ITMI20131265A1 - Sistema perfezionato di pretrattamento ai fini della nichelatura chimica e dell'eventale ulteriore trattamento superficiale del magnesio ( e di tutte le sue leghe conosciute) - Google Patents

Description

“SISTEMA PERFEZIONATO DI PRETRATTAMENTO AI FINI DELLA NICHELATURA CHIMICA E DELL’EVENTUALE ULTERIORE TRATTAMENTO SUPERFICIALE DEL

MAGNESIO (E DI TUTTE LE SUE LEGHE CONOSCIUTE)â€

L’ARTE NOTA

Nel campo della produzione dei più disparati componenti metallici (per il settore automobilistico in primis, ma non solo), un punto critico à ̈ rappresentato - per vari motivi - dal peso dei componenti stessi.

Solo per esemplificare, nel campo automobilistico, à ̈ evidente come un’autovettura più pesante richieda un maggior apporto energetico per la propria locomozione e, conseguentemente, implichi un maggior consumo di carburante, generi più inquinamento e - in ultima analisi - risulti anche più dispendiosa dal punto di vista economico.

Ecco quindi che la ricerca, ormai da decenni, si à ̈ concentrata sulla necessità di sviluppare materiali sempre più resistenti, ma al contempo leggeri (l’istanza sociale in tal senso à ̈, in realtà, cogente: basti pensare che l'Unione Europea, e con essa i suoi Paesi membri, si à ̈ formalmente impegnata -entro il 2020 - a tagliare di almeno il 20% dei livelli del 1990 le proprie emissioni inquinanti derivanti dal consumo di carburante per automobili. Questo impegno viene attuato attraverso un pacchetto di normative vincolanti. In aggiunta a queste rigorose misure regolamentari, sono già in programma successivi e crescenti impegni a tutela dell’ambiente. Al fine di rispettare le nuove normative e per mantenersi tuttavia competitivi, i costruttori di automobili dovranno quindi trovare modi e mezzi per ridurre il consumo di carburante dei veicoli che producono: Γ alleggerimento dei componenti va senz’altro in questa direzione).

Il trovato per cui si rivendica la protezione à ̈ un procedimento che va ad ubicarsi nel settore dei rivestimenti protettivi per materiali metallici e - in particolare - per la nichelatura delle leghe a base di magnesio.

Il magnesio, infatti, à ̈ un metallo alcalino terroso che offre una serie di proprietà altamente interessanti per l'industria manifatturiera:

- à ̈ un elemento a bassa densità (1,76 g/cm3);

- à ̈ un elemento abbondante in natura: à ̈ l'ottavo elemento più comune sulla Terra, ma diventa addirittura il secondo se si considera anche quello presente nell'acqua di mare, la principale fonte di approvvigionamento (virtualmente illimitata);

- Ã ̈ riciclabile al 99%, e il sistema di riciclaggio estenderebbe illimitatamente la sua fornitura per il basso costo di energia necessaria al riciclaggio (occorre solo il 5% di energia rispetto a quella necessaria per ricavarlo dai suoi sali);

- ha un elevatissimo rapporto resistenza-peso specifico (più alto persino di alcuni tipi di acciaio);

- ha una bassa temperatura di fusione;

- ha un’ottima resistenza agli urti ed alle ammaccature, ed eccellenti proprietà di smorzamento;

- ha un’ottima schermatura elettromagnetica.

Il motivo per cui, in passato, l’uso di questo materiale potenzialmente così versatile à ̈ stato ostacolato à ̈ dato da due importanti limiti: la sua forte reattività a contatto con aria e acqua e la sua tendenza alla corrosione in ambienti umidi e salmastri.

Fondamentalmente, si può affermare che i principali inconvenienti tecnologici del magnesio rispetto ad altri materiali concorrenti (in particolare: plastica, legno e leghe di alluminio) siano le scarse proprietà di resistenza alla corrosione.

In passato, questi limiti significativi portarono ad una battuta d'arresto nell'utilizzo delle leghe di magnesio, ma - al giorno d’oggi - i moderni metodi di trattamento dei metalli e delle leghe metalliche hanno riportato alla ribalta lo sfruttamento delle leghe più leggere.

Fondamentale, in questo contesto, si rivela la metallizzazione delle superfìci (metalliche e non), ovvero i procedimenti di rivestimento galvanico.

Questa tecnica industriale ha come obiettivo quello di rivestire un materiale metallico o plastico

(i materiale base) con un altro rivestimento metallico o organico (finitura ) che ha caratteristiche

diverse da quello base e quindi proprietà idonee all’ applicazione industriale.

