Método de sulfuración de piezas de aleación ferrosa en una disolución acuosa.

Procedimiento de tratamiento superficial por electrolisis de superficies ferrosas para mejorar sus cualidades de friccion o de resistencia al desgaste y al gripado,

durante el que dichas superficies forman el anodo de la electrolisis y el bano de electrolisis contiene une especie de azufre adaptada a la realizacion de un procedimiento de sulfuracion, caracterizado por que el bano contiene principalmente agua y contiene, como otra especie de azufre, un sulfuro, un tiosulfato o un sulfito, una sal clorada y una especie nitrogenada, que es una amina, en aquellas cantidades apropiadas para facilitar la reaccion de sulfuracion de dichas superficies.

Metodo de sulfuracion de piezas de aleacion ferrosa en una disolucion acuosa.

La invencion se refiere a un procedimiento de tratamiento de superficies metalicas y, de forma mas general, de las superficies de piezas de aleaciones ferrosas.

Tales tratamientos son conocidos por el experto en la materia y se utilizan en el diseno de organos mecanicos, por ejemplo cuando las piezas deben friccionar entre ellas en condiciones severas de carga y de presion. Estos tratamientos pueden aplicarse, ya sea en el caso de que las piezas de las aleaciones ferrosas esten destinadas a ser lubricadas (con aceite, con grasa, ...) o en el caso de que las piezas no esten destinadas a ser lubricadas.

Ente los diferentes procedimientos de tratamiento conocidos, pueden citarse los procedimientos de oxidacion superficial en banos de sales fundidas (mezclas de nitratos y nitritos) que permiten mejorar la resistencia a la corrosion.

Se conocen tambien procedimientos de fosfatacion que, mediante la creacion de una capa superficial de fosfato de hierro, permiten mejorar, en proporciones notables, los efectos de la lubricacion.

Se conocen igualmente procedimientos de sulfuracion, es decir, de formacion de una capa de sulfuro de hierro (FeS) sobre la superficie de las piezas de una aleacion ferrosa con el fin de mejorar sus propiedades de resistencia al gripado. Las piezas tratadas por estos procedimientos de sulfuracion presentan una excelente resistencia a la friccion, al desgaste y al gripado.

La invencion se refiere mas particularmente a este ultimo tipo de tratamiento.

La sulfuracion de los aceros y sus efectos sobre la lubricacion son conocidos por el experto en la materia y se desprenden, por ejemplo, de las ensenanzas de las patentes FR 1 406 530, FR 2 050 754 y FR 2 823 227.

Segun las ensenanzas de estas patentes, las piezas metalicas tratadas se sumergen durante 5 a 15 minutos en un bano de sales fundidas ionizadas entre 200 y 350DC, que contienen preferiblemente tiocianato de potasio e iones cianuro, obteniendose la ionizacion por electrolisis, estando situada la pieza tratada en el anodo. La capa de FeS se obtiene por modificacion de la capa superficial de la pieza de aleacion ferrosa. Esta sulfuracion electrolitica en sales fundidas requiere precauciones particulares para mantener el bano en estado estable durante el paso de la corriente, y requiere que se preste una atencion particular al reciclaje de los compuestos utilizados. Por otro lado, este procedimiento necesita una cantidad importante de sales, lo que parece costoso.

Otra solucion resulta de las ensenanzas de la patente US 6 139 973 que se refiere a un procedimiento que permite depositar sulfuro de hierro por electrolisis de una disolucion acuosa que contiene iones ferricos e iones tiosulfato o sulfuro, entre 30 y 50DC. La pieza tratada ahora esta situada en el catodo. Esto deriva en problemas reales de adherencia de la capa de sulfuro de hierro sobre las piezas tratadas.

Un tratamiento de sulfuracion por via puramente quimica, sin una electrolisis, se ensena en la patente FR 2 860 806. Las piezas se sumergen en una disolucion acuosa que contiene sosa a una concentracion comprendida entre 400 y 1000 g/l, tiosulfato de sodio y sulfuro de sodio, a una temperatura superior a 100DC durante aproximadamente 15 minutos. El principal inconveniente de este procedimiento es la carbonatacion natural del bano que le hace progresivamente inutilizable. Esta degeneracion inevitable impone a la vez restricciones economicas y ecologicas. Igualmente, los tiempos de tratamiento son largos, lo que resulta perjudicial.

