WO2012009773A1

WO2012009773A1 - Método para produção de aços inoxidáveis coloridos via eletroquímica empregando-se solução sulfocromica com baixo teor de cromo

Info

Publication number: WO2012009773A1
Application number: PCT/BR2011/000216
Authority: WO
Inventors: Rosa Maria Rabelo Junqueira; Célia Regina de Oliveira LOUREIRO
Original assignee: Fundação Centro Tecnológico Do Estado De Minas Gerais - Cetec; Fundação De Amparo À Pesquisa Do Estado De Minas Gerais - Fapemig
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2012-01-26
Also published as: BRPI1002250B1; BRPI1002250A2; BRPI1002250A8

Abstract

A presente invenção propõe uma inovação no processo de coloração de aços inoxidáveis em solução sulfocrômica por corrente pulsada, pela redução drástica do teor de cromo no banho de coloração visando a maior sustentabilidade do processo. No novo método proposto, a baixa concentração de cromo, compreendida entre 4 e 43 g/L de Cr03 na solução de coloração, resulta em uma tecnologia ainda mais limpa, propiciando um ambiente de trabalho mais favorável e, também, a um decréscimo substancial dos custos de produção. Por esse novo método, os aços inoxidáveis coloridos obtidos apresentam cores homogéneas e boa resistência à abrasão, comparáveis aos obtidos pelos processos comerciais, via eletroquímica. Para compensar a redução do cromo é necessária a modificação dos outros parâmetros do processo para garantir a qualidade do produto. O aço inoxidável colorido, obtido com a presente invenção, pode ser aplicado na construção civil e na arquitetura, para revestimentos externos e internos de paredes, tetos e telhados, metais sanitários, mobiliário urbano, sinalização e também em obras de arte tais como nas esculturas. Este processo é constituído das seguintes etapas: (1 ) desengraxamento, (2) lavagem, (3) pré-tratamento eletroquímico, (4) lavagem, (5) coloração em solução sulfocrômica com baixo teor de cromo na faixa de temperatura de 25° C a 75° C, que utiliza imposição de corrente, seguido de (6) lavagem, (7) endurecimento eletroquímico e (8) lavagem.

Description

Relatório Descritivo da patente de Invenção para: "MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE AÇOS INOXIDÁVEIS COLORIDOS VIA ELETROQUÍMICA EMPREGANDO-SE SOLUÇÃO SULFOCRÔMICA COM BAIXO TEOR DE CROMO"

A presente invenção se refere a um método de coloração, em batelada, de aços inoxidáveis via eletroquimica por corrente alternada para produção de aços inoxidáveis coloridos com satisfatória homogeneidade da cor e elevada resistência à abrasão.

Esse método toma como base a patente PI 9703991-8 e propõe uma inovação no processo pela redução drástica do teor de cromo no banho eletroquimico de coloração visando a maior sustentabilidade do processo. A redução na faixa de 80 a 98% da quantidade adicionada de anidrido crômico na solução de coloração do processo industrial resulta em uma tecnologia mais limpa do que a atual, da patente PI 9703991-8, por minimizar o lodo de cromo gerado no tratamento dos efluentes e melhorar as condições de trabalho e preservar a saúde ocupacional dos operários da linha de produção.

A presente invenção vem ao encontro das atuais exigências normativas dos grandes mercados consumidores que obriga os fabricantes do segmento de tratamento de superfícies a encontrar soluções amigáveis ao meio ambiente .

Atualmente, o processo de coloração de aços inoxidáveis utilizado industrialmente, no Brasil, é o descrito na carta PI9703991-8, que consiste de imersão do aço inoxidável em solução sulfocrômica concentrada, na temperatura ambiente. Nestas condições, um filme de óxidos cresce na superfície dos aços inoxidáveis pela aplicação de pulsos de corrente com formas de ondas variadas. Conforme descrito por Evans (UK Pat . 1, 122, 172 e 1, 122, 173), a sensação de cor, provocada pela presença do filme na superfície, resulta de fenómenos de interferência luminosa, onde parte da luz incidente reflete na superfície do filme, parte difrata através do filme e reflete na interface metal/óxido .

A interferência entre as duas ondas anula ou amplia alguns comprimentos de onda por efeitos de interferência destrutiva ou construtiva, conforme o grau de defasagem entre elas, devido ao caminho adicional percorrido pela luz difratada no interior do filme. Desta maneira, a cor é determinada pela espessura desta camada, que cresce com o tempo de imersão.

