ES2252804T3 - Un acero aleado con cromo prerrevestido con una buena adherencia de pinturas para aplicaciones de escape de gases. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UNA LAMINA DE ACERO INOXIDABLE PARA UTILIZACION EN LA FABRICACION DE UN COMPONENTE DE ESCAPE. DICHA LAMINA PRESENTA AL MENOS UNA SUPERFICIE PRETRATADA CON UN REVESTIMIENTO PROTECTOR, RESISTENTE A LA DELAMINACION A TEMPERATURAS DE HASTA 540 (GRADOS) C, QUE INCLUYE UNA PORCION INTERNA INORGANICA Y UNA PORCION EXTERNA ORGANICA. LA PORCION INORGANICA INCLUYE AL MENOS 50 MG/M 2 DE UN REVESTIMIENTO DE C ONVERSION A BASE DE CROMO, CON UN GROSOR NO SUPERIOR A 0,02 MM. EL REVESTIMIENTO DE CONVERSION CONTIENE SILICE PARTICULADA CON UNA RELACION EN PESO DE CROMO A SILICE COMPRENDIDA ENTRE 1:1 Y 2:1. LA PORCION ORGANICA EXTERNA INCLUYE UNA PINTURA DE SILICONA QUE CONTIENE 40-60 % EN PESO DE RESINA DE SILICONA. DICHA PINTURA SE SECA A UNA TEMPERATURA INFERIOR A 300 (GRADOS) C EN MENOS DE UN MINUTO Y, A CONTINUACION SE REVISTE CON UN COPOLIMERO DE UNA SUSTANCIA ACRILICA TERMOPLASTICA Y UN LUBRICANTE O UNA OLEFINA POLIMERICA. LA LAMINA DE ACERO REVESTIDA CON LUBRICANTE SE SECA ACONTINUACION A UNA TEMPERATURA DE 25-120 (GRADOS) C DURANTE MENOS DE UN MINUTO, PARA FORMAR UNA PELICULA DE GROSOR 0,0005-0,020 MM, CON UN COEFICIENTE DE FRICCION NO SUPERIOR A APROX. 0,05 Y UN PESO DE 10-5000 MG/M 2 . LA PINTURA DE SILICONA SECA, REVESTIDA CON LA PELICULA DE LUBRICANTE SECO, NO ES PEGAJOSA, ES IMPERMEABLE A LA HUMEDAD, ACEITE, SUCIEDAD Y SIMILARES, DE FORMA QUE LA LAMINA DE ACERO REVESTIDA CON SILICONA ESTA LISTA PARA FORMAR UN COMPONENTE DE ESCAPE CON UNA MINIMA DELAMINACION DE LA SILICONA SECA, SIN QUE SE REQUIERA LA APLICACION DE LUBRICANTE EXTERNO ADICIONAL SOBRE LA LAMINA.

Description

Un acero aleado con cromo prerrevestido con una buena adherencia de pinturas para aplicaciones de escape de gases.

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere a una hoja de acero adecuada para uso en la manufactura de piezas resistentes al calor como las usadas para un componente de escapes de gases de combustión. La hoja se trata previamente dotándola de un revestimiento protector que tiene una parte interior inorgánica y una parte exterior orgánica, estando cubierta la parte orgánica con una película seca de lubricante. La parte inorgánica está formada por un revestimiento de conversión basado en ácido crómico, de secado in situ, que contiene un material en partículas, y la parte orgánica incluye una pintura seca de silicona cubierta por una película resistente a la humedad, no pegajosa, de una resina termoplástica acrílica y un lubricante o una olefina polímera. La hoja pretratada es capaz de poder conformarse a una pieza y soldarse sin que la hoja a conformar requiera un lubricante externo adicional.

A diferencia de lo que acaece en acero laminado en frío, es difícil obtener una buena adherencia de pinturas sobre aceros aleados con cromo tales como los aceros inoxidables. Una posible razón de la mala mojabilidad de la pintura para la superficie del acero inoxidable es que la superficie de estos aceros está recubierta por un óxido pasivo. Para eliminar este óxido pasivo con el fin de aumentar la adherencia de la pintura se han usado diferentes tipos de decapantes ácidos. Este enfoque, sin embargo, no ha dado por resultado una buena adherencia sobre el acero inoxidable, especialmente en piezas expuestas a temperaturas elevadas y medios corrosivos húmedos.

Otros técnicos han propuesto para aceros inoxidables técnicas de enjuagadura en una o dos etapas usando un baño ácido que contiene cromo hexavalente y un agente acoplador de silano, antes de pintar. Por ejemplo, después de haber sido sumergido en ácido crómico, el acero decapado se puede enjuagar con una solución acuosa que contiene el agente acoplador de silano. Alternativamente, el ácido crómico puede incluir una dispersión de un silicato y el silano. Aunque se puede obtener una buena adherencia, un inconveniente importante de estos procedimientos en los que se usan ácidos crómicos es el coste ambiental asociado con la eliminación de las soluciones de desecho que contienen el peligroso cromo hexavalente.

Las superficies de acero sometidas a un calentamiento cíclico en una atmósfera corrosiva se revisten con varias pinturas basadas en resinas orgánicas resistentes la temperatura. Estas superficies calientes corresponden a calderas, cubas, calentadores de espacios, hornos, elementos de máquinas, silenciadores, etc. Las resinas orgánicas multifuncionales que curan por reacción química pueden presentar unos niveles altos de resistencia al calor porque tienen una densidad de reticulación acrecentada. Resinas curadas tales como las epoxídicas, fenólicas y los novolacs tienen una resistencia al calor moderada, de hasta aproximadamente 260ºC.

