ES2223321T3 - Procedimiento de tratamiento de superficies de aceros inoxidables. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el tratamiento de acero inoxidable que incluye los pasos siguientes: a) Oxidación de la superficie de acero mediante calentamiento en un horno y b) Eliminación de la capa de óxido, caracterizado porque la oxidación tiene lugar mediante calentamiento del acero hasta una temperatura de 300-400ºC, y la eliminación de la capa de óxido tiene lugar mediante inmersión del acero en un baño líquido a base de ácidos minerales.

Description

Procedimiento de tratamiento de superficies de aceros inoxidables.

La presente invención se enmarca en el ámbito de los aceros y del procesamiento o tratamiento de aceros destinados preferentemente a la fabricación de aparatos, por ejemplo para el uso doméstico. La presente invención se refiere en particular a aquellos aparatos y piezas que han estado o estarán expuestos a la acción del calor, y al tratamiento de éstos.

Más concretamente, la presente invención ofrece un procedimiento para el tratamiento de aceros inoxidables destinados a estas aplicaciones, donde el tratamiento del acero según la invención impide que se vaya poniendo amarillo debido al uso diario.

La utilización de acero inoxidable es conocida en la fabricación de un gran número de productos, sobre todo de aparatos de uso doméstico como hornos de cocina, frigoríficos, aparatos para calentar agua, freidoras o lavavajillas.

También es conocido que las piezas de acero inoxidable expuestas regularmente a la acción del calor terminan por lo general sufriendo un amarilleo que afea considerablemente la apariencia estética del aparato. Este es el caso, por ejemplo, de la cara interior de las puertas de los lavavajillas, de las superficies de trabajo de acero en las cocinas, de los anillos de acabado de las placas de calefacción, de las freidoras y de otros aparatos.

Para eliminar esta coloración amarilla, que se explica sobre todo por la formación de productos de oxidación en la superficie del acero, provocada por el efecto del calor, se utilizan normalmente técnicas de abrasión. Es frecuente, por ejemplo, el uso de gel abrasivo, estropajos de metal, etc. También se utilizan agentes abrasivos. Estos productos contienen dado el caso una mezcla de ácido fosfórico y ciertas sustancias tensioactivas (como FINOX® DH ISO 9002, fabricado por Chimiderouil) y se aplican normalmente sobre el acero ya dañado (amarillo) para eliminar el amarilleo.

Estos tratamientos agresivos terminan por arañar el acero y desgastarlo, dejando al margen los riesgos que para el usuario supone el uso de productos como FINOX®, con lo cual sigue siendo deseable encontrar una solución mejor para este problema.

Por lo demás en el estado actual de la técnica se conocen ya procedimientos de revestimiento para aceros inoxidables. Entre ellos figura el procedimiento de cinco etapas descrito en la patente JP-A 52 64 045, en el cual la superficie del acero se trata en un primer momento mediante chorro de arena, a continuación se sumerge en un medio cáustico como HF, ácido clorhídrico, ácido nítrico o ácido fosfórico, se reviste a continuación con una película de resina y se calienta, de modo que la película queda adherida a la superficie en forma endurecida. La patente JP-A 61 06 693 describe otro procedimiento que incluye un tratamiento del acero mediante chorro de arena, para aumentar la resistencia a la corrosión de su superficie. También este procedimiento va seguido inmediatamente de una inmersión del acero en un ácido mineral antes de la aplicación de una capa de resina. Otro procedimiento para el tratamiento de acero inoxidable, un llamado procedimiento de cromatización, se describe en la patente JP-A 52 145 346. Aquí la superficie se recubre de una película sumergiendo el acero en una solución acuosa caliente que contiene ácido sulfúrico, oxidantes, por ejemplo a base de cromo (como dicromato potásico) y ácido fosfórico.

Según el procedimiento descrito en la patente JP-A 80 58 015 se consigue un acero inoxidable resistente al calor revistiendo al acero con una composición que contiene ácido fosfórico y dióxido de silicio. Esta fórmula sirve únicamente como agente adhesivo para las resinas que se aplican a continuación sobre la superficie.

