Pretratamiento para aluminio y aleaciones de aluminio.

Un procedimiento para el pretratamiento de aluminio y aleaciones de aluminio para proporcionar un revestimiento con reconocimiento de color y propiedades de resistencia a la corrosión,

conductividad eléctrica y adhesión mejoradas que comprende tratar dichos aluminio y aleaciones de aluminio con una solución acuosa ácida con un pH que varía de aproximadamente 2,5 a 5,5 y comprende, por litro de dicha solución, de 0,01 a 22 gramos de un compuesto de cromo trivalente soluble en agua, de 0,01 a 12 gramos de un hexafluorocirconato de metal alcalino, de 0,0 a 12 gramos de al menos un compuesto fluorado soluble en agua seleccionado del grupo que consiste en tetrafluoroboratos de metales alcalinos, hexafluorosilicatos de metales alcalinos y mezclas de los mismos, de 0,001 a 10 gramos de al menos un compuesto de cinc soluble en agua y de 0 a 10 gramos de al menos un espesante soluble en agua,

caracterizado porque

la solución acuosa ácida no contiene, sustancialmente, cromo hexavalente.

Pretratamiento para aluminio y aleaciones de aluminio.

Origen de la invención La invención descrita en el presente documento fue realizada por un empleado del Gobierno de Estados Unidos y puede ser fabricada y usada por o para el Gobierno con fines gubernamentales sin el pago de ningún derecho de autor sobre la misma o para la misma.

Solicitud de continuación La presente solicitud es una continuación en parte de la solicitud en trámite junto con la presente con número de serie 10/116.844 presentada el 5 de abril de 2002, que a su vez es una continuación en parte de la solicitud en trámite junto con la presente con número de serie 09/702.225 presentada el 31 de octubre de 2000 por Matzdorf et al., actualmente la patente de EE. UU. número 6.375.726B1 expedida el 23 de abril de 2002.

Antecedentes de la invención Campo de la invención La presente invención se refiere a la protección y pretratamiento de aluminio y aleaciones de aluminio y al tratamiento de superficie de aluminio y sus aleaciones con composiciones novedosas y al procedimiento de uso de estas composiciones para el pretratamiento de aluminio y aleaciones de aluminio a temperaturas iguales o superiores a la ambiente. Los revestimientos de pretratamiento proporcionan reconocimiento de color, resistencia a la corrosión mejorada, adhesión de revestimientos superpuestos, por ejemplo, pinturas, y mantienen una baja resistencia eléctrica de contacto en un ambiente corrosivo. De forma más específica, la presente invención se refiere a composiciones resistentes a la corrosión y al procedimiento de uso de las composiciones sobre aluminio y aleaciones de aluminio que comprende una solución acuosa ácida que contiene cantidades eficaces de al menos una sal de cromo trivalente soluble en agua, un hexafluorocirconato de metal alcalino, al menos un compuesto fluorado, al menos un compuesto de cinc y al menos un espesante soluble en agua.

Descripción de la técnica anterior

Es una práctica habitual mejorar la resistencia a la corrosión y la unión de sucesivos revestimientos al aluminio y sus aleaciones revistiendo inicialmente o pretratando la superficie metálica con películas protectoras. El revestimiento de conversión potencia la resistencia a la corrosión de la superficie metálica no tratada y prepara la superficie para un revestimiento de acabado, que incluye pinturas y similares. En la mayoría de los casos, estos revestimientos de conversión o pretratamiento se aplican usando soluciones que contienen cromo hexavalente. Aunque estos revestimientos proporcionan una buena resistencia a la corrosión, se han llevado a cabo intentos por proporcionar un revestimiento no derivado del cromo más aceptable, debido a la preocupación acerca de los efectos laborales, de seguridad, salud y medioambientales del cromo hexavalente. El cromo hexavalente es altamente tóxico y es un conocido carcinógeno. Por lo tanto, las soluciones usadas para depositar estar películas protectoras, y las propias películas, son tóxicas y carcinógenas. Sin embargo, las películas cromadas proporcionan una adhesión y una resistencia a la corrosión excepcionales y son fáciles de aplicar mediante diversos procedimientos, incluidos la inmersión, la pulverización o mediante la técnica de sensibilización (wipe-on) . Además, las leyes medioambientales y las normativas de OSH están obligando a los usuarios militares y comerciales a encontrar otros pretratamientos no cromados, no tóxicos. Además, el uso de revestimientos cromados de conversión se está encareciendo a medida que entran en vigor las normativas y los costes se hacen prohibitivos debido a las restricciones que está imponiendo la EPA. Por ejemplo, determinados procedimientos tales como los revestimientos de conversión cromados por pulverización están prohibidos debido a las normativas de OSH, obligando de este modo al uso de procedimientos no tan óptimos.

