ES2891136A1 - Método y composición para tratar aluminio y aleaciones de aluminio - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un método y a una composición para el tratamiento de aluminio y de aleaciones de aluminio, que comprende una combinación de ácido sulfúrico, ácido nítrico, un oxidante y un tensioactivo aniónico fluorado. También se refiere al uso de dicha composición para la eliminación de compuestos intermetálicos. También se refiere al aluminio y a la aleación de aluminio obtenible de acuerdo con dicho tratamiento.
Description
DESCRIPCIÓN
Método y composición para tratar aluminio y aleaciones de aluminio
Campo de la técnica
La presente invención pertenece al campo de los métodos y composiciones ácidas para preparar la superficie de aluminio y aleaciones de aluminio para tratamientos posteriores de acabado de metales.
Estado de la técnica
El aluminio es el metal no ferroso más utilizado. Sus propiedades mecánicas mejoran cuando se alea con otros metales como cobre, zinc, magnesio y manganeso, o con silicio, en donde el contenido de aluminio generalmente es superior al 90% en la aleación.
La baja densidad del aluminio es una ventaja para su uso en aplicaciones de transporte, como automóviles, aviones, camiones, embarcaciones marinas, bicicletas y naves espaciales. Las aleaciones de aluminio son la mejor opción para los fuselajes, las alas y la estructura de soporte de los aviones, debido a su peso ligero, sus altas propiedades mecánicas y su durabilidad a largo plazo.
El material de la aeronave no debe agrietarse, corroerse, oxidarse, ni sufrir otras formas de daño mientras opera bajo condiciones adversas que involucran altas cargas, congelación y altas temperaturas, y exposición a fluidos potencialmente corrosivos como combustible para aviones, lubricantes y decapantes.
La oxidación y degradación de los metales utilizados en, por ejemplo, aeronaves y aeroespaciales, son problemas graves y costosos. La presencia de compuestos intermetálicos de cobre/zinc en aleaciones de aluminio es responsable de la baja resistencia a la corrosión, en particular en el medio marino.
Se han descrito diferentes métodos para el tratamiento de superficies metálicas para eliminar la suciedad y los óxidos.
En el documento US3140203 se describe un método y una composición para tratar aluminio y aleaciones de aluminio, en el que la composición comprende un persulfato soluble, un fluoruro soluble y un ácido seleccionado de ácido sulfúrico, ácido nítrico y ácido fosfórico.
En el documento US4728456 se describe una composición para limpiar las superficies de aluminio y aleaciones de aluminio, que consiste en cantidades específicas de iones férricos, iones fluoruro y ácido sulfúrico y / o nítrico.
En el documento WO-A-93/01332 se describe un baño de limpieza ácido para limpiar aluminio, que comprende una pequeña cantidad de iones férricos, ácido sulfúrico, solo o en combinación con ácido nítrico, y cantidades específicas de una o más especies de productos de oxidación. de iones seleccionados de iones difenilamina, ion difenilbencidina oxidado, ion difenilamina sulfonato oxidado y ion difenilbencidina sulfonato oxidado.
En el documento EP-A-0617144 se describe una solución acuosa de limpieza ácida para aluminio y aleación de aluminio y un proceso para limpiar la misma, en el que el baño de limpieza se obtiene diluyendo una solución acuosa de limpieza ácida que comprende cantidades específicas de al menos uno de ácidos inorgánicos (por ejemplo, una mezcla de ácidos sulfúrico y nítrico), iones de bromuro e iones metálicos oxidados (por ejemplo, Fe3 ), opcionalmente con la adición de un agente tensioactivo y oxidante.
En el documento WO-A-95/02079 se describe una composición y un proceso para desoxidar sin alear para aleaciones de aluminio y magnesio, que contiene ácido nítrico, iones férricos, persulfato y molibdato y preferiblemente también sulfato, fluoruro y diol acetilénico etoxilado. tensioactivo Se describe que un concentrado, a partir del cual la composición de trabajo se puede preparar por dilución con agua, preferiblemente no contiene el componente persulfato debido a la inestabilidad en presencia de los otros componentes.
En el documento WO-A-95/08008 se describe una composición para tratar una superficie metálica, p. aluminio o aleación de aluminio, que comprende un ion de tierras raras, por ejemplo, ion cerio, un ácido inorgánico, por ejemplo, ácido sulfúrico y/o ácido nítrico, y opcionalmente iones fluoruro y un oxidante, por ejemplo, peróxido o persulfato.
En el documento WO-A-01/31084 se describe un método para el tratamiento de superficies de metales, tales como aluminio y zinc, que se realiza en dos etapas; en el primer paso a través del contacto con una solución de agua que contiene ácido sulfúrico y un agente oxidante para el ácido, tal como permanganato de metal alcalino o persulfato de amonio; en el segundo paso a través del contacto con una solución de agua que contiene un carbonato de metal alcalino y un permanganato de metal alcalino.