Vollmer et al. (Materials and Corrosion, 46, 92-97 (1995)) describe un procedimiento para el tratamiento de superficies de aceros inoxidables en el cual las muestras se templan por precipitación en un horno a 600ºC para conseguir una capa de óxido regular, que cubra toda la superficie. Para retirar la capa de óxido las muestras se tratan con pastas decapantes no líquidas que después de un tiempo de actuación se retiran mediante cepillado, bajo agua corriente, junto con la capa de óxido. Como el espesor de la capa de óxido formada en la superficie del acero depende de la temperatura de trabajo durante la oxidación, con la temperatura de trabajo descrita de 600ºC se forma, después de la retirada de la capa de óxido, una capa pasivada que protege contra la corrosión, relativamente gruesa y con un contenido elevado de cromo. No obstante, esta capa pasivada modifica la estructura originaria de la superficie del acero inoxidable, de modo que a la superficie del acero no se le aplica, convenientemente, antes del tratamiento de la superficie una estructura superficial (por ejemplo un pulido a cepillo), pues dicha estructura se altera visualmente después de efectuado el tratamiento de la superficie. Además el cepillado de la capa de óxido por medio de (falta texto) perjudica fácilmente la estructura superficial del acero.

La patente US 5.269.957 describe un medio para eliminar el óxido de superficies de acero inoxidable a partir de ácido fosfórico, un ácido polihidroxi-carboxílico (o una de sus sales) y un surfactante.

La patente JP-A 62 124 019 da a conocer un baño para sumergir aceros a temperaturas elevadas. Este baño se basa en una solución acuosa de ácido fosfórico, ácido nítrico (o nitrato) y un inhibidor de grupos amina.

La patente US 4.078.949 describe un procedimiento para tratar superficies de acero inoxidable con el fin de eliminar por ejemplo óxidos. Esto tiene lugar mediante calentamiento del acero con un determinado potencial de oxígeno.

Finalmente, la patente JP-A 07 286 215 da a conocer un procedimiento para mejorar la resistencia a la corrosión de los aceros ferríticos. Dos pasos del procedimiento incluyen la exposición del acero (i) a una atmósfera de hidrógeno o (ii) a una atmósfera de hidrógeno/nitrógeno.

No obstante, ni éstos ni otros procedimientos conocidos pueden resolver satisfactoriamente el problema de impedir que amarillee el acero inoxidable expuesto regularmente a la acción del calor, o bien exigen un gasto considerable y la utilización de sustancias químicas agresivas. En consecuencia, la presente invención se plantea la tarea de ofrecer un procedimiento sencillo por medio del cual la superficie de los aceros inoxidables puede hacerse resistente contra ensuciamientos y decoloraciones (amarilleo).

Después de numerosas pruebas y ensayos los inventores han conseguido desarrollar un procedimiento para el tratamiento de aceros inoxidables que resuelve mejor el problema anteriormente descrito, esto es, evitar (en gran parte) el amarilleo del acero sometido a carga térmica. Este procedimiento incluye el tratamiento del acero con ácidos minerales, preferentemente ácido fosfórico, en particular con ácido fosfórico acuoso, y en él se prefiere la presencia de uno o varios surfactantes. Como ácido fosfórico para el procedimiento según la invención resulta especialmente apropiado FINOX® DH ISO 9002.Preferentemente la concentración del ácido fosfórico acuoso se sitúa en un 50% (v/v) o por debajo y se prefieren especialmente las concentraciones en el rango del 25, 30, 35, 40 y 45% (v/v).

Este procedimiento para el tratamiento del acero según la invención se debería efectuar por lo general antes de la utilización del acero en la cadena de producción de los aparatos o las piezas. Este procedimiento consigue en cada caso evitar las posteriores decoloraciones (amarilleos) del acero.

