ES2324668T3 - Metodo y dispositivo para la fabricacion de productos de acero recubiertos de metal. - Google Patents
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Abstract
Un método para la fabricación de productos de acero recubiertos de metal, comprendiendo los pasos de: - proveer un producto de acero con un recubrimiento metálico, - añadir un elemento metálico adicional a dicho recubrimiento, seguido de un paso de - someter dicho producto a un tratamiento térmico, caracterizado porque: - antes del añadido de dicho elemento adicional, dicho producto es sometido a un tratamiento con plasma, para limpiar y activar la superficie de dicho recubrimiento, - dicho elemento adicional es añadido mediante una técnica de deposición física de vapor, - dicho tratamiento térmico es aplicado por radiación infrarroja de alta energía dirigida hacia la superficie externa de dicho recubrimiento, donde la densidad de energía de dicha radiación infrarroja es de al menos 400 Kw/m 2 .
Description
Método y dispositivo para la fabricación de
productos de acero recubiertos de metal.
La presente invención está relacionada con la
fabricación de productos de acero recubiertos de metal, en
particular de productos galvanizados o aluminizados, o productos con
recubrimientos Zn-Al, donde un elemento de aleación
adicional como el magnesio es añadido al recubrimiento, con la
finalidad de mejorar la resistencia a la corrosión.
El mejor modo conocido de mejorar la resistencia
a la corrosión de los productos de acero es proporcionando un
recubrimiento metálico, tal como un recubrimiento de Zn o un
recubrimiento de Al. Ha sido desarrollado el recubrimiento de
láminas de acero mediante la aplicación de una aleación combinada de
Zn-Al por inmersión en caliente, tal como Zn + 5%
Al (Galfan) y Zn + 55% Al + 1.6% Si (Galvalume). Estos tienen una
resistencia a la corrosión más alta que el acero galvanizado debido
a que cuentan tanto con la capacidad de prevención de la corrosión
del Zn como con la capacidad de pasivación del Al.
Aparte del Al, también se conoce que el Mg tiene
un efecto beneficioso en la resistencia a la corrosión. En
particular, ha sido probado el efecto del Mg en láminas de acero
recubiertas con Zn-Al por inmersión en caliente.
Varios recubrimientos que contienen Mg además de Zn y Al con una
mejorada resistencia a la corrosión han sido desarrollados y
comercializados. La mayor parte de estos recubrimientos son
producidos por baño de aleación en el proceso de galvanización por
inmersión en caliente.
Otro acercamiento para producir recubrimientos
metálicos aleados con Mg comienza con un recubrimiento metálico por
inmersión en caliente (por ejemplo un recubrimiento galvanizado
Zn-Al o aluminizado Al-Si) o Zn
galvanizado electrolíticamente, y añadir el Mg sobre la superficie
del recubrimiento por medio de la Deposición Física de Vapor,
seguido de un tratamiento térmico con la finalidad de difundir el Mg
en el recubrimiento y hacer un recubrimiento con Mg aleado. En este
caso una fina capa de Mg (por lo general menor de 1 \mum) es
depositada al vacío. Después este sistema de recubrimiento de dos
capas es recocido por difusión. En este tratamiento térmico el Mg
se difunde en el recubrimiento metálico y forma compuestos
intermetálicos (por ejemplo MgZn_{2}, Mg_{2}Zn_{11}). Como
resultado el recubrimiento metálico queda formado por un
recubrimiento aleado en la parte superior del recubrimiento
metálico convencional o por un recubrimiento metálico con compuestos
intermetálicos en todo su grosor. Esta última técnica es conocida
por ejemplo del documento
WO-A-0214573, en el cual el
recubrimiento es producido por la deposición al vacío de Mg en un
recubrimiento de Zn, seguido por calentamiento por inducción bajo
atmósfera protectora (HN_{x}, N_{2}, He o Ar).
