BRPI0711649A2 - chapa de aço provida de um sistema protetor contra corrosão e processo para revestir uma chapa de aço com um tal sistema de proteção contra corrosão - Google Patents
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Abstract
CHAPA DE AçO PROVIDA DE UM SISTEMA PROTETOR CONTRA CORROSãO E PROCESSO PARA REVESTIR UMA CHAPA DE AçO COM UM TAL SISTEMA DE PROTEçãO CONTRA CORROSãO. A presente invenção refere-se a um produto plano de aço provido de um sistema de revestimento, que no estado revestido possui uma combinação otimizada de resistência contra corrosão e soldabilidade. De acordo com a invenção, o produto de aço apresenta para esse fim uma camada básica formada de um aço e um sistema protetor contra corrosão aplicado sobre a camada básica, que compreende um revestimento metálico de uma espessura menor do que 3,5 <109>m, que é formado de uma primeira camada metálica aplicada sobre a camada básica e uma segunda camada metálica aplicada sobre a primeira camada metálica, sendo que a segunda camada metálica formou uma liga metálica com a primeira camada metálica e uma camada de polímero plasmática aplicada sobre o revestimento metálico.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CHAPA DE AÇO PROVIDA DE UM SISTEMA PROTETOR CONTRA CORROSÃO E PROCESSO PARA REVESTIR UMA CHAPA DE AÇO COM UM TAL SIS- TEMA DE PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO".
A presente invenção refere-se a um produto plano de aço de multicamadas provido de um sistema de proteção contra corrosão, tal como chapa ou fita e um processo para revestir um produto plano de aço com um sistema protetor contra corrosão de multicamadas.
Para melhorar sua resistência contra corrosão, especialmente sobre chapas de aço, aplicam-se revestimentos metálicos, que no número preponderante dos casos de aplicação consistem em zinco ou ligas de zinco. Com base em seu efeito de barreira e efeito protetor catódico, tais revesti- mentos de zinco ou ligas de zinco protegem bem a chapa de aço correspon- dentemente revestida na aplicação prática contra corrosão.
O efeito protetor da camada de zinco é tanto maior, quanto mais espesso é o revestimento. Às grandes camadas espessas de zinco que as- seguram uma resistência particularmente boa contra corrosão, opõe-se, to- davia, a decrescente soldabilidade com crescente espessura do revestimen- to das chapas revestidas com a camada de zinco. Dessa maneira, na práti- ca, ocorrem por exemplo, problemas de processamento, se por meio de sol- da a laser com altas velocidades de soldagem deve ser produzida uma sol- dagem de penetração das partes a serem unidas umas às outras. Conse- qüentemente, as exigências apresentadas à capacidade de processamento de chapas revestidas de maneira convencional com uma camada de zinco de 5 - 15 pm de espessura, que atualmente são usadas, por exemplo, no setor da fabricação de carrocerias ou da fabricação de aparelhos domésti- cos, freqüentemente não são preenchidas.
A resistência de chapas revestidas com zinco contra corrosão pode ser mais aperfeiçoada na espessura do revestimento ajustada para valores médios de 7,5 pm, na verdade, através da aplicação de um chamado "primer protetor contra corrosão". A aplicação de uma tal camada adicional, contudo, leva a uma drástica diminuição da soldabilidade a laser. Por isso, essa possibilidade também não satisfaz para o processamento em grande escala técnica.
De encontro ao fundo dos problemas no caso da soldabilidade de chapas convencionalmente revestidas com Zn, foram desenvolvidos no- vos sistemas de camadas de Zn-Mg ou Zn-Mg-Al altamente resistentes con- tra corrosão, que com uma espessura de camada nitidamente reduzida, ofe- recem uma proteção contra corrosão comparável ao revestimento de zinco convencional, com 7,5 pm de espessura, contudo, levam a uma melhora significativa da aptidão para soldar a laser.
