MX2014013008A - Metodo para producir una hoja de metal teniendo revestimientos de zn-al-mg, que comprende la aplicacion de una solucion de acido y un adhesivo, y la hoja de metal y ensamble correspondientes. - Google Patents
Metodo para producir una hoja de metal teniendo revestimientos de zn-al-mg, que comprende la aplicacion de una solucion de acido y un adhesivo, y la hoja de metal y ensamble correspondientes.Info
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Abstract
El método comprende al menos los siguientes pasos: proporcionar un substrato de acero (3) teniendo dos caras (5) que son revestidas mediante la extinción del substrato (3) en un baño, aplicar una solución de ácido teniendo un pH de entre 1 y 4 a las superficies externas (15) de los revestimientos de metal (7); y aplicar un adhesivo (13) localmente sobre al menos una superficie externa (15) de un revestimiento de metal (7).
Description
MÉTODO PARA PRODUCIR UNA HOJA DE METAL TENIENDO
REVESTIMIENTOS DE ZN-AL-MG. QUE COMPRENDE LA
APLICACIÓN DE UNA SOLUCIÓN DE ÁCIDO Y UN ADHESIVO. Y LA
HOJA DE METAL Y ENSAMBLE CORRESPONDIENTES
Descripción de la Invención
La presente invención se refiere a una hoja de metal que comprende un sustrato de acero que tiene dos caras, cada una revestida con un revestimiento metálico que contiene zinc, magnesio y aluminio.
Estas hojas de metal están más particularmente destinadas a la fabricación de piezas para la industria automotriz, sin embargo sin ser limitadas a la misma.
Los revestimientos de metal que consisten esencialmente de zinc y aluminio en una pequeña proporción (típicamente del orden de 0.1 % en peso) se utilizan tradicionalmente por su buena protección contra la corrosión. Tales revestimientos de metal compiten actualmente con revestimientos particulares que comprenden zinc, magnesio y aluminio.
Tales revestimientos de metal serán llamados aquí globalmente con el termino revestimientos de zinc-aluminio-magnesio o ZnAIMg.
La adición de magnesio aumenta significativamente la resistencia a la corrosión de estos revestimientos, que puede reducir el espesor o aumentar la garantía de protección contra la corrosión con el tiempo.
En la industria automotriz, las hojas de metal son frecuentemente ensambladas por medio de adhesivos para formar algunas piezas de vehículos, tales como, por ejemplo, umbrales de las puertas.
Estos adhesivos pueden ser adhesivos estructurales, estructurales reforzados (por ejemplo del tipo “crash”) o semi-estructurales, masillas impermeables o masillas de calado que tiene naturaleza química variada, tales como epoxi, poliuretano o caucho.
En la industria automotriz, la combinación de una hoja de metal con un adhesivo se evalúa generalmente mediante un ensayo de tracción en una muestra formada por dos lengüetas de la hoja de metal, estas lengüetas están unidas en una parte de su superficie por el adhesivo.
En esta ocasión, por una parte, se evalúa la adhesión del adhesivo sobre la hoja de metal mediante la medición de la tensión a ruptura y por otra la compatibilidad del adhesivo y de la hoja de metal determinando visualmente la naturaleza de la ruptura.
Se puede observar, en esta ocasión, tres tipos principales o facies, de la ruptura:
- la ruptura de cohesión, cuando la ruptura ocurre en el espesor del adhesivo;
- la ruptura adhesiva (Fig. 4), cuando se produce una ruptura en una de las interfaces entre el adhesivo y las lengüetas)
- la ruptura cohesiva superficial (Fig . 3) , cuando la ruptura se produce en el adhesivo cerca de una interfaz entre las lengüetas y el
adhesivo.
En la industria automotriz, se busca evitar las rupturas de adhesivos que reflejan una escasa compatibilidad del adhesivo con la hoja de metal.
