ES2239912A1 - Pulido electrolitico de metales en emulsiones de moleculas anfipaticas. - Google Patents

Abstract

El proceso objeto de esta patente de invención, consiste en un procedimiento de pulido electrolítico de metales en el cual las piezas entran en contacto con el electrolito por inmersión o por proyección del mismo sobre la superficie. El electrolito utilizado es un sistema heterogéneo que contiene sustancias orgánicas, sustancias polares, moléculas anfipáticas y partículas inertes en suspensión. La utilización de estos electrolitos permite la obtención de piezas pulidas electrolíticamente en un tiempo mucho menor que el necesario para obtener análogos resultados con los medios actuales de electropulido de aplicación industrial y con una mayor eficiencia energética. El proceso permite, en función de los aditivos añadidos al electrolito y la forma de contacto del mismo con la superficie a pulir, controlar el grado y extensión del pulido de las piezas metálicas y la velocidad a la que el proceso tiene lugar.

Description

Pulido electrolítico de metales en emulsiones de moléculas anfipáticas.

Resumen

El proceso objeto de esta patente de invención, consiste en un procedimiento de pulido electrolítico de metales en el cual las piezas entran en contacto con el líquido electrolítico por inmersión o por proyección del mismo sobre la superficie de dichas piezas. El líquido electrolítico utilizado es un sistema heterogéneo que contiene sustancias orgánicas apolares, sustancias polares, moléculas anfipáticas y partículas inertes en suspensión. La utilización de estos electrolitos permite la obtención de piezas pulidas electrolíticamente en un tiempo mucho menor que el necesario para obtener análogos resultados con los medios actuales de electropulido de aplicación industrial y con una mayor eficiencia energética. El proceso permite, en función de los aditivos añadidos al electrolito y la forma de contacto del mismo con la superficie a pulir, controlar el grado y extensión del pulido de las piezas metálicas y la velocidad a la que el proceso tiene lugar.

Antecedentes de la invención

La operación de pulido electrolítico permite obtener superficies brillantes de piezas metálicas mediante corrosión anódica de la pieza a pulir bajo elevadas intensidades de corriente y utilizando como electrolitos soluciones concentradas de ácidos, bases o sales inorgánicas. El pulido electroquímico implica el tratamiento de superficies metálicas en baños de ácido sulfúrico, fosfórico, crómico, cítrico, fluorhídrico, acético, perclórico o combinaciones de ellos.

Los puntos sobresalientes de la superficie que se trata de pulimentar son, con preferencia, disueltos al actuar la pieza a pulir como ánodo en condiciones que varían entre las de una corrosión uniforme y las de una polarización anódica completa, como sucede al adoptar ánodos insolubles. En los puntos bajos de la superficie se produce pasividad, pues los productos de la corrosión anódica producen películas viscosas y adherentes de muy escasa conductividad. En los puntos altos desaparecen dichas películas y la corrosión se ve favorecida de manera que las rugosidades de la superficie van desapareciendo hasta quedar al nivel de las zonas bajas. El resultado es, en definitiva, el de un alisado de la superficie, similar al obtenido mediante pulido mecánico.

El pulido electroquímico se basa en consecuencia en el efecto llamado polarización por concentración. Esta concentración es de iones del propio metal disueltos por efecto anódico.

Los inconvenientes mayores de esta tecnología son dos, de una parte el uso de electrolitos altamente concentrados en iones de muy difícil eliminación de las soluciones agotadas, con la subsiguiente problemática medioambiental, y en segundo lugar la necesidad de disolver una cantidad de metal muy superior a la mínima teórica, para conseguir alisar rugosidades importantes, dada la baja capacidad que manifiestan, los procesos de electropulido hasta ahora conocidos, para discriminar entre zonas altas y bajas del relieve de las piezas a pulir por encima de una escala dimensional determinada del mismo (pocas micras), siendo por esto, en muchos casos, procesos poco eficientes que producen variaciones dimensionales excesivas en las piezas tratadas.

