Capa de compuesto ultraduro sobre superficies metálicas y procedimiento para su fabricación.

Sustrato metálico con una capa ultradura de compuesto formada por una matriz inorgánica de tipo vítreo,

que contiene una o varias cargas de relleno abrasivas; el diámetro de las partículas de las cargas de relleno o la geometría de plaquita de las partículas de las cargas de relleno es menor que el grosor de la capa de compuesto y la cantidad de las cargas de relleno abrasivas dentro de la capa de compuesto se sitúa entre el 1 y el 35 % del peso total de la capa de compuesto acabada.

Capa de compuesto ultraduro sobre superficies metálicas y procedimiento para su fabricación Las superficies metálicas, excepto las de metales duros o metales templados especiales, son por lo general relativamente blandas si se comparan con los materiales cerámicos. Por ello son muy sensibles frente a medios abrasivos o productos de pulido o chorreado. Esto significa que las superficies metálicas, en especial cuando están pulidas, son muy sensibles a los productos de limpieza (abrillantadores) , lana (estopa) de acero, pero también frente a otros objetos rascadores (raspadores) , p.ej. cremalleras o clips sujetapapeles. Entonces las superficies metálicas pierden muy rápidamente su superficie de aspecto distinguido y se vuelven mates y deslustrados (vulgares) .

Pero también en otros sectores son importantes las superficies metálicas templadas: por ejemplo en la industria mecánica y en el sector de la automoción se emplean superficies de acero cromado para endurecer las superficies sometidas a desgaste, p.ej. pistones y bielas, camisas de cilindro y muchos otros, con el fin de evitar o reducir el desgaste y de este modo prolongar la vida útil. En otros procedimientos se endurecen las superficies por ejemplo por nitrurado o carbonización, en las que por la difusión del nitrógeno o carbono a través de la superficie se generan nitruros o carburos.

También con la deposición de nitruros o carburos por el procedimientos llamado CVD (p.ej. TiN, ZrN, carbono vitrifi

cado) se pueden aplicar capas duras sobre las superficies. Estas capas son por lo general muy delgadas y los procedimientos en cuestión solo se pueden aplicar con limitaciones a superficies grandes y/o geometrías complejas. Además, con el procedimiento CVD solamente se puede fabricar un número muy limitado de colores.

Los procedimientos PVD se emplean también para recubrir superficies, pero por lo general estas capas debido a su deposición (crecimiento) normalmente de tipo columna no son muy estables desde el punto de vista mecánico ni químico.

Las capas cerámicas pueden aplicarse sobre superficies metálicas por procedimientos de proyección a la llama o proyección de plasma. Estas capas tienen un grosor que puede alcanzar varios centenares de µm, suelen ser muy resistentes a la abrasión, pero no son transparentes, son muy frágiles y por lo general no resisten los choques térmicos.

Las capas delgadas transparentes basadas en sistemas sol-gel y los sistemas nanométricos pueden fabricar por procedimientos de recubrimiento húmedo. En el documento DE-A-10 2004 001097 (correspondiente al WO-A

2005/066388) se describe una tecnología de recubrimiento, con la que se pueden obtener capas de un grosor de unos pocos µm sobre superficies metálicas. A pesar de estos grosores pequeños, las capas son muy resistentes a la abrasión y no se rayan por ejemplo con las esponjas de fregar que contienen corindón. No obstante, después de una acción prolongada de los materiales de molienda y pulido basados en corindón o carburo de silicio pueden resultar seriamente dañadas.

En el documento US-A1-2003/0012971 se describe un sustrato, p.ej. una aleación de aluminio, con un recubrimiento para mejor la resistencia a la abrasión y a la corrosión, que contiene partículas inorgánicas de un tamaño por lo menos de 1 micras incrustadas dentro del compuesto ormosilo (silano modificado orgánicamente) , el recubrimiento puede conseguir por aplicación de un compuesto ormosilo que contenga dichas partículas sobre el sustrato.

45 En DE-A1-10 2005 050593 se describe un encolante (ensimaje) que contiene partículas de nitruro de silicio y un ligante (aglomerante) , es decir, partículas sólidas nanométricas o productos previos de fabricación, para el recubrimiento duradero de objetos moldeados, que son apropiados para masa fundidas corrosivas de metales no férricos.

50 En el documento DE-A1-10 2006 040385 se describen capas desmoldeantes duraderas, estables a la temperatura, en las que se emplean ligantes nanométricos como fase aglomerante para el nitruro de boro hexagonal, similar al grafito.

