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ES2745873B2 - Conversion layer generation procedure with corrosion resistance properties - Google Patents
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Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Procedimiento de generación de capas de conversión con propiedades de resistencia a la corrosiónProcedure for the generation of conversion layers with corrosion resistance properties

La presente invención hace referencia a un proceso de formación de capas de conversión con propiedades de resistencia a la corrosión mediante reacciones químicas activadas térmicamente a alta presión para piezas o polvo de magnesio o aleaciones de magnesio, incluyendo magnesio puro o casi puro y todas sus combinaciones con otros elementos en cualquier proporción, usando una disolución de una o varias sales metálicas, siendo una de ellas, una sal de una tierra rara en un disolvente eutéctico profundo.The present invention refers to a process for the formation of conversion layers with properties of resistance to corrosion through high pressure thermally activated chemical reactions for magnesium parts or powder or magnesium alloys, including pure or almost pure magnesium and all its combinations with other elements in any proportion, using a solution of one or more metallic salts, one of them being a salt of a rare earth in a deep eutectic solvent.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

El magnesio y sus aleaciones poseen una alta resistencia mecánica y la menor densidad entre todos los materiales metálicos, lo que les hace muy atractivos. Desafortunadamente, su baja resistencia a la corrosión y su alta reactividad química han impedido su uso generalizado en muchos campos. La razón de la escasa resistencia a la corrosión del magnesio y sus aleaciones radica en dos aspectos: la capa de óxido que se forma en la superficie de manera natural no es protector; y, es muy susceptible a la corrosión galvánica causada por impurezas o fases secundarias de las aleaciones (como Mg17Al12, AlMn, Al8Mn5, etc.). Estas limitaciones hacen que sea necesario por tanto, la modificación de su superficie para mejorar la resistencia a la corrosión de las aleaciones de magnesio.Magnesium and its alloys have high mechanical strength and the lowest density among all metallic materials, which makes them very attractive. Unfortunately, its low corrosion resistance and high chemical reactivity have prevented its widespread use in many fields. The reason for the low resistance to corrosion of magnesium and its alloys lies in two aspects: the oxide layer that forms on the surface naturally is not protective; and, it is very susceptible to galvanic corrosion caused by impurities or secondary phases of the alloys (such as Mg17Al12, AlMn, Al8Mn5, etc.). These limitations therefore make it necessary to modify its surface to improve the corrosion resistance of magnesium alloys.

Convencionalmente se han venido empleando diversas técnicas para el recubrimiento de aleaciones de Magnesio basadas en deposición [C.D. Gu et al. Electroless Ni-P plating on AZ91D magnesium alloy from a sulfate solution, J. Alloys Compd., 391 (2005), pp. 104-109], anodizado [G.L. Song et al., Corrosion mechanism and evaluation of anodized magnesium alloys, Corros. Sci., 85 (2014), pp. 126-140], recubrimientos superhidrofóbicos [Q. Chu et al., Facile fabrication of a robust superhydrophobic surface on magnesium alloy, Colloids Surf. A, 443 (2014), pp. 118-122], pulverización catódica [S.K. Wu et al., A study of r.f.-sputtered Al and Ni thin films on AZ91D magnesium alloy, Surf. Coat. Technol., 200 (2006), pp. 2769-2774] y conversión química. Este último es uno de los métodos más comunes de protección para aumentar la resistencia a la corrosión de las aleaciones de magnesio. Estas capas de conversión se crecen mediante un tratamiento químico de la superficie metálica para producir una capa superficial fundamentalmente de distintos tipos de óxidos químicamente unida a la superficie [J.E. Gray et al., Pmtective coatings on magnesium and its alloys—a critica! review, J. Alloys Compd., 336 (2002), pp. 88-113]. Los recubrimientos de conversión tradicionales estaban basados en compuestos de cromo hexavalente y se han usado ampliamente para proteger las aleaciones de magnesio [P. Schmutz et al., Influence of Dichromate Ions on Corrosion Processes on Pure Magnesium, J. Electrochem. Soc. 2003 volume 150, issue 4, B99-B110]. Sin embargo, las crecientes preocupaciones de seguridad con respecto a los compuestos basados en cromatos, altamente tóxicos, han motivado a los investigadores y a las industrias a desarrollar métodos de recubrimiento de conversión libres de cromatos tales como los basados en estaño [F. Zucchi, et al., Stannate and permanganate conversión coatings on AZ31 magnesium alloy, Corros. Sci., 49 (2007), pp. 4542­ 4552], fosfato de zinc [L.Y. Niu et al., A study and application of zinc phosphate coating on AZ91D magnesium alloy, Surf. Coat. Technol., 200 (2006), pp. 3021-3026] y, de manera muy prometedora, los basados en elementos de tierras raras [T. Takenaka, et al., Improvement of corrosion resistance of magnesium alloys by surface film with rare earth elements, Mater. Trans., 49 (2008), pp. 1071-1076; X. Jiang et al., Microstructure and corrosion resistance of Ce-V conversion coating on AZ31 magnesium alloy, Appl. Surf. Sci., 341 (2015), pp. 166-174].Conventionally, various techniques have been used for plating Magnesium alloys based on deposition [CD Gu et al. Electroless Ni-P plating on AZ91D magnesium alloy from a sulfate solution, J. Alloys Compd., 391 (2005), pp. 104-109], anodized [GL Song et al., Corrosion mechanism and evaluation of anodized magnesium alloys, Corros. Sci., 85 (2014), pp. 126-140], superhydrophobic coatings [Q. Chu et al., Facile fabrication of a robust superhydrophobic surface on magnesium alloy, Colloids Surf. A, 443 (2014), pp. 118-122], sputtering [SK Wu et al., A study of rf-sputtered Al and Ni thin films on AZ91D magnesium alloy, Surf. Coat. Technol., 200 (2006), pp. 2769-2774] and chemical conversion. The latter is one of the most common protection methods for increasing the corrosion resistance of magnesium alloys. These conversion layers are grown by chemical treatment of the metal surface to produce a surface layer of essentially different types of oxides chemically bonded to the surface [JE Gray et al., Pmtective coatings on magnesium and its alloys — a critique! review, J. Alloys Compd., 336 (2002), pp. 88-113]. Traditional conversion coatings were based on hexavalent chromium compounds and have been used extensively to protect magnesium alloys [P. Schmutz et al., Influence of Dichromate Ions on Corrosion Processes on Pure Magnesium, J. Electrochem. Soc. 2003 volume 150, issue 4, B99-B110]. However, increasing safety concerns regarding highly toxic chromate-based compounds have motivated researchers and industries to develop chromate-free conversion coating methods such as tin-based [F. Zucchi, et al., Stannate and permanganate conversion coatings on AZ31 magnesium alloy, Corros. Sci., 49 (2007), pp. 4542 4552], zinc phosphate [LY Niu et al., A study and application of zinc phosphate coating on AZ91D magnesium alloy, Surf. Coat. Technol., 200 (2006), pp. 3021-3026] and, very promisingly, those based on rare earth elements [T. Takenaka, et al., Improvement of corrosion resistance of magnesium alloys by surface film with rare earth elements, Mater. Trans., 49 (2008), pp. 1071-1076; X. Jiang et al., Microstructure and corrosion resistance of Ce-V conversion coating on AZ31 magnesium alloy, Appl. Surf. Sci., 341 (2015), pp. 166-174].