La desventaja del calentamiento por inducción es
que el calentamiento trabaja desde el lado interior del sustrato de
acero galvanizado. Esto resulta en un riesgo de
galvanizado-recocido del recubrimiento de Zn, es
decir arriesgando la ocurrencia de una reacción
Fe-Zn. Este fenómeno es algo retrasado en el caso de
un recubrimiento galvanizado por inmersión en caliente, en el cual
la ocurrencia de galvanizado-recocido requiere de
la ruptura de la capa de inhibición Fe_{2}Al_{5} para formar
compuestos intermetálicos de Fe-Zn. Sin embargo en
el caso de un sustrato electrogalvanizado, la reacción
Fe-Zn comienza aún más temprano ya que no está
presente la capa intermetálica de Fe-Al en la
interfaz acero/zinc. El resultado de esta reacción
Fe-Zn es principalmente una pérdida en la
ductilidad del recubrimiento.
En el caso de la deposición del Mg, se requiere
limpiar y activar la superficie de recubrimiento antes de la
deposición. En particular, una capa de óxido tiene que ser retirada
de la superficie de productos galvanizados por inmersión en
caliente o aluminizados con la finalidad de permitir la difusión del
Mg en el recubrimiento metálico, o una emulsión skinpass debería
ser retirada si la adición del Mg ocurre después de un skinpass, es
decir un paso de temple de laminación. Según el arte previo, esto
puede ser hecho por el proceso de desengrasado alcalino, que no es
sin embargo un proceso compacto, en el sentido de que tal paso de
desengrasado requiere de un espacio físico grande en la cadena de
fabricación, lo que es indeseable en términos de eficacia y
coste.
El documento DE19527515 finalmente describe un
proceso en el cual un tratamiento con plasma precede a una
deposición de Fe sobre una lámina de acero previamente galvanizada.
Después de la adición del Fe, sigue un tratamiento de calor, cuya
naturaleza precisa sin embargo no es identificada en el
documento.
El documento JP04274890 está relacionado con una
lámina de acero tratada en la superficie con dos capas de
Zn-Al, en la cual una película de Al es unida a una
lámina de acero galvanizada. La capa de Zn de la lámina galvanizada
es derretida por calentamiento infrarrojo, calentamiento por
inducción, calentamiento eléctrico o rayo láser, antes de la
adición, preferiblemente enchapando la película de Al.
El documento FR8915785 está relacionado con un
proceso para recubrir una lámina metálica al menos en un lado con
un doble recubrimiento. Según una realización, una lámina de acero
galvanizada es recubierta de Al en forma en polvo, después lo cual
la doble capa Zn-Al es tratada por calentamiento
infrarrojo. Es observada una difusión mínima o nula del Al en la
capa de Zn, y una estructura de dos capas es finalmente
obtenida.
El documento EP478010 está relacionado con un
proceso para producir un refuerzo continuo de un sustrato metálico
eléctricamente aislado, para el uso en células solares o tarjetas de
circuitos impresos. El proceso implica la deposición de una capa de
aislamiento en un sustrato metálico por CVD plasma, precedida por un
paso de limpieza. El paso de limpieza puede implicar un paso de
secado usando el calentamiento infrarrojo.
La presente invención apunta a proveer un método
para la fabricación de productos de acero recubiertos de metal, en
el cual el recubrimiento es aplicado por inmersión en caliente o
recubrimiento electrolítico, principalmente galvanización o
aluminización, seguido de la deposición de un elemento metálico
adicional, preferiblemente Mg. En primer lugar, el método de la
invención apunta a permitir un proceso de fabricación más compacto,
comparado al arte previo, así como un paso de calentamiento que no
cause la ocurrencia de la reacción Fe-Zn.
La invención presente está relacionada con un
método para la fabricación de productos de acero recubiertos de
metal, comprendiendo los pasos de:
- -
- proveer un producto de acero con un recubrimiento metálico,
- -
- añadir un elemento metálico adicional a dicho recubrimiento, seguido de un paso de
- -
- someter dicho producto a un tratamiento térmico, caracterizado porque:
- -
- antes de la añadidura de dicho elemento adicional, dicho producto es sometido a un tratamiento con plasma, para limpiar y activar la superficie de dicho recubrimiento,
- -
- dicho elemento adicional es añadido por una técnica de deposición física de vapor,
- -
- dicho tratamiento térmico es aplicado por radiación infrarroja de alta energía dirigida hacia la superficie externa de dicho recubrimiento, donde la densidad de energía de dicha radiación infrarroja es de al menos 400 Kw/m^{2}.
