ES2310026T3 - Esmaltado de superficies de aleaciones de aluminio. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para el esmaltado de superficies de aleaciones de aluminio, en el que el contenido de Mg de la aleación es al menos de 50 ppm y/o en el que el contenido de Cu de la aleación de aluminio es al menos del 0,2% en peso, caracterizado por el uso de un esmalte vítreo que tiene un contenido de CuO en el intervalo de 0,5 al 20% en peso.
Description
Esmaltado de superficies de aleaciones de
aluminio.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para el esmaltado de superficies de aleaciones de
aluminio que contienen una cantidad relativamente alta de Mg y/o
Cu.
Las aleaciones de aluminio con contenidos de Mg
y de Cu relativamente altos tienden a ser susceptibles de
desconcharse. El desconchado en el sentido de la invención significa
el desprendimiento del sustrato de aluminio, de lascas o de
esquirlas de la capa de esmalte vítrea después de la cocción,
destruyendo de esta forma las calidades estéticas y/o funcionales
de la superficie esmaltada. La norma ISO/DIS 13805 (1998) describe
un método para comprobar la resistencia al desconchado de una
superficie de aluminio esmaltada. Según la técnica anterior, se
sabe que las aleaciones de aluminio sin cantidades de Mg > 50 ppm
y/o Cu > 0,2% en peso, son ciertamente susceptibles de
desconcharse debido a la inhibición de la adherencia.
En lo que respecta al magnesio en las aleaciones
de aluminio, se sabe que este metal, que no está inmovilizado como
Mg_{2}Si, precipita, emigra a la superficie durante la cocción de
la capa de esmalte vítreo aplicada a ella, y mas tarde forma MgO.
Debido al hecho de que el MgO es a penas soluble en los esmaltes de
aluminio, se forma una capa intermedia entre la superficie de la
aleación de aluminio y la capa de esmalte, cuando tiene lugar la
difusión del magnesio durante la cocción. Después de la difusión, el
magnesio se puede oxidar fácilmente debido al contacto con el
oxígeno y a las altas temperaturas durante la cocción. El cambio Mg
+ ½ O_{2} \rightarrow MgO induce a un aumento del volumen (gran
cambio en el parámetro de red). Esta capa intermedia, con alto
contenido de MgO, que casi no puede ser mojada por el esmalte vítreo
y que crece ligeramente, proporciona finalmente una muy pobre
adherencia entre la aleación de aluminio y la capa de esmalte.
Durante la exposición a la intemperie o al ataque químico o a los
cambios térmicos de estas superficies esmaltadas, la capa intermedia
se corroe, e induce al desconchado mediante tensiones en la
interfase.
Con el fin de mejorar la adherencia de las capas
de esmalte vítreo sobre las superficies de aluminio que son
susceptibles de desconcharse, se han propuesto los siguientes
métodos:
- \bullet
- Cromatación de la superficie de la aleación de aluminio antes de esmaltar (en el presente, esta es la técnica más usada).
- \bullet
- Anodización de la superficie de la aleación de aluminio antes de esmaltar, según se describe en los documentos US-A-3.222.266, EP 0.611.834 A1 y EP 0.648.863 B1.
- \bullet
- Evitar la migración del Mg a la superficie inmovilizando todo el Mg en la aleación de aluminio como Mg_{2}Si: documentos GB-A-840.469 y US-A-2.932.584.
- \bullet
- Añadir óxido de hierro a la suspensión acuosa del esmalte vítreo (durante la molienda) para mejorar la adherencia: documento EP 0.686.609 A1.
El documento SU 1616865 A describe la adición de
CuO para el esmalte de bajo punto de fusión.
El documento EP 0522401 A1 describe una
composición de esmalte que comprende polvo de CuO.
Esto también está descrito en los documentos EP
0453897 A1 y EP 0931772 A1.
Se ha encontrado que ninguna de las referencias
de la técnica anterior es adecuada para proporcionar la adherencia
suficiente de la capa de esmalte vítreo a una superficie de una
aleación de aluminio que contiene una cantidad de Mg > 50 ppm,
y/o una cantidad de Cu > 0,2% en peso.
El problema anteriormente mencionado se ha
resuelto según la presente invención en una primera realización,
mediante un procedimiento para el esmaltado de superficies de
aleaciones de aluminio, en las que el contenido de Mg de la
aleación es al menos de 50 ppm, y/o en la que el contenido de Cu de
la aleación de aluminio es al menos el 0,2% en peso, caracterizado
por el uso de un esmalte vítreo que tiene un contenido de CuO en el
intervalo de 0,5 a 20% en peso.
Se ha descubierto que la adición de CuO o bien
directamente a la composición de una frita del esmalte vítreo
estándar, adecuada para esmaltar sobre aluminio, o bien a la
suspensión acuosa del esmalte vítreo preparada usando una frita
estándar adecuada para esmaltar sobre aluminio, mejora la adherencia
entre la superficie de la aleación de aluminio y el esmalte vítreo
después de la cocción.
