PROCEDIMIENTO DE REVESTIMIENTO DE SUPERFICIES METALICAS.

Procedimiento de revestimiento de una superficie metálica de un sustrato que consiste al menos parcialmente en acero,

en el que se aplica sobre la superficie un medio para producir una capa de protección contra la formación de cascarilla, que contiene, como aglutinante, hidrolizados/condensados de al menos un silano o un aglutinante de resina de silicona, así como también al menos un material de carga metálico, y a continuación se seca y/o se endurece el revestimiento, y en el que, después del revestimiento superficial, se somete el sustrato a un proceso de conformación en caliente

Procedimiento de revestimiento de superficies metálicas.

La presente invención concierne a un procedimiento de revestimiento de una superficie metálica de un sustrato que consiste al menos parcialmente en acero.

En vista de los altos requisitos de seguridad actuales existentes en la construcción de vehículos, se utilizan clases seleccionadas de acero con altas resistencias para piezas portantes de la carrocería y piezas relevantes para la seguridad, como, por ejemplo, soportes de impactos laterales y refuerzos.

En la construcción de automóviles algunas piezas de montaje para determinados vehículos se fabrican hoy en día, por ejemplo, a base de acero al manganeso-boro (22MnB5). Con esta clase de acero se pueden alcanzar por temple de conformación en caliente resistencias de hasta 1650 MPa frente a los valores convencionales de hasta 1100 MPa que son usuales en la conformación en frío. En la conformación en caliente se lleva el acero por calentamiento a 950ºC bajo atmósfera de gas protector (nitrógeno) hasta la zona austenítica y a continuación se le transfiere a la herramienta de conformación y se le conforma. En el proceso entre la extracción del horno y la conformación realizada, el cual dura tan solo unos pocos segundos, la pieza de acero experimenta un enfriamiento a temperaturas entre 100-200ºC. Tiene lugar entonces la formación de una estructura metalográfica martensítica con gran resistencia.

Un problema de este proceso es la formación de cascarilla en las piezas de montaje, la cual se presenta inmediatamente después de que la pieza de montaje calentada a 950ºC sea sacada del horno que contiene gas protector y entre en contacto con oxigeno del aire. La capa de cascarilla que entonces se produce es poco homogénea y quebradiza, se desprende en forma de terrones y no ofrece ninguna base para procesos sucesivos, como soldadura, pintura KTL, etc., y, por tanto, es retirada por chorreado antes del tratamiento ulterior de la pieza de montaje. Este chorreado, que se realiza en parte a mano, es un proceso intensivo en tiempo y caro y está ligado a una fuerte producción de suciedad y polvo. Además, quedan fragmentos de la capa de cascarilla en la herramienta de conformación y éstos tienen que ser retirados regularmente con un gran consumo de trabajo y de tiempo, lo que se opone a una circulación de los números de unidades deseados en la producción en serie. Por tanto, existe una demanda muy fuerte de procedimientos que supriman de antemano la formación de cascarilla en el proceso de conformación en caliente.