El proceso típico para la producción de capas de conversión de elementos de tierras raras sobre magnesio o aleaciones de magnesio consiste en la inmersión de las piezas en una disolución acuosa de una sal del elemento de tierras raras, típicamente Ce(NO3)3 o CeCl3, durante un tiempo prolongado de varios minutos o horas que puede ser acortado elevando la temperatura de la solución o añadiendo un oxidante, típicamente H2O2, que acelere la oxidación y precipitación de los óxidos o compuestos de cerio. El crecimiento de la capa de conversión está íntimamente relacionado con los cambios de pH que ocurren en el sustrato metálico durante la inmersión en el baño de conversión y con la formación de compuestos de cerio con diferentes estados de valencia. Los pasos que transcurren durante la formación de la capa de conversión en un medio acuoso convencional son los siguientes [M.F. Montemor et al., Characterization of rare-earth conversión films formed on the AZ31 magnesium alloy and its relation with corrosion protection, Appl. Surf. Sci., 253 (2007), p.6922]:The typical process for the production of conversion layers of rare earth elements on magnesium or magnesium alloys consists of immersing the parts in an aqueous solution of a salt of the rare earth element, typically Ce (NO3) 3 or CeCl3, for a prolonged time of several minutes or hours that can be shortened by raising the temperature of the solution or adding an oxidant, typically H2O2, that accelerates the oxidation and precipitation of the oxides or cerium compounds. The growth of the conversion layer is closely related to the pH changes that occur in the metal substrate during immersion in the conversion bath and with the formation of cerium compounds with different valence states. The steps that take place during the formation of the conversion layer in a conventional aqueous medium are the following [MF Montemor et al., Characterization of rare-earth conversion films formed on the AZ31 magnesium alloy and its relation with corrosion protection, Appl. Surf. Sci., 253 (2007), p.6922]:

• Disolución de la capa de óxido nativa, acompañada de formación de iones hidroxilo y aumento del pH.• Dissolution of the native oxide layer, accompanied by the formation of hydroxyl ions and an increase in pH.

• Crecimiento de las primeras capas compuestas de hidróxidos de Ce (IV) y de Ce (III), mezclados con hidróxidos de Mg• Growth of the first layers composed of hydroxides of Ce (IV) and Ce (III), mixed with hydroxides of Mg

• Engrosamiento de la película superficial y ralentización del aumento de pH que conllevan la deposición preferencial de Ce(OH)4 y su conversión en CeO2, formando una capa externa, más rica en especies de Ce (IV).• Thickening of the surface film and slowing down of the increase in pH that lead to the preferential deposition of Ce (OH) 4 and its conversion into CeO2, forming an outer layer, richer in Ce (IV) species.

En medios acuosos, el crecimiento de las primeras capas y el engrosamiento posterior de la película están favorecidos en soluciones de CeCl3. Este comportamiento sugiere que los iones cloruro inducen un ataque en la superficie y un aumento de pH más rápidos en comparación con la acción de otros aniones de la sal [M.F. Montemor et al., Composition and corrosion resistance of cerium conversion films on the AZ31 magnesium alloy and its relation to the salt anion, Applied Surface Science, Volume 254, Issue 6, 2008, Pages 1806-1814].In aqueous media, the growth of the first layers and the subsequent thickening of the film are favored in CeCl3 solutions. This behavior suggests that chloride ions induce faster surface attack and pH rise compared to the action of other salt anions [M.F. Montemor et al., Composition and corrosion resistance of cerium conversion films on the AZ31 magnesium alloy and its relation to the salt anion, Applied Surface Science, Volume 254, Issue 6, 2008, Pages 1806-1814].

Los procesos de obtención de capas de conversión con tierras raras sobre magnesio o sus aleaciones en medios acuosos son muy poco eficientes y los espesores que se obtienen son muy limitados, del orden de nanómetros.The processes for obtaining conversion layers with rare earths on magnesium or its alloys in aqueous media are very inefficient and the thicknesses obtained are very limited, on the order of nanometers.

