MXPA05007803A

MXPA05007803A - Tratamientos de superficies de prechapado para mejor resistencia a la corrosion galvanica.

Info

Publication number: MXPA05007803A
Application number: MXPA05007803A
Authority: MX
Inventors: Larry Ballard; Prabhat Kumar; Richard Malen; Richard Wu; Hank Breit; John Shield; Robert Desberg; Stephen Cornie; James Cornie
Original assignee: Starck H C Inc
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2007-04-23
Also published as: WO2004067796A1; IL169593A0; BRPI0406915A; JP2006516681A; CN1780931A; US20080176005A1; KR20060064704A; EP1636396A1; US7645494B2; PL376400A1; US20060234055A1; US7368176B2; CA2513691A1; AU2004208108A1

Abstract

La invencion se refiere a un metodo que implica (a) quitar grafito de al menos una superficie de un material compuesto metal grafito; (b) limpiar quimicamente o atacar con plasma la superficie del material compuesto metal grafito; (c) aplicar un material conteniendo metal a la superficie del material compuesto metal grafito quimicamente limpiada o atacada con plasma, y formar por ello una capa intermedia; (d) aplicar un recubrimiento metalico sobre la capa intermedia; y formar por ello un material compuesto. La invencion tambien se refiere a un material compuesto que incluye (a) un sustrato compuesto metal grafito que tiene al menos una superficie que esta sustancialmente libre de grafito; (b) una capa intermedia conteniendo metal situada sobre una superficie del sustrato; y (c) un recubrimiento metalico sobre la capa intermedia.

Description

TRATAMIENTOS DE SUPERFICIES DE PRECHAPADO PARA MEJOR RESISTENCIA A LA CORROSIÓN GALVÁNICA ANTECEDENTES Se han usado materiales compuestos metal (o aleación de metal) grafito recubiertos de metal en aplicaciones térmicas. Por desgracia, los métodos convencionales para recubrir tales materiales compuestos metal grafito tienen inconvenientes. Por ejemplo, se ha descubierto que cuando se utilizan materiales compuestos metal grafito recubiertos convencionalmente, el grafito entra y frecuentemente sobresale a través de un recubrimiento metálico, y por lo tanto da lugar a fallo del recubrimiento. Dicha fibra que sobresale a través de un recubrimiento metálico crea un canal para comunicación de humedad que produce corrosión. Además, las fibras que sobresalen a través del recubrimiento también proporcionan un canal para permeación de gas a través del compuesto. Otro problema de los materiales compuestos metal grafito convencionales es que la diferencia de los coeficientes de ex-pansión térmica entre el grafito superficial en el material compuesto y el recubrimiento produce fisuras en el recubrimiento metálico quebradizo. Tales defectos deterioran el rendimiento de los materiales compuestos metal grafito. Por las razones anteriores, sería ventajoso desarrollar un material compuesto metal grafito recubierto de metal que esté sellado herméticamente. Por las razones anteriores, sería ventajoso desarrollar un material compuesto metal grafito recubierto de metal que sea impermeable a- sustancias químicas. Por las razones anteriores, sería ventajoso desarrollar material de grafito recubierto de metal que sea resistente a la corrosión. Por las razones anteriores, hay desarrollar un método que produzca un material compuesto metal grafito recubierto de me-tal que sea resistente a la corrosión. Por las razones anteriores, hay que desarrollar un método que produzca un material compuesto metal grafito recubierto de metal que esté sellado herméticamente. SUMARIO La invención se refiere a un método que implica (a) quitar grafito de al menos una superficie de un material compuesto metal grafito; (b) limpiar químicamente o atacar con plasma la superficie del material compuesto metal grafito; (c) apli-car un material conteniendo metal a la superficie del material compuesto metal grafito químicamente limpiada o atacada con plasma, y formar por ello una capa intermedia; (d) aplicar un recubrimiento metálico sobre la capa intermedia, y formar por ello un material compuesto metal grafito recubierto de metal. La invención también se refiere a un material compuesto metal grafito recubierto de metal que se puede hacer con dicho método, por ejemplo, un material compuesto metal grafito recubierto de metal que incluye (a) un sustrato compuesto metal grafito que tiene al menos una superficie que está sustancialmente libre de grafito; (b) una capa intermedia conteniendo metal situada sobre el sustrato; y (c) un recubrimiento metálico sobre la capa intermedia. DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la descripción siguiente y las reivindicaciones anexas, donde: La figura 1 es una imagen de un material compuesto aluminio grafito hecho según la invención. Y la figura 2 es una imagen de un material compuesto alu-minio grafito hecho sin modificaciones superficiales complementarias (no según la invención) , en el que fibras sobresalen por un recubrimiento de níquel.

