PT1881090E

PT1881090E - Composição electrolítica e processo para a deposição de uma camada de liga de zinco-níquel num substrato de ferro fundido ou de aço

Info

Publication number: PT1881090E
Application number: PT60145190T
Authority: PT
Inventors: Dieter Harald Gollan; Gerard Patron; Thomas Helden; Andreas Heinz Kirchhof
Original assignee: Enthone
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2015-12-01
Also published as: PL1881090T3; US8435398B2; EP1881090A1; EP1881090B1; HUE026918T2; US20080110762A1; ES2553730T3

Description

DESCRIÇÃO

COMPOSIÇÃO ELECTROLÍTICA E PROCESSO PARA A DEPOSIÇÃO DE UMA CAMADA DE LIGA DE ZINCO-NÍQUEL NUM SUBSTRATO DE FERRO

FUNDIDO OU DE AÇO A presente invenção é relativa a uma composição electrolit ica para a deposição de uma camada de liga de zinco-níquel sobre um substrato, em particular um substrato de ferro fundido ou um substrato de aço.

Com vista a melhorar as propriedades superficiais de substratos, em particular em termos de resistência à corrosão, os mesmos são revestidos com revestimentos galvanizados. Conhece-se do estado da técnica uma série de diferentes processos de revestimento para a deposição de diferentes camadas metálicas sobre superfícies de substratos. Por as ligas de zinco-níquel apresentarem uma melhor capacidade anticorrosão do que as camadas apenas de zinco, existe um grande interesse na deposição de ligas de zinco-níquel para melhorar a resistência à corrosão sobre superfícies de substratos.

Sobretudo para ir ao encontro dos requisitos cada vezes mais exigentes ao nível das superfícies de ferro fundido e de aço e da renúncia ao cádmio por parte da indústria automóvel e de aviação, desenvolveu-se nos últimos anos diversos processos para a deposição de camadas de liga de zinco-níquel sobre esse tipo de superfícies de substratos. 0 objetivo comum a estes desenvolvimentos foi o de depositar as ligas de zinco-níquel com um teor de níquel definido. Com os processos conhecidos do estado da técnica, deposita-se normalmente teores de níquel entre 10 a 15%, o que proporciona uma proteção anticorrosão o maior possível.

De modo a depositar essas ligas de zinco-níquel, emprega-se de acordo com o estado da técnica essencialmente dois eletrólitos diferentes. Estes são, por um lado, banhos de liga de zinco-níquel alcalinos e, por outro, banhos contendo cloreto de amónio ligeiramente ácidos. No entanto, os dois tipos de banho apresentam contudo desvantagens consideráveis.

Caso se empregue banhos alcalinos, será apenas possível atingir baixas velocidade de deposição e surgem em particular dificuldades em termos da deposição de substratos de ferro fundido ou de aço. Outra desvantagem é a de os banhos conterem grandes concentrações de substâncias fortemente complexantes, o que leva a uma sobrecarga das águas residuais com estes complexantes com frequência orgânicos e requerendo, por isso, etapas adicionais de tratamento de águas residuais.

Os banhos ligeiramente ácidos contendo cloreto de amónio para a deposição de camadas de liga de zinco-níquel permitem a deposição de camadas resistentes à corrosão com taxas de incorporação de níquel de 10 a 15% de massa, mas apresentam contudo a desvantagem típica dos eletrólitos ácidos levarem com frequência à falta de uniformidade de distribuições de metal nas camadas. Além disso, os iões de amónio que se encontram nos eletrólitos são relevantes em termos ambientais e sobrecarregam extremamente as águas residuais. A concentração de amónio nas águas residuais de estações de galvanização é estritamente regulada e está sujeita a um controlo constante. De modo a respeitar os requisitos impostos pelas autoridades, é necessário em consequência disso realizar tratamentos de águas residuais dispendiosos e caros. Os eletrólitos de zinco-níquel contendo cloreto de amónio para a deposição de camadas de liga correspondentes são conhecidos, por exemplo, das patentes norte-americanas US 4388160 e US 4765871. Além disso, conhece-se do US 4832802 um eletrólito contendo cloreto de amónio à base de cloreto de níquel ou sulfato de níquel como suporte de sal metálico de níquel. Os eletrólitos anteriormente referidos apresentam tipicamente cloreto de amónio numa concentração até 300 g/L, o que requer um tratamento dispendioso das águas residuais.

Devido à distribuição geralmente má do elemento de liga e da espessura da camada, que se consegue quando se emprega eletrólitos contendo cloreto de amónio deste tipo, e devido aos problemas resultantes das águas residuais quando se emprega cloreto de amónio, desenvolveu-se eletrólitos de zinco-níquel para funcionar em meio alcalino.

As camadas de liga de zinco-níquel depositadas a partir desses eletrólitos de zinco-níquel alcalinos mostram tipicamente taxas de incorporação de 10 a 15% de massa de níquel.

