MXPA00012298A

MXPA00012298A - Esmaltado de superficies de acero con un recubrimiento previo de zinc o una aleacion de zinc.

Info

Publication number: MXPA00012298A
Application number: MXPA00012298A
Authority: MX
Inventors: Koen Lips
Original assignee: Pemco Brugge Nv
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2002-10-23
Also published as: ES2187164T3; EP0964078A1; WO1999066103A1; EP1090162A1; EP1090162B1; AU4364999A; ATE229577T1; DE69904471T2; DE69904471D1; CA2333980A1; TR200003675T2; US6524725B1; CA2333980C; AR019649A1; BR9911119A; PL344798A1; PL192095B1

Abstract

La presente invencion se relaciona a superficies de acero con un recubrimiento de zinc o aleacion de zinc que comprende una capa de aleacion vitrea y un proceso para el esmaltado de superficies de acero con un recubrimiento previo con zinc o una aleacion de zinc. El recubrimiento de zinc o la aleacion de zinc sobre la superficie de acero tiene un grosor en el rango de 1 a 30 ?m. La capa de esmalte vitreo esta esencialmente libre de adherencia que proporciona oxidos seleccionados del grupo de Co, Ni, Cu, Sb o Mn.

Description

ESMALTADO DE SUPERFICIES DE ACERO CON UN RECUBRIMIENTO PREVIO DE ZINC O UNA ALEACIÓN DE ZINC DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con superficies de acero con un recubrimiento de zinc o una aleación de zinc que comprende una capa de esmalte vitreo y un proceso para el esuraltalo de superficies de acero con un recubrimiento previo de zinc o una aleación de zinc. Las superficies de acero, especialmente en forma de acero en láminas constituyen un material único en su genero para innumerables aplicaciones. Puede cortarse y dársele forma mediante flexión, plegamiento, dibu o profundo y punción. Tiene alta resistencia mecánica y se le puede unir fácilmente mediante soldadura. Como el hierro se oxida con facilidad, se conocen superficies protectoras de la corrosión hechas especialmente de una cantidad de recubrimientos metálicos, orgánicos e inorgánicos. Por ejemplo, el recubrimiento dei acero con una delgada capa de zinc o de aleaciones de zinc es bien conocido en la técnica. Además, es bien sabido en la técnica que el esmalte vitreo tiene propiedades muy especiales que difieren en muchos aspectos las de otros recubrimientos.