El objeto de la invención consiste, pues, en desarrollar un sistema de recubrimiento transparente, traslúcido o colo

55 reado, para superficies metálicas, que no presente los inconvenientes recién citados. En comparación con los sistemas mencionados deberá tener en especial una resistencia a la abrasión extraordinariamente elevada y poder aplicar por un procedimiento de recubrimiento de química húmeda. Aparte de la capa protectora ultradura debería permitir además conferir cualquier coloración deseada al sustrato metálico.

60 Este objeto se alcanza de modo sorprendente con la aplicación de una composición de recubrimiento, que contiene productos previos de un matriz inorgánica vítrea y cargas de relleno finas, muy resistentes a la abrasión, sobre la superficie metálica de un sustrato y su densificación (compactación) térmica; el tamaño de las partículas de la carga de relleno abrasiva empleada es menor que el grosor de la capa formada y la cantidad de las cargas de relleno abrasivas dentro de la capa de compuesto se sitúa entre el 1 y el 35 % del peso total de la capa de compuesto 65 acabado. 2

La invención se refiere, pues, a un sustrato metálico con una capa de compuesto ultraduro de matriz inorgánica vítrea, que contiene una o varias cargas de relleno abrasivas; el diámetro de las partículas de las cargas de relleno o, en el caso de que las partículas de las cargas de relleno tengan una geometría de tipo plaquita, el grosor de las partículas de las cargas de relleno será menor que el grosor de la capa de compuestos y la cantidad de las cargas de relleno abrasivas dentro de la capa de compuesto se sitúa entre el 1 y el 35 % del peso total de la capa de compuesto acabada; y un procedimiento para la fabricación de estos sustratos metálicos recubiertos con la capa de compuesto.

De modo sorprendente, estas capas de compuesto se caracterizan por su resistencia enormemente elevada al rayado y a la abrasión, de modo que se puede hablar de capas ultraduras. Dado que la capa de compuesto puede depositarse por química húmeda, la fabricación es además sencilla y económica y puede dotarse con esta capa de compuesto incluso los sustratos metálicos de geometrías complejas. Además, dado que la capa de compuesto puede fabricarse transparente y que pueden intercalarse capas intermedias entre el sustrato metálico y la capa de compuesto, de aquí resulta que, según convenga, pueden generarse efectos de color incorporando los colorantes apropiados a la capa de compuesto propiamente dicha o a una capa intermedia. Por otro lado, las capas pueden ser muy delgadas.

Los mejores resultados se han conseguido cuando se han empleado las composiciones de recubrimiento descritas en el documento DE-A-10 2004 001097 para la formación de la matriz vítrea inorgánica. También los procedimientos de densificación térmica de la capa, allí descritos, han demostrado ser adecuados. Las composiciones de recubrimiento allí descritas para la matriz vítrea inorgánica y los pasos del procedimiento de la densificación térmica se incorporan a la presente como referencias. A continuación se describe la invención con detalle.

Como sustrato metálico a recubrir o superficie metálica a recubrir según la invención son apropiadas todas las superficies compuestas por un metal o una aleación metálica o que contienen dicho metal o dicha aleación metálica, p.ej. los sustratos de otro material, que por lo menos en una superficie esté provisto de una capa metálica. El metal incluye en esta solicitud también a las aleaciones de metales. El sustrato metálico puede ser p.ej. un producto semifabricado, por ejemplo planchas, chapas, tubos, varillas o alambre, componentes o productos acabados. El sustrato metálico puede tener la totalidad de su superficie ocupada con la capa del compuesto. Obviamente también es posible dotar de dicha capa de compuesto solamente algunas zonas o partes individuales de la superficie metálica, p.ej. cuando solamente determinadas zonas necesitan una protección de este tipo.

Los ejemplos de metales adecuados para el sustrato metálico son el aluminio, titanio, estaño, cinc, cobre, cromo o níquel, incluyendo las superficies cincadas, cromadas o esmaltadas. Son ejemplos de aleaciones metálicas en especial el acero o el acero inoxidable, las aleaciones de aluminio, magnesio y cobre, por ejemplo el latón y el bronce. De modo especialmente preferido se emplean superficies... [Seguir leyendo]

1. Sustrato metálico con una capa ultradura de compuesto formada por una matriz inorgánica de tipo vítreo, que contiene una o varias cargas de relleno abrasivas; el diámetro de las partículas de las cargas de relleno o la geome

tría de plaquita de las partículas de las cargas de relleno es menor que el grosor de la capa de compuesto y la cantidad de las cargas de relleno abrasivas dentro de la capa de compuesto se sitúa entre el 1 y el 35 % del peso total de la capa de compuesto acabada.