El documento Robert et al., Entropie, 10, 57, mayo 1974, 27-31 describe sulfuraciones por electrolisis anodica en bano acuoso a una temperatura de 120 o 150DC. El documento US 6 589 412 describe igualmente una sulfuracion por electrolisis anodica en medio acuoso.

El problema que pretende resolver la invencion es reducir la cantidad de productos toxicos generados por el procedimiento asi como reducir el consumo de la energia que este necesita, todo ello por conservar un efecto antigripado elevado y una buena adherencia de la capa de sulfuro de hierro sobre las piezas tratadas.

Para resolver este problema, se ha concebido y puesto a punto un procedimiento de tratamiento superficial por electrolisis de superficies ferrosas para mejorar sus cualidades de friccion o de resistencia al desgaste y al gripado, procedimiento durante cuyo transcurso dichas superficies forman el anodo de la electrolisis y el bano de electrolisis contiene una especie de azufre, que es un sulfuro, un tiosulfato o un sulfito, conteniendo dicho bano principalmente agua y conteniendo otra sal clorada y una especie nitrogenada, que es una amina, en aquellas cantidades adecuadas para facilitar la reaccion de sulfuracion de dichas superficies.

El efecto anti-gripado obtenido es elevado y presenta una gran reproducibilidad. La capa de sulfuro de hierro obtenida posee una buena adherencia a la superficie. La cantidad de sales y otras materias primas utilizadas es baja. La produccion de residuos toxicos esta limitada, y el consumo de energia necesaria para la reaccion es bajo. El procedimiento es pues un excelente compromiso que une eficacia y economia.

El bano puede ser una disolucion acuosa.

Preferiblemente, la especie de azufre es un sulfuro. Puede tratarse de monosulfuro de sodio, monosulfuro de potasio, monosulfuro de amonio. Puede tratarse tambien de tiosulfato, tal como tiosulfato de sodio, tiosulfato de potasio, tiosulfato de amonio. Puede tratarse tambien de un sulfito.

Preferiblemente, el sulfuro se introduce a una concentracion equivalente a una concentracion de iones sulfuro comprendida entre 20 g/l y 90 g/l.

Preferiblemente, el sulfuro es monosulfuro de sodio, introducido a una concentracion entre 50 y 200 g/l.

Preferiblemente, la sal clorada es un cloruro, por ejemplo cloruro de sodio, de potasio, de litio, de amonio, de calcio o de magnesio. Puede ser igualmente un hipoclorito, un clorito, un clorato o un perclorato, igualmente, por ejemplo, de sodio, de potasio, de litio, de amonio, de calcio o de magnesio.

Preferiblemente, el cloruro se introduce a una concentracion equivalente a una concentracion de iones cloruros comprendida entre 15 y 200 g/l aproximadamente.

Preferiblemente, el cloruro es cloruro de sodio, introducido a una concentracion entre 30 y 300 g/l.

Preferiblemente, el contenido de especies nitrogenadas esta comprendido entre 100 ml/l y 300 ml/l aproximadamente. La especie nitrogenada puede constar de un nitrogeno o varios nitrogenos. Puede ser, por ejemplo, una base, eventualmente debil, incluso muy debil. Puede ser igualmente una base debilitada, por ejemplo por un sustituyente, o a la inversa, una base enriquecida. Puede ser une especie organica.

Preferiblemente, la especie nitrogenada es una amina, por ejemplo una amina monosustituida o polisustituida. Se trata, por ejemplo, de trietanolamina, o metilamina, fenilamina, dietilamina, difenilamina, ciclohexilamina, por ejemplo. La amina puede introducirse en forma de un acido aminado tal como alanina, acido glutamico o prolina, por ejemplo. Puede ser tambien una mezcla de estos compuestos. La especie nitrogenada puede llevar igualmente uno o varios atomos de oxigeno o una o varias funciones alcohol a una distancia elegida del nitrogeno o a distancias elegidas del atomo de nitrogeno o de los atomos de nitrogeno. Puede llevar tambien otros atomos u otras funciones.