Se denomina Líquido Iónico (IL) a una clase de sales orgánicas que están compuestas enteramente por iones. Debido a su naturaleza orgánica, típicamente al menos uno de los cationes o aniones tiene una estructura voluminosa y asimétrica que impide la interacción fuerte entre los iones [M. Armand et al. lonic-liquid materials for the electrochemical challenges of the future. Nature Materials 8 (2009) 621-629]. A diferencia del cloruro de sodio, que se funde a temperatura elevada (800 °C) los IL pueden existir en estado líquido a temperaturas inferiores a 100 °C. Una clase particular de IL con punto de fusión por debajo de 25 °C se denomina Líquidos Iónicos a Temperatura Ambiente (RTIL). Debido a que los IL están compuestos únicamente por iones, poseen unas propiedades muy interesantes comparadas con el agua u otros disolventes como es tener puntos de fusión bajos, muy baja volatilidad (presión de vapor despreciable), buena estabilidad térmica, y una alta conductividad iónica, lo que los convierte en electrolitos ideales para muchas aplicaciones. Ionic Liquid (IL) is a class of organic salts that are composed entirely of ions. Due to its organic nature, typically at least one of the cations or anions has a bulky and asymmetric structure that prevents strong interaction between the ions [M. Armand et al. lonic-liquid materials for the electrochemical challenges of the future. Nature Materials 8 (2009) 621-629]. Unlike sodium chloride, which melts at high temperatures (800 ° C), ILs can exist in a liquid state at temperatures below 100 ° C. A particular class of IL with a melting point below 25 ° C is called Ionic Liquids at Room Temperature (RTIL). Because ILs are composed solely of ions, they have very interesting properties compared to water or other solvents, such as having low melting points, very low volatility (negligible vapor pressure), good thermal stability, and high ionic conductivity. , making them ideal electrolytes for many applications.

Trabajos recientes han demostrado nuevas aplicaciones de IL, incluida la protección contra la corrosión de metales reactivos, cuyas ventajas radican en las propiedades intrínsecas de los IL. Casi todos los trabajos iniciales que involucran tratamientos de IL para la protección contra la corrosión se centraron en trihexil (tetradecil) fosfonio bis (trifluorometilsulfonil) amida ([P6,6,6,14] [NTf2]) IL, debido a su disponibilidad comercial y a sus ventajosas propiedades electroquímicas, utilizando un tratamiento de inmersión simple. Posteriormente, y según se sintetizaban nuevos ILs, se han desarrollado numerosos trabajos empleando diversos aniones y procesos para acelerar la formación de la capa de conversión por medio de aumentar la temperatura, el tiempo de tratamiento, el porcentaje de agua en el IL o la aplicación de potenciales anódicos. De entre todos ellos, los IL fluorados y organofosforados el mencionado trihexil (tetradecil) fosfonio bis (trifluorometilsulfonil) amida ([P6,6,6,14] [NTf2] y el trihexil (tetradecil) fosfonio difenil fosfato [P6,6,6,14] [dpp]) se encuentran entre los de mejor rendimiento. Estos estudios también han demostrado que hay un tiempo de tratamiento crítico, ya que tiempos de tratamiento prolongados a menudo conducen a películas gruesas con grietas y poco protectoras. La presencia de cantidades de equilibrio de agua con el IL y el tratamiento a 50 °C mejoraron la calidad y la protección contra la corrosión de la película generada [P. Huang et al. A review of ionic liquid surface film formation on Mg and its alloys for improved corrosion performance, Electrochimica Acta,Volume 110, 2013,pages 501-510].Recent work has shown new applications for IL, including protection against reactive metal corrosion, the advantages of which lie in the intrinsic properties of IL. Almost all early work involving IL treatments for corrosion protection focused on trihexyl (tetradecyl) phosphonium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide ([P6,6,6,14] [NTf2]) IL, due to its commercial availability and to its advantageous electrochemical properties, using a simple immersion treatment. Subsequently, and as new ILs were synthesized, numerous works have been developed using various anions and processes to accelerate the formation of the conversion layer by increasing the temperature, the treatment time, the percentage of water in the IL or the application. of anode potentials. Among all of them, the fluorinated and organophosphate ILs the mentioned trihexyl (tetradecyl) phosphonium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide ([P6,6,6,14] [NTf2] and trihexyl (tetradecyl) phosphonium diphenyl phosphate [P6,6,6 , 14] [dpp]) are among the best performers. These studies have also shown that there is a critical treatment time, as long treatment times often lead to thick, cracked and unprotective films. The presence of equilibrium amounts of water with the IL and the treatment at 50 ° C improved the quality and protection against corrosion of the film generated [P. Huang et al. A review of ionic liquid surface film formation on Mg and its alloys for improved corrosion performance, Electrochimica Acta, Volume 110, 2013, pages 501-510].

Particularmente interesante es la propuesta de aumentar la temperatura del proceso hasta alcanzar la temperatura de descomposición del IL [US9435033B2]. El método consiste en poner en contacto la superficie que contiene magnesio con un líquido iónico en condiciones que dan como resultado la descomposición del líquido iónico para producir una capa de conversión sobre el magnesio o la aleación de magnesio con una mejora significativa de la resistencia a la corrosión. Las temperaturas para la degradación del líquido iónico están comprendidas entre, como mínimo, 100°C y 300°C. Por ejemplo, la capa de conversión se puede obtener aplicando una capa del líquido iónico tetraoctilamonio bis(2-etilhexil)fosfato [N8888][DEHP] sobre la superficie de la muestra y luego tratando térmicamente la muestra a 300°C en un horno durante 7 minutos. La capa de conversión tiene un espesor de 80-100 nm y está compuesta por elementos de la aleación de magnesio, óxidos y fosfatos. Particularly interesting is the proposal to increase the temperature of the process until reaching the decomposition temperature of IL [US9435033B2]. The method consists of contacting the magnesium-containing surface with an ionic liquid under conditions that result in decomposition of the ionic liquid to produce a conversion layer on the magnesium or magnesium alloy with a significant improvement in resistance to corrosion. corrosion. The temperatures for the degradation of the ionic liquid are between at least 100 ° C and 300 ° C. For example, the conversion layer can be obtained by applying a layer of the ionic liquid tetraoctylammonium bis (2-ethylhexyl) phosphate [N8888] [DEHP] on the surface of the sample and then heat treating the sample at 300 ° C in an oven for 7 minutes. The conversion layer has a thickness of 80-100 nm and is composed of magnesium alloy elements, oxides and phosphates.