Sin embargo, las pruebas de tracción causan rupturas mayormente adhesivas al utilizar ciertos adhesivos convencionales para la industria automotriz sobre las hojas de metal con revestimientos de ZnAIMg. Asimismo se puede observar hasta 100% de ruptura adhesiva con los revestimientos de ZnAIMg y algunos adhesivos.
Tales proporciones de ruptura adhesiva no son aceptables para los fabricantes de automóviles, lo que podría limitar el uso de estos nuevos revestimientos de ZnAI Mg para ciertas aplicaciones.
Un objeto de la invención es proporcionar un metodo de producción de una hoja de metal con revestimientos de ZnAI Mg que tiene una mejor compatibilidad con los adhesivos y por lo tanto reduce el riesgo de ruptura adhesiva.
Con este fin, la invención proporciona como primer objeto un método de acuerdo con la reivindicación 1.
El método también puede incluir las características de las reivindicaciones 2-17, tomadas solas o en combinación.
La invención también se refiere a una hoja de metal de acuerdo con la reivindicación 18 y un ensamble de acuerdo con la reivindicación 19.
La invención se ilustrará ahora por los ejemplos que son
únicamente informativos y no limitativos y con referencia a las figuras anexas en las cuales:
- la figura 1 es una vista esquemática en corte que ilustra la estructura de una hoja de metal obtenida por un método de acuerdo con la invención, y
- la figura 2 es una vista esquemática que ilustra una muestra utilizada para una prueba de tracción;
las figuras 3 y 4 son fotografías que muestran respectivamente una ruptura de cohesión superficial y una ruptura adhesiva.
La hoja de metal 1 de la figura 1 comprende un substrato 3 de acero revestido en cada una de las dos caras 5 con un revestimiento metálico.
Se observará que los espesores relativos del sustrato 3 y de los revestimientos 7 que lo cubren no han sido respetadas en la Figura 1 para facilitar su representación.
Los revestimientos 7 sobre las dos caras 5 son similares y se describirá a detalle posteriormente solo una.
El revestimiento 7 comprende en general un espesor menor o igual a 25 mm y destinado de manera clásica a proteger el sustrato 3 contra la corrosión.
El revestimiento 7 comprende zinc, aluminio y magnesio. Se prefiere particularmente que el revestimiento comprenda entre 0.1 y 10% en peso de magnesio y entre 0.1 y 20% en peso de aluminio.
Aún más preferiblemente, el revestimiento 7 comprende más de
0.3% en peso de magnesio, es decir entre 0.3% y 4% en peso de magnesio y/o entre 0.5 y 1 1 %, es decir 0.7 y 6% en peso de aluminio, es decir entre 1 y 6% en peso de aluminio.
De preferencia, la relación de masa Mg/AI entre el magnesio y el aluminio en el revestimiento 7 es estrictamente menor o igual a 1 , de preferencia estrictamente menor a 1 , es decir estrictamente menor a 0.9.
Para realizar la hoja de metal 1 , se puede, por ejemplo, proceder como sigue.
Se utiliza un substrato 3 obtenido, por ejemplo, por laminado en caliente y despues en frío. El substrato 3 está en forma de una banda que se introduce en un baño para depositar los revestimientos 7 por inmersión en caliente.
El baño es un baño de zinc fundido que contiene magnesio y aluminio. El baño igualmente puede contener 0.3% en peso de cada uno de los elementos opcionales de adición, tales como Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni, Zr o Bi.
Estos elementos diferentes pueden permitir, entre otras cosas, mejorar la ductilidad o la adhesión de los revestimientos 7 sobre el sustrato 3. El experto en la téenica que conoce sus efectos sobre las características de los revestimientos 7 sabrá utilizarlos en función de la finalidad perseguida adicional. Finalmente, el baño puede contener elementos residuales que provienen de lingotes de suministro o resultantes de la etapa del sustrato 3 en el baño, tales como un contenido en hierro de hasta 5% en peso y generalmente
comprendido entre 2 y 4% en peso.
