En la presente invención se desarrollan matrices, moldes, herramientas,

piezas y estructuras con protección activa contra la corrosión (protección catódica) en circuitos interiores a menudo de refrigeración, independientemente de la complexidad de éstos. Además la protección puede ser renovada si se estima oportuno. La protección se consigue mediante una capa fina de recubrimiento que contiene elementos metálicos más electronegativos que el substrato a proteger.

Protección catódica mediante recubrimiento para circuitos de refrigeración u otros agujeros o canales.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

El objetivo de la invención es obtener un recubrimiento electronegativo respecto al material que se está recubriendo que ofrezca protección catódica (protección activa contra la corrosión) para agujeros de geometrías complejas de cualquier tipo de pieza, parte o herramienta, especialmente en canales de refrigeración en herramientas que están en contacto con medios agresivos, cualquier líquido refrigerante, en particular con agua. La presente invención incluye tanto el proceso novedoso para recubrir agujeros como el producto resultante.

DESCRIPCIÓN

Generalmente, los moldes utilizados para algunos procesos de conformado donde sea conveniente evacuar calor de la herramienta, como puede ser en inyección, ya sea de aleaciones ligeras o de plástico, son de acero de trabajo en caliente provistos de un sistema de refrigeración interno, con canales por donde circula un líquido refrigerante. Esta refrigeración interna es de vital importancia para el molde, ya que le permite extraer calor más eficientemente y evitar su calentamiento excesivo durante las diferentes etapas del proceso de conformado.

Existen muchas otras aplicaciones técnicas donde se requieren compromisos de propiedades mecánicas y/o físicas tales que recomiendan el empleo de materiales metálicos con limitada resistencia a la corrosión en algunos medios agresivos. A menudo en estos procesos se requiere un control térmico o la evacuación de calor mediante un circuito que actúa de intercambiador de calor. A menudo el refrigerante empleado puede convertirse en un medio agresivo para el material metálico empleado. En otras ocasiones el material metálico debe estar en contacto con medios de proceso agresivos (conducción de líquidos de proceso agresivos, cierre de gases agresivos, inmersión en medios agresivos....) . En algunos de estos casos se pueden emplear materiales metálicos que simultáneamente a las propiedades mecánicas requeridas presentan también resistencia al medio. Pero existen muchas aplicaciones donde el mejor compromiso de propiedades mecánicas y/o físicas requeridas puede ser mejorado si no se requiere resistencia contra el medio agresivo, en otros casos esta resistencia al medio si se hace de manera integral incrementa mucho el coste. En todos estos casos sería muy conveniente la utilización de soluciones tipo FGM (Functionally Graded Materials) -Materiales con funcionalidad distribuida en más de una capa. Así pues sería muy conveniente proveer la resistencia al medio mediante una capa protectora.

Para la mayoría de estas aplicaciones es además deseable que la capa protectora ofrezca protección catódica al material base, pues así si se produce un defecto en la capa protectora el material base sigue estando protegido a expensas del consumo de la capa protectora. Si la capa protectora se puede rehacer periódicamente para compensar su eventual consumo la solución es mucho más completa.

Existen multitud de aplicaciones donde se realiza este tipo de gradación de la funcionalidad de protección contra el medio: chapas galvanizadas, alambres galvanizados, pinturas anti-óxido....

Algunas de estas soluciones ofrecen protección catódica al material base como en el galvanizado donde mediante un recubrimiento por inmersión en el metal protector líquido o recubrimiento galvánico se aporta una capa de metal más electronegativo que el metal base para que actúe de ánodo de sacrificio. El problema es que estos métodos han sido desarrollados y se emplean solo para la protección de superficies abiertas, y no para la protección de circuitos de refrigeración o conducción, especialmente cuando los circuitos cerrados son de sección pequeña y gran longitud.

El método más comúnmente utilizado para proteger estas cavidades de la corrosión, es tratar químicamente el refrigerante usado para que no resulte agresivo para el material con el que permanece en contacto. Este tratamiento tienen las desventajas de ser caro y necesitar un mantenimiento continuado.

Alternativamente, y para evitar el riesgo a la corrosión de zonas que, una vez dañadas pueden provocar situaciones peligrosas durante el proceso de conformado y/o daños irreparables en el molde, se utilizan aceros inoxidables, aunque este material no es el idóneo para trabajos de conformado en caliente, ya que presenta peores propiedades que el acero para herramientas de trabajo en caliente. Incluso el cloro usado para el tratamiento del agua de refrigeración de las matrices fabricadas con acero inoxidable puede llegar a atacar el material, especialmente al trabajar a altas temperaturas.

Otra alternativa actual es la protección de los canales de refrigeración mediante un recubrimiento de Ni químico, que protege las paredes del canal al no presentar corrosión en contacto con el líquido refrigerante. Este método deja de funcionar en el momento en que existe un defecto en el recubrimiento, ya sea del propio método para aplicar la capa de Ni o provocado a partir del funcionamiento de la matriz, como la aparición y propagación de fisuras. Al desaparecer la capa de Ni, el acero queda expuesto al líquido refrigerante y la corrosión del acero resulta incluso más intensa, ya que el Ni actúa como cátodo de gran extensión respecto al acero, y este es el material que se consume y de forma muy intensa por ser la superficie anódica mucho menor. Así pues el material que se pretendía proteger puede acabar atacado de forma muy localizada y agresiva.