DESCRIPCIÓN La invención se refiere a un método que incluye (a) quitar grafito de al menos una superficie de un material compuesto metal grafito; (b) limpiar químicamente o atacar con plasma la superficie del material compuesto metal grafito; (c) apli-car un material conteniendo metal a la superficie del material compuesto metal grafito químicamente limpiada o atacada con plasma, y formar por ello una capa intermedia; (d) aplicar un recubrimiento metálico sobre la capa intermedia, y formar por ello un material compuesto metal grafito recubierto de metal. Preferiblemente, el material compuesto formado en el paso (d) del método tiene una superficie que está sellada herméticamente o es resistente a la corrosión o está sellada herméticamente y es resistente a la corrosión. La invención también se refiere a un material compuesto recubierto de metal que incluye (a) un sustrato compuesto metal grafito que tiene al menos una superficie que está sustancialmente libre de grafito; (b) una capa intermedia conteniendo metal situada sobre una superficie del sustrato; y (c) un recubrimiento metálico sobre la capa intermedia . El material compuesto metal grafito de cuya superficie se quita grafito, puede ser cualquier material compuesto metal grafito, que, cuando se utiliza según la invención, permite la producción de un material compuesto metal grafito recubierto de metal de la invención. En general, el material compuesto metal grafito puede ser un material compuesto aluminio grafito, un material compuesto cobre grafito, un material de magnesio grafito, o combinaciones de tales materiales. Además, se puede usar materiales compuestos aleación de aluminio grafito, materiales compuestos aleación de cobre grafito, materiales de aleación de magnesio grafito, y combinaciones de los anteriores . El material compuesto metal grafito es preferiblemente un compuesto de matriz metálica que incluye fibras discontinuas desordenadas en plano. El uso de fibras discontinuas desorde-nadas en plano permite una alta fracción de volumen de fibra en el compuesto de matriz metálica ("en plano" en el sentido en que se usa aquí significa el plano X-Y, por ejemplo, el plano paralelo a la superficie unida de un disipador térmico) . Además, utilizando fibras orientadas en plano, sustancialmente todas las fibras pueden contribuir al control del coeficiente de expansión térmica en el plano X-Y. Aunque el coeficiente de expansión térmica en la dirección Z no se controla por fibras en plano, dicho control es generalmente innecesario para apli-caciones de disipadores térmicos porque el circuito integrado u otro objeto está unido a una superficie orientada X-Y del disipador térmico. Ventajosamente, el uso de estas fibras orientadas en plano permite la selección de un coeficiente de expansión térmica en un amplio rango de valores . Se selecciona una fracción de volumen deseada de fibras orientadas en plano para obtener un coeficiente de expansión térmica deseado. Orientando sustancialmente todas las fibras en el plano X-Y, se puede obtener una fracción de volumen muy alta. Esto permite la selección de la fracción de volumen en un amplio rango y una capacidad correspondiente de seleccionar un amplio rango de valores de coeficientes de expansión térmica. En una realización, el material compuesto metal grafito tiene una fracción de volumen de fibras discontinuas desorde-nadas en plano que va desde aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,6. En otra realización, una minoría de las fibras discontinuas desordenadas en plano se orientan fuera del plano en un ángulo superior a aproximadamente 10°. En una realización preferida, las fibras discontinuas desordenadas en plano se distribuyen uniformemente dentro del compuesto de matriz metálica. Preferiblemente, el material compuesto de matriz metálica es un material compuesto aluminio grafito. El material compuesto metal grafito tiene en general un contenido de fibras de carbono que es suficiente para poder usar el material según la invención. En una realización, el material compuesto tiene un contenido de fibras de carbono que es al menos aproximadamente 30% en peso, o al menos aproximadamente 40% en peso. En una realización, el material compuesto metal grafito tiene una fibra de carbono que va desde aproximadamente 30% en peso a aproximadamente 40% en peso. El material compuesto metal grafito puede tener un contenido de fibras de carbono de varias cantidades . En una realización, el contenido de carbono es al menos aproximadamente 15% . En otra realización, el contenido de carbono es del orden de aproximadamente 15% a aproximadamente 60%. Se puede hallar ejemplos de materiales compuestos metal grafito adecuados en U.S.S.N. 09/855.466, incorporada aquí por referencia en su totalidad. Se puede extraer grafito del material compuesto metal grafito mediante cualquier técnica, que permita extraer grafito de un material compuesto de manera que se pueda hacer un material compuesto de la invención. Por ejemplo, se puede extraer grafito por una técnica seleccionada a partir de técnicas como técnicas de oxidación, técnicas