MXPA97005593A - Tratamiento de superficie - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un procedimiento para tratar una superficie de metal, la cual es aluminio o una aleación de aluminio, con el fin de mejorar sus propiedades de adhesión, el cual comprende tratar una superficie de metal limpia con un organosilano y exponer la superficie a un rayo láser, el cual produce una temperatura elevada sobre la superficie del metal.

Description

TRATAMIENTO DE SUPERFICIE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un procedimiento para tratar una superficie de metal especialmente aluminio , con el fin de mejorar sus propiedades de adhesión . Se conocen varios métodos para pretratar aluminio, con el fin de proveer la base para uniones adhesivas. Para el aluminio, son bien conocidos un gran número de pretratamientos, tales como desoxidación por baño ácido-ataq ue químico o anodisación fosfórica , para dar uniones unidas por adhesivo con un excelente rendimiento y, por ejemplo, se utilizan en la industria aeronáutica. Los pretratamientos tales como desoxidación por baño ácido-ataque químico o anodisación fosfórica usualmente incluyen un procedimiento desengrasante, el cual es generalmente realizado con el uso de solventes o agua a base de líquidos desengrasantes alcalinos. Subsecuentemente, se pueden necesitar procedimientos de enjuague, la mayoría con agua, y finalmente, un procedimiento de secado. Después, en general, se llevan a cabo procedimientos de ataque químico o anodisación con ácidos líquidos. Pueden seguir pasos de enjuague y secado adicionales, y aún en algunas operaciones de apresto. Ya que estos pretratamientos implican el uso de un lote de líquidos, son preferidos, en la presente, como "pretratamientos húmedos".