Es estado de la técnica la llamada calorización. En este procedimiento de protección de superficies se introduce aluminio en la superficie del acero. Se forman cristales mixtos de aluminio-hierro que proporcionan una buena protección contra la formación de cascarilla hasta 950ºC. El aluminio aplicado en forma líquida por proyección o inversión penetra en la superficie durante el recocido de difusión subsiguiente. La calorización por proyección se aplica sobre todo allí donde objetos de uso corriente hechos de acero están expuestos a una formación térmica de cascarilla debido a una alta temperatura de funcionamiento y no parece estar económicamente justificada una fabricación a base de un material especial resistente al calor. La protección contra formación de cascarilla mediante calorización por proyección se basa en que el aluminio se difunde en el acero a temperaturas de más de 800ºC con formación de una aleación de hierro-aluminio. Por tanto, se forma una capa decreciente en aluminio entre el aluminio aplicado a la superficie y el material base de hierro. La aleación de hierro-aluminio así formada es por sí sola más resistente a la oxidación que el propio acero, y, además, produce en uso en la superficie, con mucha rapidez, una piel de Al₂O₃ también altamente resistente al calor, que previene un rápido avance del oxígeno hacia el hierro. En los fabricantes de vehículos automóviles se encuentran en uso piezas correspondientemente tratadas para la conformación en caliente, consiguiéndose por la aluminación una eficaz protección contra la formación de cascarilla. Sin embargo, en algunos casos de aplicación se utiliza también un gran número de piezas de montaje con un mayor grado de conformación, cuya conformación se realiza en dos pasos. Éstas se preforman en frío en un primer paso y en el paso de conformación en caliente subsiguiente se llevan a la geometría final y al mismo tiempo se templan. Las piezas de montaje aluminadas mencionadas no se pueden utilizar aquí, puesto que ya en la deformación en frío se produce un daño en la capa de, por ejemplo, aproximadamente 25 a 28 µm de espesor, lo que conduce, en la conformación en caliente subsiguiente, a la formación de cascarilla en los sitios dañados o en los desconchones.

En el documento EP 0 839 895 B1 se describe un lubricante para la conformación en caliente, consistiendo éste en una mezcla de silicatos de metal alcalino, otro compuesto de metal alcalino, tal como, por ejemplo, un hidróxido de metal alcalino, agua y una proporción de hasta 20% en peso de un adhesivo de silano. La mezcla se emplea como lubricante en la fabricación de tubos de acero sin costura según el procedimiento Mannesmann. En la fabricación del cuerpo hueco se presentan, debido al alto rozamiento, unas temperaturas del orden de magnitud de aproximadamente 1000ºC o más. Mediante la mezcla del lubricante citada se pretende generar una película de óxido de hierro con la que se deberá lograr la protección de las superficies contra las fuerzas de rozamiento que se presenten durante el proceso de conformación.

En el resumen de patente japonesa JP 3291325 se describe un procedimiento por medio del cual se pretende proteger superficies metálicas contra oxidación durante la laminación en caliente. En este caso, se aplica sobre la superficie metálica un lubricante que contiene un componente de vidrio. Este material de revestimiento comprende óxido de aluminio, óxido de silicio y óxido de circonio, tiene un punto de fusión en el intervalo de 900 a 1300ºC y deberá formar sobre la superficie metálica una película con propiedades antioxidantes que se retira después de la laminación, por ejemplo mediante chorreado con arena.

El documento DE 100 63 519 A1 describe un procedimiento para preparar sistemas de sol-gel pobres en disolvente mediante hidrólisis o condensación de un silano con alcóxidos y bajo adición de agua y separación de la fase de condensado. Se añaden nanopartículas a la fase de condensado y se puede aplicar la dispersión así obtenida sobre un sustrato cualquiera mediante un procedimiento de aplicación química en húmedo, tal como, por ejemplo, rociado, inmersión o laminación. Como sustratos se citan especialmente vidrio, cerámica, madera, piedra, plástico, textiles, papel, mencionándose también metal. Después de la aplicación de la dispersión sobre el sustrato se puede efectuar un secado en el intervalo de temperatura de 20 a aproximadamente 500ºC.

El documento DD 104 314 A1 describe un medio que es adecuado para producir una capa de protección contra formación de cascarilla contra superficies metálicas. Además, se conoce por el documente anteriormente citado un procedimiento de revestimiento de superficies metálicas en el que se aplica sobre la superficie una capa de una composición que comprende un aglutinante de resina de silicona y un material de carga metálico. A continuación, se seca y/o se endurece el revestimiento.

Se conoce también por el documento US 4 477 517 A un medio que es adecuado para producir una capa de protección contra formación de cascarilla sobre superficies metálicas.