Recientemente se ha propuesto un método similar al anteriormente descrito, pero realizando el tratamiento en disolventes eutécticos profundos (DES). Al contrario que los IL convencionales, los DES se definen comúnmente como sistemas compuestos de una mezcla de al menos dos componentes, un aceptor de enlaces de hidrógeno (HBA) y un donante de enlaces de hidrógeno (HBD), que son capaces de auto asociarse para formar una nueva fase eutéctica caracterizada por un punto de fusión (por debajo de 100 °C) menor que el de cada componente individual. Estos componentes constituyentes del DES deben además poseer características seguras, baja toxicidad, renovables y biodegradables, además de un coste sensiblemente menor que los ILs. El número de combinaciones posibles de HBA y HBD que pueden formar mezclas eutécticas es extremadamente alto, y para racionalizar las propiedades y el comportamiento de estos disolventes, a menudo se ha considerado la clasificación en cuatro tipos de DES según los dos componentes que lo forman: Tipo I (sal cuaternaria y haluro metálico), Tipo II (sal cuaternaria y haluro de metal hidratado), Tipo III (sal cuaternaria y donante de enlace de hidrógeno) y tipo IV (haluro de metal y donante de enlace de hidrógeno) [L.I.N. Tomé et al., Deep eutectic solvents for the production and application of new materials, Applied Materials Today, Volume 10, 2018, Pages 30-50].A method similar to the one previously described has recently been proposed, but performing the treatment in deep eutectic solvents (DES). Unlike conventional ILs, DES are commonly defined as systems composed of a mixture of at least two components, a hydrogen bond acceptor (HBA) and a hydrogen bond donor (HBD), which are capable of self-associating to form a new eutectic phase characterized by a melting point (below 100 ° C) lower than that of each individual component. These constituent components of DES must also have safe, low toxicity, renewable and biodegradable characteristics, in addition to a significantly lower cost than ILs. The number of possible combinations of HBA and HBD that can form eutectic mixtures is extremely high, and in order to rationalize the properties and behavior of these solvents, the classification into four types of DES according to the two components that make it up has often been considered: Type I (quaternary salt and metal halide), Type II (quaternary salt and hydrated metal halide), Type III (quaternary salt and hydrogen bonding donor) and Type IV (metal halide and hydrogen bonding donor) [LIN Tomé et al., Deep eutectic solvents for the production and application of new materials, Applied Materials Today, Volume 10, 2018, Pages 30-50].

Dicho proceso propuesto para la formación de capas de conversión con DES sobre aleaciones de magnesio se basa en la interacción de un solvente eutéctico profundo (DES) con el sustrato. Al calentar, el DES basado en mezcla de cloruro de colina /urea reacciona con la superficie de la aleación de magnesio para formar una prometedora película de conversión anticorrosiva. La película de conversión química está compuesta principalmente por las fases MgH2 y MgCO3. Los ensayos electroquímicos y las inspecciones visuales indicaron que la resistencia a la corrosión de la aleación de magnesio mejoraba por la presencia de capa de conversión [Gu et al., Corrosion resistance of AZ31B magnesium alloy with a conversion coating produced from a choline chloride—Urea based deep eutectic solvent, Corrosion Science 106, May 2016, Pages 108-116].Said proposed process for the formation of conversion layers with DES on magnesium alloys is based on the interaction of a deep eutectic solvent (DES) with the substrate. Upon heating, the DES based choline chloride / urea mixture reacts with the magnesium alloy surface to form a promising anti-corrosion conversion film. The chemical conversion film is mainly composed of the MgH2 and MgCO3 phases. Electrochemical tests and visual inspections indicated that the corrosion resistance of the magnesium alloy was improved by the presence of a conversion layer [Gu et al., Corrosion resistance of AZ31B magnesium alloy with a conversion coating produced from a choline chloride — Urea based deep eutectic solvent, Corrosion Science 106, May 2016, Pages 108-116].

Alternativamente a su aplicación para generar recubrimientos o capas de conversión, diferentes procesos de síntesis hidrotermal [M. Hirano et al., Hydrothermal Synthesis of Nanocrystalline Cerium(IV) Oxide Powders, Journal of the American Ceramic Society 82, 3, (1999) pp 786-788], solvotérmica [R. I. Walton,Solvothermal synthesis of cerium oxides, Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials, Volume 57, Issue 4, 2011, Pages 93-108] y más reciéntemente, ionotérmicos en líquidos iónicos [T. Brezesinski et al. , Mesostructured crystalline ceria with a bimodal pore system using block copolymers and ionic liquids as rational templates, Chem Mater, 17 (2005), p. 1683] y en disolventes eutécticos profundos [Hammond et al., Deep eutectic-solvothermal synthesis of nanostructured ceria, Nature Communications volumen 8, Article number: 14150 (2017)], han propuesto rutas para la generación de polvo nano cristalino de óxido de Ce (IV), CeO2, para diversas aplicaciones. En todos estos procesos de síntesis, incluido el trabajo reciente en DES, el precursor de cerio o tierra rara en forma usualmente de cloruro, sulfato o nitrato se disuelve en el disolvente (agua, un disolvente orgánico, un IL o un DES) y se eleva la temperatura y presión hasta que se precipitan cristales nanométricos de CeO2 o algún compuesto de cerio que posteriormente se calcina en un horno para formar CeO2.As an alternative to its application to generate coatings or conversion layers, different hydrothermal synthesis processes [M. Hirano et al., Hydrothermal Synthesis of Nanocrystalline Cerium ( IV) Oxide Powders, Journal of the American Ceramic Society 82, 3, (1999) pp 786-788], solvothermal [RI Walton, Solvothermal synthesis of cerium oxides, Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials, Volume 57, Issue 4, 2011, Pages 93-108] and more recently, ionothermic in ionic liquids [T. Brezesinski et al. , Mesostructured crystalline ceria with a bimodal pore system using block copolymers and ionic liquids as rational templates, Chem Mater, 17 (2005), p. 1683] and in deep eutectic solvents [Hammond et al., Deep eutectic-solvothermal synthesis of nanostructured ceria, Nature Communications volume 8, Article number: 14150 (2017)], have proposed routes for the generation of nano-crystalline Ce oxide powder. (IV), CeO2, for various applications. In all of these synthetic processes, including recent work on DES, the cerium or rare earth precursor in the form usually of chloride, sulfate, or nitrate is dissolved in the solvent (water, an organic solvent, an IL, or a DES) and is Raise the temperature and pressure until nanometric crystals of CeO2 or some cerium compound are precipitated, which are later calcined in an oven to form CeO2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invención se refiere a un procedimiento de generación de capas de conversión con, principalmente, propiedades de resistencia a la corrosión sobre la superficie de magnesio o aleaciones de magnesio caracterizado por que comprende sumergir dicho magnesio o dicha aleación de magnesio, en cualquier forma geométrica incluyendo en forma de polvo de cualquier granulometría, en una disolución no acuosa formada por una o varias sales metálicas, una de la cuales es una sal de un elemento de tierra raras, a una temperatura igual o superior a los 100°C en un reactor de alta presión, preferiblemente a presiones de entre 1 y 30 atmósferas.The present invention refers to a process for generating conversion layers with, mainly, corrosion resistance properties on the surface of magnesium or magnesium alloys, characterized in that it comprises immersing said magnesium or said magnesium alloy, in any geometric shape including in powder form of any particle size, in a non-aqueous solution formed by one or more metallic salts, one of which is a salt of a rare earth element, at a temperature equal to or greater than 100 ° C in a reactor high pressure, preferably at pressures between 1 and 30 atmospheres.