Según la presente invención llega a ser posible
esmaltar aleaciones de aluminio con contenidos más altos de Mg y/o
Cu sin necesidad de un tratamiento previo especial de la superficie
(cromatación, anodización), y sin que se requiera tener una
relación especial de Mg/Si con el fin de precipitar el Mg
completamente. También se demostró que la adición de CuO es mucho
más eficaz que la adición de óxido de hierro, según se describe en
el documento EP 0686609 A1 de la técnica anterior. Como se puede ver
a partir de los ejemplos preparados durante la investigación para
la presente invención, existen superficies de aleaciones de aluminio
que no se pueden esmaltar con éxito, con una suspensión acuosa de
esmalte vítreo estándar que únicamente contiene
1-10% en peso de óxidos de hierro como agentes de
molienda, pero que se puede esmaltar con éxito con una suspensión
acuosa de esmalte vítreo hecha de fritas que contienen CuO y/o
mediante el uso de CuO como adición de molienda.
Usar CuO en el sentido de la presente invención
incluye el uso de algunos compuestos que pueden dar como resultado
la formación de CuO, en particular durante la cocción de la frita.
Por eso, la presente invención no se limita a la adición directa de
CuO como tal.
Según la presente invención, ahora es posible
esmaltar superficies de aluminio o de aleaciones de aluminio, en
las que la capa superficial es una aleación fundida de aluminio, una
aleación forjada de aluminio, una aleación de aluminio bañada en
caliente o una aleación de aluminio chapado. Dicho material puede
estar conectado a otros sustratos.
En una realización preferida, la presente
invención permite esmaltar superficies como las definidas
anteriormente, en las que el contenido de Mg de la aleación de
aluminio es superior a 50 ppm, en particular superior a 100 ppm. Un
límite superior del contenido de Mg no es importante.
La cantidad de cobre en la superficie de la
aleación de aluminio puede ser, por ejemplo, al menos del 0,2% en
peso, en particular al menos del 0,4% en peso. La presente invención
permite esmaltar estas superficies.
Aunque la presente invención permite el
esmaltado de superficies de aleaciones de aluminio como las
anteriormente definidas, sin un tratamiento previo específico, ni
que decir tiene que se puede usar, según la presente invención, un
tratamiento previo de la superficie, como se hace en la técnica
anterior. Un tratamiento previo simplificado de la superficie puede
incluir únicamente el desengrasado y decapado.
La cantidad de CuO en el esmalte vítreo se puede
variar en un amplio intervalo. Un intervalo preferido del contenido
de CuO en la composición de esmalte vítreo según se aplica al
sustrato es de 2 al 10% en peso.
Además del CuO, se pueden usar otros óxidos
metálicos para aumentar más la adherencia. En particular, se pueden
usar óxidos de Ni, Fe, Co, Mn, Sb, Bi y Cr, así como de Ti. A este
respecto, se prefiere en particular el uso de 0,5 a 10% en peso de
uno o más de los óxidos de Ni, Fe, Co, Mn, Sb, Bi y Cr. Por otro
lado, la cantidad de TiO_{2} además del CuO en los esmaltes
vítreos usados según la presente invención, puede variar en un
intervalo del 10 al 40% en peso.
Se ha descubierto que la adición de dichos
óxidos adicionales de Ti, Fe, Mn, Ni, Co, Sb, Bi y Cr, mejora la
adherencia, pero mucho menos que el CuO. Por eso, la adición
combinada de CuO y uno o más de los óxidos de Ti, Fe, Mn, Ni, Co,
Sb, Bi y Cr, mejora más la adherencia del esmalte vítreo sobre las
superficies de aleaciones de aluminio.
Hay, en principio, diferentes formas de añadir
los óxidos de Cu, Ti, Ni, Fe, Co, Mn, Sb, Bi y Cr al esmalte
vítreo. En una primera realización preferida, esos óxidos se añaden,
parcialmente o completamente, a la frita del esmalte vítreo durante
la fusión de la composición de la frita. Por eso, dichos óxidos se
añadirán a los otros componentes que se funden juntos.
En una realización más preferida, los óxidos se
pueden añadir, parcialmente o completamente, durante la preparación
de la emulsión acuosa del esmalte vítreo, en particular durante la
molienda.
Debido a la adición de CuO y uno o más de los
óxidos de Ti, Fe, Mn, Ni, Co, Sb, Bi y Cr a la frita o a la
emulsión acuosa, no es, por supuesto, posible conseguir colores
blancos o brillantes en un recubrimiento de una única capa, debido
a que el esmalte vítreo resultante aparece como al menos gris oscuro
durante la cocción. Sin embargo, se pueden conseguir colores
blancos o brillantes en un recubrimiento multicapa como se sabe,
per se, a partir del documento EP 0556456 A1. Dicha técnica
de dos recubrimientos/una cocción, que se usa con frecuencia para
esmaltar acero, se puede usar con éxito en el presente campo del
esmaltado de superficies de aluminio. Los óxidos promotores de la
adherencia se incorporan a la capa de esmalte molido y sobre la
parte superior de esta capa, se aplica una segunda capa de esmalte
coloreado blanco o brillante. Ambas capas se secan primero y luego
se cuecen juntas.