La presente invención utiliza el proceso sol-gel para poder aplicar la técnica de protección catódica en las paredes interiores de cavidades de una pieza, aleación de Fe o circuito de refrigeración. Esta técnica es utilizada para controlar la corrosión de una superficie de metal convirtiéndola en el cátodo de una celda electroquímica, como podría ser el caso por ejemplo, para las paredes interiores de los canales de un circuito de refrigeración de un acero para herramientas de trabajo en caliente.

La manera de aplicar la protección catódica es mediante la conexión del metal a proteger con otro metal más fácilmente corrosible, al actuar como ánodo de sacrificio de una celda electroquímica, compuesta por dos metales en contacto común con un medio húmedo, como puede ser el agua de refrigeración.

Al aplicar un recubrimiento electronegativo respecto al material a proteger, en caso de defecto o daño en el recubrimiento que deja al material en contacto con el electrolito, el material que se corroe es el recubrimiento, es decir, se consume el recubrimiento protegiendo la integridad de la pieza.

El Mg, Al y Zn son tres elementos electronegativos respecto al acero empleados en el proceso de preparación de una solución líquida, laca sol-gel, conteniendo partículas de dichos elementos en combinación, que, posteriormente a su curado, pasa a una fase sólida permitiendo la formación de una capa metálica de los citados elementos que recubre toda la superficie interna de las cavidades a proteger.

El proceso se inicia rellenando los agujeros con laca sol-gel aplicando presión para forzar su adhesión con la pared del orificio. Posteriormente se realiza el curado con la aplicación de temperatura, presión u otro método de activación, como puede ser la utilización de un catalizador o la aplicación de ondas sonoras. Durante esta etapa se da una significante contracción y densificación de la parte metálica del recubrimiento. La microestructura final de la capa de recubrimiento, más o menos densa, depende en gran parte del proceso de curado.

La principal ventaja de este método de deposición es la facilidad con que se puede moldear al tratarse de una solución que gradualmente se transforma en un sistema difásico de consistencia gelatinosa. Este proceso presenta también la ventaja de ser económico y permite un control muy preciso de la composición química final del producto conseguido.

Otro método también utilizado para la obtención de protección frente a la corrosión es la aplicación de un recubrimiento típico galvánico. Utilizando los mismos elementos de partida que con el proceso de aplicación de una laca solgel, Zn, Al y Mg, se obtiene un recubrimiento electronegativo respecto al Fe. Posteriormente se puede aplicar el recubrimiento metálico con los métodos ya conocidos de tratamientos galvánicos tradicionales, como pueden ser la galvanización... [Seguir leyendo]

1. Molde, matriz, herramienta, pieza o estructura donde los circuitos de refrigeración y/o agujeros han sido recubiertos al menos en parte con un material que ofrezca protección catódica al substrato.

2. Molde, matriz, herramienta, pieza o estructura según la reivindicación 1 donde el material empleado para la protección catódica se aplica por vía química húmeda o en forma de laca.

3. Molde, matriz, herramienta, pieza o estructura según la reivindicaciones 1 y 2 donde el material empleado para la protección catódica es una mezcla que contiene partículas o pigmentos de Al, Zn, Mg y/o Sn embebidas. Las partículas embebidas pueden ser también aleaciones de los elementos anteriormente citados siempre que sean electronegativas respecto al substrato a proteger para poder ofrecer protección activa contra la corrosión.

4. Molde, matriz, herramienta, pieza o estructura según las reivindicaciones 1 a 3 donde el material empleado para la protección catódica es una laca sol-gel.

5. Molde, matriz, herramienta, pieza o estructura según las reivindicaciones 1 a 4 donde los agujeros se rellenan con la laca anteriormente y /o durante el secado.

6. Molde, matriz, herramienta, pieza o estructura según las reivindicaciones 1 a 6 donde la laca se recircula por los agujeros durante el secado sola o diluida.

7. Molde, matriz, herramienta, pieza o estructura según la reivindicación 6 donde no se llega a hacer secado.

8. Molde, matriz, herramienta, pieza o estructura según las reivindicaciones 1 a 7, que se emplea para la inyección de plástico.

9. Molde, matriz, herramienta, pieza o estructura según las reivindicaciones 1 a 7, que se emplea para la inyección de aluminio.

10. Molde, matriz, herramienta, pieza o estructura según las reivindicaciones 1 a 7, que se emplea para la estampación en caliente de chapa.

11. Método para el recubrimiento de circuitos de refrigeración y/o agujeros con una película que ofrezca protección catódica al material base.

12. Método para el recubrimiento de circuitos de refrigeración y/o agujeros con una película que ofrezca protección catódica al material base a base de una laca sol-gel.