Dicha disolución comprende:Said dissolution comprises:

- un disolvente eutéctico profundo de fórmula general Cat+X-zY, donde Cat+ es un catión orgánico como amonio, sulfonio o fosfonio y X - es una base de Lewis, generalmente un anión haluro de la sal, Y es una base de Lewis o Bronsted, y z es el número de moléculas de Y,- a deep eutectic solvent of the general formula Cat + X-zY, where Cat + is an organic cation such as ammonium, sulfonium or phosphonium and X - is a Lewis base, generally a halide anion of the salt, Y is a Lewis base or Bronsted, and z is the number of molecules of Y,

- una o varias sales metálicas del metal o de los metales de fórmula general M+ X-donde M es el metal con los que se quiere formar la capa de conversión sobre la pieza y X - es el mismo anión haluro del disolvente eutéctico profundo siendo al menos una de las sales una sal de los elementos conocidos como tierras raras (cerio, lantano, etc.) - one or more metal salts of the metal or metals of the general formula M + X- where M is the metal with which the conversion layer is to be formed on the part and X - is the same halide anion of the deep eutectic solvent, being al minus one of the salts a salt of the elements known as rare earths (cerium, lanthanum, etc.)

Ha de aplicarse una temperatura suficientemente alta en condiciones de alta presión y humedad limitada para que se produzca la descomposición de la disolución de la sal o sales metálicas en el disolvente eutéctico profundo reaccionando a su vez con la superficie de la aleación de magnesio formando una capa de óxidos, oxi-carbonatos e hidróxidos metálicos de los metales presentes en la disolución y de los propios elementos metálicos de la aleación de magnesio, obteniendo capas de conversión de espesor y composición homogéneos que tienen propiedades tan buenas o incluso superiores que las obtenidas mediante otros procedimientos en por ejemplo aplicaciones de protección frente a la corrosión de aleaciones de magnesio o en aplicaciones de fabricación de polvos recubiertos con óxidos para aplicaciones de catálisis.A sufficiently high temperature must be applied under conditions of high pressure and limited humidity for decomposition of the solution of the metal salt (s) in the deep eutectic solvent to occur, in turn reacting with the surface of the magnesium alloy to form a layer. of metal oxides, oxy-carbonates and hydroxides of the metals present in the solution and of the metallic elements of the magnesium alloy themselves, obtaining conversion layers of homogeneous thickness and composition that have properties as good or even higher than those obtained by other processes in eg corrosion protection applications for magnesium alloys or in oxide coated powder manufacturing applications for catalysis applications.

La sal metálica seleccionada entre los elementos de tierras raras puede estar presente en una concentración de entre 5-10'7 y 1,5 M, preferentemente en una concentración comprendida entre 0,01 y 1 M, y más preferentemente entre 0,1 y 0,5 M.The metal salt selected from the rare earth elements may be present in a concentration between 5-10'7 and 1.5 M, preferably in a concentration between 0.01 and 1 M, and more preferably between 0.1 and 0.5 M.

En el procedimiento de la invención dicha sal inorgánica de tierras raras puede ser un elemento lantánido o actínido, preferiblemente una sal de un haluro del elemento químico Lantano o Cerio, y más preferentemente CeCl3.In the process of the invention said inorganic rare earth salt may be a lanthanide or actinide element, preferably a salt of a halide of the chemical element Lanthanum or Cerium, and more preferably CeCl3.

El procedimiento se puede realizar con únicamente dicha sal de un elemento de tierras raras o en una mezcla de dicha sal con otras sales metálicas. La sal inorgánica metálica seleccionada puede estar presente en una concentración de entre 5-10'7 y 1,5 M, preferentemente en una concentración comprendida entre 0,01 y 1 M, y más preferentemente entre 0,1 y 0,5 M.The process can be carried out with only said salt of a rare earth element or in a mixture of said salt with other metal salts. The selected inorganic metal salt may be present in a concentration between 5-10.7 and 1.5 M, preferably in a concentration between 0.01 and 1 M, and more preferably between 0.1 and 0.5 M.

La sal metálica puede ser de un metal seleccionado entre los metales alcalinos, alcalino-térreo o metales de transición, o una sal de otro elemento lantánido o actínido, y preferentemente una sal de un haluro de un metal de transición.The metal salt may be of a metal selected from alkali, alkaline-earth or transition metals, or a salt of another lanthanide or actinide element, and preferably a salt of a transition metal halide.

En el procedimiento de la invención, el disolvente eutéctico profundo DES donde se disuelven las sales metálicas es una mezcla de al menos dos componentes, un compuesto aceptor de enlaces de puente de hidrogeno (HBA) y un compuesto donante de enlaces de puente de hidrógeno (HBD) que forman una nueva fase eutéctica con una temperatura de fusión inferior a la temperatura de fusión de ambos compuestos e inferior a su vez a 100°C o incluso inferior a 25°C.In the process of the invention, the deep eutectic solvent DES where the metal salts are dissolved is a mixture of at least two components, a hydrogen bond acceptor compound (HBA) and a hydrogen bond donor compound ( HBD) that form a new phase Eutectic with a melting temperature lower than the melting temperature of both compounds and lower than 100 ° C or even lower than 25 ° C.