En el documento US-A-2002/0162990 se describe un método de un solo paso para grabar y desmoldar aluminio y sus aleaciones, que comprende exponer artículos hechos de aluminio y sus aleaciones a una composición líquida de grabado/desmoldeo, para eliminar los compuestos intermetálicos residuales de la aleación de aluminio. La composición líquida comprende agua y una fuente de ácido que comprende ácido sulfúrico y ácido nítrico, una fuente de grabado sin flúor que comprende ácido fosfórico y un oxidante estabilizado, por ejemplo, molibdato y/o iones de molibdato condensados, un tensioactivo fluorado no iónico y sulfato de aluminio.
En KR-A-100784819 se describe una composición para el tratamiento de superficies de aluminio, que comprende cantidades específicas de: un ácido seleccionado de ácido sulfúrico, ácido fosfórico y ácido fórmico; al menos un oxidante seleccionado de persulfato de potasio y persulfato de amonio; y un compuesto de flúor seleccionado de fluoruro de silicio y fluoruro de hidrógeno y amonio.
En el documento CN-A-102703915 se describe un agente desengrasante para el pretratamiento de la oxidación anódica de aluminio y una aleación del mismo, que comprende cantidades específicas de: ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido nítrico, ácido fluorhídrico, tensioactivo y persulfato de sodio.
En el documento WO-A-2009/058266 se describe una solución para el tratamiento de la superficie de aleaciones de aluminio para eliminar partículas intermetálicas que contienen cobre con el fin de mejorar la resistencia a la corrosión de las aleaciones, que comprende peróxido de hidrógeno y una cantidad efectiva de un ligando complejante de cobre , por ejemplo, etilendiamina (EN), dietilentriamina (DETA), N, N'-bis (2-aminoetil) -1,3
propanodiamina, trietilentramina (TETA), tris (2-aminoetilea-mina (TREN) y ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) .
En el documento WO-A-2019/125595 se describe una solución de grabado para aluminio y aleaciones de aluminio que comprende ácido nítrico, ácido fosfórico y ácido sulfúrico, y un agente oxidante que comprende ácido nítrico, ácido perclórico, ácido crómico, perclorato de amonio, permanganato de amonio, peróxido de bario, clorato de calcio, hipoclorito de calcio, peróxido de hidrógeno, peróxido de magnesio, bromato de potasio, clorato de potasio, peróxido de potasio, clorato de sodio, clorito de sodio, perclorato de sodio, peróxido de sodio, o cualquier combinación de los mismos.
A pesar de las numerosas propuestas disponibles en el estado de la técnica, todavía existe la necesidad de tener un nuevo método para tratar el aluminio y las aleaciones de aluminio, para reducir el contenido de partículas intermetálicas y mejora la resistencia a la corrosión.
Objeto de la invención
El objeto de la presente invención es una composición para tratar aluminio y aleaciones de aluminio.
Es otro aspecto de la invención un método para tratar aluminio y aleaciones de aluminio usando esa composición.
Es otro aspecto de la invención el uso de dicha composición para eliminar compuestos intermetálicos.
Es otro aspecto de la invención el aluminio y la aleación de aluminio que se pueden obtener mediante dicho método de tratamiento.
Figuras
La Figura 1 muestra la actividad oxidante de la composición de la invención (expresada como g/l) en función del tiempo (expresado como días), cuando se mantiene a temperatura ambiente y sin recubrimiento.
La Figura 2 muestra la placa de aleación de aluminio antes del tratamiento con la composición de la invención mediante SEM/EDX (microscopía electrónica de barrido/espectroscopía de rayos X de dispersión de energía). Las partículas intermetálicas se pueden ver extendidas en la placa.
La Figura 3 muestra la placa después del tratamiento con la composición de la invención mediante SEM/EDX (microscopía electrónica de barrido/ espectroscopía de rayos X de dispersión de energía). Se puede ver claramente la microporosidad generada por la eliminación de partículas intermetálicas.
Descripción detallada de la invención
El objeto de la presente invención es una composición para tratar aluminio y aleaciones de aluminio que comprende:
1) ácido sulfúrico,
2) ácido nítrico,
3) un oxidante seleccionado de peroximonosulfato de potasio, persulfato de potasio y mezclas de los mismos,
4) un tensioactivo aniónico fluorado, y
5) agua,
en donde el contenido de ácido sulfúrico está comprendido entre 10% en peso y 40% en peso, el contenido de ácido nítrico está comprendido entre 10% en peso y 25% en peso, el contenido de oxidante está comprendido entre 0 ,2% en peso y 2,0 % en peso, el contenido de tensioactivo aniónico fluorado está comprendido entre 0,001% en peso y 0,05% en peso, y el resto es agua.