A Patente EP 0.038.904 B1 descreve uma possibilidade para produzir tais chapas de aço zincadas a fogo com maior resistência contra corrosão com peso de camada simultaneamente reduzido. De acordo com esse estado da técnica, um revestimento de zinco contendo 0,2 % em peso, de Al e 0,5 % em peso, de Mg é aplicado através de revestimento de imer- são por fusão sobre um substrato de aço. A chapa revestida dessa maneira apresenta uma melhor soldabilidade com excelente resistência contra for- mação de ferrugem.
Apesar da redução do peso da camada possibilitada pelo proce- dimento conhecido da Patente EP 0.038.904 B1 com resistência simultane- amente boa contra corrosão, as chapas de aço revestidas dessa maneira ainda não satisfazem às exigências, que são feitas, por exemplo, ao setor de fabricação de carrocerias de automóveis, à soldabilidade de peças de chapa que, na aplicação prática, são expostas a altas cargas.
Partindo do estado da técnica esclarecido acima, o objeto da invenção tem por base, indicar um produto plano de aço provido de um sis- tema de revestimento, que no estado revestido possui uma combinação tão otimizada de resistência contra corrosão e soldabilidade, que este faz jus também às exigências cada vez maiores dos fabricantes dessas chapas. Além disso, deveria ser indicado um processo para a fabricação dessas chapas.
Em relação ao produto, esse objetivo foi resolvido por um produ- to plano de aço, que de acordo com a invenção, apresenta uma camada bá- sica formada de aço e um sistema protetor contra corrosão aplicado sobre a camada básica, que compreende um revestimento metálico com espessura inferior a 3,5 μιη, formado de uma primeira camada metálica aplicada sobre a camada básica e de uma segunda camada metálica aplicada sobre a pri- meira camada metálica, sendo que a segunda camada metálica formou uma liga metálica com a primeira camada metálica e uma camada de polímero plasmático aplicada sobre o revestimento metálico.
Em relação ao processo para a fabricação de um produto plano de aço resistente contra corrosão e bem soldável, o objetivo indicado acima foi resolvido de acordo com a invenção, de maneira correspondente, pelo fato de que sobre um substrato de aço que forma a camada básica do pro- duto plano de aço é aplicada uma primeira camada metálica e sobre a pri- meira camada metálica é aplicada uma segunda camada metálica, que, em conseqüência de um tratamento térmico com a primeira camada metálica forma uma liga, sendo que a espessura total do revestimento metálico for- mado da primeira e da segunda camada metálica perfaz menos do que 3,5 μm, de que sobre o revestimento formado das primeira e segunda camadas metálicas é aplicada uma camada de polímero plasmático.
A espessura da camada de polímero plasmático aplicada sobre o revestimento metálico é preferivelmente limitada para, no máximo, 2500 μm. Surpreendentemente, foi verificado, que é possível assegurar proprie- dades particularmente boas da chapa de aço de acordo com a invenção, especialmente com pequenas espessuras da camada de polímero plasmáti- co. Em conseqüência disso, a espessura da camada de polímero plasmático é vantajosamente limitada para 100 - 1000 nm, especialmente 200 - 500 nm.
Em uma fita ou chapa de aço provida de acordo com a invenção, de um sistema protetor contra corrosão fino de multicamadas, obtém-se uma ótima combinação das vantagens das diferentes propriedades protetoras contra corrosão das diversas camadas. Dessa maneira, um produto plano de aço de acordo com a invenção, apresenta uma alta resistência contra corro- são tanto no estado polido, como também em combinação com revestimen- tos orgânicos. Essa alta estabilidade contra corrosão é especialmente com- provada em flanges e espaços ocos. Dessa maneira, os testes de amostras de flanges feitos de acordo com SEP 1160, obtidas a partir de chapas de aço revestidas de acordo com a invenção mostraram que no teste de troca de corrosão de acordo com a folha de testes VDA 621-415, está assegurada uma estabilidade contra corrosão de mais do que 10 ciclos sem ferrugem vermelha.
