Revestimientos ricos en magnesio y sistemas de revestimiento.

Un procedimiento de tratar un metal aluminio o de aleación de aluminio para mejorar la resistencia a la corrosión del metal,

comprendiendo dicho procedimiento:

aplicar a la superficie del metal, un revestimiento que comprende polvo de magnesio y un aglutinante.

Revestimientos ricos en magnesio y sistemas de revestimiento La presente solicitud reivindica el beneficio respecto a la solicitud de patente provisional de EE.UU. con número de serie 60/519.681, presentada el 13 de noviembre de 2013 y la solicitud de patente provisional de EE.UU. con número de serie 60/562.883, presentada el 16 de abril de 2004, cada una de cuyas solicitudes de patente previsionales se incorporan en el presente documento por referencia.

La presente invención se realizó con soporte de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de EE.UU., nº de subvención F49620-99-1-0283. El Gobierno Federal puede tener ciertos derechos en la presente invención.

Campo de la invención La presente invención está dirigida, en general, a una composición y procedimiento para su uso en la prevención o inhibición de la corrosión de los metales, en particular de aluminio y aleaciones de aluminio.

Antecedentes de la invención Muchos metales son susceptibles a la corrosión. A este respecto, la corrosión atmosférica es de especial interés. Dicha corrosión puede afectar al rendimiento y/o al aspecto de los metales afectados y a los productos producidos a partir de ellos. Además, cuando los revestimientos poliméricos, tales como pinturas, adhesivos o selladores se aplican al metal, la corrosión del metal subyacente puede producir una pérdida de adhesión entre el revestimiento polimérico y el metal base. Una pérdida de la adhesión entre el revestimiento polimérico y el metal base puede conducir, de forma similar, a la corrosión del metal. Con frecuencia, el aluminio y las aleaciones de aluminio requieren protección frente a la corrosión y mejoras en la adhesión entre el aluminio (o aleaciones de aluminio) base u los posteriores revestimientos poliméricos. En particular, las aleaciones de aluminio pueden ser sensibles a la corrosión, ya que los elementos de aleación usados para mejorar las propiedades mecánicas del metal pueden disminuir la resistencia a la corrosión.

Tradicionalmente se usa aleaciones de Al de alta resistencia endurecidas de calidad de precipitación que contienen microestructuras heterogéneas formadas por compuestos intermetálicos de Cu, Mg, Fe y Mn con sistemas de revestimiento protectores que contienen CrIV, cromatos y dicromatos que son especialmente eficaces en la inhibición de la corrosión de la aleación de Al. Estos sistemas de revestimiento de aeronaves resistentes a la corrosión para sustratos de aluminio normalmente consisten en una capa de revestimiento de conversión, una capa imprimadota y una capa de acabado. En la práctica, los revestimientos de conversión de cromato (“RCC”) pueden depositarse sobre la superficie de Al anódicamente mediante una corriente anódica aplicada o se pueden desarrollar químicamente mediante la reacción de una solución de sal de cromo tri y hexavalente (es decir, Alodine™) con el metal de Al. A pesa del amplio éxito y uso de sistemas de RCC en la protección de estructuras de aeronaves de Al, así como pigmentación de Cr, el uso de los cromatos se está restringiendo porque se ha descubierto que son carcinogénicos, caros de manipular y porque son la fuente de uno los más altos costes de mantenimiento de aeronaves.

En general, los procedimientos de corrosión describen la oxidación de un metal en su superficie que actúa debilitándola y/o desformándola. La mayoría de los metales son lo bastante activos como para convertirse en sus óxidos y generalmente se acepta que la corrosión se produce mediante una acción electroquímica que implica la creación de pequeñas celdas galvánicas en la superficie del metal. Se ha observado que el grueso del daño estructural por corrosión en las aeronaves viejas procede de los componentes implicados en el procedimiento de unión a la propia estructura de la aeronave, tales como remaches, tornillos, junta de empalmes, articulaciones y puntos de soldadura. Todos estos procedimientos de unión se asocian con factores metalúrgicos y ambientales que afectan a los elementos de aleación en el metal y, una vez modificados, las superficies exterior e interior de la aeronave se hacen más susceptibles a la corrosión. Por ejemplo, en la flota de aviones, se produce corrosión por grietas en las juntas de empalme soldadas/duplicador y se ha observado corrosión inducida por el ambiente alrededor de las sujeciones de acero en los forros del ala superior y se han abordado como problemas importantes de corrosión.

Categóricamente, existen tres factores amplios asociados con los procesos de corrosión en las aleaciones de aluminio: 1) metalúrgicos, 2) mecánicos y 3) ambientales. Los factores inducidos metalúrgicamente incluyen tratamiento térmico, composición química de los elementos de la aleación, discontinuidades en el material, por ejemplo la presencia de huecos, precipitados, límites/orientación del grano y/o concentración de cobre en la segunda fase (fase S) . Los factores mecánicos incluyen fatiga dependiente de ciclo e inicio de agrietamiento por fatiga. Adicionalmente, los factores ambientales que contribuyen a la corrosión incluyen la temperatura, el contenido en humedad, el pH, los electrolitos, el tipo de sal presente y la frecuencia y duración de la exposición.

