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Title:
CHEMICAL COMPOSITION FOR COATING METAL SURFACES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/090512
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a cyanide-free chemical composition and method for application thereof, the composition being used for in situ coating of electrical contacts made of copper or other metal in order to improve the electric transmission of same. The composition comprises: a metal agent; a thickener; a complexing agent; an alkalising agent; a solvent; and water.

Inventors:
OSSES LEYTON, Nelson Roberto (Emiliano Figueroa 8685, San Ramón, Santiago, CL)
LIZAMA MORENO, Eugenio Ovidio (Victoria Sotomayor 664, Puente Alto, Santiago, CL)
Application Number:
CL2015/000064
Publication Date:
June 16, 2016
Filing Date:
December 11, 2015
Export Citation:
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Assignee:
OSSES LEYTON, Nelson Roberto (Emiliano Figueroa 8685, San Ramón, Santiago, CL)
LIZAMA MORENO, Eugenio Ovidio (Victoria Sotomayor 664, Puente Alto, Santiago, CL)
International Classes:
C23C18/31; B05D5/00; C23C18/54; C23C30/00; C25D3/02; C25D3/46; C25D5/26
Domestic Patent References:
WO1993001330A11993-01-21
WO2004027113A22004-04-01
Foreign References:
US4944985A1990-07-31
CL2012002949A12013-05-17
US5036031A1991-07-30
US5945158A1999-08-31
US6319543B12001-11-20
CA2831402C2014-04-15
Attorney, Agent or Firm:
CAREY CARVALLO, Francisco et al. (Isidora Goyenechea N° 2800 - Piso 42, 47 - Las Condes - Santiago, 755 06, CL)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1. Composición química libre de cianuros para recubrir de manera in situ superficies metálicas, CARACTERIZADA porque comprende un agente metálico en un rango de 0,01 a 10,0% en peso seleccionado de Nitrato de Plata, comprende un agente espesante en un rango de 1,0 a 20,0% en peso seleccionado de Dióxido de Silicio coloidal, comprende además un agente complejante en un rango de 1 a 30% en peso seleccionado de Ácido etildiaminotetraacético (EDTA) disódico, comprende también un agente alcalinizante en un rango de 0,1 a 30% en peso seleccionado de Bicarbonato de Sodio, comprende además un solvente seleccionado de Amoníaco y agua.

2. Composición de acuerdo a la reivindicación CARACTERIZADA porque preferentemente, el . agente metálico encuentra en un 0,06% en peso.

3. Composición de acuerdo a la reivindicación CARACTERIZADA porque preferentemente, el agente metálico encuentra en un 0,1% en peso.

4. Composición de acuerdo a la reivindicación 1,

CARACTERIZADA porque preferentemente, el agente espesante se encuentra en un 5,0% en peso.

5. Composición de acuerdo a la reivindicación 1,

CARACTERIZADA porque preferentemente, el agente completante se encuentra en un 10,0% en peso.

6. Composición de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque preferentemente, el agente comple jante se encuentra en un 30,0% en peso.

7. Composición de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque preferentemente, el agente alcalinizante se encuentra en un 30,0% en peso.

8. Composición de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque preferentemente, el agente alcalinizante se encuentra en un 10,0% en peso.

9. Composición de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque el solvente se encuentra en un rango de 1,0 a 20,0% en peso .

10. Composición de acuerdo a la reivindicación 9,

CARACTERIZADA porque preferentemente, el solvente se encuentra en un 9,0% en peso.

11. Composición de acuerdo a la reivindicación 9,

CARACTERIZADA porque preferentemente, el solvente se encuentra en un 10,0% en peso.

12. Método para recubrir de manera in situ superficies metálicas de manera autocatalitica, CARACTERIZADO porque comprende los pasos de : a) Limpiar la superficie a tratar eliminando las grasas y óxidos ; b) Agregar en la superficie a tratar una composición de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11; c) Frotar la composición sobre la superficie a tratar por un tiempo comprendido en el intervalo de 0.5 a 2 minutos utilizando un paño; d) Limpiar el remanente de la composición con un paño absorbente para secar.

13. Método de acuerdo a la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque el medio de aplicación es una espátula, esponja, pincel o brocha .

14. Método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones

12 a 13, CARACTERIZADO porque la composición se frota preferentemente por un tiempo de 1 minuto.

15. Método para para recubrir de manera in situ superficies metálicas de manera electrolítica, CARACTERIZADO porque comprende los pasos de: a) Limpiar la superficie a tratar eliminando las grasas y óxidos ; b) Agregar en la superficie a tratar una composición de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 utilizando un medio de aplicación; c) Conectar la superficie a tratar al polo negativo de una fuente de poder de corriente continua. d) Conectar el polo positivo de la fuente de poder a una pieza metálica; e) Inmediatamente después de aplicada la composición sobre la superficie a tratar, se contacta esta última con la pieza conectada al polo positivo por el tiempo necesario para obtener la terminación deseada.