2. Sustrato metálico con una capa ultradura de compuesto según la reivindicación 1, caracterizado porque la carga 10 de relleno abrasiva es una carga de relleno de un material duro.

3. Sustrato metálico con una capa ultradura de compuesto según la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, caracterizado porque la matriz vítrea inorgánica contiene un silicato alcalino o alcalinotérreo.

4. Sustrato metálico con una capa ultradura de compuesto según una de las reivindicaciones de 1 a 3, caracterizado porque por lo menos una carga de relleno abrasiva se elige entre los carburos, nitruros o boruros de metales de transición, los diamantes naturales o sintéticos, el corindón, las piedras preciosas naturales o sintéticas, el boro, el nitruro de boro, el carburo de boro, el carburo de silicio, el nitruro de silicio y el Al2O3 en forma de plaquitas, dicha carga de relleno de material duro se elige con preferencia entre el corindón, el carburo de silicio y el carburo de volframio.

5. Sustrato metálico con una capa ultradura de compuesto según una de las reivindicaciones de 1 a 4, caracterizado porque el diámetro de las partículas de las cargas de relleno o, en caso de que las partículas de cargas de relleno tengan una geometría de plaquita, el grosor de las partículas de las cargas de relleno es por lo menos 5 veces menor que el grosor de la capa de compuesto.

6. Sustrato metálico con una capa ultradura de compuesto según una de las reivindicaciones de 1 a 5, caracterizado porque la matriz inorgánica vítrea contiene por lo menos una carga de relleno abrasiva en forma de plaquitas y una carga de relleno abrasiva que no tiene forma de plaquitas.

7. Sustrato metálico con una capa ultradura de compuesto según una de las reivindicaciones de 1 a 6, caracterizado porque entre el sustrato metálico y la capa ultradura de compuesto se intercalan una o varias capas intermedias y/o se integran pigmentos de color o pigmentos de efecto en la capa del compuesto o en una capa intermedia.

8. Procedimiento de fabricación de un sustrato metálico con una capa ultradura de compuesto, en el que se aplica sobre el sustrato metálico una composición de recubrimiento, que contiene un hidrolizado o un condensado de un compuesto hidrolizable como material previo de la matriz formadora de vidrio, y una o varias cargas de relleno abrasivas y se densifica (se compacta) térmicamente, formándose la capa de compuesto; el diámetro de las partículas de las cargas de relleno o, en caso de que las partículas de cargas de relleno tengan una geometría de plaquita, el grosor de las partículas de las cargas de relleno de la composición de recubrimiento es menor que el grosor de la capa de compuesto y la cantidad de las cargas de relleno abrasivas dentro de la capa de compuesto se sitúa entre el 1 y el 35 % del peso total de la capa de compuesto acabada.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque el hidrolizado o el condensado de un compuesto 45 hidrolizable contiene un sol de silicato alcalino o alcalinotérreo, dicho sol de silicato alcalino o alcalinotérreo se obtiene con preferencia por hidrólisis y condensación de uno o varios silanos de la fórmula general (I) :

RnSiX4-n (I)

50 en la que los grupos X, iguales o distintos entre sí, son grupos hidrolizables o grupos hidroxilo, los restos R, iguales o distintos entre sí, significan hidrógeno, restos alquilo, alquenilo o alquilo de hasta 4 átomos de carbono y restos arilo, aralquilo y alcarilo de 6 a 10 átomos de carbono y n significa el número 0, 1 ó 2; con la condición de que por lo menos se emplee un silano, en el que n = 1 ó 2, o los oligómeros derivados del mismo, en presencia por lo menos de un compuesto elegido entre el grupo de los óxidos y de los hidróxidos de los metales alcalinos y alcalinotérreos.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque antes de la hidrólisis y condensación se añaden partículas nanométricas de SiO2 y/o se utiliza el óxido o el hidróxido de metal alcalino o alcalinotérreo en una cantidad tal que la proporción de átomos Si:metal alcalino o alcalinotérreo se sitúe entre 20:1 y 7:1.