de acabado por vibra-ción, técnicas de extracción por plasma, técnicas de descarga luminosa, técnicas de granallado mecánico, técnicas de lapea-do, y sus combinaciones . Las técnicas de acabado por vibración implican en general el uso de componentes y abrasivos que se mueven con relación a las superficies del otro. Las técnicas de extracción por plasma implican en general gas parcialmente ionizado (por ejemplo Ar) conteniendo un número igual de cargas positivas y negativas, así como algún otro número de partículas de gas no ionizadas, que chocan en las superficies de los componentes. Las técnicas de descarga luminosa implican en general el uso de regiones globalmente neutras, así como regiones conteniendo partículas de carga positiva y negativa neta que chocan con las superficies de los componentes . La mayoría de los procesos de película fina usan "plasma" y "descarga luminosa" de forma intercambiable. Las técnicas de granallado mecánico implican en general el uso de materiales abrasivos tales como perlas de vidrio, polvos de alúmina, que chocan a presión en las superficies de los componentes. Las técnicas de lapeado implican en general el uso de medios abrasivos líqui-dos que se inyectan entre componentes y chapas rotativas en uno o ambos lados de componentes. Estas técnicas son conocidas por los expertos . Cuando se selecciona oxidación como una técnica para quitar grafito, el material compuesto metal grafito se puede oxi-dar mediante cualquier técnica que permita la extracción de al menos parte del grafito de una superficie del material compuesto metal grafito. Preferiblemente, el material compuesto metal grafito se oxida calentando el material compuesto metal grafito a una temperatura suficientemente alta para oxidar el material compuesto y quitar grafito del material compuesto. En general, la temperatura máxima a la que se oxida el material compuesto metal grafito es inferior a la temperatura de fusión del material compuesto metal grafito. En una realización, la temperatura a la que se oxida el material compuesto metal gra-fito es al menos aproximadamente 250°C. La cantidad de grafito quitado de una superficie del material compuesto metal grafito es suficiente para poder hacer el material compuesto metal grafito según el método de la invención. En una realización, al menos 10% de grafito residual permanece encima o debajo de la superficie del material compuesto metal grafito. En otra realización, menos de 10% de grafito residual permanece encima o debajo de la superficie del material compuesto metal grafito. En otra realización, se quita sustancialmente todo el grafito de la superficie. En otra realización, se quita cien por cien del grafito de la superficie. El material compuesto metal grafito se puede limpiar químicamente mediante cualquier técnica que permita hacer el material compuesto metal grafito según la invención. Ejemplos de sustancias químicas adecuadas para limpiar una superficie del material compuesto metal grafito incluyen sustancias químicas utilizadas en técnicas de limpieza química alcalina de pH más alto. El material compuesto metal grafito se limpia general-mente mediante operaciones de inmersión y enjuague. En una realización, el material metálico compuesto se somete a un tratamiento de ataque con plasma en lugar de un tratamiento de limpieza química. La capa intermedia conteniendo metal, por ejemplo, una película, que se aplica a una superficie del material compuesto metal grafito químicamente limpiada o atacada con plasma puede contener un metal que permite la producción de un material compuesto metal grafito recubierto de metal de la invención. Los ejemplos de materiales metálicos adecuado incluyen cinc, oro, y sus combinaciones. Preferiblemente, la capa intermedia conteniendo metal que se aplica, es un material conteniendo cinc. Más preferiblemente, el material conteniendo cinc es un cincato. El material conteniendo metal que se aplica a la superfi-cié del material compuesto de grafito químicamente limpiado o atacado con plasma, forma en general una capa intermedia que puede tener varios espesores. En una realización, la capa intermedia tiene un grosor de menos de aproximadamente 1 miera. En otra realización, la capa intermedia tiene un grosor del orden de desde aproximadamente 1 nanómetro a aproximadamente 1 miera. La capa intermedia conteniendo metal se puede aplicar a una superficie del material compuesto metal grafito químicamente limpiada o atacada con plasma mediante cualquier técnica adecuada que permita tratar el material compuesto metal grafito según el método de la invención y formar preferiblemente un material compuesto que tiene una superficie que está sellada herméticamente o es resistente a la corrosión o está sellada herméticamente y es resistente a la corrosión. Los ejemplos de técnicas adecuadas para aplicar el material conteniendo metal a una superficie del material compuesto metal grafito químicamente limpiada o atacada con plasma incluyen técnicas de chapado (por ejemplo, técnicas de recubrimiento por inmersión, técnicas de electrochapado) , técnicas de deposición