A causa de un grado de reticulación alto con grupos multifuncionales silano, las resinas organofuncionales basadas en siloxanos, esto es, la silicona, tienen una excelente estabilidad térmica y una fuerte resistencia a la oxidación. Consecuentemente, la silicona se conoce como una de las resinas más resistentes al calor para servicio a elevada temperatura y se usa ampliamente como aglutinante y modificada con otras resinas para formar un sistema de pintura. Una formulación típica de pintura para alta temperatura incluiría una resina de silicona, uno o más pigmentos colorantes, un disolvente hidrocarburo, un agente extensor para hacer masa, por ejemplo, mica, silicato magnésico, silicato de aluminio, y un catalizador para coadyuvar a la reticulación, por ejemplo octonato de hierro, naftenato de zinc. Un sistema de resina orgánica de silicona modificada que incluye 15-50% de silicona puede tener una resistencia al calor de hasta aproximadamente 204ºC. Un sistema de resina orgánica de silicona modificada que incluye 51-90% de silicona puede tener una resistencia al calor intensificada de hasta aproximadamente 370ºC. Un sistema de resina orgánica de silicona modificada que incluye 51-90% de silicona y un pigmento negro puede tener una resistencia al calor intensificada de hasta aproximadamente 427ºC. Éstas son directrices generales. Con modificaciones apropiadas, una resina modificada orgánicamente puede tener una resistencia al calor de más de 427ºC. Un sistema de resina que contiene 100% de silicona y un pigmento negro puede tener una resistencia al calor intensificada hasta aproximadamente 538ºC. Un sistema de resina que contiene 100% de silicona y un pigmento cerámico puede tener una resistencia al calor intensificada hasta aproximadamente 760ºC.

Se conoce la aplicación de pinturas basadas en resinas orgánicas resistentes a la temperatura, especialmente las que contienen pigmentos negros, a componentes de acero para gases de escape de máquinas de combustión interna. Estas pinturas están disponibles en el comercio bajo varias denominaciones, tales como pintura para silenciadores, revestimientos para un calor alto, pintura resistente a altas temperaturas y revestimientos para sistemas de escapes de gases de combustión. Las pinturas resistentes a alta temperatura para estos fines se pueden producir a partir de una resina orgánica modificada con silicona o una resina modificada con silicona orgánica. Por ejemplo, la patente U.S. nº. 5.021.489 se refiere a una mezcla de revestimiento de acero que inhibe la corrosión, que contiene 10-35 partes de una resina de silicona, 2-35 partes de una resina copolímera de silicona-alquídica, 10-35 partes de una resina acrílica, 0,5-5 partes de un fosfato orgánico, 1,0-10% de un sulfonato metálico, 5-40 partes de un alcohol alifático de bajo peso molecular y 10-50 partes de un disolvente orgánico.

La patente U.S. nº. 4.702.968 se refiere a un acero aluminizado pretratado secuencialmente con una solución de cromato, un revestimiento de imprimación de una resina de poliamida imida que contiene cromato de estroncio y un revestimiento de cobertura negro de un poliéster modificado con silicona. La capa de cromato contiene 10-50 mg/m^{2} de cromo, el revestimiento de imprimación tiene un espesor de 3-8 micras y el revestimiento de cobertura tiene un espesor de 8-20 micras. La capa de poliéster contiene 30-50% de modificación por un oligómero polisiloxano que tiene 3-12 átomos de silicio y 2-4 grupos terminales seleccionados entre -SiOH y -SiOR', siendo R' metilo.

La solicitud de patente japonesa 61-081468 se refiere a un revestimiento resistente al calor para silenciadores de acero inoxidable de escapes de gases de combustión, que contiene una pintura de resina de silicona. La pintura incluye 78-93% en peso de resina de silicona, 3-8% en peso de butil-titanio, 1-5% en peso de talco, 3-8% en peso de mica sintética. Se seca la pintura y luego se cura a temperaturas por encima de 1000ºC.

La solicitud de patente japonesa 7-053723 se refiere a a un revestimiento resistente al calor para silenciadores de gases de escape que contiene una resina de silicona modificada con poliéster. La resina de silicona se modifica mezclando resina poliéster que contiene al menos dos grupos OH y dimetilpolisiloxano reactivo terminal, hidrolizando y policondensando la mezcla en presencia de un catalizador.

La solicitud de patente japonesa 63-021314 se refiera a la prevención de la corrosión a largo plazo de un silenciador. Un silenciador hecho de acero revestido con metal se somete a pretratamiento con una solución de cromato y luego se reviste con una resina orgánica de silicona modificada. El calentamiento del silenciador descompone la porción orgánica de la resina de silicona, dejando una película de resina de silicona protectora frente a la corrosión.

Cuando estas composiciones de pinturas orgánicas se curan sobre una chapa de acero para obtener un acero prepintado, el revestimiento curado se hace muy frágil, tiene una ductilidad limitada y tiende a pelarse o desprenderse en láminas durante la conformación/estampación de la hoja para hacer el componente del escape. Esto es debido a una inadecuada adherencia de la pintura a la pieza conformada. Además, hay una acumulación de pintura en las matrices de conformación. Debido a esta mala adherencia, por lo general, la hoja de acero no se puede pintar con una pintura de silicona orgánica antes de la conformación/estampación.

La aplicación de la pintura de silicona al acero antes de producir el componente para escapes sin curar la pintura no era una solución práctica para el problema, porque la pintura no curada es muy pegajosa. Cuando se enrolló un acero pintado no curado formando una bobina, las hojas tenían tendencia a pegarse cuando se quería desbobinar para la fabricación de un componente de un escape.

Consecuentemente, hoy en día, los componentes de escapes se pintan por proyección después de haber fabricado los componentes. Principalmente, los componentes se pintan por una razón cosmética, esto es, el aspecto. La eficiencia de la transferencia de pintura para estas operaciones de proyección generalmente es de 40-70%, lo que da por resultado un desperdicio de pintura, lo que requiere limpiar y significa un problema de desechos. Además, cuando el componente de escape es un silenciador de un vehículo, frecuentemente, esta pintura se despega del silenciador en láminas en menos de un año.

Como lo evidencian los intentos de técnicos anteriores, hay una necesidad ampliamente sentida de un acero resistente al calor, hecho en especial de un acero aleado con cromo con el que fabricar el componente para escape de gases de combustión, pretratado con una pintura, que tenga resistencia a alta temperatura y a la corrosión en húmedo y una adherencia a la superficie del acero acrecentada. Hay necesidad especial también de una hoja de acero aleado con cromo pintada que tenga una adherencia intensificada cuando la hoja de acero se conforma para producir un componente de escapes. El procedimiento para producir tales hojas de acero aleado con cromo pintado debe ser de bajo coste y en el que se usen sólo materiales de revestimiento no tóxicos para el ambiente de forma que se puedan eliminar con seguridad.