Ref: 125509 El esmalte vitreo es un acabado para el metal establecido desde hace mucho tiempo. Ei esmalte vitreo es un acabado enteramente inorgánico relacionado con la familia del vidrio- Se basa principalmente en el cuarzo, óxido de boro, óxido de aluminio, óxidos alcalinos (tierra) y flúor, que están entrecruzados con una red tridimensional. De acuerdo con la aplicación solicitada, en la práctica se usa una variedad de esmaltes vitreos que difieren ampliamente en la composición química. Los productos esmaltados con esmalte vitreo son ampliamente usados en diferentes aplicaciones, por ejemplo en máquinas para lavar, utensilios sanitarios tales como tinas de baño, bases de duchas, cocinas económicas, aparatos electrodomésticos al igual que materiales de construcción interna y externa. El esmalte vitreo se aplica a la superficie del sustrato después de un pretratamiento intensivo para asegurar y mejorar la adherencia del esmalte. Para mejorar la adherencia del esmalte, corrientemente se requiere de un pretratamiento muy complicado a la vez que una alta temperatura de cocción. El pretratamiento causa un serio problema de grandes cantidades de líquidos residuales. Cuando la lámina de acero se usa para esmaltar, el procedimiento para el esmaltado blanco directo puede describirse de la siguiente manera: enjuague, desgrase, enjuague, limpieza con baño químico, enjuague, niquelado, enjuague, pasivado, enjuague, aplicación del esmalte y cocción tipicamente a una temperatura en el rango de 800 a 900°C. Mediante esta cocción, se forma una adherencia que proporciona una capa intermetálica del tipo Fe-Ni Ti-_en la superficie de contacto entre el acero y el esmalte por La cual Ti proviene de los fundentes alcalinos usados y el Ni es el material de costumbre que se usa para el pretratamiento. El procedimiento para un esmaltado al fuego en dos capas puede describirse como sigue: enjuague, desgrase, enjuague, limpieza con baño químico, enjuague, pasivado, enjuague, aplicación de capa de esmalte de imprimación, aplicación de capa de esmalte superior, cocción a una temperatura tipicamente entre 800 y 900°C. Mediante esta cocción se produce la adherencia por reacciones entre los iones dei Ni, Co, Cu. Mn y/o Sb del esmalte de imprimación y los iones de hierro/hierro provenientes del acero.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La patente japonesa 95-176857 A divulga el esmaltado de una superficie con aleación de zinc sin pretratamiento. Se proporciona -una lámina de acero con la capa de aleación de Zn en la superficie aleando inmediatamente después de la inmersión en el baño de Zn. Con respecto al fundente alcalino del esmalte, se divulga una temperatura de cocción de hasta 600°C. Sin embargo, esta referencia revela que la cocción a una temperatura sobre 550 °C demuestra que el contenido de Fe de la fase intermedia sobrepasa el rango óptimo, de manera que se baja demasiado la formabilidad del sustrato. Como consecuencia, la adherencia del esmalte es baja. La referencia no discute el uso de ningún tipo especifico de acero. La patente japonesa 60-169571 A divulga una placa de acero recubierta de esmalte que se obtiene formando un recubrimiento de esmalte sobre un recubrimiento de una aleación de zinc de aluminio sobre placas. La placa de acero recubierta se usa para enfrentar materiales, placas planas y placas embutidas en aplicaciones de chapas para paredes, marcos móviles, interiores y techumbres. Se proporcionan bajos costos, resistencias a la intemperie, química, desgaste y alta corrosión junto con una buena imagen cerámica y alta estabilidad dimensional. El recubrimiento enchapado de Al-Zn puede contener La, Ce; Mg como aditivo para mejorar la humectabilidad en el acero, la capa de recubrimiento y las cualidades con contenidos de aproximadamente 0,01 a 0,05% de la capa de chapa. Debido al bajo punto de fusión del aluminio, la cocción requiere de una temperatura menor que 660°C. La patente japonesa 52-105921 divulga placas de acero de esmalte que tienen recubrimientos firmemente adheridos ccn pretratamiento que incluye electrodeposición de zinc. La placa de acero que contiene más que 0,03% C es 'lavada previamente con ácido y luego tratada con Ni. Luego es electrochapeada con Zn en solución electrolítica y recubierta con un esmalte blanco de titanio, secada y quemada. El Zn es chapado a un grosor de 0,1 a 1 µm. La placa de acero tiene un recubrimiento de esmalte firmemente adherido y se evita la formación de espumas. La patente de Estados Unidos A-2.056.399 divulga un proceso de recubrimiento y articulos recubiertos. La referencia divulga la aplicación al articulo de una capa intermedia de un material de superficie que tiene las características deseadas de impartir tenacidad y de resistencia a la oxidación. El material se aplica mediante el uso de un metal que es capaz de producir una delgada capa esponjosa semejante a metal, usándose de preferencia zinc a causa de su disponibilidad en el comercio a bajo costo.