Preferiblemente, se utiliza trietanolamina, y la cantidad introducida de trietanolamina esta entre 100 ml/l y 300 ml/l aproximadamente. El mecanismo de accion de esta molecula no esta esclarecido, y no se conocen los papeles respectivos de cada una de las caracteristicas de esta molecula.

Llegado el caso, se evalua el contenido de especie nitrogenada en equivalentes de trietanolamina, segun metodos clasicos, caso en el cual el contenido preferido de la especie nitrogenada es equivalente a un contenido de trietanolamina comprendido entre 100 ml/l y 300 ml/l.

Preferiblemente, la temperatura de trabajo del bano es inferior a 70DC. Puede ser la temperatura ambiente, lo que reduce el consumo de energia.

Preferiblemente, la duracion del tratamiento por electrolisis es inferior a 1 hora, o en cierto caso, inferior a 10 minutos, incluso inferior a un minuto.

Preferiblemente, la electrolisis... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de tratamiento superficial por electrolisis de superficies ferrosas para mejorar sus cualidades de friccion o de resistencia al desgaste y al gripado, durante el que dichas superficies forman el anodo de la electrolisis y el bano de electrolisis contiene une especie de azufre adaptada a la realizacion de un procedimiento de sulfuracion, caracterizado por que el bano contiene principalmente agua y contiene, como otra especie de azufre, un sulfuro, un tiosulfato o un sulfito, una sal clorada y una especie nitrogenada, que es una amina, en aquellas cantidades apropiadas para facilitar la reaccion de sulfuracion de dichas superficies.

2. Procedimiento de tratamiento superficial de superficies ferrosas segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la especie de azufre es un sulfuro, y por que el sulfuro se introduce preferiblemente a una concentracion equivalente a una concentracion de iones sulfuros comprendida entre 20 g/l y 90 g/l.

3. Procedimiento de tratamiento superficial de superficies ferrosas segun la reivindicacion 2, caracterizado por que el sulfuro es monosulfuro de sodio.

4. Procedimiento de tratamiento superficial de superficies ferrosas segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la sal clorada es un cloruro, y por que el cloruro se introduce preferiblemente a una concentracion equivalente a una concentracion de iones cloruro comprendida entre 15 y 200 g/l aproximadamente.

5. Procedimiento de tratamiento superficial de superficies ferrosas segun la reivindicacion 4, caracterizado por que el cloruro es cloruro de sodio.

6. Procedimiento de tratamiento superficial de superficies ferrosas segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el contenido de especies nitrogenadas esta comprendido entre 100 ml/l y 300 ml/l aproximadamente.

7. Procedimiento de tratamiento superficial de superficies ferrosas segun la reivindicacion 6, caracterizado por que la amina es trietanolamina.

8. Procedimiento de tratamiento superficial de superficies ferrosas segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la temperatura de trabajo del bano es inferior a 70DC y por que la temperatura de trabajo del bano preferiblemente es la temperatura ambiente.

9. Procedimiento de tratamiento superficial de superficies ferrosas segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la electrolisis se efectua con ayuda de una corriente continua.

10. Procedimiento de tratamiento superficial de superficies ferrosas segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la electrolisis se efectua con ayuda de una corriente pulsada y por que la corriente pulsada tiene una duracion del impulso preferiblemente inferior a 50 ms.

11. Procedimiento de tratamiento superficial de superficies ferrosas segun la reivindicacion 10, caracterizado por que la corriente pulsada tiene una frecuencia inferior a 500 kHz.

12. Procedimiento de tratamiento superficial de superficies ferrosas segun una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que la densidad de corriente media esta comprendida entre 3 y 15 A/dm2.

13. Procedimiento de tratamiento superficial de superficies ferrosas segun una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que el catodo es de un material conductor inerte en la disolucion.

14. Procedimiento de tratamiento superficial de superficies ferrosas segun una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que el catodo es de acero inoxidable.