Los documentos EP 0 348 890 A1, EP 0 391 442 A1 y US 6 447 620 B1 describen procedimientos para producir revestimientos altamente resistentes a la corrosión sobre superficies metálicas tratando las superficies metálicas con una solución acuosa ácida que comprende iones de cromo trivalente y hexavalente en combinación con iones de hexafluorocirconato y cinc.

Es de conocimiento general que las soluciones cromadas acuosas contienen compuestos químicos que disuelven parcialmente la superficie del metal, por ejemplo, aluminio, y forman películas insolubles conocidas como pretratamiento o revestimiento de conversión cromado. Estos revestimientos son resistentes a la corrosión y protegen el metal de diversos elementos que provocan la corrosión. Aunque estos revestimientos de conversión potencian la resistencia a la corrosión y mejoran las propiedades de unión o adhesión, los revestimientos tienen serios inconvenientes, es decir, la naturaleza tóxica de las soluciones a partir de las que se preparan y la presencia de cromo hexavalente en las películas aplicadas. Esto es un grave problema para los operarios que manipulan la solución, por ejemplo, el desecho de la solución cromada usada, el agua de aclarado contaminada con compuestos cromados y los sistemas de revestimiento contaminados con compuestos cromados. No obstante, se pueden evitar estos problemas eliminando cromo hexavalente del procedimiento. Sin embargo, este procedimiento es caro y puede suponer un factor de coste importante en el procedimiento global de tratamiento del metal. Por lo tanto, es altamente deseable proporcionar procedimientos y revestimientos protectores que estén exentos de cromo hexavalente, pero que al mismo tiempo puedan impartir propiedades de resistencia a la corrosión y de unión que sean comparables a las impartidas por los revestimientos de conversión a base de compuestos cromados convencionales. Es de especial interés el uso de revestimientos de conversión cromados para aluminio y sus aleaciones, por ejemplo, el revestimiento de objetos grandes, tales como aeronaves. Por lo tanto, sería deseable proporcionar un revestimiento protector para aluminio y sus aleaciones que utilice compuestos químicos relativamente no tóxicos que sirvan como alternativa a los revestimientos tóxicos de cromo hexavalente.

Compendio de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento para el pretratamiento de aluminio y aleaciones de aluminio como se define en la reivindicación 1, a aluminio y aleaciones de aluminio pretratados como se define en la reivindicación 11 y a una composición para pretratar aluminio y aleaciones de aluminio como se define en la reivindicación 21.

Por tanto, la invención comprende un pretratamiento acuoso ácido de cromo trivalente (TCP) de aluminio y aleaciones de aluminio y el procedimiento para proporcionar reconocimiento de color e identificación del revestimiento y mejorar las propiedades de adhesión y resistencia a la corrosión de las superficies de aluminio. De forma específica, la presente invención se refiere al pretratamiento de aluminio y a la composición y el procedimiento de pretratamiento de aluminio y aleaciones de aluminio a temperaturas iguales o superiores a la ambiente que varían hasta aproximadamente 93, 3 °C (200 °F) . Las soluciones de pretratamiento comprenden una solución acuosa ácida con un pH que varía de aproximadamente 2, 5 a 5, 5 y, preferentemente, de 3, 7 a 4, 0, y contienen, por litro de dicha solución, de aproximadamente 0, 01 a 22 gramos de un compuesto de cromo trivalente soluble en agua, de aproximadamente 0, 01 a 12 gramos de un hexafluorocirconato de metal alcalino, de aproximadamente 0, 0 a 12 gramos y preferentemente de 0, 01 a 1, 2, por ejemplo, de 0, 12 a 0, 24 gramos, de al menos un compuesto fluorado seleccionado del grupo que consiste en un tetrafluoroborato de metal alcalino, un hexafluorosilicato de metal alcalino y diversas combinaciones o mezclas de los mismos, de aproximadamente 0, 001 a 10 gramos de al menos un compuesto de cinc, de aproximadamente 0, 0 a 10 gramos por litro y, preferentemente, de 0, 5 a 1, 5 gramos de al menos un espesante soluble en agua, y de 0, 0 a 10 gramos por litro y, preferentemente, de 0, 5 a 1, 5 gramos de al menos un tensioactivo no iónico, catiónico o aniónico, soluble en agua, no conteniendo la solución acuosa ácida, sustancialmente, cromo hexavalente.