MECCANISMO DI METALLIZZAZIONE NOTO

MATERIALE BASE

(acciaio al carbonio, acciaio inox, ghise, alluminio e leghe, ottoni, rame, zama, ABS, poliammidi, policarbonato)

PRETRATTAMENTO

È specifico per ogni tipo di materiale. Si

studiano le soluzioni chimiche che hanno lo

scopo di pulire la superficie in modo che vi sia

adesione con il rivestimento

METALLIZZAZIONE (tipi)

• Nichelatura chimica

• Nichelatura elettrolitica

• Cromatura funzionale

• Cromatura trivalente ed esavalente decorativa

• Zincatura

• Ramatura

• Argentatura e doratura

• Palladiatura e ruteniatura

• Passivazione

• Ossidazione

• Verniciatura

• PVD

• DLC

• KERONITE<®>

• altre

È possibile che più rivestimenti possano essere usati per ottenere un’unica finitura in quanto svolgono più funzioni: ad esempio, il ciclo automotive prevede che su ABS e/o alluminio si depositino di seguito rame, nichel e cromo (che à ̈ poi la finitura finale estetica, mentre i due rivestimenti precedenti hanno il compito di rendere il materiale - appunto - cromabile).

Come si può notare, nello schema precedente (relativo alla metallizzazione nelfiarte nota) - fra i materiali base trattabili - non vi sono né il magnesio né le sue leghe (purtroppo, vista la leggerezza specifica del magnesio, di cui si à ̈ già detto), perché di fatto il magnesio non appartiene ancora al mondo dei materiali superficialmente trattabili in modo efficiente.

In realtà, i trattamenti (attuali) superficiali del magnesio, su scala industriale, sono 2 (due):

1) Pretrattamento passivazione/ossidazione verniciatura

2) Pretrattamento ossidazione dura

Poi vi sono alcune attività (simili tra loro) di nicchia come la più conosciuta:

1) Pretrattamento ceramizzazione al plasma (un’ossidazione spinta)<1>.

Non si à ̈ invece riusciti a dare corso alla metallizzazione del magnesio e delle sue leghe, nonostante i tentativi fatti in passato, perché non si à ̈ trovato un pretratamento adeguato alle leghe di magnesio.

In pratica, si à ̈ cercato di percorrere due strade:

<1>Trattasi di un’attività su cui insistono diritti di proprietà industriale altrui e che non viene utilizzata nel procedimento di cui si chiede la brevettazione; viene qui citata solo per dare conto dello stato dell’arte ed à ̈ chiamata Keronìte®.

1) Pretrattamento ramatura cianurata finiture

2) Pretrattamento nichel chimico

ma entrambi i tentativi, per diverse ragioni (scarso controllo dei processi e, quindi, mancata possibilità di industrializzazione; costi elevati; necessità di utilizzare sostanze pericolose), non hanno avuto seguito.

DESCRIZIONE DEL TROVATO (cfr. figura 1)

Lo scopo del presente brevetto à ̈ quello di rappresentare un procedimento di pretrattamento perfezionato per quella che potremmo definire “nichelatura chimica tradizionale†, in modo da poter applicare detta nichelatura anche al magnesio ed alle sue leghe.

Detto nuovo procedimento non impatterà solo sul mondo deH’automobile, ma potrà coinvolgere una miriade di altri settori, in cui la componentistica metallica gioca un ruolo fondamentale: veicoli spaziali, aerei, navi, container, attrezzature sportive (si pensi, per esempio, ai moschettoni) e di accessibilità, eccetera.

Come detto, il procedimento di cui alla presente domanda - relativo al pretrattamento specifico del magnesio (e delle sue leghe) - andrà ad incidere sul settore dei nuovi trattamenti superficiali, sempre più caratterizzanti le tendenze future.

Il procedimento in oggetto prende le mosse dal filone della nichelatura chimica tradizionale per sfruttare le caratteristiche di resistenza all’abrasione, di resistenza alla corrosione e di uniformità di spessore, ma partendo invece da un pretrattamento adeguato non solo ad una lega, ma versatile e quindi efficace su più leghe.