En una realización preferida, la composición para tratar aluminio y aleaciones de aluminio consiste esencialmente en:
1) ácido sulfúrico,
2) ácido nítrico,
3) un oxidante seleccionado de peroximonosulfato de potasio, persulfato de potasio y mezclas de los mismos,
4) un tensioactivo aniónico fluorado, y
5) agua,
en donde el contenido de ácido sulfúrico está comprendido entre 10% en peso y 40% en peso, el contenido de ácido nítrico está comprendido entre 10% en peso y 25% en peso, el contenido de oxidante está comprendido entre 0 ,2% en peso y 2,0 % en peso, el contenido de tensioactivo aniónico fluorado está comprendido entre 0,001% en peso y 0,05% en peso, y el resto es agua.
En una realización preferida, la composición para tratar aluminio y aleaciones de aluminio consiste en:
1) ácido sulfúrico,
2) ácido nítrico,
3) un oxidante seleccionado de peroximonosulfato de potasio, persulfato de potasio y mezclas de los mismos,
4) un tensioactivo aniónico fluorado, y
5) agua,
en donde el contenido de ácido sulfúrico está comprendido entre 10% en peso y 40% en peso, el contenido de ácido nítrico está comprendido entre 10% en peso y 25% en peso, el contenido de oxidante está comprendido entre 0 ,2% en peso y 2,0 % en peso, el contenido de tensioactivo aniónico fluorado está comprendido entre 0,001% en peso y 0,05% en peso, y el resto es agua.
Los autores de la presente invención han desarrollado una composición que elimina eficientemente los compuestos intermetálicos de la superficie de las aleaciones de aluminio, y proporciona un decapado estable y una humectabilidad y rugosidad uniformes. En particular, la composición reivindicada es altamente eficiente eliminando partículas intermetálicas de cobre/zinc. Además, la composición puede usarse en tratamientos superficiales que muestran buena estabilidad en el tiempo. En particular, la aleación de aluminio tratada exhibe propiedades deseables de durabilidad de la unión y excelente resistencia a la corrosión.
El término "aproximadamente" o "aproximadamente" se refiere a una desviación de más / menos 10%, preferiblemente más / menos 5%.
En la presente descripción, así como en las reivindicaciones, las formas singulares "el", “la” , "uno" y "una" incluyen la referencia plural a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Los intervalos definidos por la preposición "entre" incluyen también sus dos extremos.
Aluminio y aleaciones de aluminio
La composición de la invención es adecuada para tratar artículos hechos de aluminio y aleaciones de aluminio. Preferiblemente, las aleaciones de aluminio utilizadas en componentes de aeronaves que incluyen, por ejemplo, las series 2,000, 6,000, 7,000 y 8,000, como se describe en Yashpal etal., i-manager’s J. Mat. Sci., 2015, 3 (3), 33-38. Estas series de aleaciones de aluminio incluyen los siguientes elementos de aleación principales: cobre y magnesio (AA 2xxx), magnesio y silicio (AA 6xxx), zinc, magnesio y cobre (AA 6xxx) y litio, cobre y magnesio (AA 8xxx).
Las aleaciones de la serie 2000 ofrecen resistencia y tolerancia al daño, las aleaciones de la serie 6000 muestran una buena resistencia a la corrosión y una maquinabilidad mejorada, las aleaciones de la serie 7000 ofrecen un mayor potencial de resistencia y las aleaciones de la serie 800 brindan oportunidades para un rendimiento a altas temperaturas.
Preferiblemente, la composición se usa para el tratamiento de aleaciones de aluminio, tales como, por ejemplo, AA 2017, AA 2024, AA 2050, AA 2055-T8, AA 2060, AA 2091, AA 6013, AA 6050, AA 6061, AA 6082, AA 7010, AA 7050, AA 7075, AA 7079, AA 7175 y AA 8090-T86.
La composición de la invención también es adecuada para tratar cualquier superficie de aleación de aluminio que haya sido trabajada mecánicamente, y/o haya sido atacada químicamente o grabada químicamente con composiciones alcalinas, antes del tratamiento de acuerdo con la invención.
Ácido sulfúrico
El contenido de ácido sulfúrico en la composición de la invención está comprendido entre 10% en peso y 40% en peso, preferiblemente entre 15% en peso y 35% en peso, preferiblemente entre 18% en peso y 32% en peso, preferiblemente entre 21% en peso y 28% en peso,
preferiblemente entre 22% en peso y 25% en peso, más preferiblemente entre 23% en peso y 24% en peso, y aún más preferiblemente es de aproximadamente 23% en peso.
El contenido de ácido sulfúrico puede obtenerse a partir de ácido sulfúrico concentrado de al menos 45% en peso, preferiblemente de al menos 50% en peso, preferiblemente de al menos 60% en peso, preferiblemente de al menos 70% en peso, preferiblemente de al menos 80% en peso, preferiblemente de al menos 90% en peso, y siendo más preferiblemente de al menos 98% en peso. El ácido sulfúrico a diferentes concentraciones está disponible comercialmente, por ejemplo, de Sigma-Aldrich.