Una ventaja en relación con el estado actual de la técnica consiste en que el procedimiento según la invención no necesita una gran inversión en aparatos y prescinde del tratamiento de chorro de arena y de revestimientos de todo tipo (por ejemplo con resinas y otros polímeros).

La presente invención se refiere también a un procedimiento para el tratamiento de las superficies de aceros inoxidables, que es especialmente apropiado para evitar amarilleos después de la solicitación por calor del acero.

El procedimiento para el tratamiento de acero inoxidable según la presente invención incluye los pasos siguientes:

a) Oxidación de la superficie de acero mediante calentamiento en un horno y

b) Eliminación de la capa de óxido,

caracterizado porque la oxidación tiene lugar mediante calentamiento del acero hasta una temperatura de 300-400ºC y porque la eliminación de la capa de óxido tiene lugar mediante inmersión del acero en un baño líquido sobre la base de ácidos minerales.

Se prefiere la inmersión del acero calentado en un baño líquido sobre la base de ácido fosfórico, preferentemente en presencia de una o varias sustancias tensioactivas.

Según una forma de realización preferida el acero calentado se sumerge después del paso (a) en el baño líquido (paso (b)), esto es, sin enfriamiento previo del acero. No obstante ello no es estrictamente necesario, pues el acero enfriado después del paso (a) a temperatura ambiente o ligeramente por encima (30-55ºC) también es o se vuelve resistente frente al amarilleo después de su inmersión en ácido fosfórico (temperatura superior a unos 50ºC, preferiblemente mayor de 80ºC).

Un ácido fosfórico especialmente preferido en el paso (b) es un ácido fosfórico acuoso en mezcla con surfactantes como FINOX® DH ISO 9002.Se prefiere especialmente el empleo de una solución acuosa al 33% (v/v) de FINOX® DH ISO 9002 (Chimiderouil Productos Tamosa, S.A.).

Según el fabricante, FINOX® DH ISO 9002 elimina impurezas grasas de las superficies debidas a la inmersión, recirculación, riego por aspersión u otros procedimientos. Permite también la desoxidación de numerosos metales (esto es, la eliminación de capas de óxido o desoxidación) como los aceros al carbono y los aceros al crisol, los aceros inoxidables ferríticos y aceros martensíticos, el aluminio y el cobre y sus dos aleaciones.

El producto FINOX® DH ISO 9002 presenta las siguientes especificaciones:

Composición

Naturaleza química: solución acuosa de ácido fosfórico y sustancia tensioactiva (surfactante)

Componentes peligrosos: Ácido fosfórico nº CAS (Chemical Abstract Service) 7664-38-2 conc. (% en peso) > 25, C; R 34 (Directiva 88/379/CEE)

Impurezas (peligrosas): ninguna

Características físicas / químicas

Aspecto: líquido ácido, ligeramente viscoso

Color: incoloro

Densidad a 20ºC: 1,30 \pm 0,01 g/ml

pH: por debajo de 1

Inflamabilidad: no inflamable

El tratamiento en el paso (b) tiene lugar preferentemente durante un periodo de 1-10 min, con preferencia de 2-8 min y con especial preferencia de 3-6 min. Otra forma de realización especialmente preferida prevé una duración de unos 5 min para el paso (b). Otros ácidos minerales preferidos que se pueden utilizar para el baño líquido en el paso (b) son el ácido clorhídrico, el ácido nítrico, el ácido sulfúrico, el ácido clórico, el ácido perclórico, el ácido brómico, el ácido perbrómico, el ácido yódico, el ácido periódico, el ácido silícico, el ácido wolfrámico, el ácido 12-wolframato silícico, el ácido 12-wolframato fosfórico, o una mezcla de dos o más de estos u otros ácidos minerales.

A los pasos (a) y (b) se añaden preferentemente los pasos (c) y/o (d):

c) Lavado del acero que se va a tratar, o de las placas tratadas, con agua, por ejemplo mediante riego por aspersión en el interior de una cuba de lavado;

d) Secado del acero lavado (de las placas), en particular con ayuda de un chorro de aire, sobre todo de un chorro de aire caliente, por ejemplo en el interior de una cámara de secado.

