MX2010011871A - Procedimiento para decapar piezas de trabajo y solucion de decapado. - Google Patents

Abstract

Se describe una mezcla de materiales para disolver un sistema de recubrimiento de una pieza de trabajo, consistiendo de una solución acuosa alcalina con 3 a 8 por ciento en peso de KMnO4, preferentemente entre 3 y 5 por ciento en peso de KMnO4, y simultáneamente una fracción alcalina entre 6 y 15 por ciento en peso. La fracción alcalina está formada por KOH o NaOH, siendo el valor de pH de la solución mayor a 13. Un procedimiento de acuerdo con la invención utiliza la mezcla de materiales antes descrito para el recubrimiento químico húmero de capas de materiales duros del grupo formado por: ALCr metálico, TiAICr así como otras aleaciones de AICr; o uno de sus nitruros, carburos, boruros, óxidos o sus combinaciones.

Description

PROCEDIMIENTO PARA DECAPAR PIEZAS DE TRABAJO Y SOLUCIÓN DE DECAPADO Campo de la Invención La presente invención se refiere al campo del decapado químico húmedo de piezas de trabajo, en especial herramientas y componentes que están recubiertas con una capa sólida. El enfoque especial apunta hacia el decapado de capas de materiales sólidos que contienen óxidos, en especial óxidos de cromo-aluminio (capas de AlCrO).

Antecedentes de la Invención En el procesamiento metálico desde hace mucho tiempo es común el utilizar herramientas recubiertas ya que estas presentan una multiplicidad de propiedades mejoradas frente a las herramientas no recubiertas, como son: mayores temperaturas de uso, mayores velocidades de corte, mayores tiempos de permanencia, estabilidad de los cantos, resistencia a la corrosión, etc. Pero las capas optimizadas en cuanto a la protección al desgaste y dureza se agregan también otros componentes que en el uso se someten a condiciones comparables y consecuentemente requieren también esas propiedades; ejemplos son las partes de soporte y componentes para la industria automotriz como por ejemplo pistones recubiertos, válvulas inyectoras recubiertas, etc.

Simultáneamente con el recubrimiento se presenta el problema del decapado, sobre todo para partes, cuyo recubrimiento o presenta fallas o - como en el caso de herramientas, deben ser decapadas, procesadas y nuevamente recubiertas.

La pluralidad de requerimientos de uso resultan en una serie completa de recubrimientos y sistemas de recubrimiento especializados, que otra vez deben cumplir con diferentes requerimientos de decapado. El decapado debe ser económico (rápido, sin aparatos complicados, usando materiales baratos, y aplicables para la mayor cantidad de recubrimientos que sea posible), seguro (la menor cantidad de sustancias peligrosas posible), amable con el medio ambiente y por último pero no menos importante el recubrimiento no debe dañar a la herramienta o al componente que va a ser recubierto.

En el estado de la técnica se conocen una pluralidad de enfoques para procedimientos y soluciones para el decapado químico húmero, en especial para recubrimientos que contengan titanio TiN, TiCN, TiAIN. Estos se basan en la mayoría de los casos en un peróxido de hidrógeno con un estabilizador. El documento de patente EP 1029 11 propone un procedimiento de decapado, en el cual se utilizan peróxido de hidrógeno, una base y cuando menos un ácido o la sal de un ácido.

La solicitud de patente DE 4339502 describe el decapado sin destrucción de sustratos de metal duro, recubierto con entre otros capas de TiAIN. Las ventajas frente a los procedimientos anteriores, son que además de los formadores de complejos y estabilizadores habituales, inhibidores para la protección contra la corrosión y también otros aditivos, y asimismo la solución se ajusta a un valor de pH, que conjuntamente con otros reactivos evita la disolución del Co de la pieza de trabajo. Las desventajas de esa solución son una duración de detapado comparativamente prolongada para el TiAIN y otros recubrimientos, la adición de productos químicos relativamente elevada y los costos asociados, la formulación y las condiciones de reacción relativamente complicadas (porque deben mantenerse exactas) así como el uso de reactivos que contienen flúor.

En el documento WO2005/073433 se propone que para mejorar el desempeño de decapado, aplicar una capa que contenga cromo o aluminio sobre un sustrato y decapar la pieza de trabajo con una solución alcalina, que contiene un fuerte medio oxidante, por ejemplo una solución de permanganato. En especial se propone, en el caso que quieran retirarse capas de metales duros que sean sensibles ante todos los medios alcalinos, a elevadas concentraciones de permanganato como aproximadamente 20 a 50 g/l ajustar un valor de pH de aproximadamente 7, para disolver la capa. Para el decapado de piezas de trabajo no sensibles ante las soluciones alcalinas, como sustratos de acero y muchas otras aleaciones que contengan hierro se recomienda un rango de pH mayor entre 9 y 14, siendo suficiente una concentración reducida de permanganato, por ejemplo entre 10 y 30 g/l, para también a la temperatura ambiente (aproximadamente 15 a 30°C) se alcanza un decapado de capas de AlCrN con un grosor de 2 a 10 µ?t? en el transcurso de 15 a 60 minutos. Para una concentración de permanganato mayor a 30 g/ll, se obtiene que la velocidad de decapado otra vez aumenta.