Los "pretratamientos húmedos" tienen algunas enormes desventajas. Sus principales desventajas son naturaleza ambiental , es decir, la naturaleza y el número de agentes de pretratamiento y los problemas para lograr tiempos cortos de ciclo, cuando se pretratan componentes mayores. Por ejemplo, los tiempos largos de pretratamiento en baños de ácido y de enjuague, comparados con los tiempos cortos de ciclo de la producción automática, podrían dar como resultado la necesidad de instalar baños extremadamente grandes con ácidos. Podrían ser necesarios tremendos costos de inversión y costos de operación y estos tipos húmedos de pretratamientos no serían considerados como buenas soluciones ecológicas. Otra desventaja de los "pretratamientos húmedos" es que, en general, para componentes geométricamente complejos, sus procedimientos de baño no permiten pretratamientos selectivos del área de unión, solamente, ya que sumergiendo el componente en el baño, se efectúa un pretratamiento integral de toda la superficie sumergida. Esto tiene un impacto desventajoso en los costos de operación. Se han desarrollado alternativas para los "pretratamientos húmedos" y se han descrito, por ejemplo, en EP 0326097, EP 0444701 , US 502471 1 y DD 294472. Un método trabaja con una llama y tiene una velocidad de pretratamiento relativamente baja. Para un buen rendimiento de unión, este método requiere una superficie de metal fresca, antes de utilizar la llama. Esta superficie de metal fresca puede ser obtenida mediante limpieza con chorro de arena. Después del pretratamiento con llamas, se tiene que aplicar un apresto de silano normal . Otro método, conocido como el método de SACO, implica la limpieza con chorro de arena con partículas revestidas especiales y un revestimiento de apresto subsecuente con una solución a base de silano. El rendimiento de unión logrado con este método en una combinación con adhesivos , por ejemplo, 2-componente epoxi o 2-componente PUR, es excelente. El pretratamiento de SACO supera las desventajas principales de "pretratamientos húmedos", pero también sufre de algunos puntos débiles. Los puntos débiles principales del pretratamiento de SACO con costos de operación relativamente altos (consumo de arena revestida) ; ambiente de trabajo desordenado (polvo de arena) ; escape necesario; y existe el peligro de deformación de componentes sensibles/delgados a través de la limpieza con chorro de arena. Ahora, se ha desarrollado un procedimiento, el cual supera las desventajas de los procedimientos conocidos, mientras que al mismo tiempo proveen una excelente unión y rendimiento de duración. Por consiguiente la presente invención provee un procedimiento para tratar una superficie de metal, la cual es aluminio o una aleación de aluminio, con el fin de mejorar sus propiedades de adhesión , el cual comprende tratar una superficie de metal limpia con un organosilano y exponer la superficie a un rato láser, el cual produce una temperatura elevada sobre la superficie de metal . La superficie de metal puede ser tratada con el organosilano y el rayo láser en cualquier orden. Preferiblemente, sin embargo, el organosilano primero es aplicado a la superficie de metal y la superficie revestida es expuesta a un rayo láser. Si se desea, el metal puede ser limpiado desengrasando con un solvente orgánico, por ejemplo, limpiando con un solvente tal como acetona, desengrasando con vapor, remojo con o sin un tratamiento ultrasónico o utilizando agentes desengrasantes alcalinos. El organosilano puede ser un compuesto de una fórmula I , R„Si(OR1), (I) en donde R es un grupo orgánico, el cual puede ser reactivo o no reactivo, R1 es alquilo, alcoxialquilo o acilo, n es 1 o 2, y m es 2 o 3, tal como n + m = 4. Preferiblemente, n es 1 y m es 3. Ejemplos de grupos orgánicos R incluyen alquilo, fenilo, vinilo, acrilatoalquilo, glicidiloxialquilo, y similares, en donde los grupos "alquilo" tienen de 1 a 4 átomos de carbono. Cuando R1 es alquilo, éste es preferiblemente alquilo inferior con 1 a 4 átomos de carbono, y muy preferiblemente metilo o etilo. Cuando R 1 es alcoxialquilo, cada porción alquilo preferiblemente tiene de 1 a 4 átomos de carbono. Muy preferiblemente como alcoxialquilo R1 es metoxietilo. Cuando R1 es acilo, éste preferiblemente tiene de 2 a 4 átomos de carbono, muy preferiblemente acetoxi. Ejemplos específicos de silanos adecuados son : CH2=C(CH3)COO(CH2)3Si(OCH3)3 O / \ CH2-CHCH20(CH2)3Si(OCH3)3 CH3Si(OCH3)3 CH3(CH2)2Si(OCH3)3 HS(CH2)3Si(OCH3)3 CH2=CHSi(OOCCH3)3 CH2 = CHSi(OCH3)3 CH2 = CHSi(OCH3)3 CI(CH2)3Si(OCH3)3 y CH2 = CHSi(OCH2CH2OCH3)3 El silano puede ser utilizado en soluciones en agua o un solvente orgánico. Si se utiliza agua como el solvente y el silano es difícil de disolver, se puede añadir una pequeña cantidad de agente de humectación no iónico al agua antes de la adición del silano. Alternativamente, el silano puede ser utilizado como una emulsión. Los solventes adecuados incluyen alcoholes, esteres, éteres, cetonas e hidrocarburos clorados. Los alcoholes preferidos son alcanoles con de 1 a 10 átomos de carbono tales como metanol, etanol, propanol, hexanol y decanol. Los esteres preferidos con esteres alquílicos de C1-C4 de ácidos carboxílicos alifáticos de C1-C4, tales como acetato de metilo, acetato de etilo, acetato de butilo y propionato de metilo. Los éteres preferidos son éteres dialquílicos tales como éter dietílico, butoxietanol y éteres cíclicos, tales como tetrahidrofurano. Los hidrocarburos clorados preferidos son diclorometano, 1 ,2-dicloroetano, y tricloroetano. Las cetonas preferidas son cetonas alifáticas inferiores tales como acetona y metil etil cetona. Pueden ser utilizadas mezclas de estos solventes, si se desea . Los solventes muy preferidos son solventes polares tales como cetonas , especialmente acetona . También se pueden añadir agua y/o un ácido carboxílico a los solventes orgánicos adecuados como parte de la solución . La solución puede contener cualquier concentración de silano , preferiblemente de 1 a 10% en peso del silano basado en el peso total de la solución. La solución de organosilano puede ser aplicada a través de cualquier método adecuado, por ejemplo, limpieza frotando, cepillado o aspersión sobre las áreas que van a ser tratadas. Tanto el desengrase como la aplicación de la solución de organosilano puede realizarse con un equipo automático, tal como robots. Se puede utilizar cualquier rayo láser que producirá una temperatura elevada sobre la superficie de metal , por ejemplo, a 400 mJ/pulso. Los rayos láser adecuados incluyen láser de gas, láser de C02, láser de Nd:YAG y láser Nd:YAG conmutado con Q. Otros son bien conocidos en la literatura. Para velocidades altas de tratamiento y no para dañar la superficie de metal a través de concentraciones de energía inaceptablemente altas, los mejores resultados se obtienen utilizando un rayo láser desenfocado. El nivel real de potencia necesario para evitar el daño de la superficie de metal depende de la superficie real que es tratada y del rayo láser específico utilizado. Esto puede ser fácilmente determinado a través de simple experimentación. Después del tratamiento con rayo láser, la superficie está lista para unirse, aunque la superficie tratada es estable durante por lo menos 3 años. La u nión puede ser a otra superficie a través de un adhesivo o aplicando un revestimiento a la superficie. Cuando se une a otra superficie, esta otra superficie puede ser metálica o no metálica. Si es metálica, también puede ser pretratada por el mismo procedimiento como se describió anteriormente, si se desea. Cuando la superficie tratada es unida a otra superficie, esto se puede lograr utilizando varios adhesivos tales como adhesivos 1 -componente o 2-componehte epoxi, y adhesivos 2-componente poliuretano. Preferiblemente, el adhesivo utilizado es uno que reaccionará con el organosilano utilizado en el procedimiento de la invención. El procedimiento de la invención provee excelente rendimiento de unión, un tratamiento rápido, un procedimiento limpio, ventajas ecológicas sobre los procedimientos "húmedos" y procedimientos de limpieza de chorro de arena, costos de operación bajos , permite el uso de una amplia variedad de adhesivos y realiza el tratamiento local del área que será unida . La invención se ilustra mediante los siguientes Ejemplo .

