ES2271882T3 - Electrolito para el pulido electroquimico de superficies metalicas. - Google Patents
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Abstract
Electrolito para el pulido electroquímico de piezas de trabajo de titanio, aleaciones de titanio, niobio, aleaciones de niobio, tántalo y aleaciones de tántalo, caracterizado porque contiene ácido sulfúrico, bifluoruro de amonio y por lo menos un ácido hidroxicarboxílico.
Description
Electrólito para el pulido electroquímico de
superficies metálicas.
La presente invención se refiere a electrolitos
para el pulido electroquímico de piezas de trabajo de titanio,
aleaciones de titanio, niobio, aleaciones de niobio, tántalo y
aleaciones de tántalo, así como a un procedimiento para el pulido
electroquímico.
El pulido o abrillantado electroquímico de
superficies metálicas se usa muchas veces en la técnica para tratar
objetos pequeños o grandes de metal. Debido al uso fuertemente
creciente de titanio y aleaciones de titanio en el ámbito de la
construcción de aparatos, vehículos, aviones o también en la técnica
de la medicina, adquiere una importancia creciente el tratamiento
de las superficies de estos materiales por medio de electropulido.
En el electropulido, los objetos que se van a pulir, los cuales
cuelgan de los correspondientes elementos de soporte o están
dispuestos en cestos o similares, se sumergen en el electrolito, es
decir, el baño de pulido, y, después de un cierto tiempo de pulido,
se sacan de éste. Después de evacuar el líquido del baño de las
superficies pulidas, los objetos se sumergen a continuación en baños
de enjuagado para retirar el electrolito.
Según el estado actual de la técnica, para el
tratamiento de titanio y aleaciones de titanio se usan electrolitos
de mezclas de anhídrido de ácido
perclórico-anhídrido de ácido acético o mezclas de
ácido fluorhídrico-ácido sulfúrico-ácido acético o de anhídrido de
ácido fluorhídrico-anhídrido de ácido
sulfúrico-anhídrido de ácido acético o de ácido
sulfúrico-ácido fluorhídrico-ácido
fosfórico-etilenglicol (FR 2 795 433).
Estos electrolitos están ciertamente en
condiciones de lograr resultados de electropulido satisfactorios en
titanio puro y en una selección limitada de aleaciones de titanio,
pero el electrolito según la patente FR 2 795 433 no es adecuado
para electropulir con calidad de superficie suficiente aleaciones de
titanio-níquel como nitinol, que adquiere una
importancia creciente como aleación de memoria. La aplicación de
estos dos tipos de electrolitos presenta algunas desventajas que se
oponen a una utilización a gran escala técnica:
Concretamente, son conocidos desde hace tiempo
electrolitos de mezclas de anhídrido de ácido
perclórico-anhídrido de ácido acético y éstos
proporcionan buenos resultados de electropulido, pero se imponen
límites muy estrechos a su uso debido al alto peligro de explosión
unido a ellos. Adicionalmente, el uso de electrolitos que contienen
ácido acético, está unido a molestias por olores, lo que requiere
una extracción de aire correspondientemente costosa en el lugar de
trabajo con un costoso tratamiento del aire de salida. Los
electrolitos que, como los descritos en la patente francesa FR
2795433, contienen ácido fluorhídrico en concentraciones
considerables, conservan un riesgo significativo para la seguridad
y la salud debido a la alta toxicidad y corrosividad del ácido
fluorhídrico que, durante el proceso de electropulido, se escapa en
forma gaseosa en cantidades considerables. El funcionamiento de las
instalaciones de electropulido con los electrolitos de este tipo
requiere costosas medidas de seguridad. Adicionalmente, debe
suplirse regularmente la pérdida de ácido fluorhídrico con el aire
de salida para mantener estable el proceso de electropulido.