física al vapor, técnicas de deposición química al vapor, técnicas de deposición iónica de vapor, y sus combinaciones. Estas técnicas están establecidas y son conocidas por los expertos. Preferiblemente, el material conteniendo metal se añade a una su-perficie de un material compuesto metal grafito por técnicas de electrochapado. El recubrimiento metálico que se aplica sobre la capa intermedia, se puede hacer de metal que permite llevar a la práctica la invención. En general, el metal del recubrimiento se seleccionará de aluminio, cobre, níquel, oro, plata, rodio, rutenio, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones de níquel, aleaciones de oro, aleaciones de plata, aleaciones de rodio, aleaciones de rutenio, y combinaciones de los anteriores. En una realización, el recubrimiento de metal aplicado sobre la capa intermedia incluye recubrimientos multicapa, por ejemplo, un recubrimiento hecho de capas de Ni y Au. El recubrimiento metálico se aplica mediante cualquier técnica que permite aplicar un metal adecuado sobre una super-ficie cubierta por el material conteniendo metal. El recubrimiento metálico se aplica por una técnica seleccionada a partir de técnicas de chapado, por ejemplo, electrochapado, técnicas de deposición física al vapor, técnicas de deposición química al vapor, técnicas de deposición iónica de vapor, y sus combinaciones. Como se ha mencionado anteriormente, estas técnicas están establecidas y son conocidas por los expertos. El recubrimiento metálico que se aplica a la capa intermedia tiene en general un grosor inferior a aproximadamente 100 mieras. Preferiblemente, el recubrimiento metálico es de al menos 1 miera aproximadamente, o desde aproximadamente 1 miera a aproximadamente 75 mieras. Preferiblemente, el recubrimiento es un recubrimiento herméticamente sellado y resistente a la corrosión galvánica. En la práctica, se selecciona para tratamiento un material compuesto metal grafito adecuado. Se quita grafito de al menos una superficie de un material compuesto metal grafito. Ventajosamente, fibras que se extienden encima de las superficies y otros sobre/en la superficie metálica se quitan de for-ma controlada. El grafito presente en la al menos única superficie está presente generalmente en menos de aproximadamente 60% del área superficial total. En una realización, al menos una superficie del material compuesto metal grafito se alisa antes de que el material compuesto metal grafito se someta a limpieza o ataque químico, por ejemplo, antes o después de quitar grafito de la superficie y antes de someter el compuesto a limpieza química o ataque con plasma. La superficie se puede alisar por una técnica seleccionada a partir del grupo que consta de técnicas de lapeado, técnicas de ivadización, técnicas de martillado, y sus combinaciones. Una vez que se ha quitado grafito de una superficie del material compuesto metal grafito, el material compuesto metal grafito se limpia químicamente o ataca con plasma con una técnica adecuada. Después, se forma una capa intermedia aplicando un material conteniendo metal a la superficie del material compuesto metal grafito químicamente limpiada o atacada con plasma. Finalmente, se aplica un recubrimiento metálico sobre la capa intermedia, y forma el material compuesto metal grafito recubierto de metal. El material compuesto formado por el método de la invención tiene preferiblemente una superficie que está sellada herméticamente o es resistente a la corrosión o está sellada herméticamente y es resistente a la corrosión. Además, el material compuesto de la invención también es preferiblemente impermeable a sustancias químicas . Ventaj osamen-te, el material compuesto metal grafito recubierto de metal de la invención puede ser resistente a la corrosión y/o estar sellado herméticamente bajo varias condiciones operativas. Para comprobar las propiedades de corrosión de un material compues-to recubierto, el material compuesto recubierto de la invención se puede someter a niebla salina según normas militares o ASTM. Para comprobar la hermeticidad, se puede colocar un material compuesto de la invención en una cámara sellada que se presiona con un gas (por ejemplo He) , y se puede verificar su velocidad de escape. Aunque la presente invención se ha descrito con detalle con referencia a algunas versiones preferidas de la misma, otras variaciones son posibles. Por lo tanto, el espíritu y alcance de las reivindicaciones anexas no se deberá limitar a la descripción de las versiones allí contenidas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método que incluye : (a) quitar grafito de al menos una superficie de un mate-rial compuesto metal grafito; (b) limpiar químicamente o atacar con plasma la superficie del material compuesto metal grafito; (c) aplicar un material conteniendo metal a la superficie del material compuesto metal grafito químicamente limpiada o atacada con plasma, y formar por ello una capa intermedia; (d) aplicar un recubrimiento metálico sobre la capa intermedia, y formar por ello un material compuesto metal grafito recubierto de metal .