Breve sumario de la invención

Esta invención se refiere a una hoja de acero, tal como un acero aleado con cromo, pretratada en al menos una cara con un revestimiento resistente a la separación en láminas a temperaturas de hasta aproximadamente 540ºC. El revestimiento protector incluye una parte inorgánica interna, una parte orgánica externa, parte orgánica que incluye una película polímera seca de lubricante de cobertura. La parte inorgánica incluye un revestimiento de conversión basado en cromo que contiene un material en partículas. La película seca de lubricante cubre la superficie revestida con silicona y es un copolímero de un termoplástico acrílico y un lubricante, conteniendo el copolímero 5-70% en peso del lubricante o al menos 90% de olefina polímera. La hoja de acero revestida es seca, está exenta de pegajosidad, es impermeable a la humedad, aceite, suciedad, etc. y apta para ser conformada y soldarse a una pieza de acero resistente al calor con una mínima tendencia a la separación de la silicona seca en láminas sin que se requiera en el acero un lubricante externo adicional. La pintura de silicona se cura durante el servicio de la pieza resistente al calor.

Otro rasgo de la invención incluye la antes mencionada pintura de silicona que se forma a partir de una resina modificada orgánicamente y que incluye uno o más ingredientes del grupo constituido por un catalizador, un pigmento, un extensor y un inhibidor.

Otro rasgo de la invención incluye el mencionado revestimiento seco de silicona que tiene un espesor de 0,005-0,05 mm.

Otro rasgo de la invención incluye la mencionada película seca que tiene un espesor igual a 0,02 mm o mayor.

Otro rasgo de la invención incluye la mencionada película seca que tiene un peso de revestimiento de 10-5000 mg/m^{2}.

Otro rasgo de la invención incluye la mencionada película seca que tiene un coeficiente de fricción no mayor que aproximadamente 0,05.

Otro rasgo de la invención incluye el antes mencionado revestimiento de conversión que tiene una relación ponderal de cromo a material en partículas dentro del intervalo de 1:1 a 2:1.

Otro rasgo de la invención incluye el antes mencionado revestimiento de conversión que tiene un peso de como mínimo 50 mg/m^{2}.

Otro rasgo de la invención incluye el antes mencionado revestimiento de conversión que tiene un peso de 100-500 mg/m^{2} y que tiene un espesor igual a 0,02 mm o mayor.

Otro rasgo de la invención incluye las antes mencionadas partículas que tienen un tamaño de 0,001-0,2 mm y que son del grupo consistente en sílice y óxido de titanio.

Otro rasgo de la invención incluye la antes mencionada hoja que es un acero aleado con cromo.

La invención incluye también un procedimiento para la producción de una hoja de acero adecuada para uso en la manufactura de una pieza resistente al calor. El procedimiento incluye revestir al menos una superficie de una chapa fina de acero con un líquido de base ácido crómico que contiene material en partículas. La chapa fina se seca para formar un revestimiento de conversión sobre la superficie tratada. La superficie revestida por conversión se reviste luego con una pintura de silicona que contiene al menos 50% de sólidos, siendo la porción de sólidos de la pintura al menos 20% en peso de la resina de silicona. La hoja revestida con silicona se calienta a elevada temperatura durante un tiempo suficiente para secar el revestimiento de silicona. La superficie revestida con silicona seca se reviste luego con una suspensión acuosa que contiene 10-60% en peso de un lubricante polímero. El lubricante polímero puede ser un copolímero de un termoplástico acrílico y un lubricante o una olefina polímera. El copolímero acrílico contiene 5-70% en peso del lubricante. La olefina polímera contiene 90% de olefina. La superficie revestida con el lubricante polímero se calienta a temperatura elevada durante un tiempo suficiente para formar una película seca, no pegajosa, impermeable a la humedad, aceite, suciedad, etc. y apta para conformación y soldadura a una pieza de acero resistente al calor, con una mínima separación en láminas del revestimiento de la silicona seca sin aplicar sobre la superficie más lubricante. La pintura de silicona se cura durante el servicio de la pieza resistente al calor.

Otro rasgo de la invención incluye la mencionada hoja revestida con silicona que se seca a una temperatura pico del metal inferior a 300ºC.

Otro rasgo de la invención incluye la mencionada hoja revestida con silicona que se seca a una temperatura pico del metal inferior a 250ºC en menos de 1 min.

Otro rasgo de la invención incluye el antes mencionado revestimiento de conversión que tiene una relación ponderal de cromo a silicio en el intervalo de 1:1 a 2:1.

Otro rasgo de la invención incluye el antes mencionado revestimiento de conversión que tiene un peso como mínimo de 50 mg/m^{2} sobre la superficie tratada.

Otro rasgo de la invención incluye el antes mencionado revestimiento de conversión que contiene no más de 15% en peso de cromo hexavalente.

Otro rasgo de la invención incluye la antes mencionada hoja revestida con lubricante que se trata a una temperatura pico del metal de 25-120ºC para curar el lubricante polímero.

Un objetivo principal de la invención es proporcionar una hoja de acero plano prepintada capaz de ser conformada para obtener un componente resistente al calor sin que la pintura se separe en láminas o pierda adherencia, y que tiene una buena resistencia a la corrosión.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un componente prepintado de acero aleado con cromo, para un componente de escapes de gases de combustión, que tiene una resistencia superior a alta temperatura y a la corrosión en húmedo.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un componente prepintado, de acero aleado con cromo, para escapes de gases de combustión, que resiste la degradación de la pintura a temperaturas de hasta 540ºC.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja plana prepintada de acero aleado con cromo capaz de ser conformada para hacer un componente de escapes de gases de combustión sin que se forme una acumulación de pintura en las matrices de conformación.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja prepintada de acero sin usar materiales de revestimiento o crear materiales de desecho o subproductos que son tóxicos para el ambiente.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja prepintada de acero que sea impermeable a la humedad, aceite, suciedad, etc. y capaz de soldarse a un componente resistente al calor después de haber sido conformada.