EJEMPLO 1 Una aleación de aluminio (Al 6063) se sometió a varias combinaciones de pretratamientos, los cuales son uno o más de : (a) desengrasado a través de limpieza por frotamiento de la superficie con acetona; (b) aplicación de apresto mediante el tratamiento con una solución que contiene 81 .5 partes en peso de etanol , 2.8 partes en peso de ácido acético glacial, 9.4 partes en peso de agua desionizada y 6.3 partes en peso de gama-glicidoxipropiltrimetoxi silano; (c) un rayo láser operando a 240 mJ/pulso; (d) un rayo láser operando a 400 mJ/pulso. Dos piezas de la aleación de aluminio tratado se unieron utilizando una resina epóxica de curación en frío de dos componentes. El componente de resina es una pasta llena a base de resina epóxica de bisfenol A. El componente más duro es una pasta llena a base de una mezcla de endurecedores de amina alifática más amina terminada en polímero de butadieno-acrilonitrilo. La resistencia de esfuerzo cortante de amolado se midió inmediatamente después de la curación del adhesivo y después de 14 días de añejamiento, la uniones se juntaron en cataplasma. Los resultados obtenidos son como sigue.

Comparado con el desengrasam iento solamente la resistencia al esfuerzo cortante de amolado se incrementó a aproximadamente 50% utilizando el procedimiento de la invención . La diferencia más grande se vio después de 14 días de cataplasma cuando se logró una resistencia superior casi de 100% y los cambios de modo de falla de la falla de adhesión (A) a la falla cohesiva deseada (C) .

EJEMPLO 2 Se repitió el Ejemplo 1 utilizándose otro adhesivo: En este caso, las muestras se unieron utilizando resina epóxica de 1 componente. Esta es una pasta de llenado basada en resina epóxica bisfenol A y conteniendo un producto de reacción de la resina epóxica bisfenol F y polímero de butadieno-acrilonitrilo terminado en carboxi. El agente de curación comprende dicianadiamida y un acelerador en partículas.

Los resultados son como sigue.

Esto muestra los buenos resultados obtenidos utilizando el procedimiento de la invención en combinación con adhesivos epóxicos de curación con calor, de 1 -componente.

EJEMPLO 3 Una aleación de aluminio (AI5251 ) se sometió a pretratamientos, como se especificó en el Ejemplo 1 y se unió utilizando el adhesivo descrito en el Ejemplo 2. Las uniones unidas se sometieron a una prueba de humedad por tensión sometiendo a esfuerzo a 5N/mm2 y exponiendo a 42°C a 100% de humedad relativa. Los resultados obtenidos son como sigue.

La adhesión que promovió el efecto del procedimiento de la invención , puede ser claramente visto a través de estos resultados.

EJEMPLO 4 Se repitió el Ejemplo 2 utilizando un rayo láser excímero con fluoruro de argón para dar una longitud de onda de 193 nm. En este caso, algunas muestras de aluminio primero fueron tratadas con apresto y después irradiadas con el rayo láser y algunas primero fueron irradiadas con el rayo láser y después se les aplicó el apresto. Los resultados obtenidos son como sigue : Se puede ver que mientras que el tratamiento con el apresto y el láser es efectivo en cualquier orden, se obtienen mejores resultados utilizando el apresto primero y luego el rayo láser.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1 .- Un procedimiento para tratar una superficie de metal , la cual es aluminio o una aleación de aluminio, con el fin de mejorar sus propiedades de adhesión , el cual comprende , tratar una superficie de metal limpia con un organosilano y exponer la superficie a un rayo láser, el cual produce una temperatura elevada sobre la superficie de metal.

2.- Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde un organosilano es aplicado a la superficie de metal y la superficie revestida después es expuesta a un rayo láser.

3.- Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2 , en donde el organosilano tiene la fórmula general I , RnSi(OR1)m (I) en donde R es un grupo orgánico, el cual puede ser reactivo o no reactivo, R1 es alquilo, alcoxialquilo o acilo, n es 1 o 2, y m es 2 o 3, tal como n + m = 4.

4.- Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la superficie de metal se limpia desengrasando con un solvente orgánico.

5.- Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el silano es utilizado en solución en agua y/o un solvente orgánico .

6.- Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la solución contiene de 1 a 10% en peso de un organosilano.

7.- Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el rayo láser es un láser no enfocado.

8.- Un método para unir una superficie de metal , la cual es aluminio o una aleación de aluminio, a otra superficie, el cual comprende tratar la superficie de metal a través de un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes , y después unirla a la otra superficie con un adhesivo.