Composición y procesos de fabricación de un recubrimiento de cromo trivalente, resistente a la corrosión, secado "in situ", para aplicar sobre superficies metálicas.

Una composición de recubrimiento o retoque o ambas cosas: recubrimiento y retoque,

de una superficie metálica, dicha composición contiene agua y:

(A) aprox. de 4, 5 milimoles por kilogramo a 27 milimoles por kilogramo de un componente de aniones fluormetalato y mezclas de aniones de fluormetalato, cada uno de los aniones contiene:

(i) por lo menos cuatro átomos de flúor; y

(ii) por lo menos un átomo de un elemento elegido entre el grupo formado por titanio, circonio, hafnio, silicio, aluminio y boro, y opcionalmente uno o los dos de

(iii) por lo menos un átomo de hidrógeno ionizable; y

(iv) por lo menos un átomo de oxígeno; y

(B) aprox. de 3, 8 g/l a 46 g/l de cationes de cromo trivalente, en la que como fuente de cationes de cromo trivalente se incluye el fluoruro de cromo trivalente; dicha composición contiene menos del 0, 04 por ciento en peso de cromo hexavalente.

Composición y procesos de fabricación de un recubrimiento de cromo trivalente, resistente a la corrosión, secado "in situ", para aplicar sobre superficies metálicas Ámbito de la invención Esta invención se refiere a un método de tratamiento de superficies metálicas para intensificar la resistencia a la corrosión y las características de anclaje de la pintura y se refiere a recubrimientos de cromo trivalente para el aluminio y aleaciones de aluminio empleados en tales procesos, que están entera o sustancialmente libres de cromo hexavalente. Más en particular, esta invención se refiere a una composición acuosa apropiada para el uso como un recubrimiento secado "in situ" para el metal, que está formado por cationes de cromo trivalente, aniones de fluormetalato, sus correspondientes contraiones y otros componentes opcionales, así como métodos de utilización de la misma.

Antecedentes de la invención Ya es conocido en general el tratamiento de superficies de metales, por ejemplo cinc, cadmio o aluminio con soluciones acuosas de cromo hexavalente, que contienen productos químicos que disuelven la superficie del metal y forman películas insolubles conocidas como "recubrimientos de transformación de cromato" (chromate conversion coatings) . Estos recubrimientos, que contienen cromo hexavalente, son resistentes a la corrosión y protegen el metal de varios elementos que provocan la corrosión. Es conocido además que los recubrimientos de transformación del cromato hexavalente generalmente tienen buenas características de anclaje de la pintura y, por lo tanto, proporcionan una base excelente para la pintura u otros recubrimientos de acabado.

Aunque los recubrimientos recién mencionados intensifican la resistencia a la corrosión y las propiedades de anclaje de la pintura, los recubrimientos tienen serios inconvenientes, es decir, la índole tóxica del componente cromo hexavalente. Es un inconveniente serio desde dos puntos de vista, uno es el manejo de la solución por parte de los operarios y el otro la entrega y tratamiento de la solución residual. Por consiguiente, es muy deseable disponer de recubrimientos libres de, o sustancialmente libres de cromo hexavalente, pero al mismo tiempo capaces de impartir resistencia a la corrosión y propiedades de anclaje de la pintura que sean comparables a las aportadas por los recubrimientos convencionales de cromo hexavalente.

Es de un interés especial el uso de los recubrimientos de transformación de cromato hexavalente para aleaciones de aluminio en aeronáutica, debido a la excelente resistencia a la corrosión y la capacidad de servir como base eficaz para la pintura. Los baños empleados para desarrollar estos recubrimientos contienen cromatos hexavalentes y son los cromatos hexavalentes residuales del recubrimiento los que producen en gran medida el elevado grado de inhibición de la corrosión. Sin embargo, estos mismos cromatos hexavalentes son tóxicos y su presencia en los efluentes de aguas residuales se ha restringido severamente. Sería deseable por tanto proporcionar una composición para el recubrimiento de aluminio y sus aleaciones y para el sellado de aluminio anodizado, utilizando productos químicos menos peligrosos que pudieran servir de alternativa a los recubrimientos tóxicos de cromato hexavalente. Hay una demanda importante no satisfecha en la industria de los recubrimientos de aportar recubrimientos de transformación que contengan poco o nada de cromo hexavalente, pero que todavía proporcionen resistencia a la corrosión y anclaje de la pintura en un grado comparable a los recubrimientos de transformación de la técnica anterior que contienen cromo hexavalente.