La técnica anterior de esmaltado de aleaciones
de aluminio de alta resistencia requiere una cromatación o una
anodización. Usando el método según la presente invención, se hace
posible, sin embargo, esmaltar las mismas aleaciones sin un
tratamiento previo semejante, caro y peligroso (en la
cromatación).
Para los que actualmente están esmaltando
aleaciones de aluminio de baja resistencia con bajos contenidos de
Mg y/o Cu, usando el método según la presente invención, se hace
posible cambiar a aleaciones de aluminio de resistencia más alta.
Haciendo esto, se puede obtener la misma resistencia de una cierta
pieza de un utensilio con espesores de láminas más delgados, lo que
significa una reducción de peso, reducción de volumen y reducción
de precio.
Para los propios productores de aleaciones de
aluminio que tienen problemas al obtener el límite bajo de 50 ppm
de Mg, con el fin de obtener buena adherencia, el uso del método
según la presente invención hace posible cambiar las tolerancias
para el contenido máximo de magnesio. De esta forma, se hará que la
producción sea más fácil de controlar, más segura y menos cara.
La invención se ilustrará ahora mediante los
ejemplos no limitadores.
La siguiente tabla da los resultados del ensayo
de desconchado (ISO/DIS 13805) de superficies de aleaciones de
aluminio esmaltadas.
Las aleaciones de aluminio forjadas usadas se
pueden conseguir comercialmente en Hoogovens Aluminium N.V.
(Bélgica, Duffel).
-
\;
*: - Aleaciones de aluminio según el Internacional Registration Record.
- \bullet:
- Aleaciones de aluminio según la designación interna de Hoogovens Aluminium
\vskip1.000000\baselineskip
La composición básica del esmalte vítreo del
ejemplo está en % en peso:
Ejemplos 1 y 2, Ejemplos
comparativos 1 a
3
La adición de CuO (Ejemplos 1 y 2) durante la
preparación de la emulsión acuosa mejora la adherencia. Los
ejemplos se basan en la composición A del esmalte.
Ejemplos 3 a 6, Ejemplo comparativo
1
La adición de CuO (Ejemplos 3 a 6) durante la
producción de la frita mejora la adherencia. Los ejemplos se basan
en la composición A del esmalte.
Caracterización de la adherencia:
- -
- MB = muy buena = (no hay desconchado)
- -
- B = buena = (desconchado > 1 mm)
- -
- MALA = (superficie completamente desconchada)
- -
- - - - - = (esmalte con completo desprendimiento de esquirlas después la cocción).
Claims (14)
1. Un procedimiento para el esmaltado de
superficies de aleaciones de aluminio, en el que el contenido de Mg
de la aleación es al menos de 50 ppm y/o en el que el contenido de
Cu de la aleación de aluminio es al menos del 0,2% en peso,
caracterizado por el uso de un esmalte vítreo que tiene un
contenido de CuO en el intervalo de 0,5 al 20% en peso.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el que la capa superficial es una aleación fundida de aluminio,
una aleación forjada de aluminio, una aleación de aluminio bañada en
caliente o una aleación de aluminio chapado.
3. Un procedimiento según la reivindicación 1 ó
2, en el que el contenido de Mg de la aleación de aluminio es al
menos de 100 ppm.
4. Un procedimiento según la reivindicación 1 ó
2, en el que el contenido de Cu de la superficie de aleación de
aluminio es al menos el 0,4% en peso.
5. Un procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por un tratamiento
previo de la superficie que incluye el desengrasado y decapado.
6. Un procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por un tratamiento de
conversión de la superficie de la aleación de aluminio antes del
esmaltado.
7. Un procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por usar un esmalte
vítreo que tiene un contenido de CuO en el intervalo del 2 al 10%
en peso.
8. Un procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por añadir CuO,
parcialmente o completamente, durante la fusión de la frita.
9. Un procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por añadir CuO,
parcialmente o completamente, durante la preparación de la
suspensión acuosa del esmalte
10. Un procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por usar un esmalte
vítreo que contiene además de CuO, de 0,5 a 10% en peso de uno o
más de los óxidos de Ni, Fe, Co, Mn, Sb, Bi y Cr.
11. Un procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por usar un esmalte
vítreo que contiene además de CuO, de 10 a 40% en peso de
TiO_{2}.
12. Un procedimiento según las reivindicaciones
1 a 11, en el que los óxidos de Ti, Ni, Fe, Co, Mn, Sb, Bi y Cr, se
añaden, parcialmente o completamente, a la frita del esmalte vítreo
durante la fusión de la composición de la frita.
13. Un procedimiento según las reivindicaciones
1 a 12, en el que los óxidos de Ti, Ni, Fe, Co, Mn, Sb, Bi y Cr, se
añaden, parcialmente o completamente, a la suspensión acuosa del
esmalte vítreo durante la preparación de la suspensión acuosa.
14. Un procedimiento según las reivindicaciones
1 a 13, para la preparación de capas de esmalte vítreo blancas y
oscuras como un recubrimiento de una única capa o como la primera
capa de un recubrimiento multicapa, con un espesor de la capa que
está en el intervalo de 0,5 a 100 \mum, respectivamente.
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