ES2239912B1 - Pulido electrolitico de metales en emulsiones de moleculas anfipaticas. - Google Patents
Pulido electrolitico de metales en emulsiones de moleculas anfipaticas.Info
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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.
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.
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.
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.
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 35ºC 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.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
ES200400884A ES2239912B1 (es) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Pulido electrolitico de metales en emulsiones de moleculas anfipaticas. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ES200400884A ES2239912B1 (es) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Pulido electrolitico de metales en emulsiones de moleculas anfipaticas. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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ES2239912A1 ES2239912A1 (es) | 2005-10-01 |
ES2239912B1 true ES2239912B1 (es) | 2006-12-01 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
ES200400884A Withdrawn - After Issue ES2239912B1 (es) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Pulido electrolitico de metales en emulsiones de moleculas anfipaticas. |
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- 2004-03-26 ES ES200400884A patent/ES2239912B1/es not_active Withdrawn - After Issue
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