Na presente invenção, a coloração do aço inoxidável também ocorrerá pelo crescimento de um filme de interferência na superfície do aço, entretanto, as condições de processo foram modificadas em relação ao processo PI9703991-8, principalmente, no que diz respeito à concentração da solução sulfocrômica e temperatura do processo. A minimização do teor de cromo na solução de coloração resulta no decréscimo do poder oxidante desta solução, sendo necessária a modificação de outros parâmetros de processo tais como temperatura da solução, forma de onda e duração dos pulsos aplicados, que combinados compensam o efeito da redução do poder de oxidação garantindo a qualidade do produto.

O produto resultante do método proposto, também como na PI 9703991-8, pode ser aplicado nos campos da construção civil e arquitetura para revestimentos externos e internos de paredes, tetos e telhados, metais sanitários e mobiliário urbano. Em instalações comerciais pode ser utilizado como material de construção de balcões expositores, refrigeradores e máquinas tais como cafeteiras e de sorvete. Em utensílios domésticos e cutelaria tais como garfos, colheres, bandejas, etc. O aço inoxidável colorido também pode ser aplicado nos campos do design e decoração em móveis, luminárias e similares, esculturas. É utilizado também para confecção de placas de sinalização e identificação .

A presente invenção foi comparada com outros métodos e processos de coloração de aços já patenteados.

No atual estado da técnica para coloração de aços inoxidáveis foram encontradas as seguintes patentes relacionadas CN1458300A, CN1487119 e C 1584128 (A) .

O método proposto, nesta invenção, difere das patentes citadas, principalmente, pela concentração muito mais baixa de cromo empregada na solução de coloração. Este método, além de mitigar a agressividade ao meio ambiente, permite controle restrito da tonalidade, boa estabilidade do banho e alta reprodutibilidade das cores do produto, de modo semelhante ao PI 9703991-8.

A baixa concentração de cromo na solução de coloração leva a um ambiente de trabalho mais favorável à saúde dos operários e também a um decréscimo substancial dos custos de produção. Essa redução de custos está associada à diminuição de consumo de reagentes no processo produtivo e na estação de tratamento de efluentes e, ainda, na redução dos custos de destinação de resíduos sólidos rico em cromo. A presente invenção consiste de um processo eletroquímico de coloração de aços inoxidáveis em soluções de ácidos crômico e sulfúrico em baixa de concentração de cromo, em uma faixa de temperatura de 25 a 75 °C, incluindo uma sequência de operações de lavagens, secagens e endurecimento do filme, conforme o fluxograma da Figura 1. Inicialmente, as peças de aço inoxidável são submetidas a um processo de desengraxamento alcalino (Fig.l numeral 1), por um intervalo de tempo de 5 a 15 minutos, em uma faixa de temperatura de 60 a 90 °C.

O desengraxamento é seguido de lavagem em água na temperatura de 25 a 50 °C (Fig.l numeral 2). Em seguida a amostra lavada é submetida à pré-tratamento (Fig.l numeral 3) para uniformização da superfície que pode ser anódico ou catódico, dependendo do acabamento superficial da peça de aço. Este pré-tratamento é conduzido em soluções de Na₂S0₄ 10% de concentração, em correntes de 0,01 a 2 A/dm². O pré- tratamento é seguido de lavagem em água na temperatura de 25 a 50 °C (Fig.l numeral 4).

A coloração propriamente dita (Fig.l numeral 5) deve ser conduzida em solução sulfocrômica contendo H₂SO₄ na faixa de 500 a 800 g/L e Cr0₃ na faixa de 4,0 a 43,0 g/L, à temperatura entre 25°C e 75°C, aplicando-se correntes com forma de onda variadas, conforme carta patente PI9703991-8, com densidade de corrente anódica entre 0,01 a 0,5A/dm² e densidade de corrente catódica entre 0,03 a 0,40 A/dm². Após o tratamento de coloração, a amostra passa novamente pelo processo de lavagem (Fig.l numeral 6), passando primeiro por um enxague em tanque de água seguido de tratamento catódico para endurecimento do filme (Fig.l numeral 7 ) .

Para este tratamento podem ser utilizadas as seguintes soluções: 2,5 g/L H₂S0₄+ 250 g/L Cr0₃ ou 2,5g/L H3PO4 + 250 g/L Cr0₃ na temperatura de (25 a 40°C) . A densidade de corrente catódica a ser aplicada é de 0,5 a 4,0A/dm² por 5 a 20 minutos, dependendo da tonalidade e intensidade da cor desejada. Após o tratamento de fixação a peça colorida é novamente lavada em água à temperatura entre 75 °C e 90 °C (Fig.l numeral 8), e seca, em região específica, onde é feita a medição da cor em colorímetro portátil, para controle do processo.