La patente de Estados Unidos A-818.264 divulga articulos ferrosos esmaltados- El primer paso del proceso consiste en un tratamiento al calor de una lámina o articulo de acero recubierto con zinc o cadmio para permitir que el zinc o el cadmio se esparza dentro del metal. Esa capa es proporcionada con el fundente alcalino (frita) que puede ser de cualquier composición general recomendada para esmaltar aluminio. La patente de Estados Unidos A-3.849.175 divulga un método para recubrir piezas de acero con esmalte. El método se relaciona con la aplicación directa de esmalte a las piezas de acero que consiste en recubrir la superficie de ias piezas de acero con una capa de zinc de entre 0,3 y 5 g/m" antes de aplicar el recubrimiento de esmalte sobre la capa de zinc para suprimir defectos que ocurren en la superficie de las piezas de acero y proporcionar una superficie de esmalte duradera. Tomando en cuenta que una capa de superficie de 7,13 g/irr se relaciona con 1 µm, se proporciona una capa de zinc muy delgada.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Asi, el objeto de esta invención es esmaltar una superficie de acero recubierta con zinc o una aleación de zinc directamente con un esmalte evitando ya sea la aplicación de un pretratamiento con Ni o evitando la aplicación de una capa de imprimación como un tipo de adhesivo. Además, no se requiere ei paso de tratamiento de limpieza con baño químico, por io cual la composición de esmalte vitreo elegida deberla tener una temperatura de cocción tan alta como sea posible. Asi, en una primera modalidad de la invención, el objetivo antes mencionado se logra mediante una superficie de acero con un recubrimiento de zinc o una aleación de zinc que tiene un grosor en el rango de 1 a 30 µm y en contacto con el mismo comprende una capa de esmalte vitreo que está esencialmente libre de adherencia que proporciona óxidos seleccionados del grupo de Co, Ni, Ci1, Sb o Mn. Asi, la presente invención en particular evita el uso de una adherencia que proporciona una capa de niquel sobre la superficie de acero y el uso de adherencia que proporciona óxidos en la composición del esmalte vitreo. A diferencia de los esmaltes usados para esmaltar láminas de aluminio o de acero aluminizado cuya resistencia química es débil comparada con los esmaltes de acero convencionales, los esmaltes vitreos para esmaltar un sustrato de acero recubierto de zinc, o aleación de zinc pueden lograr la misma resistencia química (alcalina o acida) que los esmaltes de acero convencionales - En una modalidad preferida de la presente invención, el sustrato de metal apropiado tiene que ser seleccionarse de manera muy cuidadosa. Los inventores han encontrado que ciertas cualidades del acero son especialmente adecuadas para el esmaltado directo de acuerdo con la presente invención. Principalmente las láminas de acero laminado en frió con contenido de carbón de menos que 0,08% por peso son -usadas de preferencia de acuerdo con la presente invención. Particularmente preferidos son los aceros con ultra bajo contenido de carbón menor que 0, 004% por peso o acero libre de intersticios. Aunque en principio se puede usar cualquier sustrato de acero comercial, se prefiere de acuerdo con la presente invención disminuir la desgasificación durante la cocción. Asi, es particularmente favorable trabajar con un acero ultra bajo en carbón o un acero libre de intersticios. En otra modalidad preferida, la capa de aleación de zinc contiene por lo menos 50% por peso de zinc y en particular hasta 15% por peso de otros componentes de aleaciones. Asi, la capa de aleación de zinc puede contener, además de zinc, otros metales en particular seleccionados del grupo de Al, Fe, Mg, Si, Cr, Ni, Co, Cu o Mn junto con las usuales impurezas que pueden pero no tienen obligadamente que ser prerrecocidos antes del esmaltado. En caso que se efectúe un paso de prerrecocido, éste se puede hacer junto con el prerrecubrimiento metálico o puede hacerse separadamente. El prerrecubrimiento metálico puede ser aplicado directamente sobre la superficie de acero en especial una lámina de acero al igual que sobre el producto en bruto (después de cortar, deformar y soldar/unir) . De acuerdo con la presente invención, se pueden usar los métodos corrientes para la aplicación del zinc o aleaciones de zinc. Asi, en especial la capa de zinc o de aleación de zinc se aplica sobre la lámina de acero usada mediante galvanizado, galvano-recocido o electrochapeado . Uno o más de los siguientes métodos puede ser usado para el prerrecubrimiento de los productos en bruto, por ejemplo la inmersión en un baño metálico liquido, la pulverización térmica y/o electrochapeado . De preferencia, la capa de zinc o de aleación de zinc aplicada a la superficie de acero tiene un grosor en el rango de 7 a 25 µm. Dependiendo del tipo de aplicación de la capa de zinc o de una aleación de zinc, se puede usar otro pretratamiento. Durante este pretratamiento, se usa de preferencia una temperatura en el rango de 400 a 700°C. En una alternativa de ésta, naturalmente es posible someter el sustrato recubierto de zinc o de una aleación de zinc antes del esmaltado a un pretratamiento alcalino usual o a un tratamiento de un proceso de conversión (por ejemplo, fosfatado) . En caso de que el sustrato contenga partes soldadas de láminas recubiertas de zinc, esas costuras de soldaduras son mejor prerrecubiertas después con un recubrimiento de una capa de zinc o de una aleación de zinc o de un recubrimiento orgánico que sea rico en contenido de zinc. El proceso mismo de esmaltado puede realizarse como siempre, Asi, el esmalte vitreo puede ser aplicado ya sea en forma de un baño de esmalte húmedo o un polvo seco sobre la pieza metálica. Para cubrir- todas las posibles aplicaciones, se puede usar una variedad de técnicas de deposición, por ejemplo' inmersión húmeda, pulverización, recubrimiento por fluencia, electroforética húmeda, electrostática húmeda, pulvielectrostática. El esmalte vitreo puede ser aplicado en una o varias capas. La cocción de la capa de esmalte vitreo debe ser de preferencia efectuada a temperatura más baja que la temperatura de sublimación de la capa de zinc o de aleación de zinc. Asi, el rango de temperatura preferido para la cocción es una temperatura en el rango de 700 a 900°C y en particular 720 a 880°C. Pueden obtenerse todos los colores usando la técnica especifica de la presente invención. Asi, la presente invención permite obtener recubrimientos de esmalte vitreo blanco o de color claro en una o varias capas. Anteriormente, esos colores eran obtenidos usando una técnica de recubrimiento múltiple por la cual se ha aplicado una capa de esmalte de imprimación a la superficie pretratada seguida por la capa superior blanca o clara o usando un pretratamiento de níquel. Sin embargo, la presente invención permite la producción de esas superficies con un costo mucho menor evitando la técnica de recubrimiento múltiple recién mencionada o el pretratamiento de Ni y de este modo es altamente ecológica. En particular, cuando se ejecuta un paso de prerrecocido después del moldeamiento de la pieza y antes del esmaltado no se necesita más pretratamiento en especial no se necesita desgrase, enjuague, limpieza con baño químico, niquelado, etc., dando como resultado que no se produce agua residual. Otra ventaja de la presente invención es la oportunidad de esmaltar sólo un lado de una sustancia, es decir, una pieza de trabajo o un panel. El otro lado de atrás no visible está suficientemente protegido contra la corrosión por la capa de zinc.