El disolvente eutéctico profundo del procedimiento de la invención se puede describir con fórmula general Cat+X"zY, donde Cat+ es el catión de cualquier sal de amonio, sulfonio o fosfonio (amonio, sulfonio, o fosfonio) y X - es una base de Lewis, generalmente un anión haluro de la sal, Y es una base de Lewis o Bronsted, y z es el número de moléculas de Y. En el procedimiento de la invención el DES empleado comprende una sal de haluro de una amina cuaternaria y una amida, ácido carboxílico o alcohol como donante de enlaces de puente de hidrógeno, y preferentemente, el DES formado por cloruro de colina y urea como HBD y preferentemente, en una proporción molar 1:2 para formar la fase eutéctica. Ambos componentes son seguros, baratos y no tóxicos.The deep eutectic solvent of the process of the invention can be described with the general formula Cat + X "zY, where Cat + is the cation of any ammonium, sulfonium or phosphonium salt (ammonium, sulfonium, or phosphonium) and X - is a base of Lewis, generally a halide anion of the salt, Y is a Lewis or Bronsted base, and z is the number of Y molecules. In the process of the invention the DES used comprises a halide salt of a quaternary amine and an amide, carboxylic acid or alcohol as the hydrogen bond donor, and preferably, the DES formed by choline chloride and urea as HBD and preferably, in a 1: 2 molar ratio to form the eutectic phase. Both components are safe, cheap and non-toxic.

En el procedimiento de la invención el DES se genera de la manera usual mezclando mecánicamente los dos elementos (HBA y HBD) a una temperatura entre 50 y 80 °C hasta la formación de la fase eutéctica.In the process of the invention DES is generated in the usual way by mechanically mixing the two elements (HBA and HBD) at a temperature between 50 and 80 ° C until the formation of the eutectic phase.

En el procedimiento de la invención la sal del elemento de tierras raras, junto con la sal o sales metálicas adicionales, se añaden al DES previamente formado en forma anhidra o hidratada a temperatura ambiente o preferentemente a una temperatura entre la temperatura ambiente y 100°C o más preferentemente entre 50 y 80 °C para acelerar la disolución.In the process of the invention the salt of the rare earth element, together with the additional metal salt or salts, are added to the previously formed DES in anhydrous or hydrated form at room temperature or preferably at a temperature between room temperature and 100 ° C or more preferably between 50 and 80 ° C to accelerate dissolution.

En el procedimiento de la invención la disolución formada por el DES y la sal o sales metálicas se someten a un proceso de secado en vacío a una temperatura entre 50 y 80 °C durante al menos 12 horas, preferentemente 24 horas o el tiempo necesario para alcanzar la mínima cantidad de agua disuelta, y en todo caso menor de 500 ppm.In the process of the invention, the solution formed by DES and the metal salt or salts are subjected to a vacuum drying process at a temperature between 50 and 80 ° C for at least 12 hours, preferably 24 hours or the time necessary to reach the minimum amount of dissolved water, and in any case less than 500 ppm.

Como se ha indicado anteriormente, el procedimiento se aplica sobre la superficie de magnesio o aleaciones de magnesio, que puede presentarse:As indicated above, the procedure is applied to the surface of magnesium or magnesium alloys, which can be:

- en forma de pieza sólida o porosa de dimensiones mayores de un milímetro. - en forma de polvo de cualquier tamaño comprendido entre un milímetro y un nanómetro. - in the form of a solid or porous piece with dimensions greater than one millimeter. - in the form of a powder of any size between one millimeter and one nanometer.

En una posible realización del procedimiento de la invención, la pieza a recubrir es magnesio químicamente puro o magnesio de pureza superior al 99%. Alternativamente, la pieza es de una aleación de magnesio.In a possible embodiment of the process of the invention, the part to be coated is chemically pure magnesium or magnesium with a purity greater than 99%. Alternatively, the part is made of a magnesium alloy.

En algunas realizaciones, el magnesio o la aleación de magnesio se somete a una etapa, previa al tratamiento con la disolución de las sales metálicas en el DES, de desbastado y/o lijado y/o pulido por medios mecánicos hasta obtener una superficie homogénea y libre de contaminaciones orgánicas o inorgánicas.In some embodiments, the magnesium or magnesium alloy is subjected to a stage, prior to treatment with the dissolution of metal salts in the DES, of grinding and / or sanding and / or polishing by mechanical means until a homogeneous surface is obtained and free from organic or inorganic contamination.