Ácido nítrico
El contenido de ácido nítrico en la composición de la invención está comprendido entre 10% en peso y 25% en peso, preferiblemente entre 11% en peso y 24% en peso, preferiblemente entre 12% en peso y 23% en peso, preferiblemente entre 13 % en peso y 22% en peso, preferiblemente entre 14% en peso y 21% en peso, preferiblemente entre 15% en peso y 20% en peso, más preferiblemente entre 16% en peso y 18% en peso, y aún más preferiblemente es de aproximadamente 16,5% en peso.
El contenido de ácido nítrico puede obtenerse a partir de ácido nítrico concentrado de al menos 45% en peso, preferiblemente de al menos 50% en peso, preferiblemente de al menos 60% en peso, preferiblemente de al menos 65% en peso, y más preferiblemente de al menos 70% en peso. El ácido nítrico a diferentes concentraciones está disponible comercialmente, por ejemplo, de Sigma-Aldrich.
Oxidante
La composición de la invención comprende un oxidante seleccionado de peroximonosulfato de potasio (número CAS 70693-62-8), persulfato de potasio (número CAS 7727-21-1) y mezclas de los mismos.
En una realización preferida, el oxidante comprende peroximonosulfato de potasio. En otra realización preferida, el oxidante comprende una mezcla de peroximonosulfato de potasio y persulfato de potasio. En otra realización preferida, el oxidante comprende sal triple de persulfato de potasio.
El compuesto denominado sal triple de persulfato de potasio comprende peroximonosulfato de potasio, hidrogenosulfato de potasio y sulfato de potasio, siendo la fórmula molecular 2 KHSO 5 . KHSO 4 .K 2 SO 4 .
El contenido de oxidante en la composición de la invención está comprendido entre 0,2% en peso y 2,0% en peso, preferiblemente entre 0,3% en peso y 1,8% en peso, preferiblemente entre 0,4% en peso y 1,6% en peso, preferiblemente entre 0,5 % en peso y 1,4% en peso, preferiblemente entre 0,6% en peso y 1,2% en peso, preferiblemente entre 0,7% en peso y 1,0% en peso, y más preferiblemente entre 0,8% en peso y 0,9% en peso.
Tensioactivo aniónico fluorado
La composición de la invención comprende un tensioactivo aniónico fluorado.
El tensioactivo aniónico fluorado se selecciona del grupo que comprende ácido 2-(tridecafluorohexil)etano-1-sulfónico (C8H4F13SO3H), ácido octanosulfónico perfluorado (C8F17SO3H) y ácido perfluorooctanoico (C8F17CO2H).
Preferiblemente, el tensioactivo aniónico fluorado es ácido 2- (tridecafluorohexil) etano-1-sulfónico, número CAS 2761997-2, también conocido como ácido tridecafluorooctano-1-sulfónico o (ácido 1H, 1H, 2H, 2H)-perfluorooctanosulfónico.
En una realización preferida, el tensioactivo aniónico fluorado está en forma de una solución hidroalcohólica, preferiblemente en una solución acuosa metanólica. En una realización más preferida, el tensioactivo aniónico fluorado está en forma de una solución acuosa metanólica que comprende entre 25% en peso y 35% en peso de tensioactivo, entre 65% en peso y 75% en peso de agua y no más de 0,1% en peso % de metanol, en donde el tensioactivo es ácido 2-(tridecafluorohexil)etano-1-sulfónico. En otra realización preferida, el tensioactivo aniónico fluorado está en forma de una solución acuosa metanólica que comprende entre 1% en peso y 3% en peso de tensioactivo, no más de 0,5% en peso de metanol, siendo el agua restante, en donde el tensioactivo es 2-ácido (tridecafluorohexil) etano-1-sulfónico.
Los tensioactivos aniónicos fluorados están disponibles, por ejemplo, en las compañías 3M, AGC, Fluoryx o Dr. Hesse.
El contenido de tensioactivo aniónico fluorado está comprendido entre 0,001% en peso y 0,05% en peso, preferiblemente entre 0,002% en peso y 0,02% en peso, preferiblemente entre 0,003% en peso y 0,015% en peso, preferiblemente entre 0,004% en peso y 0,012% en peso, más preferiblemente entre 0,005% en peso y 0,01% en peso, y aún más preferiblemente entre 0,006% en peso y 0,008% en peso. En una realización preferida, el contenido de tensioactivo aniónico fluorado es de aproximadamente 0,006% en peso.
En una realización, la composición de la invención puede contener no más del 1% en peso de un disolvente orgánico soluble en agua, tal como metanol, que procede de la forma comercialmente disponible del tensioactivo aniónico fluorado.