Durante la cocción a altas temperaturas, se produce una cantidad de reacciones químicas y físicas entre ios componentes del recubrimiento metálico, los componentes del acero y los componentes del esmalte. Las reacciones que se producen son la difusión, aleación, precipitación, fusión, oxidación, reducción, etc. De acuerdo con la presente invención, se logra una buena adherencia debido a todas aquellas reacciones de los diferentes componentes. Asi, de acuerdo con la presente invención, la capa de esmalte vitreo de preferencia tiene un grosor en el rango de 30 a 500 µm y en particular de 60 a 300 µm. Para la preparación de capas de esmalte blanco, la cantidad máxima de la recién mencionada adherencia que proporciona óxidos tales como el Ni, Co, Cu, Sb o Mn deberla ser de preferencia menor que 0,1% por peso. Para la preparación de capas de esmalte de color, la cantidad máxima de esos óxidos deberla ser de preferencia menor que 2,5% por peso, respectivamente. Hay que considerar que esos óxidos, en caso que se encuentren presentes en el esmalte vitreo, no se usan para fines de adherencia sino que se usan expresamente sólo para darle color al esmalte.

En ningún caso la cantidad máxima de adherencia que proporciona los óxidos seleccionados del grupo Co, Ni, Cu, Sb o Mn deberá ser menos que 3,5% por peso. La invención se ejemplifica además mediante los siguientes ejemplos sin restringir la invención a ellos. Las composiciones se indican en % de peso, respectivamente .

EJEMPLOS Jtl Ejemplo 1 Un manómetro de acero de un grosor de 0,9 mm fue galvanizado con una capa de Zn -de un grosor de 15 µm. Composición del esmalte vitreo que se usó: 15 con una temperatura de transformación del vidrio .de 460°C y una temperatura de ablandamiento de 520°C fue depositado sobre la superficie recién mencionada mediante pulverización húmeda que dio como resultado un peso depositado de 500 g/m". La lámina metálica fue cocida en un horno cerrado a una temperatura de 820 °C por 4 min. Las propiedades de recubrimiento fueron evaluadas visualmente. La prueba de adherencia de acuerdo con EN 10209 dio como resultado el valor de 2. La superficie quedó bien.

Ejemplo 2 Un manómetro de acero de .un grosor de 0, 9 mm fue galvanizado con una capa de Zn de un grosor de 15 µm. La lámina metálica fue prerrecocida en un horno continuo a una temperatura de 600°C con una velocidad en cadena de 0,6 m/min. Composición del esmalte vitreo que se usó: con una temperatura de transformación del vidrio de 428 °C y una temperatura de ablandamiento de 478°C fue depositado sobre la superficie recién mencionada mediante pulverización húmeda que dio como resultado un peso depositado de 500 g/m2. La lámina metálica fue cocida en un horno continuo a una temperatura de 850°C con una velocidad en cadena de 0,6 m/min . Las propiedades de recubrimiento fueron evaluadas visualmente. La prueba de adherencia de acuerdo con EN 10209 dio como resultado el valor de 2. La superficie quedó bien.

