Acondicionamiento de superficies metálicas antes de su fosfatación.

Una composición líquida acuosa, adecuada para el acondicionamiento de superficies metálicas antes del tratamiento de revestimiento por conversión de fosfato de las mismas,

comprendiendo dicha composición líquida, además de agua:

(A) un componente en polvo sólido no disuelto, pero dispersado establemente, que comprende fosfatos que contienen al menos un metal divalente o trivalente, en donde la concentración de componente (A) que tiene un tamaño de partícula de no más de 5 μm está en el intervalo de 0,001 a 30 g/l; y

(B) un componente acelerante seleccionado de homopolímeros o copolímeros de acetato de vinilo y derivados de poli(alcohol vinílico) solubles en agua de los mismos.

Acondicionamiento de superficies metálicas antes de su fosfatación CAMPO Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere generalmente a la técnica de los tratamientos de revestimiento por conversión de fosfato que se ejecutan sobre las superficies de metales tales como hierro, acero, chapa de acero galvanizado, aluminio, y aleaciones de magnesio. Más específicamente, la invención se refiere a una composición y a un procedimiento para acondicionar superficies metálicas antes de estos tratamientos de conversión con el fin de acelerar las reacciones de conversión, acortar el tiempo de tratamiento y micro-dimensionar los cristales de revestimiento de fosfato.

La formación de cristales de revestimiento de fosfato densos y microfinos se considera deseable, tanto en el ámbito de los tratamientos de fosfato en automoción como en el ámbito de los tratamientos de fosfato asociados con el trabajo de plásticos. La formación de un revestimiento de este tipo se considera deseable, en el primero de los casos, con el fin de mejorar la resistencia a la corrosión post-pintura y, en el último caso, con el fin de reducir la fricción durante el prensado y prolongar la vida de la herramienta de prensa. Con el fin de obtener cristales de revestimiento de fosfato densos y microfinos, se ejecuta un proceso de acondicionamiento de superficies antes del tratamiento de revestimiento por conversión de fosfato, con el objetivo de activar la superficie metálica y producir núcleos para la deposición de los cristales de revestimiento de fosfato. La siguiente secuencia de tratamiento es un ejemplo generalizado de los procesos de revestimiento por conversión de fosfato que se utilizan para producir cristales de revestimiento de fosfato densos y microfinos:

(1) desengrasado;

(2) enjuague con agua del grifo (en múltiples etapas);

(3) acondicionamiento de superficies;

(4) tratamiento de revestimiento por conversión de fosfato;

(5) enjuague con agua del grifo (en múltiples etapas);

(6) aclarado con agua purificada.

La etapa de acondicionamiento de la superficie se utiliza para inducir la formación de cristales de revestimiento de fosfato densos y microfinos. Las composiciones utilizadas para este fin son conocidas, por ejemplo, a partir de las Patentes de Estados Unidos números 2.874.081, 2.322.349 y 2.310.239, en las que titanio, iones pirofosfato, iones ortofosfato e iones sodio se describen como los principales componentes constituyentes en el agente acondicionador de superficies. Estas composiciones de acondicionamiento de la superficie, conocidas como sales de Jernstedt, contienen iones titanio y titanio coloidal en disolución acuosa.

El coloide de titanio es adsorbido sobre la superficie del metal cuando el metal desengrasado, enjuagado con agua, se sumerge en o se pulveriza con una disolución acuosa de la composición de acondicionamiento de la superficie. El coloide de titanio adsorbido forma núcleos para la deposición de los cristales de revestimiento de fosfato en el tratamiento de revestimiento por conversión de fosfato resultante y, con ello, apoya e induce una aceleración de las reacciones de conversión y un micro-dimensionamiento y la densificación de los cristales de revestimiento de fosfato. Las composiciones de acondicionamiento de superficies actualmente en uso comercial emplean todas sales de Jernstedt, pero se ha asociado una serie de problemas con el uso en procesos de acondicionamiento de superficies de los coloides de titanio obtenidos a partir de sales de Jernstedt.

Un primer problema es el deterioro en el tiempo en la composición líquida de acondicionamiento de superficies. Disoluciones acuosas que acaban de ser preparados a partir de las composiciones de acondicionamiento de superficies de la técnica anterior son, de hecho, muy eficaces en términos de un dimensionamiento microfino y la densificación de los cristales de revestimiento de fosfato. Sin embargo, en el espacio de varios días después de la preparación de la disolución acuosa, estos baños sufren una pérdida de actividad debido a la agregación del coloide de titanio - independientemente de si la composición líquida de acondicionamiento de la superficie se ha utilizado durante este período de tiempo o no lo ha sido. Esta pérdida de actividad se traduce en un engrosamiento de los cristales de revestimiento de fosfato.

Con el fin de hacer frente a este problema, la solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública (Kokai o no examinada) Sho 63-76883 (76.883/1988) ha descrito un método para el mantenimiento y la gestión de la actividad de acondicionamiento de superficies. En este método, se mide el tamaño medio de partícula del coloide de titanio en la composición líquida de acondicionamiento de superficies y la composición líquida de acondicionamiento de superficies se descarga continuamente con el fin de mantener el tamaño medio de partícula por debajo de un valor constante específico. Además, la composición de acondicionamiento de superficies se suministra en una cantidad suficiente para compensar la cantidad descargada. Si bien este método hace posible una gestión cuantitativa del factor primario relacionado con la actividad de la composición líquida de acondicionamiento de superficies, también se requiere la descarga de composición líquida de acondicionamiento de superficies con el fin de mantener la actividad. Además de

ello, este método requiere la descarga de grandes cantidades de composición líquida de acondicionamiento de superficies con el fin de mantener la misma actividad de la composición líquida a la del período inicial después de la preparación de la disolución acuosa. Esto crea problemas con respecto a la capacidad de tratamiento de aguas residuales de plantas que emplean este método y, como resultado, la actividad se mantiene realmente a través de una combinación de la descarga continua de la composición líquida de acondicionamiento de superficies y la renovación total.