Breve Descripción de la Invención En la práctica se ha establecido que las soluciones propuestas en WO2005/073433, por ejemplo en el ejemplo 5, con los componentes principales de 20 g/l NaOH y 20 g/l KMn0 , no son óptimas para capas modernas de AlCrN como para la Balinit® Alcrona conocida comercialmente. Ya que esas capas permiten una temperatura de uso máxima mayor a 1000°C, se supone que dependiendo del uso real, se almacena oxígeno en la capa de AlCrN y la compacta. Con esto empeora marcadamente el desempeño de decapado.

Básicamente se presenta el mismo problema con capas de AlCrO (óxido de aluminio-cromo), que con una solución de acuerdo con el ejemplo 5 antes indicado, no pueden decaparse en absoluto.

Además se sabe que debido a la sensibilidad de los metales duros frente a las soluciones fuertemente alcalinas no se puede obtener una solución de decapado universal económica para aceros y metales pesados para ese rango de recubrimientos de metales pesados.

Por lo tanto la tarea de la invención consiste en presentar un procedimiento para decapar o una solución de decapado, que permiten de ma nera económica retirar las capas de metal pesado de cuando menos AlC r, AlCrN y/o AlC rO de un a pieza de trabajo, sin dañar de manera sustancial la propia pieza de trabajo .

Descripción Detallada de la Invención De acuerdo con la invención se resuelve esta tarea con una mezcla de materiales para disolver u n sistema de recubrimiento de una pieza de trabajo , pudiéndose representar la mezcla de materiales como una solución acuosa alcalina con 3 a 8 por ciento en peso de KM n04, preferentemente entre 3 y 5 por ciento en peso de KM n04 , y simultáneamente u na fracción alcalina entre 6 y 1 5 por ciento en peso, preferentemente 6 y 1 2 por ciento en peso. En una modalidad preferida la solución contiene 4 por ciento en peso de KMn0 , en donde simultáneamente la fracción alcalina asciende a entre 8 y 1 1 por ciento en peso, preferentemente 1 0 por ciento en peso. La fracción alcalina en una modalidad está formada por KOH o NaOH , siendo el valor de pH de la solución mayor a 1 3, preferentemente mayor a 13.5.

U na pieza de trabajo que debe someterse a un procedimiento dé acuerdo con la invención presenta un sistema de recubrimiento sobre la pieza de trabajo que cuando menos consiste de una capa, que a su vez cuando menos contiene uno de los siguientes materiales: ALCr metálico, TiAICr así como otras aleaciones de AlCr; o uno de sus nitruros, carburos, boruros, óxidos o sus combinaciones así como óxido de aluminio. El procedimiento de acuerdo con la invención para disolver este sistema de recubrimiento prevé que la pieza de trabajo es introducida en una solución de decapado de acuerdo con la descripción anterior y allí se trata durante un tiempo predeterminado. La solución puede moverse durante el tratamiento, por ejemplo mediante agitación o movimiento de la pieza de trabajo. El tratamiento se realiza preferentemente a la temperatura ambiente, por ejemplo entre 15 y 30°C, pero también a temperaturas elevadas por ejemplo de hasta 60 o 70°C.

Además pueden proveerse pasos de pre- y post-tratamiento, que abarcan por ejemplo tratamientos superficiales químicos o mecánicos. Entre estos entran las siguientes posibilidades de tratamiento: enjuague, limpieza, tratamiento en baño de ultrasonido, secado, radiación, cepillado, tratamiento térmico.

RESULTADOS EXPERIMENTALES A continuación se utilizarán diferentes abreviaturas. Los materiales 1.2379, ASP2023 (1.3343), 1.2344 ,SDK (1.3344) y QRS (1.2842) se refieren a diferentes tipos de acero, entre ellos aceros de alta aleación y aceros de procesamiento rápido. TTX, THM y TTR representan placas III de carburo de tungsteno de diferente composición, "Helica" indica un material de recubrimiento a base de AlCr, que en el mercado se conoce bajo el nombre comercial Balinit® Helica. "Alcrona" designa un recubrimiento de AlCrN, que se encuentra en el mercado como Balinit® Alcrona.

Como soluciones de decapado se utilizan: - Una solución de acuerdo con el estado de la técnica tal como se describe antes con 2% de KMn04, y 2% de NaOH, designada a continuación como: 2 /2Na.

