Fundente y procedimiento de galvanizado por inmersión en caliente.

Un fundente acuoso para galvanizado por inmersión en caliente que comprende:

de un 15 a un 40 % en peso de cloruro de cinc;

de un 1 a un 10 % en peso de cloruro de amonio;

de un 1 a un 6 % en peso de un cloruro de metal alcalino;

de un 0,02 a un 0,1 % en peso de un tensioactivo no iónico que contiene alcoholes de cadena linealpolioxietilenados con un balance hidrófilo-lipófilo (HLB) de menos de 11;

ácido clorhídrico en cantidad suficiente para que dé como resultado un fundente acuoso que tenga un pH de1,5 o menos;

opcionalmente del 1 al 4 % en peso de cloruro férrico;

opcionalmente del 0,1 al 0,2 % en peso de un inhibidor que contiene un derivado amino;

opcionalmente hasta un 0,05 % de Bi2O3; y

agua e impurezas accidentales.

Fundente y procedimiento de galvanizado por inmersión en caliente

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas La presente solicitud reivindica prioridad respecto a la Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos Nº 60/751.660, presentada el 20 de diciembre de 2005, titulada "Flux and Process For Hot Dip Galvanization" y la Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos Nº 60/810.173 presentada el 2 de junio de 2006, titulada "Flux and Process For Hot Dip Galvanization", cuyos contenidos completos de las solicitudes se incorporan por referencia en la presente memoria.

Campo de la invención La invención se refiere a un fundente para el tratamiento de metales ferrosos, por ejemplo, en forma de artículos de hierro o acero, antes del revestimiento por medio de inmersión en cinc fundido o aleaciones de cinc. Se pretende la invención para aplicación en operaciones de galvanizado por inmersión en caliente con cubas o baños que contienen aleaciones de cinc-aluminio que pueden contener otros componentes. La invención también se puede aplicar a otros sistemas de aleación de cinc.

Antecedentes de la invención Los revestimientos de aleación de cinc, que tienen un nivel elevado de aluminio, imparten una mejor protección frente a la corrosión a metales ferrosos y mejoran la aptitud de conformación y la aptitud frente al pintado, en comparación con las aleaciones convencionales de cinc por inmersión en caliente. No obstante, una elevada concentración de aluminio convierte el procedimiento de revestimiento en muy sensible frente a las condiciones de la superficie del metal. Por consiguiente, la aplicación satisfactoria de revestimientos de aleación de cinc rica en aluminio se ha limitado a determinados procedimientos sofisticados y relativamente costosos, tales como el procedimiento de inmersión doble con galvanizado estándar que precede a un revestimiento de cinc-aluminio, que usa una aleación apropiada tal como GALFANTM, una marca comercial de International Lead Zinc Research Organization, Inc., que contiene concretamente un 5 % de Al; el procedimiento de aplicación de electro-fundición en el que un electro-metalizado con capa de cinc fina precede al revestimiento de aleación de GALFANTM; y el procedimiento en caliente en el que se usa un horno con una atmósfera reductora antes de aplicar el revestimiento de aleación de GALFANTM.

Los problemas de revestimiento también persisten a concentraciones de aluminio mucho más elevadas (tales como las composiciones eutectoides que contienen un 22 % de Al) y con otras composiciones diferentes de baño de aleación de cinc (tal como las que contienen vanadio, manganeso, magnesio, silicio, estaño, bismuto y níquel) . Se encuentra que dichas aleaciones de especialidad son incompatibles con fundentes convencionales de cloruro de cinc convencional/ cloruro de amonio. Determinadas patentes, tales como la patente de Estados Unidos Nº

6.200.636 y la patente de Estados Unidos Nº 6.284.122 pretenden tratar cuestiones de revestimiento por medio de deposición de una capa metálica por medio de cementación sobre la superficie de acero. No obstante, la aplicación exitosa de dicho procedimiento depende de la cementación de una capa de cobre que requiere una superficie de acero perfectamente limpia lo cual resulta muy difícil de conseguir en la práctica.

