ES2939282T3 - Procedimiento para el tratamiento superficial de aluminio o aleaciones de aluminio por medio de baño químico alcalino - Google Patents

Abstract

Un proceso para el tratamiento de productos semielaborados de aluminio comprende las etapas de preparar una solución acuosa de sosa cáustica (NaOH) y aluminio disuelto, que se mantiene en suspensión mediante la adición de agentes complejantes que comprenden gluconato y sorbitol, y colocar el aluminio semielaborado producto en contacto con la solución, manteniendo la temperatura de la solución dentro de un rango predeterminado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para el tratamiento superficial de aluminio o aleaciones de aluminio por medio de baño químico alcalino

Campo técnico

La presente invención está en general en el campo de la mecanización de metales; en particular, la invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento superficial de productos semielaborados hechos de aluminio, o de una aleación de aluminio, por medio de un baño químico.

Técnica anterior

Es conocido que en el campo aeronáutico se usan procedimientos para el tratamiento superficial de piezas metálicas por medio de fresado químico.

El fresado químico es un procedimiento que consiste en tratar la superficie del componente por medio de inmersión en una solución acuosa de sosa cáustica, que graba el metal y retira las capas superficiales. Con esta técnica es posible generar cavidades o contornos a diferentes niveles de profundidad.

El espesor de la capa retirada dependerá principalmente de la velocidad de retirada (variable de acuerdo con la composición química de la solución, es decir, la concentración de sosa), así como del tiempo que el producto semielaborado permanece en contacto con la solución.

Estos parámetros también influyen en el acabado superficial de la pieza tratada. En particular, cuanto mayor sea la velocidad de retirada, menor será la calidad de la superficie resultante (porque la capacidad de controlar el proceso de erosión en general será menor, ya que este último es demasiado rápido).

Especialmente para el tratamiento de componentes de aluminio, la velocidad de retirada se convierte en un parámetro crítico, conjuntamente con la manera en que el componente interactúa químicamente con la solución corrosiva.

Sin embargo, en el caso del fresado químico tradicional, no es posible controlar adecuadamente estos factores, ni es suficiente diluir la solución simplemente reduciendo la concentración de sosa, porque todavía se obtendrá un resultado basto en términos del acabado superficial de la pieza.

Como resultado, el poder corrosivo descontrolado de la solución da lugar, por un lado, a unas tasas de retirada excesivamente elevadas y, por otro, a un deterioro de las propiedades estéticas y mecánicas de la pieza, con lo que, por ejemplo, no se usa el fresado químico para componentes estructurales.

Es comprensible que estas limitaciones socaven la posibilidad de extender esta técnica a una gama más amplia de aplicaciones, incluso en contextos no aeronáuticos (por ejemplo, automoción).

A partir del documento US 5 091 046 A y del artículo "Chemical milling" (Dini J. W., INTERNATIONAL METALLURGICAL REVIEWS, vol. 20, n.° 1, 1 de marzo de 1975 (01/03/1975), páginas 29-55, XP001306314) es conocido un procedimiento de fresado químico alcalino para el tratamiento superficial de productos semielaborados de aluminio o aleación de aluminio, en el que se añade un gluconato o un sorbitol a la solución de sosa cáustica.

Otro ejemplo de una operación de fresado químico, en la que se añade un agente complejante basado en gluconato a la solución de sosa cáustica, es conocido a partir del artículo "Alkaline etching of aluminium and its alloys - A new caustic soda recovery system" (Strazzi et al., AESF SUR/FIN PROCEEDINGS 2002, 24 de junio de 2002, págs. 1­ 22, XP055599515, [EE. UU.] ISSN: 0024-3345).

Sin embargo, incluso este procedimiento tiene la desventaja de no permitir un control óptimo de la velocidad de retirada. Además, el rendimiento de mecanización en términos de acabado superficial es en general insatisfactorio, porque la rugosidad superficial es mayor que en el caso en el que la pieza se somete a una mecanización tradicional.

Sumario de la invención

Un objetivo de la presente invención es remediar los problemas mencionados anteriormente.