Los factores más ampliamente aceptados que contribuyen a los procesos de corrosión en las estructuras de aluminio de aeronaves militares son el ataque químico directo (p. ej., pérdidas agresivas de líquido hidráulico de éster fosfato) , corrosión galvánica (p. ej., cuando metales de diferentes potencial electroquímico están en contacto en un medio corrosivo) , corrosión por grietas (p. ej., cunado un líquido corrosivo accede a las grietas o entre los

componentes) , corrosión por picaduras (p. ej., ataque localizado que conduce a la formación de cavidades profundas y estrechas) y corrosión por estés (p. ej., cuando la resistencia a la tensión o condiciones ambientales críticas producen desaleación en los límites de grano, que tiene como resultado la formación de áreas de precipitado anódico) , En general, entre todos estos tipos de corrosión, el adelgazamiento del material por picaduras en puntos de partículas es el mecanismo de corrosión más básico que afecta al la materia de revestimiento del fuselaje Al 2024 T-3.

En general, el Al 2024 T-3 se usa para el fuselaje exterior, los forros de las alas y las superficie s de control del vuelo, en los que se observa que se forman picaduras en la estructura de grano expuesta cuando se someten a condiciones ambientales que favorecen las picaduras. La corrosión por picaduras en Al 2024 T-3 se produce cuando las partículas catódicas (Al, Cu, Fe y Mn) se disuelven en la matriz de aleación, mientras que las partículas anódicas (Al y Mg) también se disuelven, lo que conduce a corrosión intergranular. Se ha estimado que hay aproximadamente tres veces más partículas anódicas que catódicas en Al 2024 T-3 y, por tanto, es susceptible a la corrosión intergranular inducida por picaduras. La incapacidad para abordar los daños por corrosión en la estructuras de las aeronaves debido a picaduras superficiales o los daños relacionados con la fatiga y el agrietamiento puede conducir a consecuencias catastróficas, tales como incidentes a mediados de la década de 1950 en la que dos aviones Comet fallaron en el vuelo a alta altitud y el incidente de Aloha Airlines en 1988.

Como se ha mencionado anteriormente, las técnicas de la materia anterior para mejorar la resistencia a la corrosión de los metales emplean ampliamente el uso de revestimientos de conversión de cromato para pasivar la superficie. Dichos tratamientos con cromato son indeseables debido a que el cromo usado es altamente tóxico, carcinogénico y no deseable para el medio ambiente. También se usa revestimientos de conversión de fosfato pero, en general, proporcionan una protección frente a la corrosión sustancialmente menor, a menos que se usen junto con un cromato.

Recientemente se han propuesto varias técnicas para eliminar el uso de cromatos en los tratamientos de inhibición de la corrosión y de estimulación de la adhesión. No obstante, se ha demostrado que muchas de estas técnicas propuestas son ineficaces o que requieren procedimientos de múltiples etapas, que consumen tiempo, son ineficientes en términos energéticos. Por tanto, existe la necesidad de una sencilla técnica eficaz y rentable para inhibir la corrosión de metales, en particular de aluminio y de aleaciones de aluminio. La presente invención está dirigida, al menos en parte, a cumplir esta necesidad.

El documento US 2.933.400 divulga un agente para prevenir el óxido para superficies de hierro, que consiste en polvos de metales que tienen posiciones diferentes... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de tratar un metal aluminio o de aleación de aluminio para mejorar la resistencia a la corrosión del metal, comprendiendo dicho procedimiento:

aplicar a la superficie del metal, un revestimiento que comprende polvo de magnesio y un aglutinante.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el revestimiento está sustancialmente libre de cromo.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el revestimiento no comprende cromo añadido.

4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el metal es una aleación de aluminio.

5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la aleación de aluminio es una aleación de aluminio que contiene cobre.

6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la aleación de aluminio que contiene cobre es Al 2024 T-3.

7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la aleación de aluminio que contiene cobre es Al 7075 T-6.

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el aglutinante es un aglutinante polimérico.

9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el aglutinante polimérico comprende un prepolímero de poliisocianato y un prepolímero epoxi.

10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el aglutinante polimérico comprende un prepolímero de poliisocianato y un prepolímero epoxi y en el que dicho procedimiento comprende adicionalmente poner en contacto el aglutinante polimérico con un reticulador.

11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el reticulador es un tetrahidroquinoxalinol silanado.

12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que, antes de dicha aplicación, dicho procedimiento comprende además: poner en contacto la superficie metálica con un órgano-silano que contiene amina.

13. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el órgano-silano que contiene amina es (N-β (aminoetil) -y-aminopropiltrimetoxisilano.

14. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, en el que dicho contacto de la superficie metálica con un órgano-silano que contiene amina produce una superficie metálica tratada con un órgano-silano que contiene amina y en el que, antes de dicha aplicación, dicho procedimiento comprende además: poner en contacto la superficie metálica tratada con un órgano-silano que contiene amina con un prepolímero de poliisocianato.

15. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el aglutinante polimérico es un híbrido de isocianato epoxi modificado con silano.

16. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el aglutinante polimérico es un material polimérico que contiene poliurea, poliuretano, epoxi-amina y enlaces órgano-silano.

17. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el polvo de magnesio es un polvo de una aleación de magnesio que comprende (i) magnesio y (ii) calcio, manganeso, litio, carbono, cinc, potasio, aluminio y/o un metal de tierras raras.

18. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el polvo de magnesio es un polvo de una aleación de magnesio que comprende (i) magnesio y (ii) manganeso.

19. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho procedimiento comprende además pretratar la superficie del metal con ion cerio.

20. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el metal está en forma de una lámina en contacto físico con un fijador metálico en el que la lámina y el fijador están fabricados de diferentes metales y en el que el revestimiento se aplica a la superficie tanto de la lámina como del fijador.

21. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el polvo de magnesio es un copo de magnesio.

22. Una composición de revestimiento que comprende: polvo de magnesio; y un polímero o prepolímero híbrido de isocianato epoxi modificado por silano.

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23. Una composición de revestimiento de acuerdo con la reivindicación 22, en la que dicho polvo de magnesio está disperso sustancialmente uniformemente en dicho polímero o prepolímero híbrido de epoxi isocianato modificado con silano.

24. Una composición de revestimiento de acuerdo con la reivindicación 22 o un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho polvo de magnesio comprende una mezcla de un primer polvo de partículas de magnesio y un segundo polvo de partículas de magnesio, en el que el primer polvo de partículas de magnesio y un segundo polvo de partículas de magnesio tienen distribuciones del tamaño medio de partícula sustancialmente diferentes, en el que la densidad aparente de la mezcla es superior a la densidad aparente del primer polvo de partículas de magnesio y en el que la densidad aparente de la mezcla es superior a la densidad aparente del segundo polvo de partículas de magnesio.

25. Una composición de revestimiento o procedimiento de acuerdo con la reivindicación 24, en el que el primer polvo de partículas de magnesio tiene una distribución del tamaño medio de la partícula de aproximadamente 25 μm a aproximadamente 35 μm y en el que el segundo polvo de partículas de magnesio tiene una distribución del tamaño medio de la partícula de aproximadamente 65 μm a aproximadamente 75 μm.

26. Una composición de revestimiento o procedimiento de acuerdo con la reivindicación 25, en el que la mezcla contiene el primer polvo de partículas de magnesio y el segundo polvo de partículas de magnesio en una proporción en volumen de aproximadamente 40:60 a aproximadamente 60:40.

27. Una composición de revestimiento o procedimiento de acuerdo con la reivindicación 25, en el que la mezcla contiene el primer polvo de partículas de magnesio y el segundo polvo de partículas de magnesio en una proporción en volumen de aproximadamente 45:55 a aproximadamente 55:45.

28. Una composición de revestimiento o procedimiento de acuerdo con la reivindicación 25, en el que la mezcla contiene el primer polvo de partículas de magnesio y el segundo polvo de partículas de magnesio en una proporción en volumen de aproximadamente 50:55 a aproximadamente 50:45.

29. Una composición de revestimiento o procedimiento de acuerdo con la reivindicación 25 o la reivindicación 28, en el que el primer polvo de partículas de magnesio tiene una distribución del tamaño medio de la partícula de aproximadamente 30 μm a y en el que el segundo polvo de partículas de magnesio tiene una distribución del tamaño medio de la partículas de aproximadamente 70 μm.

30. Una composición de revestimiento o procedimiento de acuerdo con la reivindicación 29, en el que la mezcla contiene el primer polvo de partículas de magnesio y el segundo polvo de partículas de magnesio en una proporción en volumen de aproximadamente 58:42.

31. Una composición de revestimiento de acuerdo con la reivindicación 22, en el que dicho polímero o prepolímero híbrido de epoxi isocianato modificado con silano comprende un prepolímero de poliisocianato, un prepolímero epoxi y un reticulador de tetrahidroquinoxalinol silanado o un producto de la polimerización del mismo.

32. Una composición de revestimiento de acuerdo con la reivindicación 31 o un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el prepolímero de poliisocianato es un prepolímero de poliisocianato alifático.

33. Una composición de revestimiento de acuerdo con la reivindicación 31 o un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el prepolímero de poliisocianato es un prepolímero de poliisocianato aromático.

34. Una composición de revestimiento de acuerdo con la reivindicación 31 o un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el reticulador es un 7-fenil-1-[4- (trialquilsilol) -alquil]-1, 2, 3, 4-tetrahidroquinoxalin-6-ol.

35. Una composición de revestimiento de acuerdo con la reivindicación 31 o un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el reticulador es un 7-fenil-1-[4- (trialquilsilol) -butil]-1, 2, 3, 4-tetrahidroquinoxalin-6-ol.