Ya existe una técnica anterior que utiliza composiciones para el tratamiento anticorrosivo de metales, que están sustancialmente libres de cromo hexavalente. En el documento JP 61 000587 se describe una solución de recubrimiento de transformación basada en cationes de cromo trivalente y en silicato y ácido nítrico, en la que la fuente de los cationes de cromo trivalente es el sulfato de cromo (III) .

De modo similar, en las solicitudes de patentes internacionales WO 02/055758 y WO 03/040437 se describen soluciones libres de cromo hexavalente para el recubrimiento de transformación de aluminio o aluminio sellado, dichas soluciones contienen normalmente sulfato de cromo (III) , hexafluorcirconato de metal alcalino y opcionalmente un tensioactivo y/o un espesante.

Resumen de la invención Es, pues, objeto de esta invención proporcionar una nueva solución que contenga cromo para tratar el aluminio, incluido el aluminio anodizado, dicha solución no contiene o no contiene sustancialmente cromo hexavalente, pero proporciona prestaciones comparables a las del recubrimiento de transformación que contiene cromo hexavalente.

Otro objeto de esta invención consiste en proporcionar una composición de tratamiento del aluminio que contenga solamente cromo en el estado de oxidación trivalente. La composición no contiene con preferencia sustancialmente cinc, es decir, no contiene cinc excepto las trazas de cinc que puedan llevar las materias primas o el sustrato a recubrir. Con preferencia especial no contiene metales pesados, excepto el cromo trivalente y los existentes en los fluormetalatos, p.ej. el fluorcirconato, fluortitanato y similares, en cantidades que no sean trazas, es decir, que sustancialmente no contiene otros metales pesados.

Otro objeto de esta invención consiste en proporcionar una que contenga cromo trivalente, en la que dicho cromo trivalente tenga poca tendencia o ninguna a precipitar durante el almacenaje, pero que reaccione con sustratos metálicos para formar un recubrimiento que contenga cromo trivalente en la superficie del sustrato metálico. Es decir, una composición, en la que el Cr (III) sea estable en solución.

Es objeto de esta invención proporcionar una composición para el recubrimiento o retoque o para las dos cosas: recubrimiento y retoque de una superficie metálica, la composición consta de agua y:

(A) aprox. de 4, 5 milimoles por kilogramo a 27 milimoles por kilogramo de un componente de aniones fluormetalato y mezclas de aniones de fluormetalato, cada uno de los aniones contiene: 15

(i) por lo menos cuatro átomos de flúor; y

(ii) por lo menos un átomo de un elemento elegido entre el grupo formado por titanio, circonio, hafnio, silicio, aluminio y boro, y opcionalmente uno o los dos de

(iii) por lo menos un átomo de hidrógeno ionizable; y 20 (iv) por lo menos un átomo de oxígeno; y (B) aprox. de 3, 8 g/l a 46 g/l de cationes de cromo trivalente, en la que como fuente de cationes de cromo trivalente se incluye el fluoruro de cromo trivalente; la composición contiene menos del 0, 04 por ciento en peso de cromo hexavalente. Es deseable que los aniones fluormetalato se elijan entre el grupo formado por los aniones fluorsilicato, fluortitanato y fluorcirconato y sus mezclas.

En una forma de ejecución, los aniones fluormetalato incluyen a los aniones fluorcirconato en una concentración comprendida entre 5, 1 y 24 mM/kg. En otra forma de ejecución, la composición líquida no deberá contener más del 0, 006% de sílice dispersado o silicatos.

Es también objeto de la invención proporcionar dicha composición que incluya además moléculas tensioactivas de ésteres de alquilo fluorados. Su concentración puede elegirse dentro del intervalo comprendido entre 0, 070 y 0, 13 partes por mil.

En otra forma de ejecución, los aniones de fluormetalato incluyen a los aniones fluorcirconato, cuya concentración es deseable que se sitúe dentro del intervalo comprendido entre 4, 5 y 27 mM/kg; la concentración de cationes de cromo (III) es deseable que se sitúe entre 3, 8 g/l y 46 g/l; y la proporción entre el cromo trivalente y el circonio es deseable que se sitúe entre 12 y 22. Esta composición es deseable que incluya de 0, 070 a 0, 13 partes por mil de moléculas tensioactivas de ésteres de alquilo fluorados.

En un aspecto de esta forma de ejecución, la composición no deberá contener más del 0, 06% de sílice dispersado o silicatos.