Según la realización preferida, dicho
recubrimiento metálico es seleccionado del grupo que consiste en:
un recubrimiento de Zn, un recubrimiento de Al, un recubrimiento de
Zn-Al.
Preferiblemente, dicho elemento metálico
adicional es el Mg, y dicho Mg es añadido por pulverización
catódica o evaporación a baja presión.
Según la realización preferida, dicho
tratamiento con plasma es un tratamiento con plasma por Descarga de
Barrera Dieléctrica (DBD), ocurriendo a una presión de entre 0.1 bar
y l bar, bajo una atmósfera que consiste en N_{2} o en una mezcla
de N_{2} y H_{2}. Alternativamente, dicho tratamiento con plasma
puede ocurrir al vacío.
Además según la invención, dicho tratamiento
térmico puede ocurrir bajo una atmósfera inerte o bajo vacío.
El método de la invención es preferiblemente
aplicado a una lámina de acero. La mencionada radiación infrarroja
puede ser dirigida hacia un lado de dicha lámina, durante un
intervalo de tiempo entre 5 y 10 s, o a ambos lados de dicha
lámina, durante un intervalo de tiempo entre 3 y 8 s.
El método de la invención comprende los pasos
siguientes, a ser ejecutados en un producto de acero recubierto de
metal, preferiblemente una lámina de acero que se ha sometido a un
recubrimiento metálico por inmersión en caliente o a un paso del
proceso de recubrimiento electrolítico:
- -
- limpiar y activar la superficie del recubrimiento por sometimiento de dicho producto a un tratamiento con plasma.
- -
- Depositar un elemento metálico adicional en dicha superficie por una técnica de deposición física de vapor, como pulverización catódica o evaporación.
- -
- Después de dicha deposición, someter dicho producto a un tratamiento térmico por aplicación de radiación infrarroja de alta energía dirigida al lado cubierto del producto.
En la realización preferida, el recubrimiento
metálico consiste en un recubrimiento de Zn, un recubrimiento de Al
o un recubrimiento de Zn-Al, aplicado por
galvanización/aluminización de inmersión en caliente o (en el caso
de un recubrimiento de Zn), galvanización electrolítica, mientras el
elemento metálico añadido es el Mg.
Según la invención, el paso de tratamiento con
plasma puede ocurrir al vacío. Según la realización preferida sin
embargo, el tratamiento con plasma es un tratamiento con plasma por
Descarga de Barrera Dieléctrica, ocurriendo bajo presión
atmosférica o ligeramente inferior a esta, en la práctica entre 0.1
bar y 1 bar. En este caso, la atmósfera bajo la cual el tratamiento
con plasma ocurre consiste en N_{2} o en una mezcla de N_{2} y
H_{2}. Cualquiera de las dos configuraciones conocidas para el
tratamiento con plasma por DBD puede ser aplicada, a saber la
configuración de chapa paralela y la configuración de plasma remoto.
En el primer caso el sustrato es el segundo electrodo y de esta
manera la lámina es tratada dentro del plasma. En el segundo caso
la lámina es tratada por la irradiación del plasma.
Los detalles sobre las técnicas de plasma pueden
ser encontrados en uno o varios de los documentos siguientes:
US-A-6 051 150,
US-A-6 004 631,
WO-A-96/38311,
US-A-5 669 583,
DE-A-195 46 187,
EP-A-0 467 639,
WO-A-01/38596,
US-A-5 384 167.
La deposición física de vapor de Mg en el
recubrimiento es ejecutada a baja presión o al vacío, por ejemplo
mediante evaporación o pulverización catódica. La evaporación es una
técnica que permite tasas de deposición más altas y de esta manera
velocidades de línea más altas, que son especialmente favorables si
la configuración está instalada en una línea existente de
electrogalvanización o de galvanización/aluminización de inmersión
en caliente.
Según la invención, el producto de acero es
sometido entonces a un tratamiento térmico, usando radiación
infrarroja de alta energía dirigida al recubrimiento. Esto puede ser
ejecutado por una serie de lámparas infrarrojas de alta energía,
similares a las configuraciones que son conocidas en la fabricación
de láminas metálicas pintadas (ref.
