificial de 4-6 horas a 121DC (250oF) seguido por un aumento progresivo de 121DC a 179DC (250oF a 355oF) y manteniendo la temperatura a 179DC (355oF) durante 8-12 horas, seguido por un enfriamiento de aire ambiente a temperatura ambiente.

Se probaron mecanicamente los remaches revestidos segun ��L-R-5674 para verificar que satisfacian los requisitos de resistencia al corte doble final requeridos de 282.695-317.170 kPa (41.000-46.000 libras por pulgada cuadrada) logrado por remaches no revestidos. En la prueba, la resistencia al corte doble ultimo fue 293.037-299.933 kPa (42.500-43.500 libras por pulgada cuadrada) dentro del intervalo permitido. Las longitudes cilindricas de cada tipo de remache revestido fueron colocadas a un diametro de 1,6 veces su diametro inicial para evaluar la capacidad accionadora. No se observo ningun agrietamiento o escamacion de los revestimientos incluso en la periferia de la region de colocacion, que es el area que experimenta la mayor deformacion. Los remaches fueron tambien instalados y con posterioridad retirados para evaluar la integridad del revestimiento usando un microscopio electronico de barrido. Los revestimientos no exhibieron ninguna de las senales de agrietamiento, escamacion, o cualquiera de las otras condiciones o anormalidades inaceptables. Este ultimo resultado es particularmente importante y sorprendente. Los revestimientos fueron retenidos en los remaches incluso despues de la aguda deformacion que resulto del tratamiento de colocacion. De este modo, los revestimientos permanecieron en su lugar para proteger el remache contra la corrosion despues de la instalacion, obviando cualquier necesidad para el uso de sellantes humedos.

Cuando se tratan las aleaciones de aluminio para endurecer por envejecimiento natural mediante el enfoque ilustrado con relacion a la figura 1, la aleacion de aluminio se sobreenvejecera debido a la etapa 26 de calentamiento requerida para curar el revestimiento organico. Para algunas aplicaciones del elemento de sujecion, es aceptable el sobreenvejecimiento de la aleacion de aluminio. En otras aplicaciones, el sobreenvejecimiento da como resultado propiedades inaceptables y se debe evitar. Las figuras 2A y 2B representan los procedimientos para obtener los beneficios de un revestimiento organico curable aplicado a aleaciones tratadas para endurecer por envejecimiento natural.

En un enfoque, representado en la figura 2A, se suministra la materia prima del remache de aleacion de aluminio seleccionada por termotratamiento para endurecimiento estructural para endurecer naturalmente el envejecimiento, con el numero 32. La materia prima del remache se suministra ligeramente sobredimensionada (es decir, diametros mayores), segun se compara con el tamano suministrado para el procedimiento convencional en el cual no se usa el revestimiento curable. La aleacion de aluminio preferida para el tratamiento de endurecimiento estructural por envejecimiento natural a la condicion T4 es la aleacion 2117 que tiene una composicion teorica de 0,4-0,8 por ciento en peso de magnesio, 3,5-4,5 por ciento en peso de cobre, 0,4-1,0 por ciento en peso de manganeso, 0,10 por ciento en peso de cromo, 0,2-0,8 por ciento en peso de silicio, 0,7 por ciento en peso de hierro, 0,25 por ciento en peso de cinc, 0,15 por ciento en peso de titanio, 0,05 por ciento en peso maximo de otros elementos, con un total de otros elementos de no mas de 0,15 por ciento en peso, con el resto de aluminio. La aleacion 2117 esta disponible comercialmente en diversas companias de aluminio, incluyendo Alcoa, Reynolds, y Kaiser. Esta aleacion puede ser precipitacion endurecida por envejecimiento natural a la condicion T4 a temperatura ambiente durante al menos alrededor de 96 horas, desarrollando una resistencia al corte de alrededor de 179.270-208.850 kPa (26.000-30.000 psi). (Esta etapa de termotratamiento de envejecimiento natural es posteriormente realizada en la etapa 37 de la figura 2A y 2B). El enfoque funciona tambien con otras aleaciones que pueden ser envejecidas con un tratamiento termico por precipitacion de envejecimiento natural, tal como, por ejemplo, las aleaciones 2017, 2024, y 6061.