El contacto de las piezas de trabajo que se van
a electropulir en los electrolitos citados anteriormente debe
consistir en material de la misma clase o en titanio puro. En este
caso, el material de contacto es atacado uniformemente y debe
renovarse con regularidad. En vista del valor de estos metales, esto
representa un factor de coste considerable y conlleva a un desgaste
temprano de los electrolitos. Además, no es posible así asociar de
manera inequívoca la distribución de corriente y, por tanto, las
respectivas tasas de erosión a las piezas de trabajo individuales y
al material de contacto. Esto representa un factor de inseguridad
adicional ante altos requisitos impuestos a la exactitud del
procedimiento de electropulido. Además, durante el electropulido
deben entrar en contacto individualmente de forma estable las piezas
de trabajo, por ejemplo por medio de pinzas, y éstas no pueden
procesarse sueltas como productos a granel en tambores o cestas.
Esto origina costes considerables en el caso de pequeñas piezas en
masa como, por ejemplo, tornillos, debido al equipamiento manual
necesario de los armazones de contacto.
El problema de la invención es proporcionar un
electrolito que sea adecuado para electropulir titanio, aleaciones
de titanio, incluidas las aleaciones de
níquel-titanio (nitinol), niobio, aleaciones de
niobio, incluidas las aleaciones de
niobio-circonio, así como tántalo y aleaciones de
tántalo. Además, se pretende proporcionar un procedimiento de
electropulido para tales metales que pueda realizarse de manera
sencilla y segura.
Este problema se resuelve conforme a la
invención por medio de un electrolito según la reivindicación 1 y
un procedimiento según la reivindicación 6.
Los electrolitos según la invención consisten en
mezclas de ácido sulfúrico, bifluoruro de amonio y por lo menos un
ácido hidroxicarboxílico.
Una ventaja de los electrolitos según la
invención consiste en que no son explosivos ni combustibles. Además,
no contienen ácido fluorhídrico en exceso que pudiera escaparse en
forma gaseosa como ácido fluorhídrico durante el proceso de
electropulido, y no originan ninguna molestia por olores.
Ventajosamente, puede electropulirse una amplia gama de metales con
los electrolitos según la invención. A ella pertenecen el titanio,
las aleaciones de titanio, incluidas las aleaciones de
níquel-titanio, el niobio, las aleaciones de niobio,
incluidas las aleaciones de niobio-circonio, así
como el tántalo y las aleaciones de tántalo. En particular, los
electrolitos según la invención son adecuados para electropulir
nitinol, que es una aleación de níquel-titanio
altamente resistente con 55% de Ni.
Según los materiales que se van a electropulir,
puede optimizarse el resultado del electropulido modificando las
proporciones de mezclado de los tres componentes dentro de
determinados intervalos de concentración.
Como ácidos hidroxicarboxílicos se utilizan
preferentemente ácidos carboxílicos
C_{1}-C_{6} hidroxilados. Los ácidos
hidroxicarboxílicos pueden estar contenidos en el electrolito según
la invención en una concentración de 10 a 80% en volumen,
preferentemente de 20 a 60% en volumen. A los ácidos
hidroxicarboxílicos preferidos pertenecen el ácido glicólico y el
ácido hidroxipropiónico. Los ácidos hidroxicarboxílicos se
incorporan preferentemente como soluciones del 60 al 80% en peso.
Asimismo, pueden usarse también combinaciones de diferentes ácidos
hidroxicarboxílicos.
Un electrolito según la presente invención puede
contener el ácido sulfúrico en una concentración de 90 a 20% en
volumen, preferentemente de 80 a 40% en volumen. Preferentemente, se
usa ácido sulfúrico al 96%.
El bifluoruro de amonio puede usarse en el
electrolito según la invención en una concentración de 10 a 150 g
por litro, preferentemente de 40 a 85 g por litro.
Empleando los electrolitos según la invención
pueden electropulirse los correspondientes metales de forma limpia
y eficiente.
Asimismo, es parte de la invención un
procedimiento para el pulido electroquímico de piezas de trabajo de
titanio, aleaciones de titanio, niobio, aleaciones de niobio,
tántalo y aleaciones de tántalo, en el que se usa un electrolito
según la invención.