Despues de la deposición de los revestimientos 7, el sustrato 3 es, por ejemplo, drenado a través de boquillas, pulverizando gas en una parte y otra del sustrato 3. En seguida se deja enfriar los revestimientos 7 de forma controlada.
La banda tratada de este modo se puede someter en seguida a una etapa llamada skin-pass que permite endurecerla con el fin de eliminar el nivel la elasticidad, fijar las propiedades mecánicas y conferirle una rugosidad adecuada para las operaciones posteriores por las cuales debe pasar la hoja de metal .
El medio de ajuste de la operación de skin-pass es la tasa de alargamiento que debe ser suficiente para alcanzar los objetivos y mínima para conservar la capacidad de deformación posterior. La tasa de alargamiento es por lo general entre 0.3 a 3%, y preferentemente entre 0.3 y 2.2%.
La hoja de metal 1 obtenida de esta manera puede ser enrollada antes de ser cortada, eventualmente formada y ensamblada con otras hojas de metal 1 u otros elementos por los usuarios.
La misma se puede aceitar convencionalmente con fines de protección temporal.
Como se ilustra esquemáticamente en la figura 1 , se puede aplicar un adhesivo 13 localmente sobre una superficie externa 15 con un revestimiento 7 para permitir, por ejemplo, ensamblar la hoja de metal 1 con otra hoja de metal y de esta manera constituir una parte del vehículo automotriz. El adhesivo 13 puede ser cualquier
tipo de pegamento o masilla utilizada de manera clásica en la industria automotriz.
De acuerdo con la invención, el metodo de producción de la hoja de metal 1 comprende una etapa de aplicación de una solución de ácido sobre las superficies externas 15 de los revestimientos metálicos 7, sin la aplicación eventual posterior de un adhesivo 13.
La solución de ácido tiene, por ejemplo, un pH comprendido entre 1 y 4, preferiblemente entre 1 y 3.5 y preferiblemente entre 1 y 3 y más preferiblemente entre 1 y 2. Esta solución puede comprender, por ejemplo, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico y ácido fosfórico.
La duración de la aplicación de la solución de ácido puede estar comprendida entre 0.2 segundos y 30 segundos y de preferencia entre 0.2 segundos y 15 segundos y más preferiblemente aún entre 0.5 segundos y 15 segundos con base en el pH de la solución, del momento y la manera donde se aplica.
Esta solución se puede aplicar en la línea de producción de los revestimientos 7 o posteriormente, por ejemplo, después de que la hoja de metal ha sido bobinada en la línea de deposición de los revestimientos 7.
Esta solución se puede aplicar por inmersión, pulverización o cualquier otro sistema. La temperatura de la solución puede ser por ejemplo la temperatura ambiente y se pueden utilizar las etapas posteriores de lavado y secado.
Asimismo se puede utilizar, además de la etapa de aplicación
de una solución de ácido, una etapa de desengrasado, por ejemplo mediante la aplicación de una solución alcalina sobre las superficies externas 15, y/o un tratamiento de superficie.
La etapa de desengrasado está diseñada para limpiar las superficies externas 15 y por lo tanto eliminar los restos de suciedad orgánica, partículas metálicas y polvo.
Preferiblemente, esta etapa no altera la naturaleza química de las superficies externas 15 con la excepción de la alteración de una posible capa superficial de óxido/hidróxido de aluminio. Por lo tanto, la solución utilizada para esta etapa de desengrasado no es oxidante. No se forma óxido de magnesio o hidróxido de magnesio en las superficies externas 15 durante la etapa de desengrasado y generalmente antes de la etapa de aplicación del adhesivo 13.
La etapa de tratamiento de superficie permite la formación sobre las superficies externas 15 de capas (no representadas) que mejoran la resistencia a la corrosión y/o adherencia de otras capas posteriormente depositadas sobre las superficies externas 15. Una tal etapa de tratamiento de superficie comprende la aplicación sobre las superficies externas 15 de una solución de tratamiento de superficie que reacciona con las superficies externas 15 para formas estas capas.