El remache esta deformado a un tamano diferente de, y tipicamente mayor que, el tamano final deseado, con el numero 34, una condicion denominada por el inventor "sobredimension normal". En el caso de un remache cilindricamente simetrico, la materia prima del remache es preferiblemente estirada a un diametro normal sobredimensionado que es tipicamente alrededor de 10-15 por ciento mayor que el tamano final deseado. La materia prima del remache estirada normal sobredimensionada es tratada en disolucion/recocida segun el procedimiento recomendado para la aleacion de aluminio, con numero 36. En el caso de la aleacion 2117 preferida, el tratamiento en disolucion/envejecimiento se efectua a 476-510DC (890-950oF) durante 1 hora, seguido por enfriamiento. La materia prima del remache es naturalmente envejecida segun las recomendaciones para la aleacion que se esta tratando, a temperatura ambiente para un minimo de alrededor de 96 horas en el caso de aleacion 2117, con el numero 37. La materia prima envejecida y tratada en disolucion/recocida y estirada es despues deformada trabajando en frio, tipicamente estirando, a su diametro deseado final, con el numero 38, una etapa denominada de reestirar o trabajar en frio. (Sin embargo, equivalentemente para el presente fin la etapa 34 puede ser usada para deformar la materia prima del remache a un tamano mas pequeno que el tamano final deseado, y la etapa 38 puede ser usada para deformar la materia prima del remache al tamano final mas grande, como por una operacion de recalcado en frio). Este trabajo en frio imparte una deformacion ligera al remache. La materia prima del remache trabajada en frio es opcionalmente anodizada, preferiblemente en disolucion de acido cromico, y preferiblemente dejada sin sellar, con el numero 30, usando el enfoque descrito previamente. El material de revestimiento se proporciona en disolucion, con el numero 22, y se aplica a la materia prima del remache, con el numero 24. Las etapas 30, 22, y 24 son segun se describe mas arriba con relacion a la figura 1, y las descripciones se incorporan aqui.

El remache revestido es curado, numero 26. El curado preferido es el recomendado por el fabricante, mas preferiblemente 1 hora a 204DC (400oF) segun se describe previamente. Sin embargo, se puede emplear una operacion de curado modificada dependiendo del nivel del trabajo en frio realizado en el remache en la etapa 38. El ciclo de curado modificado es 45 minutos a 190DC (375oF) y se ha demostrado que produce resultados aceptables consistentes con los requisitos para el material de revestimiento. La operacion de curado tiene el efecto de tender al sobreenvejecimiento de la aleacion de aluminio, que normalmente requiere solo envejecimiento natural (temperatura ambiente) para realizar su completa resistencia. Sin embargo, lo mas sorprendente, ha sido encontrar que la operacion de trabajo en frio adicional en la etapa 38, llevada a cabo despues del tratamiento en disolucion/recocido de la etapa 36 y el envejecimiento natural de la etapa 37, neutraliza el efecto de la etapa 26 y da por resultado un remache final que es revestido y envejecido para las propiedades de aleacion de aluminio aceptables, aunque no sobreenvejecido.

En una variante del enfoque de la figura 2A para los remaches de revestimiento y termotratamiento que van a ser tratados a un endurecimiento de envejecimiento natural, representado en la figura 2B, la materia prima de remache de aleacion de aluminio se suministra en una condicion sobredimensionada, numero 32. La materia prima de remache es estirada o formada a su tamano final, numero 34. (Esto es distinto de la etapa 34 de la figura 2A en la que la materia prima de remache esta deformada al diametro normal sobredimensionado). La materia prima de remache estirada es tratada en disolucion/recocida, numero 36, y naturalmente envejecida, numero 37. No se requiere ninguna etapa 38 de estiramiento en el diametro final, como en el procedimiento de la figura 2A. Las etapas restantes 22, 30, 24, 26 y 28 son como se describen previamente con relacion a la figura 2A, cuya descripcion esta incorporada aqui.