Descripción

El proceso de pulido electrolítico que aquí se presenta no consigue la polarización exclusivamente por concentración mediante disolución de la pieza, sino que consigue principalmente la polarización mediante uso de moléculas anfipáticas y sustancias apolares en emulsión en el líquido electrolítico, con lo cual se reduce enormemente la disolución total de metal para un pulido determinado, consume menos de la mitad de la electricidad necesaria mediante los procesos tradicionales y permite la utilización del electrolito durante periodos de utilización más de diez veces superiores a los electrolitos convencionales, pues el proceso que se verifica en la cuba de pulido se cierra para cobre, cinc, plata, oro, níquel, plomo,...reduciendo a metal en el cátodo los iones producidos en la oxidación anódica.

Moléculas anfipáticas, como el dodecilsulfonato sódico por ejemplo, constan de una cadena hidrocarbonada, y por lo tanto hidrófoba y de un grupo iónico capaz de generar una carga negativa en un extremo de la molécula cuando ésta se encuentra disuelta en agua. La carga positiva del ánodo orienta las moléculas de manera que su carga negativa se coloca en el extremo más próximo a la superficie del metal, generando una polarización muy importante aumentada por el hecho de que la parte hidrocarbonada de la molécula, es decir la parte hidrófoba, queda hacia fuera.

Cuando se introduce una placa de metal conectada al electrodo positivo en una emulsión en la cual se ha situado un cátodo, se observa que la intensidad de corriente que atraviesa el sistema decrece rápidamente con el tiempo como resultado de la eficaz polarización del electrodo, es decir, de la pieza a pulir. En estas condiciones la agitación del electrolito es ayudada por la presencia de partículas dieléctricas, con dureza inferior a la de la pieza a pulir y de dimensiones y geometría adecuadas a cada sistema concreto pues son capaces de efectuar una suave erosión preferente en los puntos sobresalientes de la superficie, creándose un flujo laminar y una capa límite que permite la renovación de las micelas fijadas en los puntos salientes, permitiendo la disolución preferente del metal en estos puntos.

En el electropulido realizado con electrolitos como los que se proponen en esta patente se producen diversos fenómenos que concurren en el alisamiento anódico superficial. La diversidad y complejidad de estos fenómenos fundamenta el interés práctico de esta nueva técnica sobre procesos ya conocidos de electropulido (con electrolitos más simples desde el punto de vista de las interacciones fisicomecánicas que se producen).

Una ventaja clara de estos electrolitos es la creación de películas relativamente gruesas sobre la superficie anódica, con poca energía cohesiva y con gradientes de resistividad y viscosidad poco abruptos en comparación con los sistemas clásicos de electropulido. Este hecho abre las puertas a la posibilidad de un aprovechamiento energético muy elevado, de una gran velocidad de erosión y, lo que puede ser más importante, a crear electrolitos que actúen muy selectivamente sobre el relieve a pulir sin necesidad de utilizar instrumentos auxiliares que soporten el electrolito,(discos rotativos, bandas, cepillos...).

Es la propia película la que discrimina las partes más expuestas de las más protegidas. Se comprende, en consecuencia, que un sistema que produzca películas de dimensiones del orden de la rugosidad a eliminar requiere disolver una menor cantidad de material para llegar a un grado determinado de pulido en comparación con un sistema que produce películas delgadas como los convencionales.

De todos los fenómenos concurrentes en el pulido superficial el que determina una singularidad más grande de estos procesos en relación a otros conocidos es la polarización selectiva del relieve. El hecho de producir películas anódicas de grosores similares a los de los relieves que se quieren alisar hace que se puedan modular pulsos de corriente que actúen selectivamente sobre las partes con capa anódica mas delgada de forma muy eficaz.