Método de preparación de la composición
El método de preparación de la composición de la invención comprende agregar agua a un tanque de mezcla, agregar ácido sulfúrico y ácido nítrico con agitación al agua para obtener una mezcla acuosa ácida, agregar oxidante y tensioactivo aniónico fluorado a la mezcla de ácido acuoso bajo agitación hasta obtener una composición uniforme, y completar el volumen total con agua. En una realización preferida, el método de preparación de la composición de la invención comprende agregar ácido sulfúrico al agua en un tanque de mezcla bajo agitación, enfriar la solución acuosa de ácido sulfúrico a temperatura ambiente, agregar ácido nítrico bajo agitación, agregar oxidante bajo agitación, agregar el tensioactivo aniónico fluorado bajo agitación y completar hasta el volumen final con agua. El ácido nítrico puede usarse en forma concentrada o en forma diluida en agua, por ejemplo 1:1 en volumen.
La solución se mantiene generalmente a temperatura ambiente, que está comprendida entre 15 °C y 30 °C, preferiblemente entre 20 °C y 25 °C.
Método de tratamiento de aluminio y aleaciones de aluminio
Es otro aspecto de la invención un método para tratar aluminio y aleaciones de aluminio usando la composición de la invención.
Dicho método comprende exponer artículos hechos de aluminio y aleaciones de aluminio a la composición de la invención.
La composición de la invención se puede aplicar a una superficie metálica a tratar por cualquier método conveniente tal como, por ejemplo, inmersión, pulverización o recubrimiento con rodillo.
La temperatura durante el contacto y el tiempo de contacto entre la composición de la invención y el metal (aluminio o aleación de aluminio) a tratar puede variar dentro de amplios límites para lograr los efectos deseados, que a menudo se pueden determinar mediante inspección visual de la superficie metálica, después de enjuagar si es necesario. En general, la temperatura está entre 20 °C y 80 °C, preferiblemente entre 30 °C y 60 °C, más preferiblemente entre 40 °C y 50 °C, más preferiblemente entre 40 °C y 45 °C, y aún más preferiblemente entre 40 °C y 42 °C. El tiempo de contacto es entre 0,5 minutos y 180 minutos, preferiblemente entre 1,0 minutos y 120 minutos, preferiblemente entre 1,5 minutos y 60 minutos, preferiblemente entre 2,0 minutos y 30 minutos, preferiblemente entre 5 minutos y 20 minutos, más preferiblemente entre 8 minutos y 12 minutos, más preferiblemente entre 9 minutos y 11 minutos, aún más preferiblemente aproximadamente 10 minutos.
En una realización preferida, la temperatura está entre 40 °C y 42 °C, y el tiempo de contacto está entre 9 minutos y 11 minutos, siendo preferiblemente aproximadamente 10 minutos.
Después del tratamiento según esta invención, preferiblemente las superficies tratadas se enjuagan normalmente con agua antes de cualquier tratamiento posterior. Como se indicó anteriormente, el enjuague se completa preferiblemente tan pronto como sea posible después de retirar las superficies tratadas del contacto con la composición de la invención, y si es posible, al menos debe enjuagarse antes de que la composición de la invención se haya secado en cualquier parte de la superficie. Después de enjuagar las superficies a menudo también se secan. El enjuague, el secado y cualquier tratamiento posterior son generalmente los conocidos per se en la técnica.
Durante el uso prolongado de una composición de acuerdo con esta invención, se pueden introducir nuevos componentes en la composición mediante la disolución de los objetos
metálicos tratados, y algunos de los componentes del baño se pueden consumir por reacción. Por lo tanto, como con otros tratamientos similares, si se desea una operación a muy largo plazo, es ventajoso retirar una porción de la composición continuamente para eliminar cualquier componente no deseado y reponer los componentes deseados agotados. En algunos casos, la reposición de los componentes agotados puede ser satisfactoria, y no se requiere ningún tratamiento de la composición.
En una realización, el método de tratamiento de aluminio y aleaciones de aluminio comprende:
1) exponer artículos hechos de aluminio y aleaciones de aluminio a la composición de la invención, y
2) enjuagar el artículo con agua después del paso 1).
En una realización, el método de tratamiento de aluminio y aleaciones de aluminio comprende:
1) exponer artículos hechos de aluminio y aleaciones de aluminio a la composición de la invención, y
2) enjuagar el artículo con agua después del paso 1),
en donde la composición se prepara mediante:
a) agregar agua a un tanque de mezcla,
b) agregar ácido sulfúrico al agua en el tanque bajo agitación,
c) añadir ácido nítrico bajo agitación a la solución acuosa sulfúrica de la etapa b), d) agregar oxidante bajo agitación a la solución acuosa ácida de la etapa c), y e) añadir tensioactivo aniónico fluorado a la solución de la etapa d).
Uso de la composición
Es otro aspecto de la invención el uso de dicha composición para eliminar compuestos intermetálicos presentes en aluminio y aleaciones de aluminio.