Un defecto de las composiciones y procedimientos descritos por los revestimientos de TCP anteriores es la falta de un cambio de color significativo o reconocimiento de color en el revestimiento así depositado, especialmente cuando se usa como pretratamiento para aleaciones de aluminio. De forma típica, los revestimientos a base de compuestos cromados tienen un color iridiscente de dorado a marrón que identifican fácilmente los encargados del procesamiento, el personal de control de calidad... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para el pretratamiento de aluminio y aleaciones de aluminio para proporcionar un revestimiento con reconocimiento de color y propiedades de resistencia a la corrosión, conductividad eléctrica y adhesión mejoradas que comprende tratar dichos aluminio y aleaciones de aluminio con una solución acuosa ácida con un pH que varía de aproximadamente 2, 5 a 5, 5 y comprende, por litro de dicha solución, de 0, 01 a 22 gramos de un compuesto de cromo trivalente soluble en agua, de 0, 01 a 12 gramos de un hexafluorocirconato de metal alcalino, de 0, 0 a 12 gramos de al menos un compuesto fluorado soluble en agua seleccionado del grupo que consiste en tetrafluoroboratos de metales alcalinos, hexafluorosilicatos de metales alcalinos y mezclas de los mismos, de 0, 001 a 10 gramos de al menos un compuesto de cinc soluble en agua y de 0 a 10 gramos de al menos un espesante soluble en agua,

caracterizado porque la solución acuosa ácida no contiene, sustancialmente, cromo hexavalente.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la solución acuosa tiene un pH que varía de aproximadamente 3, 7 a 4, 0 y comprende, por litro de solución, de aproximadamente 0, 01 a 10 gramos de una sal de cromo trivalente soluble en agua, de aproximadamente 0, 01 a 8, 0 gramos de un hexafluorocirconato de metal alcalino, de aproximadamente 0, 0 a 12 gramos de al menos un compuesto fluorado seleccionado del grupo que consiste en tetrafluoroboratos de metales alcalinos, hexafluorosilicatos de metales alcalinos y mezclas de los mismos, y de aproximadamente 0, 001 a 10 gramos de al menos una sal de cinc divalente soluble en agua.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el pH de la solución acuosa varía de aproximadamente 3, 7 a 4, 0 y la temperatura de la solución acuosa varía de aproximadamente temperatura ambiente a aproximadamente 93, 3 °C (200 °F) .

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que el compuesto de cromo trivalente varía de aproximadamente 5, 0 a 7, 0 gramos, el hexafluorocirconato varía de aproximadamente 6, 0 a 8, 0 gramos y el tetrafluoroborato varía de aproximadamente 0, 01 a 1, 2 gramos.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el espesante es un compuesto de celulosa que varía de 0, 5 a 1, 5 gramos.

6. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que el tetrafluoroborato está presente en la solución en una cantidad que varía de aproximadamente 0, 12 a 0, 24 gramos.

7. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que se añaden a la solución de pretratamiento de aproximadamente 0, 5 a 1, 5 gramos de un espesante de celulosa.

8. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que la sal de cromo es sulfato de cromo trivalente.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el circonato de metal alcalino es hexafluorocirconato de potasio.

10. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que el compuesto de cinc es sulfato de cinc divalente en una cantidad que varía de aproximadamente 0, 01 a 5, 0 gramos por litro.