Los numerosos intentos de aplicar un revestimiento de aleación de GALFANTM en el procedimiento tradicional de etapa individual han fracasado. Los fundentes convencionales usados para galvanizado por inmersión en caliente de aleación de cinc rica en aluminio han dado como resultado puntos no revestidos, poros, rugosidad superficial y mala adhesión. Se han desarrollado fundentes especiales para solucionar estos problemas. Por ejemplo, la patente de Estados Unidos Nº 1.914.269 describe una composición de fundente de galvanizado que contiene cloruro de amonio, cloruro de cinc y compuestos de flúor. La patente de Estados Unidos Nº 3.806.356 describe un pre-fundente que contiene diferentes combinaciones de ácido fluorosilícico, ácido clorhídrico, ácido fluorhídrico, fluoruro de potasio y cloruro de cinc. La patente de Estados Unidos Nº 4.496.612 propone un fundente acuoso basado en cloruro de cinc, cloruro de amonio y de 0, 6 a un 3, 0 % de iones fluoruro. Todos estos fundentes contienen fluoruros agudamente tóxicos que son peligrosos para los trabajadores y el medio ambiente.

La patente de Estados Unidos Nº 4.802.932 desvela un fundente superior libre de fluoruro para cubas que contienen de un 80 a un 90 % de ZnCl2; de 0 a un 20 % de NH4Cl; y basado en peso de ZnCl2 + NH4Cl, de 0, 01 a un 5 % de agente humectante, de 0 a un 5 % de un agente de formación de espuma y de 0 a un 5 % de una sal soluble de las tierras raras.

El documento EP 0 488 423 B1 sugiere una composición de fundente acuoso que comprende de un 10 a un 50 % en peso de cloruro de cinc y/o cloruro estannoso; de 1 a un 20 % en peso de al menos un cloruro de metal alcalino o un cloruro de metal alcalino térreo; y de un 0, 1 a un 30 % en peso de al menos una sal de amonio cuaternario de alquilo en la que los grupos alquilo tienen de 1 a 18 carbonos.

Las formulaciones de fundente de la patente de Estados Unidos Nº 4.802.932 y el documento EP 0 488 423 B1 se sometieron a ensayo de galvanizado con revestimientos de GALFANTM pero ninguna de ellas proporcionó buenos resultados con los revestimientos que tenían rugosidad elevada, poros y en ocasiones puntos no revestidos (desnudos) .

El documento WO 9504607 A desvela un fundente ácido acuoso para galvanizado por inmersión en caliente de artículos de acero que comprende cloruro de cinc, cloruro de amonio, cloruro de metal alcalino, un inhibidor y un tensioactivo no iónico.

El documento WO 03057940 A1 desvela un fundente para superficies de acero que fluyen para revestimiento por inmersión en caliente en un baño de cinc rico en aluminio que comprende ZnCl2, NH4Cl, un compuesto de bismuto soluble y Merpol.

La presente invención está basada en el análisis de los procedimientos químicos en la superficie de muestras de acero tras el decapado y la fundición. Es una práctica común lavar los artículos con agua tras el decapado en la preparación del galvanizado. Al tiempo que se produce el avance hacia el tanque de fundición, las superficies húmedas, que se han convertido en muy activas por medio de decapado, quedan expuestas al aire. Incluso cuando se lavan cuidadosamente los artículos, todavía quedan algunas sales sobre la superficie. Por tanto, tras el decapado, las superficies pueden tener átomos de hierro activo y moléculas de FeCl2 que se convierten rápidamente por la acción del aire en FeOHCl y Fe (OH) 2. El solicitante ha encontrado que al menos uno de estos compuestos, Fe (OH) 2, no se puede disolver en una solución fundente a pH > 1, 5. Por consiguiente, las superficies contienen Fe (OH) 2 que reacciona con aluminio en la aleación de cinc-aluminio fundida, creando óxidos de aluminio, que no experimentan humectación por medio de la aleación fundida, de acuerdo con la siguiente reacción:

Esta característica peculiar de galvanizado en presencia de aluminio tiene como resultado revestimientos insatisfactorios con poros y picaduras.

Breve sumario de la invención La invención proporciona un fundente acuoso para galvanizado por inmersión en caliente de acuerdo con la reivindicación 1 o las reivindicaciones adjuntas.

El solicitante ha descubierto que el hecho de mantener un pH de fundente de menos de aproximadamente 1, 5 conduce a que Fe (OH) 2 se disuelva gradualmente y a que la tasa de disolución se acelere por la presencia de FeCl3 en el fundente. Tras el tratamiento en dicho fundente, las muestras de acero no tienen compuestos que contengan oxígeno sobre la superficie, eliminándose el problema significativo relacionado con el galvanizado por inmersión en caliente con aleaciones de alto contenido de aluminio, concretamente óxidos de aluminio sobre las superficies de acero.