Atuando nas variáveis eletroquímicas das etapas de coloração e endurecimento do filme podem ser obtidas as cores bronze, azul, dourado, púrpura, verde e cores de transição. Embora o processo de coloração de aços inoxidáveis via eletroquimica, aqui descrito, pareça a forma de realização preferencial da invenção compreender- se-ia que quaisquer modificações são possíveis, sem que isso altere o escopo inventivo ora apresentado.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para produção de aços inoxidáveis coloridos via eletroquimica empregando-se solução sulfocrômica com baixo teor de cromo caracterizado por apresentar as seguintes etapas:

(1) desengraxamento alcalino,

(2) lavagem em água na temperatura de 25 a 50 °C;

(3) pré-tratamento anódico ou catódico da superfície para uniformização da mesma, que consiste em utilizar soluções de Na₂S0₄ em 10% de concentração, em correntes de 0,01 a 2 A/dm²;

(4) lavagem em água na temperatura de 25 a 50 °C;

(5) Secagem;

(6) Coloração de aços inoxidáveis por imersão em solução sulfocrômica contendo H2SO4 na faixa de 500 a 800 g/L e Cr0₃ na faixa de 4,0 a 43 g/L, à temperatura entre 25°C e 75°C, aplicando-se correntes com forma de onda variadas, conforme carta patente PI9703991-8, com densidade de corrente anódica de 0,1 a 0,5 A/dm² e densidade de corrente catódica de 0,03 a 0,40 A/dm²;

(7) lavagem em água na temperatura de 25 a 50 °C;

(8) tratamento catódico para endurecimento do filme, onde se utilizam as seguintes soluções: 2,5g/L H₂S04 + 250g/L Cr0₃ ou 2,5 g/L H₃P0₄ + 250g/L Cr0₃, na temperatura de 25°C a 400°C, cuja corrente catódica a ser aplicada é de 0,5 a 4,0 A/dm² por aproximadamente 5 a 20 minutos, seguido de (8) lavagem.

(9) lavagem em água na temperatura de 75°C a 90°C;

2. Método para produção de aços inoxidáveis coloridos via eletroquimica empregando-se solução sulfocrômica com baixo teor de cromo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as chapas a serem coloridas devem ser de aço inoxidável da série ferrítica e/ou austenítica com acabamentos superficiais do tipo 2B, BA, BB, espelhada, jateada, polida ou escovada;

3. Método para produção de aços inoxidáveis coloridos via eletroquimica empregando-se solução sulfocrômica com baixo teor de cromo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: os passos (1) e (2) e (5) podem ser omitidos.

4. Método para produção de aços inoxidáveis coloridos via eletroquimica empregando-se solução sulfocrômica com baixo teor de cromo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o desengraxamento (1) pode também ser realizado através de solventes orgânicos, tais como: cloreto de metileno, tricloroetano .

5. Método para produção de aços inoxidáveis coloridos via eletroquimica empregando-se solução sulfocrômica com baixo teor de cromo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pode-se utilizar no pré- tratamento anódico ou catódico quaisquer outras substâncias que alterem o estado de passivação da superfície, tais como: solução de HN0₃ em concentrações de 50 a 250g/L, H₃PO₄ e Cr0₃, ácido oxálico, sulfúrico e/ou suas misturas.

6. Método para produção de aços inoxidáveis coloridos via eletroquimica empregando-se solução sulfocrômica com baixo teor de cromo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa de coloração (6) , pode-se substituir a corrente utilizada por potencial imposto que produza corrente de resposta com formas semelhantes à combinações de pulsos, rampas, patamares, parábolas e/ou hipérboles.

7. Método para produção de aços inoxidáveis coloridos via eletroquimica empregando-se solução sulfocrômica com baixo teor de cromo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa de (6) coloração em solução sulfocrômica em concentrações compreendidas entre 500 a 800 g/L de H₂S0₄ e Cr0₃ na faixa de 4,0 a 43 g/L, à temperatura entre 25°C e 75°C, aplicando-se correntes com forma de onda variadas, aplicando-se densidades de corrente anódica de 0,01 a 0,50 A/dm² e densidades de corrente catódica de 0,03 a 0,40A/dm², que são impostas através de corrente alternada, com formas de onda compostas por combinações de pulsos, rampas, patamares, parábolas e/ou hipérboles;

8. Método para produção de aços inoxidáveis coloridos via eletroquimica empregando-se solução sulfocrômica com baixo teor de cromo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: na etapa

(7) de tratamento catódico para endurecimento do filme se utilizam as seguintes soluções: 2,5g/L H2SO4 + 250g/L Cr0₃ ou 2,5 g/L H3PO4 + 250g/L Cr0₃, na temperatura de 25 a 40°C, cuja corrente catódica a ser aplicada é de 0,5 a 4,0 A/dm² por aproximadamente 5 a 20 minutos, seguido de (8) lavagem.