Ejemplo 3 Un manómetro de acero de un grosor de 0, 8 mm fue galvanizado con una capa de Zn/Fe de un grosor de 8 µm. Composición del esmalte vitreo que se usó: con una temperatura de transformación del vidrio de 452° C y una temperatura de ablandamiento de 495°C fue depositado sobre la superficie recién mencionada mediante polvo electrostático que dio co o resultado un peso depositado de 400 g/m2. La lámina metálica fue cocida en un horno continuo a una temperatura de 820°C con una velocidad en cadena de 0,6 m/min . Las propiedades de recubrimiento fueron evaluadas visualmente- La prueba de adherencia de acuerdo con EN 10209 dio como resultado el valor de 2. La superficie qiiedó bien.

Ejemplo 4 Un manómetro de acero de un grosor de 0,8 mm fue galvanorecocido con una capa de Zn/Fe de un grosor de 8 µm . Composición media de los 3 esmaltes vitreos que se usaron: con una temperatura de transformación del vidrio de las diferentes fritas de 467-495-503 °C y una temperatura de ablandamiento de 505-535-536°C fue depositado sobre la superficie recién mencionada mediante ETE (electroforético) que dio como resultado un peso depositado de 500 g/m2. La lámina metálica fue cocida en un horno continuo a una temperatura de 820 °C con una velocidad en cadena de 0,6 m/min. Las propiedades de recubrimiento fueron evaluadas visuaimente. La prueba de adherencia de acuerdo con EN 10209 dio como resultado el valor de 1. La superficie quedó bien.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos o productos a que la misma se refiere.

Claims

REIVINDICACIONES
Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedades lo contenido en las siguientes reivindicaciones: 1. Superficie de acero con un recubrimiento de zinc o de una aleación de zinc, caracterizada porque tiene un grosor en el rango de 1 a 30 µm y en contacto con ella comprende una capa de esmalte vitreo, ia capa esmaltada tiene un contenido de adherencia que proporciona óxidos seleccionados del grupo de Co, Ni, Cu, Sb o Mn de menos que 0.1 % por peso en el caso de un esmalte blanco o una cantidad apropiada del mismo menor que 2.5 % por peso en caso de un esmalte de color. 2. Superficie de acero de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el contenido de carbón es menor que 0.08% por peso, en particular menor que 0,004% por peso.
3. Superficie de acero de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque todo el carbón está ligado en precipitados insolubles (acero libre de intersticios) -
4. Superficie de acero de acuerdo con cualquier de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la capa de aleación de zinc aplicada contiene por lo menos 50% por peso de zinc y en particular hasta 15% por peso de otros componentes de aleaciones.
5. Superficie de acero de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque ' los componentes de la aleación de zinc son seleccionados dei grupo de Al, Fe, Mg, Si, Cr, Ni, Co, Cu Mn y sus mezcias.
6. Superficie de acero de acuerdo con cualquiera de ias reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la 'capa de zinc o de una aleación de zinc tiene un grosor de 7 a 25 µm.
7. Superficie de acero de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la capa de esmalte vitreo tiene un grosor en el rango de 30 a 500 µm, en particular de 60 a 300 µm.
8. Proceso para el esmaltado de superficies de acero previamente recubiertas con zinc o una aleación de zinc aplicando en primer lugar un recubrimiento de zinc o una aleación de zinc, caracterizada porque tiene un grosor en el rango de 1 a 30 µm y en segundo lugar un esmaltado con una capa de esmalte vitreo, la capa de esmalte tiene un contenido de adherencia que proporciona óxidos seleccionados dei grupo de Co, Ni, Cu, Sb o Mn de menos que 0.1 % por peso en caso de un esmalte blanco o una cantidad apropiada del mismo de menos que 2.5 % por peso en caso de un esmalte de color por cochura de la composición de esmalte.
9. Proceso de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la capa de zinc o de una aleación de zinc es aplicada mediante galvanizado, galvanorecocido o electrochapeado.
10. Proceso de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque la superficie con recubrimiento previo de zinc o una aleación de zinc es sometida a un pretratamiento de calor a una temperatura de por lo menos 500°C antes del paso de esmaltado.
11. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque la superficie previamente recubierta de zinc o una aleación de zinc es sometida a un pretratamiento alcalino o un proceso de conversión antes del paso de esmaltado.
12. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque la capa de esmalte vitreo es cocida a una temperatura inferior a la temperatura de sublimación de la capa de zinc o de una aleación de zinc.
13. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque la capa de esmalte vitreo es cocida a una temperatura en el rango de 700 a 900°C, en particular 720- a 880°C.