La presente invención proporciona formulaciones de fundente acuosas de manera que los artículos de acero se puedan revestir más fácilmente con aleaciones de cinc-aluminio, tal como una aleación de GALFANTM, así como también con otras aleaciones de cinc-aluminio con concentraciones de aluminio mucho más elevadas (tales como composiciones eutectoides que contienen un 22 % de Al) o con otras composiciones de aleación de cinc (tales como las que contienen vanadio, manganeso, magnesio, silicio, estaño, bismuto y níquel) .

De acuerdo con un aspecto de la invención se proporciona un fundente acuoso para galvanizado por inmersión en caliente que comprende desde aproximadamente un 15 a un 40 % en peso de cloruro de cinc, de aproximadamente... [Seguir leyendo]

1. Un fundente acuoso para galvanizado por inmersión en caliente que comprende:

de un 15 a un 40 % en peso de cloruro de cinc; de un 1 a un 10 % en peso de cloruro de amonio; de un 1 a un 6 % en peso de un cloruro de metal alcalino; de un 0, 02 a un 0, 1 % en peso de un tensioactivo no iónico que contiene alcoholes de cadena lineal polioxietilenados con un balance hidrófilo-lipófilo (HLB) de menos de 11; ácido clorhídrico en cantidad suficiente para que dé como resultado un fundente acuoso que tenga un pH de 1, 5 o menos; opcionalmente del 1 al 4 % en peso de cloruro férrico; opcionalmente del 0, 1 al 0, 2 % en peso de un inhibidor que contiene un derivado amino; opcionalmente hasta un 0, 05 % de Bi2O3; y agua e impurezas accidentales.

2. El fundente de la reivindicación 1 que incluye del 1 al 6 % en peso de cloruro de amonio.

3. El fundente de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el cloruro de metal alcalino está seleccionado entre uno o más del grupo que consiste en cloruro de titanio, cloruro de potasio y cloruro de sodio.

4. El fundente de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el derivado amino es una alquil amina alifática.

5. El fundente de la reivindicación 4 en el que la alquil amina está seleccionada entre una o más del grupo que consiste en alquil aminas C1 a C12.

6. El fundente de la reivindicación 5, en el que la alquil amina está seleccionada entre una o más de tetra hexametilendiamina, hexametilendiamina de hexapotasio y nitrato de alquildimetil amonio cuaternario.

7. El fundente de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el derivado amino es un cloruro de alquiltrimetil amonio.

8. El fundente de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el componente ácido es ácido clorhídrico.

9. Un baño fundente para galvanizado por inmersión en caliente que contiene el fundente de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

10. Un procedimiento para galvanizado por inmersión en caliente de un artículo de hierro o acero que comprende las etapas de pretratar el artículo en un baño fundente como se define en la reivindicación 9 y posteriormente sumergir el artículo en un baño de galvanizado por inmersión en caliente para formar un revestimiento sobre el mismo.

11. El procedimiento de la reivindicación 10 en el que el baño de galvanizado contiene Zn o una aleación de Zn.

12. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que el baño de galvanizado contiene una aleación de cincaluminio.

13. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que la aleación contiene un 5 % de Al y un 95 % de Zn.

14. Un artículo de hierro o acero provisto de un revestimiento de acuerdo con el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13.

15. El procedimiento de la reivindicación 10 en el que el fundente comprende un 0, 05 % de Bi2O3 y el baño de galvanizado contiene una aleación de cinc-aluminio-silicio.

16. El procedimiento de la reivindicación 10 en el que el fundente comprende un 0, 05 % de Bi2O3 y el baño de galvanizado contiene una aleación de cinc-aluminio que contiene de un 0, 02 % hasta un 23 % de aluminio o más.

17. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que el fundente comprende un 0, 05 % de Bi2O3 y el baño de galvanizado contiene una aleación de cinc-estaño-bismuto-vanadio.

18. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que el fundente comprende un 0, 05 % de Bi2O3 y el baño de galvanizado contiene una aleación de cinc-aluminio-magnesio.

19. Un artículo de hierro o acero provisto de un revestimiento de acuerdo con el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18.

20. El artículo de la reivindicación 19, en el que el artículo es de acero laminado en caliente.

21. El artículo de la reivindicación 19, en el que el artículo es de un artículo de acero laminado en frío.