11. Aluminio y aleaciones de aluminio pretratados con un revestimiento de color reconocible y propiedades de resistencia a la corrosión, conductividad eléctrica y adhesión mejoradas que comprenden dichos aluminio y aleaciones de aluminio tratados con una solución acuosa ácida con un pH que varía de aproximadamente 2, 5 a 5, 5 y que comprende, por litro de dicha solución, de 0, 01 a 22 gramos de un compuesto de cromo trivalente soluble en agua, de 0, 01 a 12 gramos de un hexafluorocirconato de metal alcalino, de 0, 0 a 12 gramos de al menos un compuesto fluorado seleccionado del grupo que consiste en un tetrafluoroborato de metal alcalino, un hexafluorosilicato de metal alcalino y mezclas de los mismos, de 0, 001 a 10 gramos de al menos un compuesto de cinc soluble en agua y de 0 a 10 gramos de al menos un espesante soluble en agua,

caracterizado porque la solución acuosa ácida no contiene, sustancialmente, cromo hexavalente.

12. El aluminio pretratado de la reivindicación 11, en el que la solución acuosa ácida tiene un pH que varía de aproximadamente 3, 7 a 4, 0 y que comprende, por litro de dicha solución, de aproximadamente 0, 01 a 10 gramos de una sal de cromo trivalente soluble en agua, de aproximadamente 0, 01 a 8, 0 gramos de un hexafluorocirconato de metal alcalino, de aproximadamente 0, 0 a 12 gramos de al menos un compuesto fluorado seleccionado del grupo que consiste en un tetrafluoroborato de metal alcalino, un hexafluorosilicato

de metal alcalino y mezclas de los mismos, de 0, 001 a 10 gramos de al menos una sal de cinc divalente soluble en agua y de 0 a 10 gramos de al menos un espesante soluble en agua.

13. El aluminio pretratado de la reivindicación 11, en el que el espesante varía de aproximadamente 0, 5 a 1, 5 gramos.

14. El aluminio pretratado de la reivindicación 11, en el que el compuesto de cinc es sulfato de cinc divalente y el hexafluorosilicato está presente en una cantidad que varía de aproximadamente 0, 01 a 1, 2 gramos.

15. El aluminio pretratado de la reivindicación 11, en el que el tetrafluoroborato está presente en la solución en una cantidad que varía de aproximadamente 0, 01 a 1, 2 gramos.

16. El aluminio pretratado de la reivindicación 11, en el que en la solución están presentes de aproximadamente 0, 5 a 1, 5 gramos de un espesante de celulosa.

17. El aluminio pretratado de la reivindicación 11, en el que el compuesto de cromo es sulfato de cromo trivalente.

18. El aluminio pretratado de la reivindicación 11, en el que el circonato de metal alcalino es hexafluorocirconato de potasio.

19. El aluminio pretratado de la reivindicación 12, en el que la sal de cinc es sulfato de cinc divalente.

20. El aluminio pretratado de la reivindicación 12, en el que la sal de cinc es acetato de cinc.

21. Una composición para el pretratamiento de aluminio y aleaciones de aluminio para proporcionar un revestimiento de color reconocible y para mejorar las propiedades de resistencia a la corrosión, conductividad eléctrica y adhesión del aluminio revestido que comprende una solución acuosa con un pH que varía de aproximadamente 2, 5 a 5, 5 y, por litro de solución, de 0, 01 a 22 gramos de un compuesto de cromo trivalente soluble en agua, de 0, 01 a 12 gramos de un hexafluorocirconato de metal alcalino, de 0, 0 a 12 gramos de al menos un compuesto fluorado soluble en agua seleccionado del grupo que consiste en tetrafluoroboratos de metales alcalinos, hexafluorosilicatos de metales alcalinos y mezclas de los mismos, de 0, 001 a 10 gramos de al menos un compuesto de cinc soluble en agua y de 0 a 10 gramos de al menos un espesante soluble en agua,

caracterizado porque la solución acuosa ácida no contiene, sustancialmente, cromo hexavalente.

22. La composición de la reivindicación 21, en la que el pH varía de aproximadamente 3, 7 a 4, 0.

23. La composición de la reivindicación 21, en la que el compuesto de cromo trivalente es sulfato de cromo trivalente básico.

24. La composición de la reivindicación 21, en la que el compuesto de cinc es sulfato de cinc divalente.

25. La composición de la reivindicación 21, en la que el compuesto de cinc es acetato de cinc divalente.