Una ventaja del procedimiento según la invención
consiste en que los parámetros de aplicación del procedimiento
pueden variarse en un amplio margen, lo que facilita
considerablemente la conducción del proceso. Por el contrario, en
el estado de la técnica los parámetros de aplicación debían
mantenerse dentro de estrechos límites. El procedimiento según la
invención se utiliza preferentemente para pulir piezas de trabajo de
aleaciones de níquel-titanio, como, por ejemplo,
nitinol, o de aleaciones de niobio-circonio.
El procedimiento puede realizarse a una
temperatura comprendida entre 0ºC y 40ºC, con una tensión eléctrica
continua comprendida entre 10 V y 35 V y una densidad de corriente
comprendida entre 0,5 y 10 A/dm^{2}.
Una ventaja adicional de la presente invención
consiste en que como material de contacto no sólo pueden utilizarse
los materiales que se van a electropulir, sino que puede utilizarse
también aluminio, que es barato en su adquisición y no resulta
atacado por el proceso de electropulido. Es posible así asociar de
manera inequívoca la densidad de corriente a las piezas de trabajo
que se van a electropulir y, por tanto, controlar la erosión dentro
de tolerancias más estrechas. Una ventaja adicional del
procedimiento según la invención consiste en que pueden procesarse
de forma económica piezas en masa vertibles como productos a granel
sueltos en tambores o cestos de aluminio.
La invención se explica adicionalmente en los
siguientes ejemplos.
Se electropulieron piezas de trabajo de titanio
puro en un electrolito que consta de:
| Ácido glicólico (al 70%): | 20% en volumen |
| Ácido sulfúrico (al 96%): | 80% en volumen |
| Bifluoruro de amonio: | 75 g/l |
con una densidad de corriente de 1 A/dm^{2} y
con un tiempo de procesamiento de 20 minutos. El resultado mostró
una superficie altamente brillante con una buena nivelación de las
microrrugosidades.
Se electropulieron piezas de trabajo de
TiAl_{6}V_{4}, nitinol y niobio en un electrolito que consta
de:
| Ácido glicólico (al 70%): | 60% en volumen |
| Ácido sulfúrico (al 96%): | 40% en volumen |
| Bifluoruro de amonio: | 50 g/l |
a temperaturas comprendidas entre 20ºC y 30ºC y
densidades de corriente comprendidas entre 1,5 y 5 A/dm^{2}.
Después de un tiempo de electropulido de 30 minutos, todos los
materiales mostraron superficies altamente brillantes y un buen
alisado.
Claims (10)
1. Electrolito para el pulido electroquímico
de piezas de trabajo de titanio, aleaciones de titanio, niobio,
aleaciones de niobio, tántalo y aleaciones de tántalo,
caracterizado porque contiene ácido sulfúrico, bifluoruro de
amonio y por lo menos un ácido hidroxicarboxílico.
2. Electrolito según la reivindicación 1,
caracterizado porque se emplea ácido glicólico o ácido
hidroxipropiónoico en calidad de ácido hidroxicarboxílico.
3. Electrolito según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque contiene ácido hidroxicarboxílico en
una concentración de 10 a 80% en volumen, preferentemente de 20 a
60% en volumen.
4. Electrolito según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque contiene ácido
sulfúrico (al 96%) en una concentración de 90 a 20% en volumen,
preferentemente de 80 a 40% en volumen.
5. Electrolito según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque contiene
bifluoruro de amonio en una concentración de 10 a 150 g por litro,
preferentemente de 40 a 85 g por litro.
6. Procedimiento para el pulido
electroquímico de piezas de trabajo de titanio, aleaciones de
titanio, niobio, aleaciones de niobio, tántalo y aleaciones de
tántalo, caracterizado porque se usa un electrolito según
una de las reivindicaciones 1 a 5.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque se emplea una aleación de
níquel-titanio o una aleación de
niobio-circonio.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque la aleación de
níquel-titanio es nitinol.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque se emplea
aluminio en calidad de material de contacto.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque el procedimiento
se realiza a una temperatura comprendida entre 0ºC y 40ºC, una
tensión eléctrica continua comprendida entre 10 V y 35 V y una
densidad de corriente comprendida entre 0,5 y 10 A/dm^{2}.
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