Para obtener este resultado, un procedimiento de acuerdo con la presente invención es como se define en la reivindicación 1. El procedimiento usa una solución acuosa de sosa cáustica en la que se disuelve previamente una determinada cantidad de aluminio metálico (convenientemente en forma sólida), se mantiene en suspensión añadiendo agentes complejantes, por medio de los que la concentración de aluminio en suspensión se mantiene dentro de un intervalo predeterminado. También se añaden a la solución agentes complejantes que comprenden gluconato y sorbitol.

El aluminio en suspensión tiene el efecto de catalizar la sosa, regulando su acción agresiva sobre el producto semielaborado que se va a someter a tratamiento superficial. Los agentes complejantes evitan la precipitación de aluminio en forma de hidróxido de aluminio, y permiten que la solución ejerza la acción corrosiva de manera controlada, es decir, controlando parámetros tales como velocidad de retirada, rugosidad superficial y grado de acabado, etc.

En efecto, se encontró sorprendentemente que la presencia de una combinación de gluconato y sorbitol en solución regula de forma óptima la dinámica de retirada del material de la superficie del producto semielaborado. En particular, se encontró que este factor influye en gran medida en la velocidad de retirada, así como en el grado de acabado superficial.

En particular, como se apreciará mejor en el resto de la presente descripción, con respecto a un grado de rugosidad superficial comparable al que se obtiene con un baño tradicional que contiene un agente complejante similar al gluconato (con un grado de rugosidad que es mucho mejor que en las piezas tratadas con un procedimiento de fresado químico convencional que usa una solución de sosa cáustica en ausencia de este agente complejante), con una solución que contiene una combinación de gluconato y sorbitol es posible acelerar la complejación e incrementar la velocidad de retirada, lo que permite industrializar el procedimiento y procesar un número significativamente mayor de piezas en la misma cantidad de tiempo.

Con un procedimiento de acuerdo con la invención, las propiedades mecánicas del material no se ven comprometidas, y también es posible tratar el producto semielaborado de manera perfectamente uniforme, incluso cuando el componente tiene una conformación compleja, o es necesario realizar mecanizaciones de extrema precisión, por ejemplo, para producir piezas pequeñas, y/o en partes de la pieza de difícil acceso.

Además, el rendimiento estético de la pieza tratada por el presente procedimiento es igual al que se obtendría con las técnicas tradicionales de retirada, lijado y pulido mecánico, pero con unos costes significativamente reducidos. Entre otras cosas, la uniformidad de la superficie del componente mecanizado facilita cualquier operación posterior de pintado y/o soldadura.

Además, los agentes complejantes usados son completamente ecológicos y de fácil desecho, y su uso también evita que el baño libere gases tóxicos, con efectos económicos y ambientales beneficiosos.

Los mencionados anteriormente y otros objetivos y ventajas se logran, de acuerdo con un aspecto de la invención, por un procedimiento para el tratamiento superficial de productos semielaborados hechos de aluminio o aleación de aluminio, por medio de contacto o inmersión con una solución química, que tiene las características definidas en la reivindicación 1. Los modos de realización preferentes de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

Descripción detallada

Un procedimiento para el tratamiento de productos de aluminio semielaborados comprende la etapa de preparar una solución acuosa de hidróxido de sodio (NaOH) a una concentración entre 100 g/l y 250 g/l y aluminio metálico disuelto a una concentración entre 50 g/l y 70 g/l. Los productos de aluminio semielaborados son productos que contienen aluminio (en forma monolítica o aleado con otros metales) de modo que el aluminio se puede grabar con una solución de este tipo. A la solución se le añade un agente complejante de aluminio, que comprende gluconato y sorbitol, a una concentración entre 5 g/l y 25 g/l.

La proporción de la concentración de sorbitol (en gramos por litro de solución) y la concentración de gluconato (en gramos por litro de solución) está entre 0,7 y 0,75.

De esta manera, es posible mantener las concentraciones de sosa y aluminio en suspensión en el tiempo en las proporciones adecuadas, evitando la precipitación de este último.

Además, el baño de tratamiento químico será respetuoso con el medio ambiente y seguro, dada la ausencia de emisión de gases tóxicos.

El producto semielaborado se pone en contacto con la solución, durante el tiempo necesario para llevar a cabo el tratamiento superficial deseado. Durante este período, la temperatura de dicha solución se mantiene en un intervalo entre 50 °C y 100 °C, y la concentración de aluminio disuelto en dicha solución se mantiene en un intervalo entre 50 g/l y 70 g/l.