Una ventaja importante de esta invención es que posibilita revestir la hoja de acero con una pintura seca que no está totalmente reticulada, no pegándose entre sí las partes superpuestas de la hoja cuando el acero se enrolla formando una bobina. Una ventaja igualmente importante de esta invención es que posibilita formar una pieza resistente al calor a partir de una hoja plana de acero revestida con una pintura seca blanda pero no pegajosa. Otra ventaja de esta invención es que posibilita soldar una pieza conformada a partir de una hoja de acero revestida con una pintura seca que no está totalmente reticulada sin que se formen humos de la pintura no curada. Otra ventaja de la invención es que proporciona una excelente adherencia sobre los aceros aleados con cromo sin usar o crear sustancias ambientalmente perjudiciales que causan problemas de desecho. Otras ventajas incluyen el que no es necesario aplicar a la hoja plana de acero, antes de producir con ella un componente para escape de gases de combustión, un lubricante costoso que causa problemas de seguridad en el lugar de trabajo, que tiene un coste de producción bajo y que proporciona una hoja pintada de acero aleado que tiene una durabilidad alta y resistencia al agua. Entre otras ventajas figuran una alta transferencia de calor, esto es, al menos 95%, de la pintura al pintar la hoja, un coste mínimo de limpieza y un procedimiento que no es intensivo en trabajo.

Descripción detallada de las realizaciones preferentes

Esta invención se refiere a una hoja de acero resistente al calor, prerrevestida con un revestimiento protector inorgánico/orgánico, y a un procedimiento para producirla. El revestimiento protector es seco, no pegajoso, impermeable a la humedad, aceite, suciedad, etc. La hoja revestida está preparada para ser conformada con una mínima separación en láminas del revestimiento protector y es apta para ser soldada posteriormente sin que se formen humos del revestimiento protector. No ha de aplicarse lubricante adicional a la hoja antes de su conformación.

Por hoja de acero resistente al calor se entiende que se trata de una hoja de acero que se puede conformar para producir piezas expuestas a temperaturas de servicio elevadas, especialmente temperaturas de servicio cíclicas, incluidas atmósferas corrosivas, de hasta aproximadamente 540ºC. Entre los ejemplos no limitativos de aplicaciones están incluidos colectores de motores, silenciadores de motores, convertidores catalíticos, calderas, muflas, hornos, chimeneas, calentadores de espacios, estufas, incineradoras y parrillas de exteriores.

Por hoja de acero se entiende en la invención acero laminado y decapado, acero laminado en frío, acero aleado con cromo laminado en frío, acero inoxidable laminado en frío y aceros con revestimientos metálicos. Por revestimiento metálico se entiende que el acero está revestido por inmersión en baño caliente, revestido por electrodepósito, por difusión, etc. con un metal no férreo tal como aluminio, aleación de aluminio, zinc, aleación de zinc, plomo, aleación de plomo, aleación estaño-plomo, níquel, aleación de níquel, etc. Por acero aleado con cromo se entiende que se trata de aceros aleados con al menos 5% de cromo y aceros inoxidable con al menos 10% en peso de cromo, tales como los tipos de las series 300 y 400. El acero inoxidable T409 pintado, el acero inoxidable T409 aluminizado por inmersión pintado y el acero al carbono aluminizado por inmersión en baño fundido, pintado, tienen una utilidad particular para componentes de escapes de gases de combustión en vehículos automóviles, tales como colectores de motores, silenciadores de motores y convertidores catalíticos. Por hoja se entiende fleje u hoja continua y longitudes cortadas.

Esta invención incluye, preferiblemente, una hoja de acero aleada con cromo revestida en al menos una cara con un revestimiento protector resistente a la separación en láminas o la peladura a temperaturas de hasta aproximadamente 540ºC, que tiene una parte inorgánica interna y una parte orgánica externa que incluye una película seca de cobertura. La parte inorgánica interna incluye al menos 50 mg/m^{2} en una superficie de un revestimiento de conversión basado en ácido de cromo hexavalente, de secado in situ, que contiene un material en partículas, estando la relación ponderal de cromo al material en partículas dentro del intervalo de 1:1 a 2:1. El material en partículas es una característica muy importante de esta invención porque las partículas dan estabilidad al revestimiento de conversión, lo que permite que la pintura permanezca íntimamente unida al componente del escape incluso a temperaturas operativas muy altas, de hasta aproximadamente 540ºC. La parte orgánica externa incluye una pintura seca de silicona que contiene como mínimo 20% en peso, preferiblemente como mínimo 30% en peso, más preferiblemente como mínimo 40% en peso y, muy preferiblemente, como mínimo 40-60% en peso, de resina de silicona. La parte orgánica tiene un espesor de como mínimo 0,005 mm sobre una superficie. La película seca de lubricante está formada por una suspensión acuosa que contiene 10-60% en peso de sólidos de un lubricante polímero. El lubricante polímero puede ser un copolímero de un termoplástico acrílico y un lubricante o una olefina polímera. Si la película de lubricante es un copolímero acrílico, contendrá 5-70% en peso del lubricante. Si la película de lubricante es una olefina polímera, la resina de olefina comprenderá como mínimo 90% en peso de la película. El peso del revestimiento de la película de lubricante sobre la superficie en que se aplica será de como mínimo 10 mg/m^{2}.

El revestimiento protector se puede formar sobre al menos una cara de la hoja de acero aleado con cromo con una suspensión coloidal basada en ácido de cromo hexavalente que contiene un material en partículas y que tiene una relación ponderal de cromo a material en partículas en el intervalo de 1:1 a 2:1. La superficie se reviste uniformemente de manera que el peso del revestimiento de conversión, después de secar la hoja, sea de al menos 50 mg/m^{2}. Preferiblemente, el revestimiento de conversión tiene un espesor no mayor que aproximadamente 0,01 mm y un peso del revestimiento de cómo mínimo 100 mg/m^{2} y, más preferiblemente, de aproximadamente 150-200 mg/m^{2}. El peso del revestimiento de conversión no debe exceder de aproximadamente 500 mg/m^{2} y el revestimiento debe tener un espesor no mayor que aproximadamente 0,02 mm porque, de otra forma, se producirá después de la conformación/estampación de la hoja de acero un fallo en la capa de cromato subyacente. Después de secar, la superficie revestida con el revestimiento inorgánico de conversión se recubre con una pintura de silicona. La superficie revestida con silicona orgánica se reviste luego con un revestimiento continuo de una suspensión acuosa que contiene 10-60% de sólidos de un lubricante polímero. El lubricante polímero puede ser un copolímero de un termoplástico acrílico y un lubricante o una olefina polímera. Un copolímero acrílico contiene 5-70% en peso del lubricante. Una olefina polímera contiene al menos 90% de resina olefínica. La hoja se calienta a una temperatura elevada durante un tiempo suficiente para formar, sobre la pintura orgánica de silicona, una película no pegajosa de lubricante de cobertura.