Uma outra propriedade surpreendente, que possui um produto plano de aço de acordo com a invenção, mostra-se, quando uma tal chapa ou fita é diretamente Iaqueada (sem fosfatação e passivação) por meio de laqueamento catódico de imersão. Dessa maneira, um teste de flexão Dom efetuado com base na DIN EN ISO 6860 para chapas ou fitas de aço consti- tuídas de acordo com a invenção, resultou em um destacado poder de ade- rência da laca. Não houve estalos na Iaca e também nem quaisquer estalos do revestimento do material básico.
Além de uma alta resistência contra corrosão e um destacado poder de adesão da laca, as chapas de acordo com a invenção possuem uma boa resistência contra brita. Dessa maneira, no teste de brita efetuado de acordo com a DIN 55996-1B foi possível comprovar, que nas chapas de aço de acordo com a invenção, não ocorrem estalos do revestimento da ca- mada básica através da brita.
Além de uma alta resistência contra corrosão, um destacado po- der de adesão da laca e uma boa resistência contra brita, as chapas de a- cordo com a invenção possuem uma aptidão muito boa para a solda a laser. Essa foi comprovada pelo fato de que é possível obter costuras a laser livres de furos sem ou somente com proporções muito pequenas de poros e/ou crateras de expulsão com uma abertura técnica comum de 0 mm e velocida- des de solda de até 5 m/min. Além disso, foi possível comprovar uma boa aptidão para a soldadura por pontos no teste realizado de acordo com a ISO 14327.
A boa resistência contra corrosão das chapas ou fitas de aço revestidas de acordo com a invenção, em combinação com seu destacado poder de aderência da Iaca que também lhes é próprio, sua boa resistência contra brita e sua boa soldabilidade por pontos e a laser, torna os produtos planos de aço de acordo com a invenção, particularmente adequados para o emprego como materiais para a fabricação de carrocerias de automóveis ou para a fabricação de aparelhos domésticos.
Em uma chapa ou fita de metal revestida de acordo com a in- venção, o sistema protetor contra corrosão fino de multicamadas é formado a partir de pelo menos uma camada, que assegura uma proteção eletroquí- mica do substrato de aço formador da camada básica, de uma camada so- breposta, que está em condição de formar um revestimento de liga com a primeira camada e dessa maneira, levar a um nítido aperfeiçoamento da pro- teção contra corrosão por meio de mecanismos protetores eletroquímicos adicionais da chapa ou fita de metal, bem como de uma outra camada - a camada de polímero plasmático -, que com sua propriedade como camada de barreira e/ou passivação, leva a um outro aperfeiçoamento da proteção contra corrosão.
Com respeito à ulterior capacidade de processamento, a vanta- gem, nesse caso, é que a espessura total da camada metálica perfaz, de acordo com a invenção, menos do que 3,5 μm e que também a espessura da camada de polímero plasmático aplicada sobre a camada metálica é limi- tada a menos do que 2500 nm. Demonstrou-se surpreendentemente, que apesar da espessura do revestimento vantajosamente minimizada de acordo com a invenção, a resistência contra corrosão exigida pelos usuários de chapas e fitas constituídas de acordo com a invenção, está sempre assegu- rada.
No caso da primeira camada metálica, pode tratar-se, por exem- plo, de um revestimento de zinco puro, que pode ser aplicado economica- mente sobre o substrato de aço de maneira convencional através de zinca- gem eletrolítica, zincagem a fogo ou revestimento por meio de vapor metáli- co. Alternativamente, o primeiro revestimento metálico também pode consis- tir em Al, uma liga de Zn-Ni, uma liga de Zn-Fe ou de uma liga de Zn-Al.
No caso da segunda camada metálica do sistema de revesti- mento de acordo com a invenção, trata-se preferivelmente de um revesti- mento de liga de zinco (Zn-Y). Esse revestimento de liga de zinco forma-se, quando um metal é aplicado sobre a primeira camada, que forma uma liga de Zn com a primeira camada contendo Zn. Para esse fim, a segunda ca- mada metálica, que forma uma liga com a primeira camada pode ser sepa- rada, por exemplo, através de evaporação térmica efetuada - preferivelmen- te no vácuo - na primeira camada. Esse procedimento é particularmente adequado, quando no caso da segunda camada metálica se trata de uma camada de magnésio finamente estruturada com uma espessura de 100 - 2000 nm, preferivelmente 100 - 1000 nm.