Se ha practicado con exito el enfoque de la figura 2B usando aleacion de aluminio 2117. La materia de remache se proporciono en un diametro sobredimensionado de alrededor de 0,508-0,521 centimetros (0,200-0,205 pulgadas), la etapa 32, segun se compara con un diametro inicial convencional de 0,469-0,472 centimetros (0,185-0,186 pulgadas). La materia prima de remache sobredimensionada se estiro a un diametro de 0,469-0,472 centimetros (0,185-0,186 pulgadas)en la etapa 34 y el recalcado en frio a un diametro de 0,474-0,478 centimetros (0,187-0,188 pulgadas) en la etapa 34. Las otras etapas de la figura 2B fueron como se describen previamente para la aleacion de aluminio 2117. Se alcanzo la resistencia requerida de T4 de endurecimiento, y adicionalmente se protegieron los remaches por el revestimiento adherente.

En los procedimientos de las figuras 2A y 2B, el trabajo mecanico extra que dio como resultado la materia prima del remache en deformacion en las etapas 34 y 38 a partir del diametro sobredimensionado inicial de la etapa 32, acoplado con el calentamiento extra implicado en la etapa 26 de curado, dando como resultado una resistencia final y otras propiedades mecanicas que satisfacen los estandares requeridos y especificaciones para los remaches de este tipo. El trabajo en frio mecanico extra tiende a elevar las propiedades mecanicas por encima de los limites aceptables, mientras que el calentamiento extra durante el curado reduce las propiedades mecanicas de nuevo al intervalo aceptable. El equilibrio exacto de estos efectos incluso permite que las propiedades mecanicas se establezcan en el lado alto o el lado bajo del intervalo permitido por la mayor parte de los estandares. Las modificaciones del procedimiento producen el beneficio adicional importante de que el remache es revestido con un revestimiento curado que protege el remache de la corrosion.

Algunas aleaciones no son tratadas en disolucion/recocidas y tratadas para endurecimiento estructural antes del uso, aunque en su lugar se usan en una condicion de trabajo en frio con un nivel minimo de resistencia de deformacion inducida. La condicion deformada requerida de tales aleaciones aparentemente seria incompatible con el calentamiento a temperatura elevada para curar el revestimiento. Sin embargo, se ha demostrado que un procedimiento tal como el ilustrado en la figura 3 para una tercera realizacion preferida de la invencion permite que la aleacion sea usada en una condicion reforzada inducida por deformacion y tambien para ser revestida con un revestimiento curable. Tal aleacion preferida es 5056-H32, que tiene una composicion teorica de 4,5-5,6 por ciento en peso de magnesio, 0,10 por ciento en peso de cobre, 0,05-0,20 por ciento en peso de manganeso, 0,30 por ciento en peso de silice, 0,40 por ciento en peso de hierro, 0,05-0,20 por ciento en peso de cromo, 0,10 por ciento en peso de cinc, 0,05 por ciento en peso maximo de cualquier otro elemento con 0,15 por ciento en peso total de otros elementos, el resto de aluminio. La aleacion 5056, cuando se deforma por trabajo en frio con alrededor de 2-3 por ciento de reduccion para alcanzar la condicion de H32, exhibe 179.270-193.060 kPa (26.000-28.000 psi) de resistencia al corte final. Si, sin embargo, la aleacion 5056 se calienta despues durante 1 hora a 204DC, el tratamiento de curado estandar por el material de revestimiento curable, se reduce la resistencia al corte final a alrededor de 165.480-179.270 kPa (24.000-26.000 psi), que esta en el lado muy bajo del intervalo permitido por la especificacion de resistencia aunque se considera demasiado baja para las operaciones a escala comercial debido a que las variaciones del procedimiento pueden dar como resultado resistencias por debajo de la especificacion de resistencia para algunos articulos tratados.