Un segundo problema es que la actividad y la vida de la composición líquida de acondicionamiento de superficies dependen fuertemente de la calidad del agua utilizada para la acumulación de la composición líquida de acondicionamiento de superficies. Típicamente, se utiliza agua industrial para constituir baños de acondicionamiento de superficies. Sin embargo, como es bien conocido, la mayoría del agua industrial contiene componentes catiónicos, p. ej. calcio y magnesio, que hacen "dura" al agua, y el contenido de este componente varía en función de la fuente del agua industrial. Es sabido que el coloide de titanio, que es el componente principal de los baños de acondicionamiento de superficies de la técnica anterior, porta una carga aniónica en disolución acuosa y se mantiene en un estado dispersado, no sedimentable, por las fuerzas de repulsión eléctricas correspondientes. Cuando el componente catiónico en agua industrial está presente en una gran cantidad, el coloide de titanio es neutralizado eléctricamente por el componente catiónico, de modo que las fuerzas eléctricas de repulsión ya no son eficaces y la actividad del coloide de titanio se anula de esta manera debido a la ocurrencia de agregación y sedimentación.

Se ha propuesto la adición de fosfatos condensados tales como pirofosfatos a los baños de acondicionamiento de superficies con el fin de secuestrar el componente catiónico y mantener con ello la estabilidad del coloide de titanio. Sin embargo, cuando se añaden en grandes cantidades a una composición líquida de acondicionamiento de superficies, el fosfato condensado reacciona con la superficie de la chapa de acero para formar un revestimiento, lo cual resulta en la producción de defectos de conversión en el subsiguiente tratamiento de revestimiento por conversión de fosfato. Finalmente, en localidades que sufren concentraciones muy altas de magnesio y calcio, la composición líquida de acondicionamiento de superficies debe ser constituida y suministrada con agua utilizando agua pura, lo cual es muy antieconómico.

Un tercer problema se relaciona con las condiciones de temperatura y pH que se deben utilizar durante el proceso de acondicionamiento de superficies. Específicamente, la actividad de acondicionamiento de superficies no se puede generar a una temperatura superior a 35°C y a un pH fuera del intervalo de 8,0 a 9,5 debido a la agregación del coloide de titanio. Esto ha hecho necesario el uso de intervalos de temperaturas y de pH muy específicos cuando se utilizan las composiciones de acondicionamiento de superficies de la técnica anterior. Esto también ha hecho que sea imposible conseguir una limpieza y activación de las superficies de metal sobre una base a largo plazo utilizando una sola composición líquida... [Seguir leyendo]

1. Una composición líquida acuosa, adecuada para el acondicionamiento de superficies metálicas antes del tratamiento de revestimiento por conversión de fosfato de las mismas, comprendiendo dicha composición líquida, además de agua:

(A) un componente en polvo sólido no disuelto, pero dispersado establemente, que comprende fosfatos que contienen al menos un metal divalente o trivalente, en donde la concentración de componente (A) que tiene un tamaño de partícula de no más de 5 pm está en el intervalo de 0,001 a 30 g/l; y

(B) un componente acelerante seleccionado de homopolímeros o copolímeros de acetato de vinilo y derivados de pol¡(alcohol vinílico) solubles en agua de los mismos.

2. Una composición líquida según la reivindicación 1, que comprende, además:

(C) un componente de sal de metal alcalino y/o amonio alcalinizante disuelto.

3. Una composición líquida según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la concentración de componente (A) que tiene un tamaño de partícula de no más de 1,7 pm está en el intervalo de 0,10 a 30 g/l.

4. Una composición líquida según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la concentración de componente (B) está en el intervalo de 0,001 a 2,0 ppt.

5. Una composición líquida según la reivindicación 4, cuando depende de la reivindicación 2, en donde la concentración de componente (C) está en el Intervalo de 0,5 a 20 g/l.

6. Un método de preparar una composición líquida según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos parte de dicho material sólido destinado a formar el componente (A) se muele para formar un polvo en una disolución acuosa del material de componente (B) para formar con ello dicho componente de polvo establemente dispersado en la misma, y después de ello, utilizando dicha mezcla después de la molienda como dicha composición líquida o mezclando dicha mezcla después de la molienda con uno o más de otros líquidos para formar la composición líquida.

7. Un procedimiento para acondicionar una superficie metálica antes de su tratamiento de revestimiento por conversión de fosfato, en el que dicha superficie metálica se pone en contacto con una composición líquida de acondicionamiento de superficies según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, o según se obtiene por el método de la reivindicación 5.

8. Un procedimiento para aplicar un revestimiento por conversión de fosfato a una superficie metálica, en que dicha superficie metálica se acondiciona primero mediante el procedimiento de la reivindicación 7, y después de ello la superficie, así acondicionada, se somete a la formación de un revestimiento por conversión de fosfato sobre la misma.

9. Un procedimiento según la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en el que, con el fin de activar y limpiar simultáneamente dicha superficie, la composición líquida de acondicionamiento de superficies empleada comprende adicionalmente tensioactivo no iónico y/o tensioactivo aniónico.