La temperatura influye en la velocidad a la que se retira el material, mientras que la presencia de agentes complejantes hace posible mantener el aluminio en solución. Se ha descubierto que la acción combinada de la temperatura, mantenida dentro del intervalo indicado anteriormente, y una concentración de agentes complejantes en la solución comprendida dentro de los valores mencionados anteriormente, produce un acabado superficial de calidad sorprendente, cuando se compara con los resultados que se pueden obtener por técnicas tradicionales (como se mostrará a continuación).

Convenientemente, las concentraciones de sosa cáustica y aluminio se mantienen en los intervalos deseados por valoración de la solución acuosa.

Convenientemente, el contacto entre la solución y el producto semielaborado se realiza sumergiendo el producto semielaborado en un depósito que contiene la solución.

También se puede proporcionar la etapa de enmascaramiento del producto semielaborado antes del contacto con la solución, de modo que la solución grabe solo las partes no enmascaradas de la pieza.

Preferentemente, se comprueban periódicamente las dimensiones y/o el estado de acabado del producto semielaborado en contacto con dicha solución, para verificar el estado de avance de la operación de mecanización, con referencia al resultado esperado.

Opcionalmente, puede existir una etapa de filtrado de la solución con un filtro (conocido per se) configurado para catalizar el aluminio disuelto y disociar este último de la solución.

Una de las ventajas logradas, además del rendimiento estético mejorado y la posibilidad de llevar a cabo operaciones de mecanización que no afecten negativamente a las propiedades mecánicas del material, se refiere a la retirada eficaz de la alúmina (AhO3) que se forma por los componentes obtenido por fundición, y posterior solidificación. De hecho, en la técnica conocida, se usa tradicionalmente la retirada mecánica de la alúmina, con el resultado de provocar tensiones residuales en el componente y haciendo necesario que se someta a un tratamiento térmico adicional para retirarlas. Un procedimiento de acuerdo con la presente invención hace posible evitar esta etapa, puesto que hace posible retirar eficazmente la alúmina generada de manera perfectamente uniforme.

En cuanto a las fundiciones a baja presión, con lo que las fundiciones se obtienen con arena unida con aluminio, es interesante señalar que esta arena se puede retirar con absoluta facilidad. Lo mismo se aplica al aluminio y sus aleaciones.

Además, la capacidad de retirar pequeñas cantidades de material, reduciendo el espesor del componente, hace que el procedimiento, de acuerdo con la invención, sea un tipo de mecanización ampliamente deseable en el campo de la automoción, especialmente en el campo de los vehículos deportivos y de competición, en los que el factor de peso es importante, y difícilmente se podría lograr una mecanización suficientemente precisa (y que no afecte a las propiedades mecánicas de la pieza) a través de un procedimiento de retirada o conformado de viruta común, o usando fresado químico tradicional, que daría resultados que son demasiado gruesos.

Por estos motivos, a través de un procedimiento de acuerdo con la presente invención, es posible tratar, por ejemplo, detalles estructurales, que no se podrían mecanizar apropiadamente con las técnicas de fresado químico tradicionales.

Se han descrito diferentes aspectos y modos de realización de un procedimiento para el tratamiento superficial de productos semielaborados de aluminio, o de aleación de aluminio, por medio de baño químico, de acuerdo con la invención. Se entiende que cada modo de realización se puede combinar con cualquier otro modo de realización. Además, la invención no se limita a los modos de realización descritos, sino que puede variar dentro del alcance definido por las reivindicaciones adjuntas.

Validación experimental de la invención

Se han llevado a cabo pruebas comparativas entre probetas hechas de aleación de aluminio tratadas tanto de acuerdo con un procedimiento de fresado químico tradicional como de acuerdo con un procedimiento de acuerdo con la presente invención.

En particular, las probetas se hicieron de la aleación de aluminio identificada como aleación AL 6014 (Al-Mg-Si).