Um eletrólito típico deste tipo, como também revelado no US 4765871, apresenta 6 a 17 g/L de zinco, 0,8 a 2,3 g/L de níquel e 112 a 186 g/L de hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio.

Contudo, os eletrólitos deste tipo também dão mostras de ser pouco adequados ao revestimento de ferro fundido ou de aços muito resistentes, como os que são empregues, por exemplo, como materiais de construção para pinças de travão na indústria automóvel. Apenas após medidas de ativação superficial dispendiosas e/ou com deposições de zinco prévias, é possível revestir por deposição estes materiais com uma suficiente qualidade com uma camada de liga de zinco-níquel a partir de um eletrólito alcalino. A par destes problemas, também a baixa velocidade de deposição reduz contudo o resultado económico destes processos de revestimento. A partir da publicação alemã DE 101 46 559, conhece-se um eletrólito à base de cloreto de potássio e acetato de sódio, que apresenta ainda ácido salicílico e ácido nicotínico. Como sistema abrilhantador, o eletrólito aí descrito apresenta um sistema composto por sacarina, um sal de potássio de um naftol polialcoxilado sulfopropilado e etoxilato de alcanol. As camadas de liga de zinco-níquel depositadas a partir daí são resistentes à corrosão e de elevado brilho, mas apresentam contudo uma grande tensão interna. 0 EP1295967 e o SU524866 revelam eletrólitos para a deposição de ligas de zinco-níquel sobre superfícies metálicas, em que os eletrólitos contêm, entre outros, um ácido aminoacético.

Tendo em consideração o anteriormente referido, a presente invenção tem por conseguinte o objetivo de disponibilizar uma composição eletrolítica e um processo para a deposição de uma camada de liga de zinco-níquel sobre um substrato, em particular um substrato de ferro fundido ou de aço, que torne possível superar os problemas conhecidos do estado da técnica.

Este objetivo é atingido em termos da composição eletrolítica por meio de uma composição eletrolítica de acordo com a reivindicação 1, para a deposição de uma camada de liga de zinco-níquel sobre um substrato, que se caracteriza por a composição eletrolítica apresentar ácido aminoacético. A adição de ácido aminoacético a um eletrólito que apresenta zinco e níquel leva de modo surpreendente à deposição de camadas de liga de zinco-níquel, que têm um teor de níquel de 10 a 18% de massa e que não têm praticamente tensão interna.

As composições eletrolíticas de acordo com a invenção têm por base um halogeneto alcalino, preferencialmente um halogeneto de potássio, com particular preferência cloreto de potássio como sal condutor, e apresentam ainda um acetato do grupo composto por acetato de sódio, acetato de potássio ou acetato de amónio ou misturas dos mesmos. A composição eletrolítica de acordo com a invenção apresenta uma relação molar de acetato: ácido aminoacético de aproximadamente 0,35 a aproximadamente 0,91.

Em termos preferenciais, a composição eletrolitica de acordo com a invenção apresenta ácido bórico e um sistema abrilhantador composto por sacarina, benzalacetona, ortoclorobenzaldeído, etoxilato de octanol, e um sal de potássio de um naftol polialcoxilado sulfopropilado.

Neste caso, a concentração de ácido bórico pode encontrar-se entre aproximadamente 10 e 30, preferencialmente entre 15 a 20 g/L. O sistema abrilhantador preferencialmente empregue apresenta de 2 a 4 g/L de sacarina de sódio, 0,025 a 0,2 g/L de benzalacetona, 0, 006 a 0,01 g/L de ortoclorobenzaldeído, 0,8 - 1,2 g/L de etoxilato de octanol, bem como 2,5 a 3,2 g/L de sal de potássio do naftol polialcoxilado sulfopropilado. Além disso, o sistema abrilhantador pode apresentar 0,5 a 1,0 g/L de ácido piridinossulfónico. O cloreto de potássio preferencialmente empregue como sal condutor na composição eletrolitica pode estar presente numa concentração de aproximadamente 190 a 220 g/L na composição. O ácido aminoacético adicionado de acordo com a invenção pode estar presente, em função do sistema eletrolítico, numa concentração de 10 a 50 g/L, preferencialmente de cerca de 30 g/L na composição eletrolitica.

Em termos do processo, o objetivo é atingido por um processo para a deposição de uma camada de liga de zinco-niquel sobre um substrato, em particular um substrato de ferro fundido ou de aço, no qual o substrato a ser revestido, em particular um substrato de ferro fundido ou de aço, é feito contactar com a composição eletrolitica de acordo com a invenção mediante a aplicação de corrente.