Es también objeto de la invención proporcionar una composición, en la que: la segunda masa contiene aniones 45 fluorcirconato en una cantidad que es deseable que equivalga a una concentración, en la composición, comprendida entre 5, 1 y 24 mM/kg; y se mezcla con la composición una cuarta masa de moléculas tensioactivas de ésteres de alquilo fluorados que es deseable que equivalga a una concentración, en la composición, comprendida entre 0, 070 y 0, 13 partes... [Seguir leyendo]

1. Una composición de recubrimiento o retoque o ambas cosas: recubrimiento y retoque, de una superficie metálica, dicha composición contiene agua y:

(A) aprox. de 4, 5 milimoles por kilogramo a 27 milimoles por kilogramo de un componente de aniones fluormetalato y mezclas de aniones de fluormetalato, cada uno de los aniones contiene:

(i) por lo menos cuatro átomos de flúor; y

(ii) por lo menos un átomo de un elemento elegido entre el grupo formado por titanio, circonio, hafnio, silicio, aluminio y boro, y opcionalmente uno o los dos de

(iii) por lo menos un átomo de hidrógeno ionizable; y

(iv) por lo menos un átomo de oxígeno; y

(B) aprox. de 3, 8 g/l a 46 g/l de cationes de cromo trivalente, en la que como fuente de cationes de cromo trivalente se incluye el fluoruro de cromo trivalente; dicha composición contiene menos del 0, 04 por ciento en peso de cromo hexavalente.

2. La composición según la reivindicación 1, en la que los aniones de fluormetalato se eligen entre el grupo formado por los aniones fluorsilicato, fluortitanato y fluorcirconato y sus mezclas.

3. La composición según la reivindicación 1, en la que los aniones fluormetalato incluyen a los aniones fluorcirconato en una concentración comprendida entre 5, 1 y 24 mM/kg; dicha composición líquida contiene menos del 0, 06% de sílice dispersado y silicatos.

4. La composición según la reivindicación 3, que sustancialmente no contiene cinc.

5. La composición según la reivindicación 1, en la que los aniones de fluormetalato incluyen a los aniones fluorcirconato en una concentración comprendida entre 5, 1 y 24 mM/kg; la concentración de cationes de cromo (III) está comprendida entre 3, 8 g/l y 46 g/l; y la proporción entre el cromo trivalente y el circonio está comprendida entre 12 y 22.

6. La composición según la reivindicación 5 que incluye además de 0, 070 a 0, 13 partes por mil de moléculas tensioactivas de ésteres de alquilo fluorados.

7. Un proceso de recubrimiento o retoque o ambas cosas: recubrimiento y retoque, de una superficie, dicha superficie contiene por lo menos una zona de metal desnudo, por lo menos una zona de recubrimiento sobre un sustrato metálico subyacente, o ambas cosas: por lo menos una zona de metal desnudo y por lo menos una zona de recubrimiento sobre un sustrato metálico subyacente, dicho proceso consta de las operaciones de:

(I) depositar (aplicar) sobre superficie que se quiere recubrir, retocar, o ambas cosas: recubrir y retocar, una capa de una composición líquida según la reivindicación 1; y

(II) secar la capa líquida formada en la operación (I) para obtener una superficie recubierta.

8. El proceso según la reivindicación 7, en el que la superficie comprende por lo menos una zona de metal desnudo y por lo menos una zona de recubrimiento sobre un sustrato metálico subyacente; y, en la capa de líquido se forma por lo menos sobre una zona de metal desnudo.

9. El proceso según la reivindicación 7, en el que:la superficie consta por lo menos de una zona de metal desnudo adyacente por lo menos a una zona de recubrimiento sobre un sustrato metálico subyacente; por lo menos una zona de recubrimiento sobre un sustrato metálico subyacente consta de una primera porción y una segunda porción, en la operación (I) , la capa líquida se aplica sobre ambas cosas: la zona de metal desnudo y por lo menos la primera porción de la zona adyacente de recubrimiento sobre un sustrato metálico subyacente; y el recubrimiento sobre un sustrato metálico subyacente se elige entre el grupo formado por un recubrimiento de transformación de tipo fosfato, un recubrimiento de transformación de tipo cromato y un recubrimiento de transformación producido por contacto de una superficie formada de modo predominante por hierro, titanio, aluminio, magnesio y/o cinc y aleaciones de los mismos, con una solución de tratamiento ácido, que consta por lo menos de uno de los siguientes: fluorsilicato, fluortitanato y fluorcirconato.

10. Un artículo fabricado que tiene por lo menos una porción que contiene la superficie recubierta según la reivindicación 7.

11. El artículo fabricado de la reivindicación 10, en el que por lo menos una porción está formada por aluminio, una aleación de aluminio o aluminio anodizado.