Se conoce por el documento GB 749 641 A un procedimiento de revestimiento de superficies metálicas en el que se aplica sobre la superficie, antes del proceso de conformación en caliente, una capa de una composición que comprende un material de carga (fusible) del tipo de de vidrio y, por ejemplo, un aglutinante de resina de silicona.

Partiendo del estado de la técnica antes citado, el problema de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento de revestimiento de superficies metálicas que haga posible la obtención de una capa de protección más eficaz contra la formación de cascarilla.

La solución de este problema es aportada por un procedimiento de revestimiento de superficies metálicas con las características de la reivindicación principal. Las reivindicaciones subordinadas conciernen a perfeccionamientos ventajosos de la invención.

En el procedimiento según la...

1. Procedimiento de revestimiento de una superficie metálica de un sustrato que consiste al menos parcialmente en acero, en el que se aplica sobre la superficie un medio para producir una capa de protección contra la formación de cascarilla, que contiene, como aglutinante, hidrolizados/condensados de al menos un silano o un aglutinante de resina de silicona, así como también al menos un material de carga metálico, y a continuación se seca y/o se endurece el revestimiento, y en el que, después del revestimiento superficial, se somete el sustrato a un proceso de conformación en caliente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el medio contiene también al menos una sal metálica.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque los hidrolizados/condensados de al menos un silano están formados al menos por un alcoxisilano, un arilsilano y/o un alquilsilano.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el aglutinante se ha disuelto previamente en un disolvente, estando el contenido de materia sólida comprendido preferiblemente entre 10% y 90%.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el disolvente es un alcohol, un éster, un éter o un hidrocarburo, preferiblemente con un punto de inflamación >23ºC.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el material de carga metálico es un pigmento metálico de uno de los metales Al, Zn, Mg, Fe, Sn o de una aleación de uno de estos metales.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el medio contiene como material de carga metálico al menos un pigmento metálico en una cantidad tal que, después del endurecimiento del revestimiento, resulte una proporción comprendida entre 10% y 90% de materia sólida.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el medio contiene nanopartículas, especialmente partículas de óxidos metálicos y no metálicos, preferiblemente con un tamaño de partículas en el intervalo comprendido entre 2 nm y 50 nm.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el medio contiene al menos un lubricante sólido, preferiblemente una cera, estearato, grafito, MoS₂, nitruro de boro, óxido de aluminio, dióxido de titanio o un pigmento laminar, especialmente mica.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el medio contiene aditivos de reología, preferiblemente agentes tixotropizantes y/o agentes igualadores.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la composición de revestimiento se aplica por vía química húmeda sobre la superficie del sustrato y seguidamente se endurece.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se reviste superficialmente un sustrato de acero de alta resistencia.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el proceso de conformación en caliente se efectúa a una temperatura comprendida entre 800ºC y 1000ºC, preferiblemente a una temperatura comprendida entre 880ºC y 970ºC.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque se efectúa un revestimiento directo de bobinas de acero, preferiblemente en una instalación de revestimiento de bandas.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque se aplica una capa de pintura de un espesor de capa de menos de 30 µm, preferiblemente menos de 10 µm.

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque se endurece la composición de revestimiento por aireación a temperatura ambiente o a una temperatura elevada de hasta 400ºC.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque se endurece aceleradamente la composición de revestimiento, especialmente por medio de radiación IR, secado por circulación de aire, radiación UV o endurecimiento por haz de electrones.

18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque, después del revestimiento superficial, se efectúan una pintura KTL y/o una fosfatación.

19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque el sustrato provisto de la capa de pintura es sometido seguidamente a una conformación en frío en al menos un paso de trabajo.

20. Procedimiento según la reivindicación 19, caracterizado porque está previsto al menos un paso de conformación en frío antes de que se efectúe un proceso de conformación en caliente.

21. Pieza de montaje de vehículo automóvil, especialmente pieza de carrocería, caracterizada porque ésta presenta al menos parcialmente un revestimiento superficial producido por un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20.