Neste caso, a temperatura da composição eletrolitica pode ser entre cerca de 20°C e cerca de 60°C, de preferência entre 30°C e 40°C. É possível ajustar a densidade de corrente a ser ajustada para a deposição da camada entre cerca de 0,5 e cerca de 5 A/dm2, de preferência entre 1,0 e 3,5 A/dm2. A invenção será explicada a título de exemplo com base nos exemplos de execução que se seguem, sem que a invenção fique a estes limitada.

Exemplo de execução 1:

Faz-se contactar um substrato de ferro fundido, a uma temperatura entre 33 e 36°C e com uma densidade de corrente ajustada de 1,0 a 3,5 A/dm2, com uma composição eletrolítica do seguinte tipo:

cloreto de zinco: 60-70 g/L

cloreto de níquel x 6 H20: 100 - 130 g/L

cloreto de potássio: 190 - 220 g/L

ácido bórico: 15 - 20 g/L

acetato de sódio * 3H20: 25 g/L

ácido aminoacético: 30 g/L

sacarina de sódio: 2-4 g/L

benzalacetona: 0,025 - 0,20 g/L

ortoclorobenzaldeido: 0,006 - 0,01 g/L

etoxilato de octanol: 0,8 - 1,2 g/L

sal de potássio do naftol polialcoxilado sulfopropilado: 2,5 - 3,2 g/L O valor de pH da composição eletrolítica aqui descrita encontra-se entre 5 e 6.

Exemplo de execução 2:

cloreto de zinco: 60 - 70 g/L

cloreto de níquel x 6 H20: 100 - 130 g/L cloreto de potássio: 190 - 220 g/L

ácido bórico: 15 - 20 g/L

acetato de sódio * 3H20: 25 g/L

ácido aminoacético: 30 g/L

sacarina de sódio: 2-4 g/L

benzalacetona: 0,025 - 0,050 g/L

ácido piridinossulfónico: 0,5 - 1,0 g/L

etoxilatos de octanol: 0,8 - 1,2 g/L

sal de potássio do naftol polialcoxilado sulfopropilado: 2,5 - 3,2 g/L O valor de pH da composição eletrolitica aqui descrita encontra-se entre 5 e 6.

Exemplo de execução 3:

Fez-se contactar substratos de aço e substratos de aço para a galvanização em tambor a uma temperatura entre 33 e 35°C com uma composição eletrolitica do seguinte tipo. cloreto de zinco: 60 - 76 g/L

cloreto de níquel x 6 H20: 100 - 130 g/L

cloreto de potássio: 190 - 220 g/L

ácido bórico: 15 - 20 g/L

acetato de potássio: 25 g/L

ácido aminoacético: 30 g/L

sacarina de sódio: 2-4 g/L

benzalacetona: 0,025 - 0,050 g/L

ortoclorobenzaldeído: 0, 008 - 0,012 g/L

etoxilatos de octanol: 0,8 - 1,2 g/L

sal de potássio do naftol polialcoxilado sulfopropilado: 2,5 - 3,2 g/L

Ajustou-se neste caso uma densidade de corrente entre 0,5 e 1,0 A/dm2. O valor de pH da composição eletrolitica era entre 5 e 6.

DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição • US 4388160 A [0006] • US 4765871 A [0006] [0009] • US 4832802 A [0006] • DE 10146559 [0011] • EP 1295967 A [0012] • SU 524866 [0012]

Lisboa, 19 de Novembro de 2015

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Composição eletrolítica para a deposição de uma camada de liga de zinco-níquel com um teor de níquel de 10 a 18% de massa sobre um substrato, em que a composição eletrolítica contém iões de zinco e iões de níquel, caracterizada por a composição eletrolítica apresentar ácido aminoacético e um acetato do grupo composto por acetato de sódio, acetato de potássio, acetato de amónio ou misturas destes, numa relação molar de acetato : ácido aminoacético de 0,35 a 0,91.
2. Composição eletrolítica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por apresentar ainda pelo menos um halogeneto alcalino, de preferência halogeneto de potássio, com particular preferência cloreto de potássio.
3. Composição eletrolítica de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizada por apresentar ainda ácido bórico.
4. Composição eletrolítica de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizada por apresentar ainda um sistema abrilhantador.
5. Processo para a deposição de uma camada de liga de zinco-níquel com um teor de níquel de 10 a 18% de massa sobre um substrato, em particular um substrato de ferro fundido ou de aço, caracterizado por, com vista à deposição, se fazer contactar o substrato, mediante aplicação de corrente, com uma composição eletrolítica de acordo com uma das reivindicações 1 a 4.
6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o substrato contactar, a uma temperatura entre 20°C e 60°C, de preferência entre 30°C e 40°C, com a composição eletrolitica.
7. Processo de acordo com uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado por, com vista à deposição da camada, se ajustar uma densidade de corrente entre 0,5 e 5 A/dm2, de preferência entre 1,0 e 3,5 A/dm2. Lisboa, 19 de Novembro de 2015