La suspensión coloidal incluye cromo hexavalente (Cr^{+6}) y cromo trivalente (Cr^{+3}) disueltos utilizando un material en partículas que tiene un compuesto estabilizador a alta temperatura para promover la formación y la adherencia del revestimiento de silicona a la superficie de la hoja de acero. El revestimiento basado en ácido crómico de la invención es un revestimiento de conversión del tipo de secado in situ. Este tipo de revestimiento de conversión de secado in situ es un rasgo importante de esta invención. A diferencia de la técnica anterior que usa soluciones de inmersión basadas en ácido crómico, un revestimiento del tipo de secado in situ no forma un subproducto tóxico de desecho. Otra razón para usar un revestimiento de conversión del tipo de secado in situ es que asegura la oxidación y conversión de la superficie de la hoja de acero en cromato. También es muy importante obtener una cobertura uniforme de la totalidad de la superficie del acero teniendo la capa de cromato un espesor suficiente para asegurar una buena adherencia de la capa orgánica protectora externa a la superficie de la hoja de acero.

Otro aspecto importante de la invención para el revestimiento de conversión es la inclusión de un material en partículas que tiene, no sólo estabilidad a alta temperatura, lo que permite que la pintura permanezca íntimamente unida al componente de gases de escape incluso a temperaturas operativas altas, de hasta aproximadamente 540ºC, sino también un tamaño pequeño, inferior a aproximadamente 0,2 micras (\mum). El material en partículas actúa como vehículo del cromo hexavalente de manera que el cromo permanece bien distribuido dentro de la suspensión coloidal. Los iones cromo quedan en suspensión por ser adsorbidos/absorbidos sobre las superficies de las partículas pequeñas. Un material en partículas adecuado que cumple con estas exigencias es la sílice ahumada. La sílice ahumada tiene un tamaño de partícula de aproximadamente 0,001-0,2 \mum. No son deseables partículas de un tamaño mayor que aproximadamente 0,2 \mum porque no formarán coloide y tienden a precipitar. A su vez, no son deseables partículas de un tamaño mucho menor que 0,001 \mum porque esencialmente son iónicas y tienden a disolverse en la suspensión. Entre los materiales en partículas adecuados están incluidos sílice (SiO_{x}) y óxido de titanio (TiO_{x}).

La parte orgánica del revestimiento protector de esta invención está formada por una pintura basada en agua o disolvente que contiene una resina orgánica de silicona para formar un revestimiento protector seco que tiene estabilidad hasta aproximadamente 540ºC. La pintura líquida contiene como mínimo 50% en peso de sólidos, siendo la parte de sólidos de la pintura, esto es, la pintura seca, como mínimo 20% en peso de la resina de silicona. Preferiblemente, la parte de sólidos de la pintura es, como mínimo, 30% en peso de resina de silicona, más preferiblemente como mínimo 40% en peso de resina de silicona y, muy preferiblemente, 40-60% en peso de resina de silicona. Preferiblemente, el contenido de volátiles orgánicos (V.O.C.) de la pintura no es mayor que 0,42 kg/l. La expresión "resina de silicona" significa resinas de silicona que tienen una cadena principal de estructura (Si--O--Si--)_{n} formada a partir de un oligómero organopolisiloxano que tiene 3-12 átomos de silicio y 2-4 grupos terminales seleccionados entre -OH y -SiOR', representando los grupos orgánicos terminales R' un alquilo inferior que tiene 1-4 átomos de carbono, tal como fenilo, metilo, metil-fenilo, difenilo, etc. Es deseable un grupo orgánico fenilo porque proporciona a la resina de silicona una buena resistencia a la temperatura y a la oxidación, así como una vida en servicio buena. Es deseable un grupo orgánico metilo porque proporciona una buena dureza en caliente, flexibilidad, buena resistencia química y una buena resistencia al choque térmico. Son ejemplos no limitativos de resina de silicona, esto es, siloxano, dimetilsiloxano, polimetoxisiloxano y polimetilfenil-siloxano. La expresión "resina de silicona" también significa resinas de silicona modificadas orgánicamente por haber hecho que reaccionaran con otra resina. El grupo de resinas orgánicas adecuadas para modificar la resina de silicona incluye resinas alquídicas, fenólicas, epoxídicas, epoxiésteres, uretanos, resinas acrílicas y poliésteres. Las siliconas modificadas de la invención tendrían un peso molecular entre aproximadamente 5000 y 20000 y pueden incluir en la cadena principal otros grupos terminales tales como metil-fenilo, difenilo, hidroxilo. Estos grupos terminales coadyuvan a la reticulación de la pintura. Las siliconas modificadas contribuyen a rebajar la temperatura de secado de la pintura necesaria para evitar pegajosidad de la superficie de la hoja de acero revestida con la pintura de silicona. La reticulación de la pintura se produciría durante el servicio de la pieza resistente al calor formada. Una resina de silicona modificada también mejora la adherencia de la pintura a la hoja de acero durante la conformación/estampación de la hoja para hacer una pieza resistente al calor sin reticulación.

Preferiblemente, la resina de silicona se disolverá en un vehículo disolvente líquido, tal como xileno o tolueno, para formar una pintura. Esta pintura puede contener uno o más ingredientes tales como un catalizador, un pigmento, un extensor y un inhibidor. Un catalizador adecuado es octonato de hierro. Entre los pigmentos inorgánicos adecuados para colorear la pintura figuran cargas metálicas, espinelas de óxido de hierro, óxido magnésico, negro de carbón, grafito, sílice, moscovita silícea, aluminio, silicato de aluminio, silicato magnésico, etc. Entre los extensores adecuados figuran mica y silenita de nefelina. Entre los inhibidores adecuados están incluidos fosfato y cromato de zinc. Son adquiribles resinas de silicona adecuadas a los fines de esta invención de Dow Corning Corporation, de Midland, Michigan 48686. Esta pintura orgánica de silicona se aplica a un acero revestido por conversión de cromato que tiene un espesor de como mínimo 0,005 mm, preferiblemente de como mínimo 0,01 mm y, más preferiblemente de 0,02-0,03 mm. El espesor del revestimiento de silicona no debe exceder de aproximadamente 0,05 mm porque el revestimiento puede desprenderse en láminas cuando la hoja de acero se conforma para producir una pieza. Además, el secado del revestimiento de silicona duraría más de un minuto y requeriría pasadas múltiples de secado en una operación continua de revestimiento de la hoja de acero.