En algunas realizaciones, el magnesio o la aleación de magnesio se somete a un proceso, previo al tratamiento con la disolución de las sales metálicas en el DES, de decapado ácido. En esta etapa de decapado ácido, la superficie de magnesio o de aleación de magnesio se pone en contacto con uno o más ácidos, que pueden ser ácidos inorgánicos u orgánicos. Algunos ejemplos de ácidos decapantes inorgánicos incluyen ácidos hidrohalogenados (por ejemplo, HF, HCl, HBr, HI), ácido nítrico, ácido sulfúrico y ácido fosfórico. Algunos ejemplos de ácidos decapantes orgánicos incluyen ácidos carboxílicos (por ejemplo, ácido acético o propiónico y versiones fluoradas, por ejemplo, ácido trifluoroacético) y ácidos sulfónicos (por ejemplo, ácidos metilsulfónico o tríflico). En realizaciones adicionales, puede emplearse una etapa de acondicionamiento alcalina después de la etapa de decapado ácido y antes del tratamiento con la disolución de las sales metálicas en el DES. En la etapa de acondicionamiento alcalino, la superficie de magnesio o de aleación de magnesio se pone en contacto con una o más sustancias alcalinas, típicamente en forma de una solución acuosa alcalina. Algunos ejemplos de compuestos alcalinos que se pueden usar en la etapa de acondicionamiento alcalino incluyen los hidróxidos de metal (por ejemplo, hidróxido de sodio), sales de carboxilato, carbonatos de metal o bicarbonatos (por ejemplo, carbonato de sodio o bicarbonato) y aminas (por ejemplo, dimetil o trimetilamina). En realizaciones adicionales, puede emplearse una etapa de activación de la superficie después de la etapa de decapado ácido o de acondicionamiento alcalino e inmediatamente antes del tratamiento con la disolución de las sales metálicas en el DES. En la etapa de activación superficial, la superficie de magnesio o de aleación de magnesio se pone en contacto con ácidos hidrohalogenados (por ejemplo, HF). In some embodiments, the magnesium or magnesium alloy is subjected to an acid pickling process, prior to treatment with dissolving the metal salts in the DES. In this acid pickling step, the magnesium or magnesium alloy surface is contacted with one or more acids, which can be inorganic or organic acids. Some examples of inorganic pickling acids include hydrohalogenated acids (eg, HF, HCl, HBr, HI), nitric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid. Some examples of organic pickling acids include carboxylic acids (eg, acetic or propionic acid and fluorinated versions, eg, trifluoroacetic acid) and sulfonic acids (eg, methylsulfonic or triflic acids). In further embodiments, an alkaline conditioning step may be employed after the acid pickling step and prior to treatment with dissolving the metal salts in the DES. In the alkaline conditioning step, the magnesium or magnesium alloy surface is contacted with one or more alkaline substances, typically in the form of an alkaline aqueous solution. Some examples of alkaline compounds that can be used in the alkaline conditioning step include metal hydroxides (eg, sodium hydroxide), carboxylate salts, metal carbonates or bicarbonates (eg, sodium carbonate or bicarbonate), and amines. (for example, dimethyl or trimethylamine). In further embodiments, a surface activation step may be employed after the acid pickling or alkaline conditioning step and immediately prior to treatment with the dissolution of the metal salts in the DES. In the surface activation step, the magnesium or magnesium alloy surface is contacted with hydrohalogenated acids (eg, HF).

En el procedimiento de la invención, la pieza o el polvo de magnesio o de aleación de magnesio, previamente sometida al proceso de limpieza mecánica o química, se introduce en un reactor de alta presión con recubrimiento interior de teflón y se rellena hasta la mitad de su volumen con la disolución de la sal o sales metálicas en el DES previamente secada en vacío hasta obtener un valor de humedad menor a 500 ppm. A continuación, el reactor se cierra y se calienta hasta una temperatura a la cual se produce la descomposición del DES y la sal o sales metálicas, preferentemente a una temperatura entre 100 y 300 °C, y más preferentemente entre 150 y 180 °C, y más preferentemente aun a 160 °C, durante un tiempo de entre 1 y 12 horas, preferentemente entre 1 y 6 horas, y más preferentemente entre 2 y 3 horas.In the process of the invention, the part or the magnesium or magnesium alloy powder, previously subjected to the mechanical or chemical cleaning process, is introduced into a high pressure reactor with an internal Teflon coating and is filled up to half of its volume with the solution of the metal salt or salts in the DES previously dried in vacuum until obtaining a humidity value of less than 500 ppm. The reactor is then closed and heated to a temperature at which the decomposition of DES and the metal salt or salts occurs, preferably at a temperature between 100 and 300 ° C, and more preferably between 150 and 180 ° C, and more preferably still at 160 ° C, for a time between 1 and 12 hours, preferably between 1 and 6 hours, and more preferably between 2 and 3 hours.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Figura 1. Imagen obtenida por un Microscopio Electrónico de Barrido de la superficie de la pieza de AZ31 tratada en el ejemplo 1. a) x1000 aumentos, b) x3000 aumentos, c) x10000 aumentos, d) x30000 aumentos. Figure 1 . Image obtained by a Scanning Electron Microscope of the surface of the AZ31 piece treated in Example 1. a) x1000 magnification, b) x3000 magnification, c) x10000 magnification, d) x30000 magnification.

Figura 2. Imagen obtenida por un Microscopio Electrónico de Barrido de la superficie de la pieza de AZ31 tratada en el ejemplo 1. a) x8000 aumentos, b) x5000 aumentos. Figure 2. Image obtained by a Scanning Electron Microscope of the surface of the AZ31 piece treated in Example 1. a) x8000 magnification, b) x5000 magnification.

Figura 3. Imagen y composición elemental obtenida por un Microscopio Electrónico de Barrido de la superficie de la pieza de AZ31 tratada en el ejemplo 1. a) imagen a x8000 aumentos con los perfiles relativos de composición obtenidos por Espectroscopia de Dispersión de Energía de Rayos X EDX, b) perfil EDX de carbono, c) perfil EDX de oxígeno, d) perfil EDX de magnesio, e) perfil EDX de cerio. Figure 3. Image and elemental composition obtained by a Scanning Electron Microscope of the surface of the AZ31 piece treated in example 1. a) Image at x8000 magnification with the relative composition profiles obtained by X-ray Energy Dispersion Spectroscopy EDX, b) EDX carbon profile, c) EDX oxygen profile, d) EDX magnesium profile, e) EDX cerium profile.

Figura 4. Diagrama de difracción de Rayos X en incidencia de ángulo rasante de la muestra del ejemplo 1. Figure 4. X-ray diffraction diagram at grazing angle incidence of the sample of example 1.

Figura 5. Espectros XPS de los niveles energéticos (a) C1s (b) Ce3d de la muestra del ejemplo 1. Figure 5. XPS spectra of the energy levels (a) C1s (b) Ce3d of the sample of example 1.

Figura 6. Curvas de polarización en NaCl 1% en peso de una muestra de AZ31 tratada según el ejemplo 1 y una muestra de AZ31 sin tratar. Figure 6. Polarization curves in NaCl 1% by weight of a sample of AZ31 treated according to example 1 and a sample of untreated AZ31.

