Desarrollo de recubrimientos libres de cromo para la protección frente a la corrosión de aleaciones de aluminio de uso aeronáutico

Resumen

Las aleaciones de aluminio son ampliamente empleadas en la industria aeronáutica, especialmente las aleaciones Al-Cu como 2024-T3 y 7075-T3, debido a sus excelentes propiedades mecánicas. Sin embargo, las aleaciones de aluminio presentan un importante problema para la industria aeroespacial. Las aleaciones Al-Cu sufren fenómenos de corrosión localizada, debido a la presencia de partículas intermetálicas con carácter catódico, lugares donde tiene lugar la reducción de O2. Los tratamientos superficiales son comúnmente aplicados en la industria con el fin de proteger las aleaciones de aluminio contra la corrosión, siendo los anodizados y las capas de conversión química los más empleados. Estos dos métodos se han basado tradicionalmente en el uso de compuestos con cromatos, dando lugar a los procesos conocidos como Anodizado Crómico (CAA) y Capas de Conversión Crómicas (CrCC). Sin embargo, el ion Cr6+ es altamente tóxico y cancerígeno, siendo prohibido por varias normativas, incluyendo RoHS (Restriction of Hazardous Substances), ELV (End-of-life vehicle) y REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals). El CAA ha sido reemplazado en la industria aeroespacial por el Anodizado Tartárico-Sulfurico (TSA) y por el Anodizado Bórico-Sulfúrico (BSA). Sin embargo, el proceso CrCC continúa empleándose, de modo que la comunidad científica está trabajando con el objetivo de encontrar una alternativa eficaz. Con el fin de reemplazar satisfactoriamente el proceso CrCC, la presente Tesis Doctoral se centra en el estudio de las denominadas capas de conversión química basadas en cerio (CeCC). Para ello, se han analizado las diferentes etapas constituyentes del proceso CeCC: pretratamientos, formación de la capa con cerio y post-tratamientos. En cada una de ellas se ha investigado los cambios producidos en la superficie del metal y las propiedades del recubrimiento formado. Se analizaron diferentes cadenas de pretratamientos, considerando las tres etapas habituales en la industria: desengrase alcalino, limpieza alcalina/ataque básico y decapado ácido. En lo que compete a la optimización de la etapa de formación de CeCC, se emplearon herramientas estadísticas mediante los denominados Diseños de Experimentos (DoE) para estudiar la influencia de parámetros físicos, tiempo y temperatura, y de parámetros químicos, [Ce3+], pH y [H2O2]. Respecto a los post-tratamientos se ha prestado especial atención a las denominadas capas sol-gel, a fin de conseguir una mejora en el comportamiento frente a la corrosión a través del sistema CeCC/sol-gel. Finalmente, se seleccionaron las mejores condiciones experimentales en base al análisis de los resultados obtenidos y se evaluó el proceso completo de CeCC a nivel de planta piloto.