La figura 3 ilustra un procedimiento mediante el cual se logran las propiedades mecanicas requeridas al tiempo que tienen tambien las ventajas de un revestimiento curado, para el caso preferido del remache. Se proporciona el material de aluminio 5056 en una condicion sobredimensionada inicial, numero 70. Por ejemplo, convencionalmente un remache que tiene un diametro final de 0,474-0,478 cm (0,187-0,188 pulgadas) es estirado a partir de la materia prima que inicialmente tiene un diametro de alrededor de 0,482-0,485 cm (0,190-0,191 pulgadas). En la realizacion preferida del metodo de la figura 3, el material de materia prima precursor es inicialmente alrededor de 4-5 por ciento sobredimensionado (por ejemplo, un diametro de 0,495 cm (0,195 pulgadas) para el caso de un remache de diametro final de alrededor de 0,474-0,478 cm (0,187-0,188 pulgadas). La materia prima sobredimensionada es deformada, preferiblemente por trabajo en frio, al diametro final requerido, numero 72. Este precursor de remache, debido a que ha sido deformado en frio de un tamano mas grande que el requerido para lograr la condicion H32, tiene una resistencia mayor que la requerida en la condicion H32. Se proporciona el material de revestimiento, numero 22, y se aplica al material precursor de remache segun se ha deformado, numero 24. Opcionalmente, el material precursor de remache puede ser tratado para hacer rugosa su superficie y preferiblemente anodizado en acido cromico (aunque preferiblemente no sellado quimicamente) antes de la aplicacion del material de revestimiento, segun se ha descrito previamente.

El material precursor de remache se calienta para efectuar el ciclo de curado estandar de 1 hora a 204DC (400oF) o

el ciclo de curado modificado de 45 minutos a 190DC (375oF), numero 74. El ciclo de curado tiene dos efectos.

5 Primero, el revestimiento es curado de forma que es coherente y adherente al remache de aluminio. Segundo, el

material de aluminio es parcialmente recocido para ablandarlo. El tratamiento de ablandamiento parcial reduce la

condicion de deformacion trabajada en frio en el remache desde la lograda en la operacion de sobredeformacion

(etapa 72) a la normalmente alcanzada por el tratamiento H32. El remache se puede por lo tanto instalar por los

procedimientos ya conocidos para el remache 5056-H32. El remache difiere de los remaches 5056-H32 10 convencionales en que tiene el revestimiento curado en el.

El enfoque de la figura 3 se ha practicado usando los materiales y tamanos expuestos previamente. La materia

prima de aluminio sobredimensionada inicialmente proporcionada en la etapa 70 tiene una resistencia al corte final

de 172.375-179.270 kPa (25.000-26.000 psi). Despues del estirado en la etapa 72, la materia prima tiene una 15 resistencia al corte final de 186.165-193.060 kPa (27.000-28.000 psi). Despues del calentamiento en la etapa 74, el

remache final tiene una resistencia al corte final de 179.270-186.165 kPa (26.000-27.000 psi), que esta

comodamente dentro del intervalo requerido por la especificacion de propiedad mecanica H32. Por comparacion, si

la materia de aluminio no es inicialmente sobredimensionada, aunque tiene el diametro inicial convencional, el

remache final sometido a las etapas 72, 22, 24 y 74 restantes tiene una resistencia al corte de 165.480-179-270 kPa 20 (24.000-26.000 psi), en el extremo mas bajo del requerido por la especificacion H32 y que, segun se ha expuesto

anteriormente, es demasiado baja para las operaciones comerciales.

Claims

REIVINDICACIONES

1. �etodo para preparar un remache de aleacion de aluminio, que comprende las etapas siguientes:

proporcionar un remache de aleacion de aluminio que esta en una condicion no tratada;

proporcionar un material de revestimiento organico curable, que comprende una resina fenolica y curable a alrededor de una temperatura de termotratamiento del remache de aleacion de aluminio;

aplicar el material de revestimiento organico al remache de aleacion de aluminio que no esta en su condicion termotratada final; y

termotratar el remache de aluminio revestido hasta su condicion termotratada final, curando simultaneamente de ese modo el revestimiento organico.
2.

�etodo segun la reivindicacion 1, que comprende ademas la etapa de anodizacion del remache de aleacion de aluminio antes de aplicar el material de revestimiento organico al mismo.
3.

�etodo segun la reivindicacion 2, en el que la etapa de anodizacion se efectua sin sellar quimicamente el articulo durante la etapa de anodizacion.
4.