- Una primera solución de acuerdo con la presente invención con 4% de KMn04 y 10% de NaOH, designada a continuación 4K/10Na - Una segunda solución de acuerdo con la presente invención con 4% de KMn04 y 10% de KOH, designada a continuación de 4K/10K.

Prueba 1: Efectividad Se indica cuantos cuerpos de prueba pueden decaparse por completo en 50 ml_ de la solución.

Tabla 1 Prueba 2: Influencia sobre el sustrato Un criterio importante es por lo tanto que tan fuerte ataca la solución la superficie del material base o pieza de trabajo en cuestión. En las siguientes tablas se indica que composición superficial presentan los cuerpos de prueba sin recubrir, que durante una hora recibieron la solución en cuestión. Como comparación se 5 dan también los valores de una solución 2K/2Na. Las fracciones de determinados elementos en la superficie del cuerpo de prueba se midieron mediante EDX (espectroscopia de rayos X dispersora de energía, un procedimiento del análisis de materiales).

Solución 2K/2Na. Todos los datos se dan en % en peso.

Solución 4K/10K. Todos los datos se dan en % en peso -20 Solución 4K/10Na. Todos los datos se dan en % en peso.

Tabla 4 Si Mn r Mo V W Fe SDK 0.2 0.68 3.96 3.16 1.27 7.17 33.56 QRS 0.4 2. 0.49 0.19 96.76 ASP2023 1.4 0.59 3.87 2.59 1.53 39.72 1.2379 0.67 0.41 7.78 0.69 0.47 99.98 25 1.2344 1.02 0.6 5.48 1.27 1.07 0.85 89.71 Solución 2K/2Na. Todos los datos se dan en % en peso.

Solución 4K/10k. Todos los datos se dan en % en peso.

Solución 4K/10Na. Todos los datos se dan en % en peso.

Prueba 3: Tiempos de decapado Para diferentes cuerpos de prueba y diferentes capas se determinaron los tiempos de decapado bajo condiciones comparables estandarizadas. La tabla indica en que tiempo (minutos) se elimina completamente de la pieza de trabajo una capa de 4 µp? de grosor. Todos los valores de la tabla se dan in minutos: Tabla 8 Heiica Heiica Alcrona Alcrona Solución Óxido de SDK THM SDK THM aluminio 2K/2Na 83 347 31 31 ./. 4K/10Na 31 136 12 26 93 4K/10 26 90 12 19 130 Prueba 4: Decapado de WC/C Cuerpos de prueba (pistones) con un recubrimiento de carburo de tungsteno de 0.8 pm con un elevado contenido de carbono se decaparon con 4K/10Na y 4K/10K. Después de 12 horas de periodo de acción con 4K/10K se decaparon los cuerpos de prueba, aquel con 4K/10Na aun no.

Prueba 5: Desprendimiento de metal duro Los cuerpos de prueba (fresadora de metal duro de 2 labios conund iámetro de 8 mm, recubrimiento Alcrona) se introdujeron en la solución de decapado durante 30 minutos y después se radiaron con el medio de radiación F500 a 3 bar. Se midió el desprendimiento en pm. Después se recubrió de nuevo la herramienta, se decapo, se midió, etc. La siguiente tabla muestra el desprendimiento en pm. Tabla 9 Solución 1 decapado y 5 decapados y radiación radiación 2K/2Na 2 11 4K/10K 4.5 12 4K/10Na 5.5 15 Resultados: Los metales duros convencionales o metales de carburo sinterizados consisten de 90-94% de carburo de tungsteno como fase de refuerzo y 6-10% de cobalto como ligante/fase ligante. En el caso de procesos de sinterización el ligante se funde debido a su bajo punto de fusión (en comparación con el carburo) y se liga con los granos de carburo. Existen variantes de materiales que además del carburo de tungsteno además contienen TiC (carburó de titanio), TiN (nitruro de titanio) o TaC (carburo de tantalio), con una fase ligante de Ni, Co o Mo. Ejemplos de esos metales duros denominados como Cermets son los materiales presentados en esta solicitud como TTX y TTR (TTX: 60% WC, 31% TiC + Ta (Nb)C + 9% Co).

En el caso de procesos de decapado sobretodo es crítico la obtención de la fase ligante, la solución de decapado no debe disolver a la propia herramienta. Por lo tanto el estado de la técnica propone usar medios fuertemente alcalinos al disolver recubrimientos de materiales duros de los metales duros.

Como se demuestra con las pruebas anteriores, que a pesar de los prejuicios del mundo técnico, de no utilizar metales duros, con soluciones de decapado fuertemente alcalinas, se puede utilizar tal solución. Tanto 4K/10Na y 4K/10K presentan ambas un valor pH mayor a 13 y influyen sobre la fase ligante de cobalto en los cuerpos de prueba de metal duro de acuerdo con las tablas 4 y 5 hasta un caso (TTX con 4K/10K) claramente menor que la solución de acuerdo con el estado de la técnica 2K/2Na.