EP-A-1201321). La radiación
infrarroja de alta energía es aplicada con una densidad de energía
de 400 kw/m^{2} o más. La ventaja de este tipo de calentamiento,
aparte de su velocidad, es el hecho de que el producto de acero es
calentado desde el exterior. Por consiguiente, la difusión del Mg en
el recubrimiento de Zn o Al comienza más fácilmente desde la
superficie sin afectar la interfaz entre el sustrato de acero y el
recubrimiento de Zn o Al. El uso de alta energía infrarroja para el
tratamiento térmico de los productos recubiertos de metal no es
conocido hasta ahora, lo cual es debido principalmente a que sin el
añadido metálico adicional (como el Mg), el aspecto de los
recubrimientos es más reflectante, lo que no permitiría que la
radiación fuera absorbida de manera suficiente para que el
calentamiento requerido tuviera lugar. El Mg depositado otorga un
aspecto no reflectante al recubrimiento, permitiendo una eficiente
absorción de calor cuando se aplica la alta energía infrarroja.
Según la invención, el tratamiento de alta
energía infrarroja puede ocurrir bajo condiciones atmosféricas
(aire), o en presencia de un gas inerte. La última alternativa
proporciona la ventaja de que la temperatura al final del paso de
deposición es menos crítica, debido a que en circunstancias inertes
no hay peligro de formación de óxido, cuando la temperatura excede
un límite dado. La radiación infrarroja de alta energía puede ser
aplicada a un lado de la lámina de acero, o a ambos lados. El tiempo
durante el cual la radiación es aplicada está preferiblemente entre
5 y 10 s para el calentamiento de un lado y entre 3 y 8 s para el
calentamiento de ambos lados. El tiempo de radiación exacto depende
principalmente del grosor de la lámina de acero.
Debido a la aplicación del tratamiento con
plasma y del calentamiento de alta energía infrarroja, el método de
la invención es mucho más compacto, es decir que requiere de menos
espacio físico que los procesos previos en el arte, lo que permite
que sea incorporado más fácilmente en cadenas existentes de
fabricación de recubrimiento metálico.
Claims (10)
1. Un método para la fabricación de productos de
acero recubiertos de metal, comprendiendo los pasos de:
- -
- proveer un producto de acero con un recubrimiento metálico,
- -
- añadir un elemento metálico adicional a dicho recubrimiento, seguido de un paso de
- -
- someter dicho producto a un tratamiento térmico, caracterizado porque:
- -
- antes del añadido de dicho elemento adicional, dicho producto es sometido a un tratamiento con plasma, para limpiar y activar la superficie de dicho recubrimiento,
- -
- dicho elemento adicional es añadido mediante una técnica de deposición física de vapor,
- -
- dicho tratamiento térmico es aplicado por radiación infrarroja de alta energía dirigida hacia la superficie externa de dicho recubrimiento, donde la densidad de energía de dicha radiación infrarroja es de al menos 400 Kw/m^{2}.
2. El método según la reivindicación 1, en el
cual dicho recubrimiento metálico es seleccionado del grupo que
consiste en: un recubrimiento de Zn, un recubrimiento de Al, un
recubrimiento de Zn-Al.
3. El método según la reivindicación 1 ó 2, en
el cual dicho elemento metálico adicional es Mg, y en el cual dicho
Mg es añadido por pulverización catódica o evaporación a baja
presión.
4. El método según cualquiera de
reivindicaciones 1 a 3, en el cual dicho tratamiento con plasma es
un tratamiento con plasma por Descarga de Barrera Dieléctrica
(DBD), ocurriendo a una presión de entre y 0.1 bar y l bar, bajo
una atmósfera que consiste en N_{2} o en una mezcla de N_{2} y
H_{2}.
5. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el cual dicho tratamiento con plasma
ocurre al vacío.
6. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el cual dicho tratamiento térmico ocurre
bajo una atmósfera inerte.
7. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el cual dicho tratamiento térmico ocurre
bajo el aire.
8. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el cual dicho producto es una lámina de
acero.
9. El método según la reivindicación 8, en el
cual dicha radiación infrarroja es dirigida hacia un lado de dicha
lámina, durante un intervalo de tiempo entre 5 y 10 s.
10. El método según la reivindicación 8, en el
cual dicha radiación infrarroja es dirigida hacia ambos lados de
dicha lámina, durante un intervalo de tiempo entre 3 y 8 s.
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