La proyección del electrolito sobre la pieza, en contacto con una boquilla-cátodo permite minimizar los problemas ocasionados durante el electropulido de piezas con geometrías complejas obteniéndose mejores resultados que en el sistema por inmersión.

El electropulido en un sistema como el descrito permite trabajar con densidades de corriente muy inferiores a las usuales y conseguir una superficie de mayor calidad, mucho mas lisa que la conseguida por métodos convencionales y, lo que es más importante, en tiempos de proceso de tan solo unos minutos, usualmente menos de diez minutos.

En la mayoría de casos basta un sencillo repaso de pulido mecánico para tener la pieza en condiciones de salir al mercado, incluso en sectores como la joyería.

El proceso no produce prácticamente soluciones residuales, las pequeñas cantidades generadas pueden reciclarse por evaporación de la disolución, calcinación del residuo seco y fusión con borato sódico, de manera que la cantidad total de efluentes líquidos vertidos es nula y el único residuo es un vidrio sólido y completamente inerte.

Ejemplo

En este ejemplo las piezas a electropulir son de plata de ley y tienen una rugosidad de partida entre 20000 y 25000 nanómetros. Se introducen en una cuba electrolítica de forma rectangular a una distancia de 10-15 centímetros de los cátodos planos de acero inoxidable. Las condiciones del proceso son las siguientes: temperatura entre 10 y 35°C una densidad de corriente continua entre 2 y 3 A/dm^{2} para una diferencia de potencial entre 9 y 15 V.

El electrolito utilizado es un sistema heterogéneo compuesto por un 35-65% de fase acuosa en la que se encuentran disueltas sales inorgánicas como nitrato de sodio y sulfato de cobre con una concentración entre un 0,3 y un 1%. Consta además de una fase orgánica compuesta por moléculas anfipáticas del tipo del dodecilbenzensulfonato sódico entre un 4 y un 10%, sulfopatronato sódico entre un 2 y un 5%, un ácido graso insaturado polioxietilenado entre un 1 y un 5%, una base orgánica del tipo trietanolamina entre 0,5-2% y un aceite mineral entre un 20-50%. Como partículas inertes se utiliza granza de poliolefma de diámetro entre 3 y 5 mm en una proporción entre 20-60% sobre el total. La rugosidad ha variado desde aproximadamente 22000 nm de la pieza original obtenida por fusión a unos 30 nm de media después del pulido, con un tiempo de contacto con el electrolito variable entre 5 y 30 minutos, en función de si las piezas han sido previamente desbastadas o no. La cantidad de metal disuelto en la operación de electropulido está entre la cantidad mínima teóricamente necesaria y el doble de la misma, siendo en consecuencia muy inferior a la disuelta por un electropulido convencional.

Claims (6)

1. Un procedimiento de pulido electrolítico de piezas metálicas del tipo de los que comprenden poner en contacto las piezas a pulir con un baño electrolítico y aplicar una corriente eléctrica al baño electrolítico, constituyendo dichas piezas el ánodo, caracterizado por producirse la polarización adecuada del baño electrolítico alrededor de las piezas a pulir mediante la presencia de moléculas anfipáticas en el mismo.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque las piezas están en contacto con el electrolito por inmersión o por proyección del mismo sobre la superficie.

3. Un procedimiento según reivindicaciones anteriores caracterizado porque el electrolito utilizado es un sistema heterogéneo que contiene sustancias orgánicas apolares, sustancias polares, moléculas anfipáticas y partículas inertes en suspensión.

4. Un procedimiento según reivindicaciones anteriores que comprende la introducción de partículas dieléctricas en suspensión.

5. Un procedimiento según reivindicaciones anteriores que comprende tiempos de contacto con el electrolito inferiores a 30 minutos.

6. Un procedimiento según reivindicaciones anteriores que comprende el uso de pulsos de corriente con lo cual se reducen los tiempos de pulido y se mejora la calidad de la superficie obtenida.