�etodo segun la reivindicacion 2, en el que la etapa de anodizacion incluye la etapa de anodizacion del remache en una solucion de acido cromico.
5.

�etodo segun la reivindicacion 1, en el que la etapa de proporcionar un remache de aleacion de aluminio incluye la etapa de proporcionar un remache de aluminio en su condicion completamente recocida.
6.

�etodo segun la reivindicacion 1, en el que la etapa de aplicacion incluye la etapa de pulverizacion del material de revestimiento organico sobre el remache de aleacion de aluminio, y a continuacion, de retirada de cualquiera de los constituyentes volatiles del revestimiento pulverizado.
7.

�etodo segun la reivindicacion 1, en el que la etapa de termotratamiento incluye la etapa de envejecimiento por precipitacion del remache de aleacion de aluminio.
8.

�etodo segun la reivindicacion 1, en el que la etapa de proporcionar un remache de aleacion de aluminio incluye la etapa de proporcionar un remache fabricado de una aleacion seleccionada del grupo que consiste en las serie 2000, serie 4000, series 6000 y serie 7000 de aleaciones de aluminio.
9.

�etodo segun la reivindicacion 1, que incluye una etapa adicional, a continuacion de la etapa de termotratamiento, de sujecion de una primera pieza a una segunda pieza utilizando el articulo termotratado.
10.�etodo segun la reivindicacion 9, en el que la etapa de sujecion incluye la etapa de completar la sujecion sin usar ningun sellante humedo entre el remache y las piezas.
11.�etodo segun la reivindicacion 1, en el que la etapa de proporcionar un remache de aleacion de aluminio incluye la etapa de proporcionar un remache de aluminio 7050, y en el que la etapa de termotratamiento incluye la etapa de calentar el remache de aleacion de aluminio 7050 a una temperatura de alrededor de 121DC (250oF) durante un primer periodo de tiempo, y a continuacion, de calentar el remache a una temperatura de alrededor de 179DC (355oF) durante un segundo periodo de tiempo.
12.�etodo segun la reivindicacion 11, en el que la etapa de calentamiento comprende calentar el remache de aleacion de aluminio 7050 a una temperatura de alrededor de 121DC (250oF) durante un tiempo de 4 a 6 horas, y a continuacion, calentar el remache a una temperatura de alrededor de 179DC (355oF) durante un tiempo de 8 a 12 horas.
13.�etodo segun la reivindicacion 1, en el que el remache de aleacion de aluminio es un precursor del remache de aleacion de aluminio y en el que el material de revestimiento organico curable tiene una porcion no volatil que es predominantemente organica y es curable a una temperatura de curado; comprendiendo ademas el metodo la etapa de, antes de proporcionar el revestimiento organico curable, deformar el precursor del remache a una condicion de deformacion del precursor mayor que la condicion de deformacion del remache final, en el que el metodo no incluye ninguna etapa de tratamiento en disolucion/recocido.
14.�etodo segun la reivindicacion 13, que incluye una etapa adicional, a continuacion de la etapa de deformacion y antes de la etapa de aplicacion, de anodizar el precursor del remache.
15.�etodo para preparar un articulo de elemento de sujecionde aleacion de aluminio, que comprende las etapas

siguientes: proporcionar una materia prima del precursor del remache realizada en una aleacion de aluminio, estando la materia prima del precursor del remache inicialmente sobredimensionada en comparacion con el tamano requerido final del remache;

tratar en disolucion y recocido el precursor del remache; deformar el precursor del remache; envejecer el remache a temperatura ambiente; proporcionar un material de revestimiento organico curable, que comprende una resina fenolica, presentando el

material de revestimiento una porcion no volatil que es predominantemente organica y es curable a alrededor de una temperatura de termotratamiento del precursor del remache de aleacion de aluminio:

aplicar el material de revestimiento organico al precursor del remache de aleacion de aluminio; y termotratar el precursor del remache de aleacion de aluminio revestido hasta su condicion termotratada final a una temperatura y durante un tiempo suficiente para curar el revestimiento organico.
16.�etodo segun la reivindicacion 15, que incluye una etapa adicional, antes de la etapa de aplicar el revestimiento organico, o de anodizacion del precursor del articulo.