Se sumergieron una pluralidad de probetas, obtenidas por laminación, en una solución de acuerdo con la presente invención, que comprende sosa cáustica (a una concentración de 150 g/l), aluminio (a una concentración inicial de 50 g/l) y una combinación de gluconato y sorbitol (a concentraciones de 8,5 g/l y 6,2 g/l, respectivamente), durante un tiempo total de 1 hora y 45 minutos, repartidos en 7 intervalos de 15 minutos cada uno. Al final de cada intervalo, se extrajo la probeta de la solución para comprobar el avance de la operación y, a continuación, se sumergió nuevamente durante el siguiente intervalo de tiempo. Durante el procedimiento, la temperatura de la solución se mantuvo constante a 50 °C, y la concentración de aluminio disuelto en esta solución se mantuvo a 50 g/l.

En las condiciones mencionadas anteriormente, se detectó un valor de velocidad de retirada en el intervalo de 0,008 mm/min a 0,0083 mm/min. Además, el valor de la rugosidad superficial de la probeta, al final del tratamiento, estaba en el intervalo de 0,62 |jm a 1,01 |jm.

De acuerdo con procedimientos de prueba similares, se sumergieron las probetas de la misma aleación AL 6014 en una solución que comprendía sosa cáustica (a una concentración de 70 g/l), aluminio (a una concentración inicial de 40 g/l) y sorbitol (a una concentración de 40 g/l). Durante todo el procedimiento, la temperatura de la solución se mantuvo constante a 50 °C, y la concentración de aluminio disuelto en esta solución se mantuvo a 40 g/l.

En las condiciones mencionadas anteriormente, se detectó un valor de velocidad de retirada en el intervalo de 0,00124 mm/min a 0,00129 mm/min. Además, el valor de la rugosidad superficial de la probeta, al final del tratamiento, estaba en un intervalo de 0,81 jm a 1,02 jm .

Finalmente, de acuerdo con procedimientos de prueba similares, se sumergieron las probetas de la misma aleación AL 6014 en una solución de sosa cáustica a una concentración de 120 g/l, tradicionalmente usada en el fresado químico de componentes en aeronáutica. En este caso, la tasa de retirada estuvo entre 0,05 mm/min y 0,12 mm/min, y la rugosidad superficial estuvo entre 2,00 jm y 3,80 jm .

Los resultados muestran que la rugosidad superficial de las probetas mecanizadas por medio de un procedimiento de acuerdo con la presente invención es menor o sustancialmente similar a la rugosidad superficial de las probetas sumergidas en una solución que contiene sorbitol como agente complejante (no en combinación con gluconato), con un rendimiento claramente mejor en términos de acabado superficial que en el caso de una solución que contiene solo sosa cáustica. Al mismo tiempo, sin embargo, se obtuvieron valores de velocidad de retirada que fueron significativamente mayores (más de 6 veces) que los alcanzables al tratar las probetas con una solución que contenía solo sorbitol como agente complejante.

Esto permite procesar más productos semielaborados, mientras que se logran altos estándares de acabado superficial.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para el tratamiento superficial de productos semielaborados de aluminio o aleación de aluminio, que comprende las etapas de:

a) preparar una solución acuosa de hidróxido de sodio (NaOH) en una concentración entre 100 g/l y 250 g/l y aluminio metálico disuelto en una concentración entre 50 g/l y 70 g/l;

b) añadir a dicha solución un agente complejante de aluminio, que comprende gluconato y sorbitol, en una concentración de entre 5 g/l y 25 g/l, estando la proporción entre la concentración de sorbitol (en gramos por litro de solución) y la concentración de gluconato (en gramos por litro de solución) entre 0,7 y 0,75;

c) poner el producto semielaborado en contacto con la solución, durante el tiempo necesario para llevar a cabo el tratamiento superficial deseado; y

d) durante la etapa (c), mantener la temperatura de dicha solución en un intervalo entre 50 °C y 100 °C, y mantener la concentración de aluminio disuelto en dicha solución en un intervalo entre 50 g/l y 70 g/l.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las concentraciones de sosa cáustica y aluminio se mantienen en los intervalos indicados en la etapa (a) por valoración de la solución acuosa.

3. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la etapa (c) se implementa por medio de la inmersión del producto semielaborado en un depósito que contiene la solución.

4. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende la etapa de enmascarar el producto semielaborado antes del contacto de este último con la solución.

5. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende la etapa de comprobar periódicamente las dimensiones y/o el estado de acabado del producto semielaborado en contacto con dicha solución.

6. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende la etapa de filtrar la solución con un filtro configurado para catalizar el aluminio disuelto y disociar este último de dicha solución.