La tabla 7 muestra que al usar por primera vez las soluciones 4K/10Na y 4K/10K se presenta un desprendimiento mayor del sustrato como en el caso de la solución según el estado de la técnica. Con el tiempo sin embargo se presenta que en especial la solución 4K/10K solo produce un desprendimiento insignificantemente mayor que 4K/10Na. Esto es sorprendente ya que realmente la fracción mayor de hidróxido de potasio debe atacar más fuertemente al material base que la solución comparable con hidróxido de sodio.

Como hipótesis explicativa de lo anterior puede usarse la siguiente: Al producir la solución 4K/10K se forman en el producto fresco cristales verdes, que son una indicación de la formación de manganatos (VI) por medio de la reacción en la solución de permanganato con mucho hidróxido alcalino. Estos cristales se disuelven otra vez al utilizar la solución de decapado.

Por lo tanto se supone que con de una solución recién preparada el permanganato se elimina mediante la reacción produciendo manganato (VI), lo que reduce la agresividad más elevada esperada por el técnico del 4K/10K. Durante el uso se disuelven los cristales de manganato (VI), y por un lado se presentan en la solución como agentes oxidantes directamente; por otro lado en la lejía potásica también puede realizarse la posterior reacción a permanganato. En otras palabras las solución de decapado 4K/10K se regenera durante el propio uso. Esta hipótesis se apoya mediante los resultados experimentales mostrados en la tabla 7 como también en la tabla 1.

Al utilizar acero la imagen no es uniforme pero también aquí se determina que las soluciones de acuerdo con la invención selectivamente son menos agresivas, que las que se podría esperar de la propia composición química.

En lo que respecta a la efectividad, la tabla 1 muestra que las soluciones de acuerdo con la invención en promedio son el doble de efectivas y requieren tiempos de acción significantemente menores (tabla 6).

De manera conocida del proceso de disolución de la solución de permanganato se precipita pirolusita. Por lo tanto en algunos casos puede ser necesarios que después del recubrimiento químico húmedo retirar los residuos de Mn02 de la superficie de la pieza de trabajo. Esto puede realizarse de manera conocida por medio de un baño de ultrasonido, pudiéndose utilizar en este caso para el tratamiento posterior un ácido débil o una solución amortiguadora en un rango ácido a ligeramente alcalino.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Mezcla de materiales para disolver un sistema de recubrimiento de una pieza de trabajo, realizada como una solución de permanganato de potasio KMn04, caracterizada porque la solución contiene de 3 a 8 por ciento en peso de KMn04, preferentemente entre 3 y 5 por ciento en peso de KMn0 , y simultáneamente una fracción alcalina entre 6 y 15 por ciento en peso, preferentemente 6 y 12 por ciento en peso.

2. La mezcla de materiales de acuerdo con la rei indicación 1 caracterizada porque la solución contiene 4 por ciento en peso de KMn0 , y simultáneamente la fracción alcalina asciende a entre 8 y 11 por ciento en peso, preferentemente 10 por ciento en peso.

3. La mezcla de materiales de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque la fracción alcalina está formada por KOH o NaOH.

4. La mezcla de materiales de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el valor de pH de la solución mayor a 13, preferentemente mayor a 13.5.

5. Procedimiento para disolver un sistema de recubrimiento sobre la pieza de trabajo, en el cual el sistema de recubrimiento sobre la pieza de trabajo abarca cuando menos una capa, que a su vez cuando menos contiene uno de los siguientes materiales: ALCr metálico, TiAICr así como otras aleaciones de AlCr; o uno de sus nitruros, carburos, boruros, óxidos o sus combinaciones así como óxido de aluminio, caracterizado porque la pieza de trabajo es introducida en una solución de decapado de acuerdo con la reivindicación 1 y allí se trata durante un tiempo predeterminado .

6. El procedimiento de acuerdo con la reivind icación 5, caracterizado porque la solución de decapado presenta la temperatu ra ambiente, entre 1 5 y 30° C .

7. El procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 5 a 6, caracterizado porque además se provee u na etapa de posttratamiento después de disolver el sistema de recubrimiento, que incluye un tratamiento superficial de la pieza de trabajo.

8. El procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque además se provee u na etapa de pre-tratamiento antes de disolver el sistema de recubrimiento, que incluye un tratamiento superficial de la pieza de trabajo.

9. El procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque el tratamiento superficial cua ndo menos incluye una de las siguientes posibilidades de tratamiento: enjuague, limpieza , tratamiento en baño de ultrasonido, secado , radiación, cepillado, tratamiento térmico.