En algunas variantes, la solución de tratamiento de superficie es una solución de conversión y las capas formadas son capas de conversión. Preferiblemente, la solución de conversión no contiene cromo. La misma puede ser una solución a base de ácido
hexafluorotitánico o hexafluorozircónico.
Las etapas eventuales de desengrasado y de tratamiento de superficie pueden convencionalmente comprender otras sub-etapas clásica de enjuague, de secado.
La posible etapa de desengrasado ocurre antes o después de la etapa de aplicación de la solución de ácido. La posible etapa de desengrasado y la etapa de aplicación de la solución de ácido ocurre antes de la posible etapa de tratamiento de superficie.
En una modalidad, la etapa de aplicación de la solución ácida y la etapa de tratamiento de la superficie se confunden.
En este último caso, la solución de tratamiento de superficie es la solución de ácido. En este caso particular, el pH puede ser estrictamente mayor a 3, en particular si se aplica la solución de tratamiento de superficie a una temperatura superior a 30°C.
Para ilustrar la invención, se han realizado varias pruebas y se describirán a modo de ejemplo no limitativo.
Como se muestra en la figura 2, cada muestra 27 está preparada de la siguiente manera. Se cortan las lengüetas 29 de la hoja de metal 1 a analizar. Estas lengüetas 29 tienen las dimensiones de 25 mm por 100 mm. Las lengüetas 29 se pegan por una unión 31 del adhesivo BM 1496V, que es un pegamento llamado “crash” a base de epoxi y comercializado por la sociedad Dow
Automotive.
Este adhesivo se ha seleccionado ya que es un adhesivo que lleva más a rupturas adhesivas.
La muestra 27 constituida de esta manera se lleva a 180°C y se mantiene en esta durante 30 minutos.
La prueba de tracción se realiza en seguida a una temperatura ambiente de 23°C con una velocidad de tracción de 10 mm/min con una lengüeta 29, en paralelo a la misma, mientras que se fija la otra lengüeta 29. La prueba sigue hasta la ruptura de la muestra 27.
Al terminar la prueba, se observa la tensión máxima de tracción y se evalúa visualmente la naturaleza de la ruptura.
Las pruebas se han realizado con una hoja de metal 1 cuyo substrato 3 es de acero IFHR 340 de 1 mm de espesor recubierto de un revestimiento 7 que comprende 3.7% de aluminio y 3% de magnesio, el resto está constituido de zinc y de impurezas inherentes al método. Estos revestimientos tienen espesores de aproximadamente 10 mm . La hoja de metal 1 ha sido previamente aceitada con un aceite Quaker 6130 y un gramaje de 1 g/m2.
Como se ilustra en la tabla 1 a continuación, las hojas de metal 1 que pasaron por un tratamiento con una solución de ácido favorecen la aparición de rupturas de cohesión superficiales al contrario a las hojas de metal de referencia para las cuales se han encontrado solo rupturas adhesivas.
En las pruebas realizadas, las hojas de metal de referencia no pasaron por tratamiento alguno.
Tabla 1
Resultados similares se han obtenido despues del envejecimiento de las muestras en ambiente corrosivo, con otros ácidos, otros revestimientos asi como otros adhesivos.
La tabla 2 a continuación muestra resultados obtenidos con las soluciones de tratamiento de superficie sobre las mismas hojas de metal que las utilizadas para las pruebas reportadas en la tabla 1. Asimismo, una solución de aminopropilsiloxano (g-APS) y diferentes soluciones de glicidoxupropilsiloxano (g-GPS) con pH ajustados en un gama de ácido se han sometido al centrifugador y se analizaron. El tiempo de hidrólisis indicado es el que corresponde a la preparación de la solución de tratamiento de superficie.
Como se puede constatar a la lectura de la tabla 2, el uso de las soluciones de ácido de tratamiento de superficie permite mejorar las facies de ruptura.