La composición de la invención sorprendentemente elimina eficientemente compuestos intermetálicos en la superficie de las aleaciones de aluminio, y proporciona un decapado estable y una humectabilidad y rugosidad uniformes, según se evalúa de acuerdo con ISP 25178. En particular, la composición reivindicada es altamente eficiente eliminando partículas
(compuestos) intermetálicas de cobre/zinc, de acuerdo con los resultados obtenidos por SEM/EDX (microscopía electrónica de barrido/espectroscopía de rayos X de dispersión de energía). Además, la composición puede usarse antes de tratamientos superficiales y de recubrimiento adicionales que muestran una buena estabilidad en el tiempo. En particular, la aleación de aluminio tratada exhibe propiedades deseables de durabilidad de la unión a otros tratamientos de recubrimiento que permiten una excelente resistencia a la corrosión, como se muestra en el ensayo de niebla salina.
Comparando la Figura 2, placa de aluminio antes del tratamiento con la composición de la invención, que contiene partículas intermetálicas esparcidas en la superficie, y la Figura 3, placa de aluminio después del tratamiento con la composición de la invención, se puede ver claramente la microporosidad generada por eliminación de partículas intermetálicas. La eliminación completa de partículas intermetálicas por el método de la invención reduce el riesgo de corrosión, y la microporosidad generada proporciona una adhesión mejorada de recubrimientos sobre la superficie de aluminio, por ejemplo, recubrimientos electrodepositados.
La ventaja de la composición de la invención es que el uso de composiciones de decapado disponibles comercialmente produce una eliminación insatisfactoria de las partículas intermetálicas, porque tales partículas no se extraen satisfactoriamente, aunque su volumen se reduzca. La eliminación incompleta y la presencia parcial de partículas intermetálicas generalmente reducen la estabilidad de la interfaz metálica frente a la corrosión.
El ángulo de contacto del aluminio o las aleaciones de aluminio tratados con la composición de la invención es de aproximadamente 30°, lo que indica que la superficie tratada tiene buena mojabilidad, lo cual es una característica relevante para tratamientos posteriores.
Es otro aspecto de la invención de aluminio y aleación de aluminio obtenible por el método de tratamiento de la invención.
En los siguientes ejemplos, se muestran realizaciones particulares de la composición de la invención.
Ejemplos
Ejemplo 1: Composición
Se preparó una composición para tratar aluminio y aleaciones de aluminio de acuerdo con el siguiente procedimiento.
Se añadieron 0,8 l de ácido sulfúrico (97% en peso) a 1,7 l de agua desionizada. Se añadieron 1,25 l de ácido nítrico (60% en peso) a 1,25 l de agua desionizada. Ambas soluciones ácidas se mezclaron completamente. Una vez a temperatura ambiente, se añadieron 50 g de monopersulfato de hidrógeno y potasio a la solución ácida y se agitó hasta la disolución. Finalmente, se añadieron a la solución 20 g de una solución de ácido tridecafluoro octanosulfónico en agua/metanol (el contenido de tensioactivo es del 2% en peso, y el contenido de metanol es <0,5%) y se agitó para homogeneizar.
La solución se mantuvo a temperatura ambiente y su actividad oxidante fue lo suficientemente estable para la práctica industrial, como se muestra en la Figura 1. La actividad oxidante se determinó mediante valoración con un agente reductor, tal como, por ejemplo, tiosulfato de sodio en presencia de yoduro de potasio. y almidón
La composición se caracterizó por los siguientes parámetros:
• Tensión superficial (25°C): 60 mM / m
• pH (25 °C): 0,02
• Índice de refracción: 1,38
• Densidad: 1,288 g / ml.
La tensión superficial se midió utilizando un estalagmómetro que toma agua como fluido de referencia.
El índice de refracción se determinó utilizando un refractómetro a valores BRIX, que se tradujeron a la escala estándar del índice de refracción.
Ejemplo 2 : Tratamiento de la aleación de aluminio AA7075
Las placas de aleación de aluminio AA7075 se trataron con la composición preparada según el Ejemplo 1.
Las placas AA7075 tenían un grosor de 2 mm.
En primer lugar, las placas de aleaciones de aluminio de AA7075 (tamaño 50 mm x 50 mm) se desengrasaron utilizando una solución al 50% (v / v) de Neutra Clean 68 (Dow), un desengrasante de pH neutro que comprende agua (<75%), metabisulfito de sodio (<25%), nitrilotriacetato trisódico (<2%) y amoníaco (<3%), por inmersión en un baño a 60 ° C durante 10 minutos. Después del tratamiento desengrasante, las placas se secaron y se pesaron para su evaluación.
Posteriormente, las placas de aleaciones de aluminio se trataron con la solución del Ejemplo 1 por inmersión en un baño a 40°C durante 10 minutos. El enjuague de las placas se realizó con agua desionizada. Las placas finalmente se secaron.
Después del tratamiento con la composición de la invención de cinco placas de aluminio, el baño contenía la siguiente concentración de metal: 180 ^g / l de cobre (II), 104 mg / l de aluminio (III), 3,4 mg / l de hierro (III), y 41 mg / l de magnesio (II). El contenido de metal se analizó mediante espectroscopia ICP (plasma acoplado inductivamente).