El objetivo de los pasos (c) y (d) es eliminar totalmente cualquier resto del baño líquido del paso (b). De lo contrario existe la posibilidad, aunque remota, de que durante el tratamiento final se formen superficies estriadas o veteadas, que perjudicarían la aceptación del producto final desde el punto de vista de la estética.

La temperatura del chorro de aire en el paso (d) se sitúa por lo general en 50-150ºC, en especial en 70-130ºC ó en 80-120ºC, con especial preferencia en 90-110ºC ó en 95-105ºC, donde la temperatura especialmente apropiada son los 100ºC.

El tratamiento conforme a la invención de, por ejemplo, placas de acero se caracteriza por las propiedades funcionales anteriormente descritas, y además por el hecho de que se puede llevar a cabo antes de introducir, por ejemplo, las placas de acero en la cadena de producción de los aparatos.

De esta manera el aparato y, sobre todo, sus piezas de acero expuestas regularmente a los efectos del calor, no amarillean ya en el transcurso del tiempo.

Con este tratamiento se evita que el usuario tenga que someter su aparato a un tratamiento de abrasión mecánico o químico para eliminar las superficies amarillentas. La consecuencia de ello es que se pueden evitar los daños de las piezas de acero y el riesgo que se deriva para el usuario de la utilización de productos químicos tan agresivos como los mencionados.

El dispositivo diseñado para llevar a cabo el procedimiento de la invención se representa de manera esquemática en la figura 1. Se caracteriza por incluir básicamente los siguientes elementos:

- un horno 1 para la realización del paso (a);

- un baño 2 para la realización del paso (b);

- un recipiente 3 para la realización del paso (c);

- un espacio o una cámara de secado 4 para la realización del paso (d),

unidos entre sí, con ayuda de las correspondientes conexiones y medios de transporte, en un circuito principal (representado en la figura 1 por una línea continua) para el tratamiento de, por ejemplo, placas de acero, donde el circuito principal comienza en una zona 8 de la entrada del acero en el horno 1.

Además el dispositivo incluye una zona 5 de la entrada de agua en un circuito de refrigeración y de lavado (representado en la figura 1 mediante una línea), una zona de la separación 7 entre el agua y el baño líquido, desde la cual el agua de la zona 6 se trata de nuevo para el circuito de refrigeración y de lavado y el ácido fosfórico 9 separado se introduce como alimentación en el circuito de vapor (representado en la figura 1 mediante la línea "- - - -") para la nueva obtención y el nuevo tratamiento del mismo. Este circuito de vapor incluye además una zona para la refrigeración 11, común a los circuitos de refrigeración y de lavado, y una zona 10 para la recogida de los vapores, que permite reconducir el ácido fosfórico hacia el baño del tratamiento 2.

De acuerdo con un ejemplo de realización preferido de la invención se introducen, para su tratamiento, placas de acero inoxidable en el horno 1 a través de la zona 8, donde se calientan hasta los 300-400ºC antes de su introducción durante un periodo de tiempo de 4,5 minutos en el baño 2, que contiene una solución en agua al 33% (v/v) de FINOX® DH ISO 9002. A continuación las placas se llevan a la cuba de lavado 3, donde se someten a un lavado con agua mediante riego por aspersión. Desde allí se llevan a una cámara de secado con aire caliente a una temperatura de 105 \pm 5ºC. A continuación las placas se envían a la cadena de montaje para continuar el procedimiento normal posterior de fabricación del aparato correspon-
diente.

Desde el punto de vista de la protección del medio ambiente el dispositivo dispone, como ya se ha indicado anteriormente, de un circuito para el reprocesamiento del agua y del ácido fosfórico y para la reconducción de ambos al sistema. Junto al ahorro de agua y de producto de tratamiento se evitan productos residuales perjudiciales para el medio ambiente.