Tabla 2
Claims (19)
1. Metodo para producir una hoja de metal (1 ), que comprende al menos las etapas: - proporcionar un substrato de acero (3) teniendo dos caras (5) que son revestidas cada una por un revestimiento metálico (7) obtenido mediante la extinción del substrato (3) en un baño y enfriamiento, cada revestimiento metálico (7) comprende zinc, entre 0.1 y 20% en peso de aluminio y entre 0.1 y 10% en peso de magnesio, posteriormente - aplicación de una solución de ácido con un pH comprendido entre 1 y 4 sobre las superficies externas (15) de los revestimientos metálicos (7), posteriormente - aplicación de un adhesivo (13) localmente sobre al menos una superficie externa de un revestimiento metálico (7).
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1 , en el cual los revestimientos metálicos (7) comprenden entre 0.3 y 10% en peso de magnesio.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, en el cual los revestimientos metálicos (7) comprenden entre 0.3% y 4% en peso de magnesio.
4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual los revestimientos metálicos (7) comprenden entre 0.5 y 1 1 % en peso de aluminio.
5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en el cual los revestimientos metálicos (7) comprenden entre 0.7 y 6% en peso de aluminio.
6. Metodo de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual los revestimientos metálicos (7) comprenden entre 1 y 6% en peso de aluminio.
7. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la relación de masa entre el magnesio y el aluminio en los revestimientos metálicos (7) es estrictamente inferior o igual a 1 , preferiblemente estrictamente inferior a 1 , y más preferiblemente estrictamente inferior a 0.9.
8. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la solución de ácido es aplicada durante una duración comprendida entre 0.2 segundos y 30 segundos sobre las superficies externas (15) de los revestimientos metálicos (7).
9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, en el cual la solución de ácido es aplicada durante una duración comprendida entre 0.2 segundos y 15 segundos sobre las superficies externas (15) de los revestimientos metálicos (7).
10. Método de acuerdo con la reivindicación 9, en el cual la solución de ácido es aplicada durante una duración comprendida entre 0.5 segundos y 15 segundos sobre las superficies externas (15) de los revestimientos metálicos (17).
1 1 . Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la solución de ácido es una solución de tratamiento de superficie para formar en las superficies externas (15) capas que mejoran la resistencia a la corrosión y/o la adherencia.
12. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, el método comprende entre otros, antes de la etapa de aplicación del adhesivo (13), una etapa de tratamiento de superficie por aplicación de una solución de tratamiento de superficie sobre las superficies externas (15) de los revestimientos metálicos (7) para formar en las superficies externas (15) capas que mejoran la resistencia a la corrosión y/o la adherencia.
13. Método de acuerdo con la reivindicación 1 1 o 12, en el cual la solución de tratamiento de superficie es una solución de conversión.
14. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, el método comprende, entre otros, antes de la etapa de aplicación el adhesivo (13), una etapa de desengrasado por aplicación de una solución alcalina sobre las superficies externas ( 15) de los revestimientos metálicos (7).
15. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la solución de ácido tiene un pH comprendido entre 1 y 3.5.
16. Método de acuerdo con la reivindicación 15, en el cual la solución de ácido tiene un pH comprendido entre 1 y 3.
17. Método de acuerdo con la reivindicación 16, en el cual la solución de ácido tiene un pH comprendido entre 1 y 2.
18. Hoja de metal (1 ) que tiene dos caras (5) revestidas cada una por un revestimiento metálico (7) que comprende zinc, aluminio y magnesio, los revestimientos metálicos (7) comprenden entre 0.1 y 20% en peso de aluminio y entre 0.1 y 10% en peso de magnesio, un adhesivo (13) que es aplicado localmente sobre al menos una superficie externa (15) de un revestimiento (7), la hoja de metal puede ser producida por un método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.
19. Ensamble que comprende: - una primera hoja de metal (1 ) de acuerdo con la reivindicación 18, - una segunda hoja de metal, la primera hoja de metal ( 1 ) y la segunda hoja de metal ( 1 ) son ensambladas por medio de un adhesivo (13) de la primera hoja de metal (1 ).
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