2. El método de la reivindicación 1, donde el grafito se quita por una técnica seleccionada a partir del grupo que consta de técnicas de oxidación, técnicas de acabado por vibración, técnicas de extracción por plasma, técnicas de descarga luminosa, técnicas de granallado mecánico, técnicas de lapeado, y sus combinaciones.

3. El método de la reivindicación 1, donde el material compuesto formado en el paso (d) tiene una superficie que está sellada herméticamente o es resistente a la corrosión o herméticamente sellada y resistente a la corrosión.

4. El método de la reivindicación 1, donde en el paso (c) , el material conteniendo metal que se aplica es un material conteniendo cinc.

5. El método de la reivindicación 4, donde el material conteniendo cinc es un cincato.

6. El método de la reivindicación 1, donde el recubri-miento metálico en el paso (d) se selecciona a partir del grupo que consta de aluminio, cobre, níquel, oro, plata, rodio, rutenio, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones de níquel, aleaciones de oro, aleaciones de plata, aleaciones de rodio, aleaciones de rutenio, y combinaciones de los anteriores .

7. El método de la reivindicación 1, donde el material compuesto metal grafito tiene un contenido de fibra de carbono que va desde aproximadamente 30% en peso a aproximadamente 40% en peso.

8. El método de la reivindicación 1, donde el material compuesto metal grafito se selecciona a partir del grupo que consta de materiales compuestos de aluminio grafito, materiales compuestos de cobre grafito, materiales de magnesio grafi-to, materiales compuestos aleación de aluminio grafito, materiales compuestos aleación de cobre grafito, materiales de aleación de magnesio grafito, y sus combinaciones.

9. El método de la reivindicación 1, donde en el paso (a) , se quita grafito sometiendo el material compuesto metal grafito a oxidación calentando el material compuesto metal grafito a una temperatura que es suficientemente alta para oxidar el material compuesto y quitar grafito del material compuesto.

10. El método de la reivindicación 9, donde la temperatu-ra es al menos aproximadamente 250°C.

11. El método de la reivindicación 9, donde la temperatura máxima es inferior a la temperatura de fusión del metal del material compuesto metal grafito.