16. Método de acuerdo a la reivindicación 15, CARACTERIZADO porque el medio de aplicación es una espátula, esponja, pincel o brocha .

17. Método de acuerdo a la reivindicación 15 ó 16, CARACTERIZADO porque la pieza metálica conectada al polo positivo de la fuente es de acero inoxidable.

Description:
COMPOSICIÓN QUÍMICA PARA RECUBRIR SUPERFICIES METÁLICAS

MEMORIA DESCRIPTIVA

CAMPO DE LA INVENCION La presente invención consiste en una composición química libre de cianuros utilizada para recubrir de manera in situ contactos eléctricos de cobre u otro metal con el fin de mejorar la transmisión eléctrica de los mismos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

El tratamiento de superficies en la industria eléctrica en general, resulta de suma importancia cuando lo que se busca es aumentar la conductividad eléctrica de contactos metálicos.

Se sabe que el recubrir superficies metálicas con una capa de plata disminuye la resistencia eléctrica del contacto, sin embargo, para que la plata mantenga ' sus propiedades de alta conductividad es muy importante que esté libre de aditivos abrillantadores, contaminaciones metálicas u orgánicas y sobretodo libre de azufre. Uno de los procesos utilizados en la industria para el recubrimiento de superficies metálicas es el plateado por inmersión, sin embargo, se ha evidenciado 1.a poca adherencia que provee esta técnica. También se cuenta actualmente con una serie de aditivos y agentes reductores que permiten obtener depósitos brillantes y de mayor dureza, como es el caso de los plateados con fines decorativos.

En el área del plateado de contactos eléctricos se prefieren los procesos electrolíticos los cuales utilizan la corriente eléctrica para reducir cationes metálicos disueltos en un baño químico de manera que formen un revestimiento de metal coherente sobre un electrodo. Aquí se requiere que. la plata depositada esté exenta de materia orgánica y sobretodo exenta de azufre, esto se debe a que una parte de los aditivos orgánicos utilizado como agentes abrillantadores queda ocluida dentro del depósito, alterando sus propiedades sobretodo en cuanto a dureza, resistencia a la corrosión y conductividad eléctrica.

Sin embargo, estos sistemas de plateado no pueden ser utilizados en lugares que no sean plantas de galvanoplastia, debido a los problemas asociados al derrame o arrastre de electrolito, por lo cual las piezas deben ser trasladadas desde su lugar de uso hacia estas plantas, situación que en muchos caso resulta inviable ya sea por el tamaño de las piezas o por los costos asociados a esta operación.

La solicitud de patente de invención CL 2949-2012 propone una solución al problema anteriormente planteado que consiste en un electrolito en fase gel libre de materia orgánica y azufre que permite el recubrimiento de todo tipo de metales de manera selectiva e in situ, donde su fórmula consiste en dióxido de silicio coloidal como agente ' gelificante, cianuro de plata y cianuro de potasio.

Si bien la solicitud CL 2949-2012 soluciona algunos inconvenientes del proceso de plateado en baños electrolíticos, aún existe el inconveniente asociado a la presencia de cianuro en su composición, el cual a pesar de que presenta una gran foto estabilidad y facilidad de operación, posee elevados índices de toxicidad, lo cual dificulta su aplicación por ' ejemplo en la industria minera, conocida por exigir altos estándares de seguridad.

Si bien en el estado del estado del arte se dan a conocer soluciones que proponen eliminar el uso de cianuro en los procesos de recubrimiento de- superficies metálicas, como por ejemplo lo divulgado por los documentos WO 2014026806 o EP 2431502, estas no hacen referencia a soluciones que puedan ser aplicadas in situ, por ejemplo en fase gel como lo divulgado por la solicitud CL 2949-2012.

Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es superar los inconvenientes presentes en el estado del arte asociados al recubrimiento de conductores eléctricos con aplicación in situ y libre de cianuros, proponiendo una composición química la cual permite la depositación de una capa de plata o aleación de plata sobre una superficie metálica de manera tanto auto catalítica como electrolítica. El depósito de plata resultante de la aplicación de esta composición esta libre de agentes contaminantes como aditivos abrillantadores o agentes reductores y sobretodo libre de azufre que disminuyan sus cualidades de conductividad eléctrica.

DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención consiste en una composición química libre de cianuros utilizada para recubrir de manera in situ contactos eléctricos de cobre u otro metal con el fin de mejorar la transmisión eléctrica de los mismos, la cual comprende un agente metálico (proveedor de iones de plata u otros metales), un agente espesante, un agente complejante, un agente alcalinizante , un solvente donde están disueltos los anteriores componentes y agua.

En primer lugar, el agente metálico de la composición actúa como donante de iones metálicos. De preferencia, se utiliza como agente metálico nitrato de plata debido a que es de fácil obtención y a que durante la misma no se producen efluentes ni residuos de importancia. Además es muy soluble en agua y soluciones hidro alcohólicas. Alternativamente, la composición también puede incluir otras sales de plata como cloruros y sulfatos .

En segundo lugar, la composición utiliza un agente espesante para permitir su aplicación en zonas ■ puntuales de una superficie, siendo este preferentemente Dióxido de Silicio coloidal debido a que es químicamente inerte en esta composición y no aporta materia orgánica. En tercer lugar, la composición comprende la utilización de un agente comple ante que actúa como retardante de la reducción del ión metálico, permitiendo regular la velocidad y nivelación del depósito. De preferencia, se utiliza Ácido etildiaminotetraacético (EDTA) disódico debido a que no es tóxico por contacto ni por ingestión, además porque es muy abundante y de fácil obtención al pertenecer a la linea de productos alimenticios.

En cuarto lugar, la composición utiliza un agente alcalinizante , preferentemente Bicarbonato de Sodio debido a que permite alcalinizar la solución a pH 8 con el fin de impedir la prematura reducción del ion de plata a plata metálica. Finalmente, la composición también incluye un solvente con el fin de formar el ión amina de plata [Ag (NH3 ) 2 ] 03. Preferentemente, se utiliza Amoniaco, con el cual se logra obtener el ión de plata que permite ser electrolizado de modo eficiente, muy estable, no importando la influencia de la luz.

De acuerdo a ciertas modalidades de la invención, la composición incluye los componentes descritos anteriormente en los siguientes rangos en peso:

Dióxido de Silicio coloidal 1,0 - 20,0%

EDTA disódico 1,0 - 30,0%

Amoniaco 1,0 - 20,0%

Agua csp 100% (p/p)

Bicarbonato de Sodio 1,0 - 35,0%

Nitrato de plata 0,01 - 10,0% De preferencia, los rangos para el Silicio Coloidal son de un 2 a 10%, más preferentemente de un 4 a 5%. Por su parte, los rangos del EDTA disódico se encuentran preferentemente entre un 2 a 15%, más preferentemente entre un 4 y 10%. Similarmente , el amoniaco se encuentra preferentemente en un rango entre 2 y 15%, más preferentemente entre un 4 y 10%. Por su parte, el Bicarbonato de sodio se encuentra preferentemente en un rango entre un 2 y 20%, más preferentemente entre un 4 y 10%. Finalmente, el Nitrato de Plata se encuentra en un rango entre un 0,01 y 5%, preferentemente entre un 0,01 y 1%, más preferente entre un 0,01 y 0,1%.

De acuerdo a una primera modalidad de la invención, la composición puede ser aplicada como recubrimiento en superficies metálicas de manera auto catalítica, es decir, se obtiene un depósito metálico mediante la aplicación tópica de un electrolito, sin el uso de una corriente eléctrica. De acuerdo a esta modalidad, la composición comprende preferentemente en peso:

Dióxido de Silicio coloidal 5,0%

EDTA disódico 10,0%

Amoníaco .9/0%

Agua csp 100%

Bicarbonato de Sodio 30,0%

Nitrato de Plata.: 0,06% De acuerdo a una segunda modalidad -de la invención, la composición puede ser aplicada como recubrimiento en superficies metálicas de manera electrolítica, es decir, se obtiene un depósito metálico mediante la aplicación tópica de un electrolito con el uso de una corriente eléctrica directa. De acuerdo a esta modalidad, la composición comprende en peso preferentemente:

Dióxido de Silicio coloidal 5,0%

EDTA disódico 30, 0%

Amoníaco 10,0%

Agua csp 100%

Bicarbonato de Sodio 10,0%

Nitrato de plata 0,1% Luego de que la composición ha sido debidamente mezclada y envasada, se encuentra lista para ser usada como composición utilizada para recubrir de manera in situ contactos eléctricos de cobre u otro metal, de acuerdo al método que se describe a continuación. De acuerdo a una primera modalidad, la invención consiste en un método para aplicar la composición antes descrita de manera autocatalítica la cual consiste en los siguientes pasos: a) Limpiar la superficie a tratar eliminando las grasas y óxidos, lo cual puede ser realizado por medio de productos e instrumentos especializados para ello. b) Agregar la composición en la superficie a tratar utilizando un medio de aplicación tal como una espátula, una esponja, un pincel o brocha hasta conseguir el espesor deseado. c) Frotar la composición sobre la superficie a tratar utilizando un paño u otro medio adecuado por un tiempo comprendido en el intervalo de 0.5 a 2 minutos, preferentemente por un tiempo de 1 minuto. d) Limpiar el remanente de la composición con un paño absorbente para secar u otro medio adecuado. Mediante este método y considerando que la superficie de metal a recubrir se encuentra lo suficientemente limpia, se logra depositar 2 a 4 mieras de plata sobre una superficie de 4 centímetros cuadrados en 0.5 minutos y utilizando 0,2 gramos de la composición. De acuerdo a una segunda modalidad, la invención también consiste en un método para aplicar la composición antes descrita de manera electrolítica la cual se compone de los siguientes pasos : a) Limpiar la superficie a tratar eliminando las grasas y óxidos, lo cual puede ser realizado por medio de productos e instrumentos especializados para ello. b) Agregar de 0,2 a 0,5 gramos por centímetro cuadrado de la composición en la superficie a tratar utilizando un medio de aplicación tal como una espátula, esponja, pincel o brocha hasta conseguir el espesor deseado. c) Conectar la superficie a tratar al polo negativo de una fuente de poder de corriente continua. d) Conectar el polo positivo de la fuente de poder a una pieza metálica, preferentemente de acero inoxidable y de dimensiones similares a las de la superficie a tratar. e) Inmediatamente después de aplicada la composición sobre la superficie a tratar, se contacta esta última con la pieza conectada al polo positivo por el tiempo necesario para obtener la terminación deseada.

Mediante esta modalidad del método y considerando que la superficie de metal a recubrir se encuentra lo suficientemente limpia, se logra depositar 4 a 10 mieras de plata sobre una superficie de 4 centímetros cuadrados en 0.5 minutos y utilizando 0,8 gramos de la composición.

Las personas versadas en la materia comprenderán que la invención no sólo se limita a los medios de aplicación y limpieza antes indicados, pudiendo ser utilizado cualquier elemento apropiado ya sea de uso manual, mecánico y/o automatizado .

EJEMPLO DE APLICACIÓN Se utilizó un contacto eléctrico del tipo barra de soporte de cátodo usada en electro obtención de cobre con una superficie de 2 cm la cual presentaba sulfatación producto de la corrosión por niebla ácida y residuos de extractante orgánico. Para el plateado en forma autocatalitica se fabricó 1 kg de composición agregándose en un recipiente de 3 litros los siguientes componentes y agitando la mezcla por un minuto entre cada incorporación:

- 0,6 gramos de nitrato de plata - 90 gramos de Amoniaco

- 100 gramos de EDTA disódico

- 459,4 gramos de agua destilada

- 300 gramos de Bicarbonato de Sodio

- 50 gramos de Dióxido de Silicio Coloidal Una vez obtenida la composición final se aplicó a la superficie a tratar 0,2 gr de la composición utilizando un pincel n° 8 y luego se frotó por 1 minuto utilizando un paño.

Finalmente se retiró el remanente con un paño absorbente.

Por medio de la aplicación en modo auto catalítico se logró recubrir in situ la superficie del contacto, lográndose un espesor de 4 mieras. Análogamente, para el uso de la composición en modo electrolítico se utilizó una superficie idéntica a la descrita en la modalidad anterior para lo cual se fabricó 1 kg de composición agregándose en un recipiente de 3 litros los siguientes componentes y agitando la mezcla por un minuto entre cada incorporación:

- 1 gramo de nitrato de Plata

- 100 gramos de Amoniaco

- 300 gramos de EDTA disódico - 449 gramos de agua destilada

- 100 gramos de Bicarbonato de Sodio

- 50 gramos de Dióxido de Silicio coloidal

Una vez obtenida la composición final se conectó la superficie al polo negativo de una fuente de poder de corriente continua utilizando 1,5 V y 0,5 A, proporcionado por una fuente de poder de corriente continua. El electrodo positivo fue una placa de acero inoxidable calidad 3/16 de 1x2 centímetros con un espesor de 0,5 milímetros.

Por su parte, el polo negativo de la fuente se conectó a una pieza a platear de lxl centímetros.

Finalmente se aplicó a la superficie a tratar- 0.2 gr de la composición utilizando una brocha e inmediatamente después se encendió la fuente de poder y se contactó la superficie con la pieza conectada al polo positivo en donde con el movimiento de esta se esparció la composición a través de toda la superficie a recubrir .

Por medio de la aplicación en modo electrolítico se logró recubrir in situ la superficie del contacto, lográndose un espesor de 8 mieras.