Las pinturas de silicona para alta temperatura se curan a temperaturas de cómo mínimo aproximadamente 235ºC en aproximadamente 30 min. Una pintura de silicona modificada puede curarse a una temperatura de aproximadamente 200ºC en aproximadamente 20 min. El curado de estas pinturas cuando se reviste una hoja plana de acero hace que la pintura sea muy frágil. La conformación de una hoja de acero revestida con una pintura curada causa que la pintura se pele o se desprenda como láminas. El descubrimiento de esta invención es que una hoja plana de acero se puede revestir con una pintura de silicona sustancialmente no reticulada y que no es pegajosa cuando la pintura no curada se cubre con una película seca de lubricante. Una ventaja importante del uso de la película seca de lubricante es que una hoja de acero revestida continuamente con una pintura de silicona seca pero no curada se puede arrollar a bobina sin que las capas pintadas de la bobina se peguen entre sí cuando se desbobina durante la fabricación. Esto es, la película seca de lubricante cubre la pintura seca que, de otra forma, sería pegajosa y causaría que las capas de la bobina se pegaran entre sí. Otra ventaja importante del uso de la película seca de lubricante es que una hoja de acero puede revestirse continuamente con una pintura seca resistente a altas temperaturas y conformarse para hacer una pieza sin que la pintura se separe en láminas o pierda su adherencia. Mediante secado de la hoja de acero en la condición de revestida con silicona en menos de 1 minuto a una temperatura pico inferior a 300ºC, preferiblemente inferior a 250ºC, más preferiblemente inferior a 220ºC, se produce un curado mínimo de la pintura, de manera que la pintura permanece suficientemente blanda y dúctil para la conformación, sin que se separe en láminas. La película seca proporciona una lubricación suficiente, quedando la pintura íntimamente adherida a la superficie de la hoja de acero cuando se conforma para producir una pieza resistente al calor. Por "secado" de la pintura de silicona se entiende que se produce una mínima reticulación de la pintura antes de conformarla para hacer la pieza resistente al calor. La pintura de silicona aplicada a la hoja de acero se seca durante como mínimo 5 s a la temperatura pico del metal. Se prefiere que el tiempo de secado de la pintura de silicona a la temperatura pico del metal sea como mínimo de 20 s para prevenir problemas de soldadura. Entre los problemas de soldadura asociados a la pintura de silicona resistente al calor de la invención están incluidos una excesiva formación de humos durante la soldadura, por ejemplo, la soldadura con láser, de las piezas resistentes al calor hechas con hoja de acero, y la acumulación de pintura sobre los electrodos usados durante la soldadura por arco con wolframio. Al curar la pintura de silicona en 20-60 s a la temperatura pico del metal, se produce un curado mínimo de la pintura y se evita una excesiva formación de humos durante la soldadura. El curado total de la pintura en las piezas conformadas se efectúa in situ durante el servicio.

Otro aspecto importante de la invención es que el revestimimiento protector de silicona sea cubierto con una película seca, delgada, no pegajosa, de lubricante polímero. Preferiblemente, la película de lubricante es una resina acrílica, entre ellas la descrita en la patente U.S. nº. 4.942.193. La película delgada de lubricante se forma partiendo de una suspensión acuosa que contiene un copolímero acrílico que contiene 5-70% en peso, preferiblemente 10-30% en peso de un lubricante, en relación al peso total del copolímero. El copolímero acrílico es un polímero funcional ácido o básico neutralizado preparado por polimerización en un medio disolvente de monómeros etilénicamente insaturados. Aproximadamente se pueda usar en el copolímero acrílico 10-40% en peso del polímero con funcionalidad de ácido. Los ejemplos de polímeros con funcionalidad de ácido incluyen ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido crotónico, ácido itacónico y ácido maleico. En el copolímero acrílico se puede usar aproximadamente 5-20% en peso del polímero de funcionalidad de base. Entre los ejemplos de polímeros con funcionalidad de base están incluidos (met)acrilatos de aminoalquilo, aminoetil(met)acrilato de t-butilo, y (met)acrilato de diisobutilaminoetilo. El lubricante puede incluir una cera tal como polietileno, cera de vaselina, cera de abeja, cera carnauba, cera de olefina y mezclas de ellas. El lubricante puede incluir también uno o más aditivos de fluidos de silicona, disulfuro de molibdeno, grafito, aceite hidrocarburo o aceite vegetal. Al revestimiento de silicona se aplica un revestimiento delgado de la suspensión acuosa que contiene el copolímero acrílico y lubricante y se cura a una temperatura en el intervalo de 25-120ºC, preferiblemente de 65-110ºC, en menos de un minuto para formar una película seca de lubricante, no pegajosa. Es importante que el peso de la película seca de lubricante sea suficiente, de manera que no sea necesario aplicar al revestimiento de silicona más lubricante antes de hacer un componente para escapes de gases de combustión con la hoja plana de acero. Consecuentemente, la película seca debe estar presente sobre la superficie en un peso de como mínimo 10 mg/m^{2}. Preferiblemente, el peso de la película seca es, como mínimo, de 100 mg/m^{2}, más preferiblemente de 200-300 mg/m^{2} y, muy preferiblemente, no mayor que 500 mg/m^{2}. El peso de la película seca no debe exceder de aproximadamente 5000 mg/m^{2} porque puede desprenderse dejando un residuo en las matrices de fabricación cuando se conforman las piezas a partir de la hoja de acero, lo que requeriría frecuentes paradas de la línea y trabajos de limpieza. La película seca debe tener un espesor de como mínimo 0,0005 mm, pero no superior a aproximadamente 0,020 mm. Preferiblemente, la película seca debe tener un espesor de como mínimo 0,002 mm, más preferiblemente de cómo mínimo 0,005 mm y, muy preferiblemente, de aproximadamente 0,010 mm.