12. El método de la reivindicación 1, donde el material conteniendo metal aplicado en el paso (c) forma una película fina de un material conteniendo cinc que tiene un grosor inferior a aproximadamente 1 miera .

13. El método de la reivindicación 1, donde el material conteniendo metal aplicado en el paso (c) forma una película fina de un cincato que tiene un grosor del orden de desde aproximadamente 1 nanómetro a aproximadamente 1 miera.

14. El método de la reivindicación 1, donde el recubrimiento metálico se aplica por una técnica seleccionada a partir del grupo que consta de técnicas de chapado, técnicas de recubrimiento por inmersión, técnicas de deposición física al vapor, técnicas de deposición química al vapor, técnicas de deposición iónica de vapor, y sus combinaciones.

15. El método de la reivindicación 1, donde el recubri-miento metálico se aplica a una capa intermedia conteniendo cinc y el recubrimiento metálico tiene un grosor inferior a aproximadamente 100 mieras.

16. El método de la reivindicación 1, donde el recubrimiento de metal aplicado sobre una película conteniendo cinc y el recubrimiento metálico es al menos 1 aproximadamente miera, o desde aproximadamente 1 miera a aproximadamente 75 mieras.

17. El método de la reivindicación 1, donde el método incluye además alisar una superficie del material compuesto metal grafito antes de que el material compuesto metal grafito se someta a limpieza o ataque químico.

18. El método de la reivindicación 17, donde la superficie se alisa por una técnica seleccionada a partir del grupo que consta de técnicas de lapeado, técnicas de martillado, y sus combinaciones .

19. Un material compuesto recubierto de metal que incluye: (a) un sustrato compuesto metal grafito que tiene al menos una superficie que está sustancialmente libre de grafito; (b) una capa intermedia conteniendo metal situada sobre una superficie del sustrato; y (c) un recubrimiento metálico sobre la capa intermedia.

20. El material compuesto de la reivindicación 19, donde la al menos única superficie del material compuesto está sellada herméticamente .

21. El material compuesto de la reivindicación 19, donde la al menos única superficie del material compuesto es resistente a la corrosión.

22. El material compuesto de la reivindicación 19, donde la al menos única superficie del material compuesto está se-liada herméticamente y es resistente a la corrosión.

23. El material compuesto de la reivindicación 19, donde el grafito está presente en la al menos única superficie en una cantidad inferior a aproximadamente 60 % del área superfi-cial total.

24. El material compuesto de la reivindicación 19, donde el material se selecciona a partir del grupo que consta de materiales compuestos de aluminio grafito, materiales compuestos aleación de aluminio grafito, y combinaciones de los anterio-res.

25. El material compuesto de la reivindicación 19, donde el material tiene un contenido de fibra de carbono que va desde aproximadamente 15 % a aproximadamente 60 %.

26. El material compuesto de la reivindicación 19, donde la capa intermedia conteniendo metal incluye un material conteniendo cinc.

27. El material compuesto de la reivindicación 19, donde la capa intermedia conteniendo metal incluye un cincato.

28. Un material compuesto metal grafito recubierto de me-tal que incluye: (a) un sustrato compuesto metal grafito que tiene al menos una superficie que está sustancialmente libre de grafito; (b) una capa intermedia conteniendo metal situada sobre una superficie del sustrato; y (c) un recubrimiento metálico sobre la capa intermedia, donde el material compuesto se hace por un método que incluye: (1) quitar grafito de al menos una superficie de un material compuesto metal grafito; (2) limpiar químicamente o atacar con plasma la al menos única superficie del material compuesto metal grafito; (3) aplicar un material conteniendo metal a la superficie del material compuesto metal grafito químicamente limpiada o atacada con plasma, y formar por ello una capa intermedia; y (4) aplicar un recubrimiento metálico sobre la capa in-termedia, y formar por ello el material compuesto metal grafito recubierto de metal .

29. El material compuesto de la reivindicación 28, donde el material compuesto metal grafito recubierto de metal formado en el paso (4) tiene una superficie que está sellada herméticamente o es resistente a la corrosión o está sellada herméticamente y es resistente a la corrosión.