La presencia de partículas intermetálicas se evaluó mediante SEM / EDX (microscopía electrónica de barrido / espectroscopía de rayos X de dispersión de energía). Las inspecciones SEM en la superficie de las placas de aluminio se realizaron en dos secciones diferentes, antes y después del tratamiento con la composición de la invención.
Estos resultados muestran la eficacia de la composición de la invención para eliminar partículas intermetálicas. En la Figura 2 se muestra la placa de aleación de aluminio antes del tratamiento. Las partículas intermetálicas se pueden ver extendidas en la placa. En la Figura 3 se muestra la placa después del tratamiento con la composición de la invención. Se puede ver claramente la microporosidad generada por la eliminación de partículas intermetálicas. La eliminación completa de partículas intermetálicas reduce el riesgo de corrosión, y la
microporosidad generada proporciona una adhesión mejorada de los recubrimientos sobre la superficie de aluminio, por ejemplo, recubrimientos electrodepositados.
Ejemplo 3 : Tratamiento de las aleaciones de aluminio AA2024, AA6082 y AA7075 Las aleaciones de aluminio AA2024, AA6082 y AA7075 se trataron con la composición preparada según el Ejemplo 1.
Las placas AA7075 y AA6082 tenían un grosor de 2 mm, las placas AA2024 un grosor de 1,5 mm.
En primer lugar, las placas de aleaciones de aluminio de AA2024, AA6082 y AA7075 (tamaño 50 mm x 50 mm) se desengrasaron utilizando una solución al 50% (v / v) de Neutra Clean 68 (Dow), un desengrasante de pH neutro que comprende agua (< 75%), metabisulfito de sodio (<25%), nitrilotriacetato trisódico (<2%) y amoníaco (<3%), por inmersión en un baño a 60 ° C durante 10 minutos. Después del tratamiento desengrasante, las placas se secaron y se pesaron para su evaluación.
Posteriormente, las placas de aleaciones de aluminio se trataron con la solución del Ejemplo 1 por inmersión en un baño a 40°C durante 10 minutos. El enjuague de las placas se realizó con agua desionizada. Las placas finalmente se secaron.
El ángulo de contacto de una placa de AA2024 fue 29,4° (izquierda) y 28,5° (derecha), con una desviación estándar o 5,8 y 5,1, respectivamente. La medición del ángulo de contacto se realizó mediante un analizador de tensión superficial. La medición se realiza en 5 secciones distintas de la superficie para obtener un valor medio.
El ataque a la superficie se evaluó determinando la pérdida de masa de las placas después del tratamiento. Los resultados del ataque a la superficie obtenidos con el tratamiento se muestran en la Tabla I:
TABLA I
La rugosidad de la superficie se evaluó de acuerdo con ISP 25178. Los resultados con respecto a la rugosidad de la superficie se muestran en la siguiente Tabla II, en la que el valor de Sz corresponde a la altura máxima, y Sa a la altura media aritmética:
Se ha observado que el tratamiento de aleaciones de aluminio con la composición de la invención elimina eficientemente las partículas intermetálicas en la superficie. El tratamiento con composiciones de la técnica anterior no condujo a la eliminación eficiente de esas partículas intermetálicas, solo a un efecto de protección sobre las partículas intermetálicas.
La resistencia a la corrosión de las placas de aleación de aluminio, tratada previamente usando la composición de la invención y seguida de un recubrimiento superior comercial, se evaluó usando la Prueba de niebla salina, de acuerdo con ISO 9227: 2012.
Al mismo tiempo, también se probó la resistencia a la corrosión de las placas comparativas de aleación de aluminio, tratadas previamente con una composición disponible en el mercado que comprende ácido nítrico, ácido sulfúrico y un sulfato de hierro (III) y luego seguido por un recubrimiento superficial.
La resistencia a la corrosión fue satisfactoria para las placas tratadas con la composición de la invención, mostrando una mejor puntuación que las placas tratadas previamente con una composición de la técnica anterior.
Claims (19)
1. - Una composición para tratar aluminio y aleaciones de aluminio, caracterizada porque comprende:
1) ácido sulfúrico,
2) ácido nítrico,
3) un oxidante seleccionado de peroximonosulfato de potasio, persulfato de potasio y mezclas de los mismos,
4) un tensioactivo aniónico fluorado, y
5) agua,
en donde el contenido de ácido sulfúrico está comprendido entre 10% en peso y 40% en peso, el contenido de ácido nítrico está comprendido entre 10% en peso y 25% en peso, el contenido de oxidante está comprendido entre 0 ,2% en peso y 2,0 % en peso, el contenido de tensioactivo aniónico fluorado está comprendido entre 0,001% en peso y 0,05% en peso, y el resto es agua.
2. - La composición según la reivindicación 1, caracterizada porque la aleación de aluminio se selecciona de entre las series 2,000, 6,000, 7,000 y 8,000.