Além de Mg1 outros metais comprovaram-se como materiais a- dequados para a segunda camada metálica. Dessa maneira, por exemplo, as exigências feitas em cada caso à segunda camada podem ser preenchi- das através do uso de Al, Ti, Cr, Mg, Ni ou outras ligas.
A camada de polímero plasmático aplicada de acordo com a in- venção sobre o revestimento metálico, pode ser formada, por exemplo, a partir de compostos organossilanos, compostos de hidrocarbonetos, com- postos organometálicos ou suas misturas.
É possível obter uma formação particularmente uniforme da ca- mada de polímero plasmático aplicada de acordo com a invenção sobre o revestimento metálico pelo fato, de que a camada de polímero plasmático é separada por meio de descarga de mica de catodos ocos. Com a descarga de mica de catodos ocos podem ser obtidas altas densidades plasmáticas e, em conseqüência disto, altas taxas de separação. Por isso, essa possibilida- de de produzir a camada de polímero plasmático é particularmente adequa- da para a aplicação em grande escala técnica em ciclo e pode ser integrada em instalações de revestimento em ciclo existentes, por exemplo, em insta- lações de zincagem eletrolítica ou em instalações de revestimento a fogo. Nesse caso, ajustam-se bons resultados de usinagem quando a taxa de se- paração da descarga de mica de catodos ocos importa em 10 - 1000 nm/s. O resultado do revestimento pode ser mais aperfeiçoado quando a taxa de separação da descarga de mica de catodos ocos é ajustada para 20 - 750 nm/s, obtendo-se uma ótima qualidade da camada de polímero plasmático, quando a taxa de separação da descarga de mica de catodos ocos importa em 50 - 500 nm/s, especialmente 50 - 360 nm/s.
O tratamento térmico efetuado de acordo com a invenção após a aplicação das camadas metálicas do sistema de revestimento é preferivel- mente efetuado a temperaturas, que se encontram abaixo de 500°C.
O tratamento térmico efetuado para formar a liga entre a primei- ra e a segunda camada metálica pode ser empregado antes ou após a apli- cação da camada de polímero plasmático. Independente de quando este é efetuado, este assegura uma boa ligação da camada e associado a isso, um bom efeito protetor contra corrosão, ao mesmo tempo, com destacada sol- dabilidade a laser.
Demonstrou-se surpreendentemente, que em uma realização do processo, no qual um pós-tratamento térmico é preferivelmente realizado apenas após a aplicação das camadas metálicas e da camada de polímero plasmático, obtém-se um efeito positivo no processo de liga entre Zn e Mg. Dessa maneira, o processo de acordo com a invenção, diverge daqueles processos conhecidos do estado da técnica, nos quais o sistema de camada metálico é produzido por meio de separação de uma camada de magnésio finamente estruturada através de evaporação térmica no vácuo com uma espessura de 100 ... 2000 nm, especialmente 100 - 1000 nm, sobre um re- vestimento de zinco separado por meio de zincagem eletrolítica ou zincagem a fogo ou revestimento por meio de vapor metálico e subseqüente tratamen- to térmico, pelo fato de que o processo de liga é efetuado antes ou apenas após a separação da camada de polímero plasmático através de pós- tratamento térmico.
A vantagem deste procedimento consiste em que a banda pode ser revestida em série no vácuo, sem entrar em contato com a atmosfera no decorrer da condução do processo.
A seguir, a invenção é detalhadamente esclarecida com base em exemplos de concretização.
Exemplo 1 Uma fita de aço para fins de embutidura profunda compreende uma camada básica fabricada, por exemplo, de um aço de baixa liga, sobre a qual é aplicado um sistema protetor contra corrosão fino de multicamadas.