Cuando se forma la película de lubricante a partir de una suspensión acuosa que contiene resina acrílica, la resina se debe copolimerizar con un lubricante para lograr una lubricación suficiente sobre la superficie de la hoja de acero a conformar para hacer una pieza resistente al calor. Cuando la película de lubricante se forma a partir de una suspensión acuosa que contiene una resina olefínica polímera, por ejemplo, cera de poliolefina, polvo de poliolefina, no es necesario incluir un lubricante adicional con la suspensión acuosa. Una película de poliolefina tiene una capacidad de lubricación similar a la del copolímero acrílico. Por resina olefínica polímera se entiende que la resina olefínica se puede polimerizar con otra resina, por ejemplo, un polímero de olefina/ácido acrílico. Una película de lubricante olefínico se puede formar a partir de un líquido basado en agua o basado en un disolvente que contiene una dispersión de polvo de cera de poliolefina.

Cada uno de los revestimientos, de conversión y de silicona, y la película de lubricante se puede aplicar a una o a ambas caras de la hoja de acero aleado con cromo usando un equipo convencional de revestimiento, tal como rodillo, un rodillo inverso, un rodillo escurridor o una cuchilla de aires. Preferiblemente, la hoja de acero se reviste continuamente con un rodillo inverso de revestimiento. Se prefiere un rodillo de revestimiento para asegurar un revestimiento continuo que cubra completamente la anchura total de la hoja y para asegurar que las capas de revestimiento/película tengan un espesor uniforme. Cuando la película seca de lubricante tiene un peso/espesor suficiente que cubre completamente la hoja de acero, por ejemplo, de al menos 10 mg/m^{2}, no es necesario aplicar lubricante externo adicional a la hoja plana de acero o las matrices de conformación inmediatamente antes de conformar los componentes de los escapes. Cuando se controla al menos el peso mínimo del revestimiento de película seca, el coeficiente de fricción de la hoja de acero es de aproximadamente 0,05 o menos. Por otra parte, no son deseables pesos del revestimiento de película de lubricante de más de aproximadamente 5000 mg/m^{2} porque el lubricante se desprende como escamas, lo que daña la pintura subyacente y crea una acumulación de material en la matriz de conformación. La hoja revestida con líquido se puede secar después de las tres etapas de revestido haciéndola pasar a través de un equipo de calentamiento por convección tal como un horno de convección o un calentador por convección.

Ejemplo 1

Se sometió a limpieza alcalina y a tratamiento de abrillantado de la superficie una cara de paneles planos decapados de acero inoxidable 409, laminado en frío y recocido, de un espesor de 1 mm, una anchura de 10 cm y una longitud de 15 cm. Cuatro de los paneles limpiados se revistieron en una cara con rodillo en el laboratorio con varios espesores de una pintura de silicona pigmentada en negro. Después calentar los paneles a una temperatura pico del metal de 200ºC y mantenerlos a esta temperatura durante 35 segundos, se determinaron los espesores del revestimiento de los paneles, que eran de 0,013 mm, 0,020 mm, 0,028 mm y 0,050 mm. La pintura de silicona estaba seca pero era pegajosa. Estos paneles se sometieron luego a ensayos de corrosión de acuerdo con la especificación 9985384 de General Motors (GM). Los ensayos de corrosión incluían calentar una muestra a 450ºC y luego templarla en agua a 2ºC. Este procedimiento se repitió 10 veces para cada panel antes de exponerlos a atmósfera de niebla salina durante 168 h. Luego se evaluó visualmente el aspecto de los paneles planos. La puntuación del aspecto después del ensayo de corrosión de los paneles que tenían espesores de revestimiento de 0,013 mm, 0,020 mm, 0,028 mm y 0,050 mm era de 7, 7, 7 y 9, respectivamente. Una puntuación de 9 se define como indicios de corrosión y 7 se define como corrosión ligera e inaceptable. Para pasar el ensayo de GM es necesaria una puntuación de cómo mínimo 8.

Ejemplo 2

En el Ejemplo siguiente se limpiaron y pintaron como se ha descrito en el Ejemplo 1 dos paneles más de los paneles planos de acero inoxidable 409 laminados en frío, recocidos y decapados. Sin embargo, antes de pintarlos, los paneles limpios se pretrataron con un revestimiento de conversión de cromato de secado in situ que contenía sílice en partículas antes de revestirlos con una pintura de silicona de 0,02 mm de espesor. Los paneles se revistieron sobre una cara con el revestimiento de conversión de cromato que contenía sílice en partículas. Después de secado a 100ºC, el revestimiento de conversión tenía un espesor de 0,002 mm y un peso de 161 mg/m^{2}. Este revestimiento de conversión puede adquirirse a BetzDearborn, Metals Process Group, Morsham, Pensilvania 19044, que lo vende bajo el nombre de Permatreat® 1500. Los paneles planos se sometieron al ensayo de corrosión y se evaluaron como se ha descrito en el Ejemplo 1. Las puntuaciones del aspecto de estos paneles mejoraron a 9 y 8. Una puntuación de 8 se define como corrosión ligera. Estos ejemplos demuestran que se puede usar un menor espesor de pintura cuando se usa el revestimiento de conversión de cromato y cumplir con la exigencia de una puntuación mínima de 8 de la especificación GM.

Ejemplo 3

El Ejemplo 3 es ilustrativo de la invención. Dos paneles más de los paneles planos del Ejemplo 2 se revistieron también con rodillo con una suspensión acuosa que contenía un lubricante copolímero acrílico después de haber sido pretratados por conversión con cromato y pintados con una pintura de silicona. La suspensión acuosa se puede adquirir de PPG Industries, Allison Park, Pensilvania, y se vende bajo el nombre comercial de CHEMFORM TK4. Después de secarla a un espesor de 0,02 mm, la pintura pegajosa de silicona se revistió con el copolímero acrílico. Las paneles se secaron luego a 110ºC durante 35 s para formar una película no pegajosa, seca, de lubricante que tenía un peso de 2500 mg/m^{2}. La puntuación del aspecto después del ensayo de corrosión de los paneles que tenían un revestimiento interior inorgánico de conversión de cromato secado in situ y un revestimiento protector orgánico externo recubierto con una película seca de lubricante acrílico mejoró a 10 y 9 para estos paneles. Una puntuación de 10 se define como que no hay corrosión visible.