La figura 1 es una representación esquemática del dispositivo que se puede utilizar para llevar a cabo el procedimiento de la presente invención. Las indicaciones numéricas tienen los siguientes significados:

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 1: \+  Horno\cr  2: \+  Baño del tratamiento\cr  3: \+  Cuba de
lavado\cr  4: \+  Cámara de secado\cr  5: \+ Zona de entrada del
agua\cr  6: \+ Agua recuperada\cr  7: \+ Zona de separación\cr  8:
\+ Zona de entrada del acero para su tratamiento\cr  9: \+ FINOX DH
recuperado\cr  10: \+ Colector de vapores\cr  11: \+ Zona de
refrigeración\cr  12: \+ A la cadena de
montaje\cr}

Ejemplo

La presente invención se representa además con ayuda del siguiente ejemplo, que no pretende en modo alguno limitar su campo de aplicación.

Se utilizaron placas de acero de 890 \times 480 mm, que previamente se habían calentado a 375ºC. Un baño líquido con FINOX® DH ISO 9002 presentaba una capacidad de llenado de 4.000 litros, la cual incluía 1.333 litros del producto de Finox y agua hasta completar el volumen, para conseguir una solución al 33% (v/v).

Las placas para su tratamiento se introdujeron a través de la zona 8 en el horno 1, donde se calentaron hasta 375ºC. Después de este paso se llevaron al baño líquido, que contenía la solución al 33% (v/v) de FINOX® DH ISO 9002, donde permanecieron durante 4,5 minutos. A continuación se llevaron a la cuba de lavado 3, donde se sometieron a un lavado con agua mediante riego por aspersión. Desde allí se llevaron a una cámara de secado con aire caliente a 105 \pm 5ºC, y desde allí se enviaron a la cadena de montaje para continuar el procedimiento normal posterior de fabricación de los aparatos.

Claims (12)

1. Procedimiento para el tratamiento de acero inoxidable que incluye los pasos siguientes:

a)

Oxidación de la superficie de acero mediante calentamiento en un horno y

b)

Eliminación de la capa de óxido,

caracterizado porque la oxidación tiene lugar mediante calentamiento del acero hasta una temperatura de 300-400ºC, y la eliminación de la capa de óxido tiene lugar mediante inmersión del acero en un baño líquido a base de ácidos minerales.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el ácido mineral es un ácido fosfórico.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el ácido mineral es una solución acuosa de ácido fosfórico.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el ácido mineral es ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido sulfúrico, ácido clórico, ácido perclórico, ácido brómico, ácido perbrómico, ácido yódico, ácido periódico, ácido silícico, ácido wolfrámico, ácido 12-wolframato silícico, ácido 12-wolframato fosfórico, o una mezcla de dos o más de estos u otros ácidos minerales.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tratamiento en el paso (b) tiene lugar durante un periodo de tiempo de 1-10 min.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el tratamiento en el paso (b) tiene lugar durante un periodo de tiempo aproximado de 5 min.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el baño líquido contiene, además de un ácido mineral, una o varias sustancias tensioactivas (surfactantes).

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el baño líquido del paso (b) contiene FINOX® DH ISO 9002, en particular una solución acuosa al 33% (v/v) de FINOX® DH ISO 9002.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado o bien porque el acero calentado se sumerge en el baño líquido inmediatamente después del paso (a), esto es, sin enfriamiento previo del acero, o bien porque el acero calentado se enfría hasta llegar a los 20-55ºC y se sumerge entonces en un baño líquido calentado a más de 50ºC.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a los pasos (a) y (b) se añaden los pasos (c) y/o (d):

c)

Lavado del acero tratado, con agua, y

d)

Secado del acero lavado, en especial por medio de un chorro de aire.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la temperatura del chorro de aire en el paso (d) se sitúa en 50-150ºC.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque la temperatura del chorro de aire en el paso (d) se sitúa en 90-110ºC ó en 95-105ºC.