Neste caso, o sistema protetor contra corrosão é formado por um revestimento de zinco aplicado como primeira camada metálica sobre a camada básica, cuja espessura importa em cerca de 3,4 μιτι, uma segunda camada metálica aplicada sobre a primeira camada metálica na forma de um revestimento de liga de Zn-Mg, cuja espessura importa em menos do que 1 pm, de maneira que as camadas metálicas juntas têm uma espessura menor do que 3,5 pm e uma camada de polímero plasmático de 340 nm de espes- sura. A espessura da camada de polímero plasmático variou. Dessa manei- ra, as camadas de polímero plasmático foram separadas com uma espessu- ra de 340 nm e 520 nm.
O sistema protetor contra corrosão formado dessa maneira com uma camada de polímero plasmático de 340 nm de espessura assegura uma estabilidade contra corrosão em amostras de flange fabricadas da fita de aço, formadas de acordo com SEP 1160 de, pelo menos, 10 ciclos no teste de troca de corrosão de acordo com a folha de teste VDA 621-415 sem ferrugem vermelha. No caso de chapas de aço sem camada de polímero plasmático convencionalmente revestidas com um sistema de camada Zn- ZnMg, examinadas como referência, havia neste momento mais do que > 80 - 100 % de ferrugem vermelha.
No caso de um sistema protetor contra corrosão formado de maneira análoga com uma camada de polímero plasmático de 520 nm de espessura, foi comprovada uma resistência ainda maior contra corrosão.
Exemplo 2
Para produzir o sistema protetor contra corrosão fino de multi- camadas mostrado na figura 1 em uma chapa de aço IF, uma camada de zinco foi inicialmente separada do substrato de aço IF que forma a camada básica por meio de zincagem eletrolítica. Em seguida, uma camada de mag- nésio finamente estrutura foi aplicada sobre a camada de zinco através de evaporação térmica no vácuo. Com tratamento térmico subseqüente a 310°C, obtém-se um revestimento de liga Zn-Mg e finalmente, é separada uma camada de polímero plasmático por meio de descarga de mica de cato- dos ocos com o emprego de tetrametilsilano, com uma taxa de separação de 34 nm/s.
A chapa de aço obtida dessa maneira apresentou uma destaca- da proteção contra corrosão, ao mesmo tempo, com aptidão muito boa para a solda a laser.
Exemplo 3
Para produzir o sistema protetor contra corrosão fino de multi- camadas mostrado na figura 2 em polimento transversal em uma chapa fina de aço formada como camada básica, em um primeiro estágio na camada básica, um revestimento de Zn foi separado como primeira camada metálica por meio de zincagem eletrolítica. Em seguida, através de evaporação térmi- ca no vácuo, uma camada de magnésio finamente estrutura como segunda camada metálica sobre a primeira camada metálica e uma camada de polí- mero plasmático foram separadas por meio de descarga de mica de catodos ocos com o emprego de tetrametilsilano, com uma taxa de separação de 34 nm/s, na segunda camada metálica. Somente após a aplicação da camada de polímero plasmático sobre a segunda camada metálica foi efetuado um tratamento térmico de 10 segundos a 335°C para formar o revestimento da liga Zn-Mg.
A chapa de aço também obtida dessa maneira apresentou uma destacada proteção contra corrosão, ao mesmo tempo, com aptidão muito boa para soldar a laser.
Com o procedimento de acordo com a invenção, o revestimento contra corrosão pode ser produzido em um "decurso de processo inline" sem interrupção no vácuo, de maneira que os custos de produção diminuem e a condução do processo é toda simplificada.
Claims (27)
1. Produto plano de aço com uma camada básica formada de um aço e um sistema protetor contra corrosão aplicado sobre a camada bá- sica, que compreende um revestimento metálico de espessura menor do que -3,5 pm, que é formado de uma primeira camada metálica aplicada sobre a camada básica e de uma segunda camada metálica aplicada sobre a primei- ra camada metálica, sendo que a segunda camada metálica formou uma liga metálica com a primeira camada metálica e compreende uma camada de polímero plasmático aplicada sobre o revestimento metálico.
2. Produto plano de aço de acordo com a reivindicação 1, carac- terizado pelo fato de que a camada de polímero plasmático tem uma espes- sura de, no máximo, 2500 μητι.