Il procedimento di cui si chiede la brevettazione à ̈ caratterizzato dalla seguente sequenza:

PRETRATTAMENTO

Sgrassatura chimica eseguita con 10 g/1 di soda caustica (NaOH) 10 g/1 di carbonato di sodio (Na2C03) tensioattivi;

Decapaggio eseguito con 20 g/1 di acido formico (HCOOH) 1 g/1 di molibdato di sodio (Na2Mo04);

Neutralizzazione eseguita con 10 g/1 di tetra pirofosfato di sodio (Na4P207) 30 g/1 di nitrato di sodio (NaN03);

Attivazione eseguita con 300 g/1 di ammonio fluoruro (NH4F) 30 g/1 di acido fosforico ( H3P04);

Conversione superficiale eseguita con 1 g/1 di fluoruro di sodio NaF tetra pirofosfato di sodio (Na4P207);

NICHELATURA

Nichelatura chimica eseguita con nichel solfato sodio ipofosfito acidi carbossilici (malico, lattico e succinico) 10 g/1 di ammonio fluoruro (NH4F) 2 mg/1 ammonio solfato ((NH4)2S04) 10 g/1 di sodio citrato (Na3C6Hs07).

TRATTAMENTO SUPERFICIALE I

Riattivazione mediante immersione in soluzione con 300 g/1 di ammonio fluoruro (NH4F) eventuale elettrolitica catodica a 2 ampere/dm2 a base di 30 g/1 di soda caustica (NaOH);

Galvanizzazione con la finitura desiderata (per esempio: argentatura) o altro trattamento superficiale chimico-fisico oppure organico;

TRATTAMENTO SUPERFICIALE II

Ulteriore riattivazione mediante immersione in soluzione con 300 g/1 di ammonio fluoruro (NH4F)

eventuale elettrolitica catodica a 2 ampere/dm2 a base di 30 g/1 di soda caustica (NaOH); Ulteriore galvanizzazione con l’ulteriore finitura desiderata (per esempio: cromatura) o ulteriore altro trattamento superficiale chimico-fisico oppure organico;

eccetera.

Il processo in oggetto, che parte dalla realizzazione di un pretrattamento specifico per le leghe di magnesio, à ̈ versatile e non prevede Fuso di sostanze pericolose (tanto da poter essere sicuramente catalogato come “green technology †).

Lo step inventivo fondamentale del procedimento per cui si chiede la brevettazione à ̈, in definitiva, costituito dal rendere industrializzabile su la larga scala la nichelatura ed i successivi trattamenti superficiali del magnesio e delle sue leghe.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) Procedimento di preparazione superficiale del magnesio e delle sue leghe caratterizzato dalle seguenti operazioni in sequenza: sgrassatura chimica eseguita con 10 g/1 di soda caustica (NaOH) 10 g/1 di carbonato di sodio (Na2C03) tensioattivi; decapaggio eseguito con 20 g/1 di acido formico (HCOOH) 1 g/1 di molibdato di sodio (Na2Mo04); neutralizzazione eseguita con 10 g/1 di tetra pirofosfato di sodio (Na4P207) 30 g/1 di nitrato di sodio (NaN03); attivazione eseguita con 300 g/1 di ammonio fluoruro (NH4F) 30 g/1 di acido fosforico (H3PO4); conversione superficiale eseguita con 1 g/1 di fluoruro di Sodio NaF tetra pirofosfato di sodio (NaiP207).
2. 2) Procedimento come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di poter essere seguito da nichelatura chimica eseguita con nichel solfato sodio ipofosfito acidi carbossilici (malico, lattico e succinico) 10 g/1 di ammonio fluoruro (NH4F) 2 mg/1 ammonio solfato ((NFL^SC^) 10 g/1 di sodio citrato (Na3C6H507).
3. 3) Procedimento come da rivendicazioni 1 e 2 caratterizzato dal fatto di poter essere seguito da riattivazione mediante immersione in soluzione con 300 g/1 di ammonio fluoruro (NH4F).
4. 4) Procedimento come da rivendicazioni 1 , 2 e 3 caratterizzato dal fatto di poter essere seguito da riattivazione mediante trattamento con elettrolitica catodica a 2 ampere/dm2 a base di 30 g/1 di soda caustica (NaOH).
5. 5) Procedimento come da rivendicazioni 1, 2, 3 e 4 caratterizzato dal fatto di poter essere seguito da qualsiasi trattamento superficiale appartenente all’arte nota (galvanico, chimico-fisico, organico).
6. 6) Procedimento come da rivendicazioni 1, 2, 3, 4 e 5 caratterizzato dal fatto di poter essere seguito da un numero indeterminato di successive riattivazioni ( cfr . rivendicazioni 3 e 4) e trattamenti superficiali {cfr. rivendicazione 5).