3. - La composición según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el contenido de ácido sulfúrico está comprendido entre 15% en peso y 35% en peso, preferiblemente entre 18% en peso y 32% en peso, preferiblemente entre 21% en peso y 28% en peso, preferiblemente entre 22% en peso y 25% en peso, más preferiblemente entre 23% en peso y 24% en peso, siendo aún más preferiblemente aproximadamente 23% en peso
4. - La composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el contenido de ácido nítrico en la composición de la invención está comprendido entre 11% en peso y 24% en peso, preferiblemente entre 12% en peso y 23% en peso, preferiblemente entre 13 % en peso y 22% en peso, preferiblemente entre 14% en peso y 21% en peso, preferiblemente entre 15% en peso y 20% en peso, más preferiblemente entre 16% en peso y 18% en peso, siendo aún más preferiblemente aproximadamente 16,5% en peso.
5. - La composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el oxidante comprende peroximonosulfato de potasio.
6. - La composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el oxidante comprende una mezcla de peroximonosulfato de potasio y persulfato de potasio.
7. - La composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el oxidante comprende sal triple de persulfato de potasio.
8. - La composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el contenido de oxidante en la composición de la invención está comprendido entre 0,3% en peso y 1,8% en peso, preferiblemente entre 0,4% en peso y 1,6% en peso, preferiblemente entre 0,5 % en peso y 1,4% en peso, preferiblemente entre 0,6% en peso y 1,2% en peso, preferiblemente entre 0,7% en peso y 1,0% en peso, y más preferiblemente entre 0,8% en peso y 0,9% en peso.
9. - La composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 , caracterizada porque el tensioactivo aniónico fluorado se selecciona del grupo que comprende ácido 2-(tridecafluorohexil) etano-1-sulfónico (C8H4F13SO3H), ácido octanosulfónico perfluorado (C8F17SO3H) y ácido perfluorooctanoico (C8F17CO2H).
10. - La composición según la reivindicación 9, caracterizada porque el tensioactivo aniónico fluorado es ácido 2-(tridecafluorohexil) etano-1-sulfónico.
11. - La composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el contenido de tensioactivo aniónico fluorado está comprendido entre 0 ,002% en peso y 0 ,02% en peso, preferiblemente entre 0,003% en peso y 0,015% en peso, preferiblemente entre 0,004% en peso y 0,012% en peso, más preferiblemente entre 0,005% en peso y 0,01% en peso, y aún más preferiblemente entre 0,006% en peso y 0,008% en peso.
12. - Un método de tratamiento de aluminio y aleaciones de aluminio, caracterizado porque comprende exponer artículos hechos de aluminio y aleaciones de aluminio a la composición de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
13. - El método según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende:
1) exponer artículos hechos de aluminio y aleaciones de aluminio a la composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, y
2) enjuagar el artículo con agua después del paso 1).
14. - El método según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende:
1) exponer artículos hechos de aluminio y aleaciones de aluminio a la composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, y
2) enjuagar el artículo con agua después del paso 1),
en donde la composición se prepara mediante:
a) agregar agua a un tanque de mezcla,
b) agregar ácido sulfúrico al agua en el tanque bajo agitación,
c) añadir ácido nítrico bajo agitación a la solución acuosa sulfúrica de la etapa b), d) agregar oxidante bajo agitación a la solución acuosa ácida de la etapa c), y
e) añadir tensioactivo aniónico fluorado a la solución de la etapa d).
15. - El método según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque la temperatura de contacto entre la composición y el aluminio o la aleación de aluminio está entre 20 °C y 80 °C, preferiblemente entre 30 °C y 60 °C, más preferiblemente entre 40 °C y 50 °C, más preferiblemente entre 40 °C y 45 °C, y aún más preferiblemente entre 40 °C y 42 °C.
16. - El método según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque el tiempo de contacto es entre 0,5 minutos y 180 minutos, preferiblemente entre 1,0 minutos y 120 minutos, preferiblemente entre 1,5 minutos y 60 minutos, preferiblemente entre 2,0 minutos y 30 minutos, preferiblemente entre 5 minutos y 20 minutos, más preferiblemente entre 8 minutos y 12 minutos, más preferiblemente entre 9 minutos y 11 minutos, siendo aún más preferiblemente aproximadamente 10 minutos.
17.- El método según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque la temperatura está entre 40°C y 42°C, y el tiempo de contacto está entre 9 minutos y 11 minutos, siendo preferiblemente aproximadamente 10 minutos.
18.- El uso de la composición de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 para eliminar compuestos intermetálicos presentes en aluminio y aleaciones de aluminio.
19.- Aluminio y aleación de aluminio obtenible por el método de tratamiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17.
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| CN109423655A (zh) * | 2017-08-31 | 2019-03-05 | 王家盛 | 一种铝表面预处理中和液 |
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