Ejemplo 4

El Ejemplo 4 ilustra también la invención. Dos de los paneles planos del Ejemplo 2 y dos de los paneles planos del Ejemplo 3 se conformaron para hacer copas del ensayo Swift. Los paneles planos del Ejemplo 3 se revistieron de acuerdo con esta invención. Después de haber hecho las copas, se inspeccionó visualmente la pintura de silicona. Las copas hechas por conformación de paneles que no recibieron la película seca de lubricante tenían grietas en la pintura en las zonas curvadas. Esas copas se sometieron luego al ensayo de corrosión de la especificación 9985384 de GM como se describe en el Ejemplo 1. Posteriormente, las copas se ensayaron en cuanto a la corrosión en atmósfera de niebla salina durante 168 h. Luego se evaluó visualmente el aspecto de las piezas conformadas. Las copas hechas con los dos paneles revestidos con el procedimiento del Ejemplo fracasaron en el ensayo de corrosión puesto que sólo alcanzaron una puntuación visual de 7. Las copas hechas con los dos paneles revestidos de acuerdo con el procedimiento del Ejemplo 3 superaron fácilmente el ensayo de corrosión alcanzando una puntuación visual de 9.

Los resultados del Ejemplo 4 demuestran claramente la importancia de poder revestir una hoja de acero plano aleado con cromo con una pintura de silicona seca pero no curada, cubierta con una película seca de lubricante acrílico, y de poder conformar una hoja plana de acero para fabricar una pieza en la que la pintura seca de silicona queda íntimamente adherida a la pieza durante la conformación. La presencia de la película seca de lubricante acrílico sobre la pintura de silicona no curada permitió conformar el material para hacer las copas del ensayo de Swift sin que la pintura de silicona no curada se separara en láminas o se agrietara.

Ejemplo 5

El Ejemplo 5 ilustra más la invención. Se revistieron como se describe en el Ejemplo 3 paneles planos de acero inoxidable T409 de 61 cm x 61 cm y luego se conformaron para hacer silenciadores. Después de montarlos usando soldadura láser, estos silenciadores se ensayaron de acuerdo con la especificación 9984299 de General Motors en la que los silenciadores se calientan a 450ºC y luego se templan en agua-hielo a 2ºC. Esto se repitió 5 veces. Los silenciadores se expusieron luego al ensayo de niebla salina durante 168 h. Todos los silenciadores conformados pasaron este ensayo de GM. Secando los paneles de silicona revestidos a una temperatura pico del metal de 200ºC durante como mínimo 20 s, no se produjo formación de humos de la pintura de silicona durante la soldadura de los silenciadores.

Claims (13)

1. Una hoja de acero prerrevestida adecuada para uso en la manufactura de una pieza resistente al calor, que comprende;

una hoja de acero,

al menos una cara de la hoja provista de un revestimiento protector resistente a la separación en láminas a temperaturas de hasta aproximadamente 540ºC, que incluye una parte interior inorgánica y una parte exterior orgánica, parte orgánica que incluye una película seca,

parte interior inorgánica que incluye un revestimiento de conversión basado en cromo que contiene un material en partículas,

parte exterior orgánica que comprende una pintura de silicona que contiene como mínimo 20% en peso de resina de silicona,

película seca que es un copolímero de resina termoplástica acrílica y un lubricante o una olefina polímera,

copolímero que contiene 5-70% en peso del lubricante y olefina polímera que contiene como mínimo 90% de resina de olefina, por lo que la película seca no es pegajosa y es impermeable a la humedad, aceite, suciedad.

2. La hoja de acero de la reivindicación 1, en la que el peso del revestimiento de conversión sobre la superficie sobre la que se ha aplicado es de 50-500 mg/m^{2}.

3. La hoja de acero de la reivindicación 1, en la que la relación ponderal de cromo a material en partículas del revestimiento de conversión es de 1:1 a 2:1.

4. La hoja de acero de la reivindicación 1, en la que el material en partículas tiene un tamaño de 0,001-0,2 \mum.

5. La hoja de acero de la reivindicación 1, en la que el revestimiento de conversión tiene un espesor no mayor que 0,02 mm.

6. La hoja de acero de la reivindicación 1, en la que la pintura contiene una resina de silicona modificada y un pigmento negro.

7. La hoja de acero de la reivindicación 1, en la que la pintura tiene un espesor de 0,005-0,05 mm y contiene como mínimo 30% en peso de resina de silicona.

8. La hoja de acero de la reivindicación 1, en la que la película seca tiene un espesor de como mínimo 0,0005 mm.

9. La hoja de acero de la reivindicación 1, en la que la película seca tiene un peso de como mínimo 10 mg/m^{2}.

10. La hoja de acero de la reivindicación 1, en la que la película seca tiene un coeficiente de fricción no mayor que aproximadamente 0,05.

11. Un procedimiento para la producción de una hoja de acero adecuada para uso en la manufactura de una pieza resistente al calor, que comprende las etapas de:

proporcionar una hoja de acero,

revestir al menos una superficie de la hoja con un revestimiento líquido basado en ácido crómico que contiene material en partículas,

secar la hoja y formar un revestimiento de conversión en la superficie con el revestimiento líquido,

revestir la superficie revestida por conversión con una pintura líquida de silicona que contiene como mínimo 50% en peso de sólidos, siendo la parte de sólidos de la pintura como mínimo 20% en peso de resina de silicona,

calentar la hoja pintada a una temperatura pico del metal durante un tiempo suficiente para secar la pintura de silicona,

revestir la pintura seca con una suspensión acuosa que contiene 10-60% en peso de un lubricante polímero,

lubricante polímero que es un copolímero de un termoplástico acrílico y un lubricante o una olefina polímera,

copolímero que contiene 5-70% en peso del lubricante y olefina polímera que contiene como mínimo 90% en peso de resina olefínica, y

calentar la hoja revestida con lubricante a una temperatura pico del metal durante un tiempo suficiente para formar una película seca de lubricante no pegajosa, impermeable a la humedad, aceite, suciedad, hoja de acero revestida apta para ser conformada y hacer una pieza resistente al calor con un mínimo desprendimiento de la pintura de silicona como láminas sin aplicar a la superficie tratada un lubricante adicional.

12. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que la temperatura de calentamiento de la hoja pintada es inferior a 300ºC, preferiblmente inferior a 250ºC, durante menos de un minuto.

13. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que la temperatura de calentamiento de la hoja revestida con lubricante es de aproximadamente 65-110ºC.