3. Produto plano de aço de acordo com a reivindicação 2, carac- terizado pelo fato de que a camada de polímero plasmático tem uma espes- surade 100-1000 nm.
4. Produto plano de aço de acordo com a reivindicação 3, carac- terizado pelo fato de que a camada de polímero plasmático tem uma espes- sura de 200 - 500 nm.
5. Produto plano de aço de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a primeira camada metálica é um revestimento de Zn, um revestimento de Al, um revestimento de Zn-Ni, um revestimento de Zn-Fe ou um revestimento de Zn-AI.
6. Produto plano de aço de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a segunda camada metálica é um revestimento de liga de zinco.
7. Produto plano de aço de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a segunda camada metálica é formada de pelo menos um dos elementos do grupo Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni ou de suas ligas.
8. Produto plano de aço de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a espessura da segunda cama- da importa em 100 - 2000 nm.
9. Produto plano de aço de acordo com a reivindicação 8, carac- terizado pelo fato de que a espessura da segunda camada importa em 200 - -1000 nm.
10. Produto plano de aço de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a camada de polímero plasmáti- co é formada de compostos organossilanos, compostos de hidrocarboneto, compostos organometálicos, bem como de suas misturas.
11. Processo para produzir um produto plano de aço revestido com um sistema protetor contra corrosão, no qual, sobre o substrato de aço que forma a camada básica do produto plano de aço é aplicada uma primei- ra camada metálica e sobre a primeira camada metálica, uma segunda ca- mada metálica, que em conseqüência de um tratamento térmico com a pri- meira camada metálica forma uma liga, sendo que a espessura total do re- vestimento metálico formado da primeira e da segunda camada metálica importa em menos do que 3,5 pm, no qual uma camada de polímero plas- mático é aplicada sobre o revestimento formado das primeira e segunda ca- madas metálicas.
12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a camada de polímero plasmático tem uma espessura de, no máximo, 2500 pm.
13. Produto plano de aço de acordo com a reivindicação 12, ca- racterizado pelo fato de que a camada de polímero plasmático tem uma es- pessura de 100 - 1000 nm.
14. Produto plano de aço de acordo com a reivindicação 13, ca- racterizado pelo fato de que a camada de polímero plasmático tem uma es- pessura de 200 - 500 nm.
15. Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado pelo fato de que a primeira camada é uma camada de zinco, que é aplicada sobre a camada básica através de zincagem eletrolítica, zin- cagem a fogo ou revestimento por meio de vapor metálico.
16. Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 15, caracterizado pelo fato de que a primeira camada é formada de Al, de um composto de Zn-Ni, de um composto de Zn-Fe ou de um composto de Zn-Al.
17. Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 16, caracterizado pelo fato de que a segunda camada metálica é uma camada contendo magnésio.
18. Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 17, caracterizado pelo fato de que a segunda camada metálica é formada de Al, Ti, Cr, Mn, Ni ou suas ligas.
19. Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 18, caracterizado pelo fato de que a segunda camada metálica é separada atra- vés de revestimento por meio de vapor metálico na primeira camada.
20. Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 19, caracterizado pelo fato de que a camada de polímero plasmático é separada por meio de descarga de mica de catodos ocos.
21. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a taxa de separação da descarga de mica de catodos ocos importa em 10-1000 nm/s.
22. Processo de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a taxa de separação da descarga de mica de catodos ocos importa em 20 - 750 nm/s.
23. Processo de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a taxa de separação da descarga de mica de catodos ocos importa em 50 - 500 nm/s.
24. Processo de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a taxa de separação da descarga de mica de catodos ocos importa em 50 - 360 nm/s.
25. Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 24, caracterizado pelo fato de que a temperatura do tratamento térmico importa em menos do que 500°C.
26. Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 25, -30 caracterizado pelo fato de que o tratamento térmico é efetuado antes de a- plicar a camada de polímero plasmático.
27. Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 26, caracterizado pelo fato de que o tratamento térmico é efetuado após aplicar a camada de polímero plasmático.
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