Figura 7. Volumen de hidrogeno desprendido durante la inmersión en NaCI 1%en peso de una muestra de AZ31 tratada según el ejemplo 1 y una muestra de AZ31 sin tratar. Valores medios de 3 muestras. Figure 7. Volume of hydrogen evolved during immersion in NaCl 1% by weight of a sample of AZ31 treated according to example 1 and a sample of untreated AZ31. Average values of 3 samples.

Figura 8. Imagen obtenida por un Microscopio Electrónico de Barrido de la superficie de la pieza de AZ31 tratada en el ejemplo 3. a) x1000 aumentos, b) x3000 aumentos. Figure 8. Image obtained by a Scanning Electron Microscope of the surface of the AZ31 piece treated in Example 3. a) x1000 magnification, b) x3000 magnification.

Figura 9. Espectros EDX obtenidos por un Microscopio Electrónico de Barrido de la superficie de: a) la pieza de AZ31 tratada en el ejemplo 1, b) la pieza de AZ31 tratada en el ejemplo 3. Figure 9. EDX spectra obtained by a Scanning Electron Microscope of the surface of: a) the piece of AZ31 treated in example 1, b) the piece of AZ31 treated in example 3.

EJEMPLOSEXAMPLES

Ejemplo 1.Example 1.

Capa de conversión sobre una pieza de aleación de magnesio AZ31 obtenido con una disolución 0,1 M de CeCl3-7H2O en el DES cloruro de colina-urea.Conversion layer on a piece of magnesium alloy AZ31 obtained with a 0.1 M solution of CeCl3-7H2O in the DES choline chloride-urea.

Un disco de 24 mm de diámetro y 2 mm de espesor de aleación de magnesio AZ31 se somete a un tratamiento de limpieza con disolventes convencional con acetona durante 5 minutos, se desbasta manualmente con papel de SiC de granulometría #2000, se enjuaga con agua destilada durante aproximadamente 2 minutos y con etanol durante 30 segundos.A 24mm diameter, 2mm thick disc of AZ31 magnesium alloy is subjected to a conventional solvent cleaning treatment with acetone for 5 minutes, manually roughened with # 2000 grain size SiC paper, rinsed with distilled water for about 2 minutes and with ethanol for 30 seconds.

Se prepara el DES mezclando cloruro de colina, solido, con urea, solido, en proporción de 1 mol de cloruro de colina con 2 moles de urea y calentándolo a 50 °C a la vez que se remueve mecánicamente hasta que se forma una fase liquida incolora del eutéctico cloruro de colina-urea.DES is prepared by mixing choline chloride, solid, with urea, solid, in a proportion of 1 mole of choline chloride with 2 moles of urea and heating it to 50 ° C while stirring mechanically until a liquid phase is formed. colorless from the eutectic choline-urea chloride.

Se miden 100 cm3 del DES resultante y se le añaden 3,74 g de CeCl3 heptahidratado para obtener una disolución con una concentración de 0,1M de CeCl3 en el DES. El proceso de disolución se realiza a una temperatura de 60 °C con agitación mecánica hasta la completa disolución.100 cm3 of the resulting DES are measured and 3.74 g of CeCl3 heptahydrate are added to it to obtain a solution with a concentration of 0.1M CeCl3 in DES. The dissolution process is carried out at a temperature of 60 ° C with mechanical stirring until complete dissolution.

La disolución de CeCl3 en el DES cloruro de colina-urea se calienta a 80 °C en vacío < 10 mbar durante 24 horas para disminuir al mínimo, mediante evaporación selectiva, el agua contenida en la disolución. The solution of CeCl3 in the DES choline chloride-urea is heated at 80 ° C under vacuum <10 mbar for 24 hours to minimize, by selective evaporation, the water contained in the solution.

Se introduce el disco de AZ31 en una reactor de alta presión recubierto internamente de teflón con una capacidad aproximada de 100 cm3 y se vierten aproximadamente 50 cm3 de la disolución previamente preparada de CeCl3 en el DES de cloruro de colinaurea. Se cierra el rector herméticamente y se introduce en un horno previamente calentado a 160 °C. Se mantiene a 160 °C durante 2 horas. Se saca del horno y se enfría con agua hasta alcanzar la temperatura ambiente.The AZ31 disk is introduced into a high pressure reactor lined internally with Teflon with a capacity of approximately 100 cm3 and approximately 50 cm3 of the previously prepared solution of CeCl3 is poured into the DES of cholineurea chloride. The rector is hermetically closed and placed in an oven previously heated to 160 ° C. It is kept at 160 ° C for 2 hours. It is removed from the oven and cooled with water to room temperature.

El disco de AZ31 se extrae del reactor y se limpian los restos de la solución de CeCl3 en el DES cloruro de colina-urea con agua destilada y se seca con aire templado.The AZ31 disk is removed from the reactor and the remains of the CeCl3 solution in the DES choline chloride-urea are cleaned with distilled water and dried with warm air.

Tras la limpieza la superficie del disco de AZ31 presenta un color pardo-negruzco homogéneo. La figura 1 muestra una imagen tomada en un Microscopio Electrónico de Barrido MEB donde se observa que la superficie está recubierta por una capa homogénea que presenta una red de grietas típica de las capas de conversión de tierras raras sobre aleaciones de magnesio o aluminio obtenidas por métodos convencionales en soluciones acuosas.After cleaning, the surface of the AZ31 disc has a homogeneous blackish-brown color. Figure 1 shows an image taken in a SEM Scanning Electron Microscope where it is observed that the surface is covered by a homogeneous layer that presents a network of cracks typical of the rare earth conversion layers on magnesium or aluminum alloys obtained by methods. conventional in aqueous solutions.

La figura 2 muestra una imagen tomada por MEB donde se observa que el recubrimiento obtenido en el AZ31 tiene aproximadamente un espesor de 4 micras, sustancialmente mayor que el espesor obtenido por medios convencionales en soluciones acuosas. Las grietas observadas en la superficie atraviesan todo el recubrimiento. La microestructura del recubrimiento es densa y existe una buena unión con el substrato de AZ31.Figure 2 shows an image taken by SEM where it is observed that the coating obtained in AZ31 has a thickness of approximately 4 microns, substantially greater than the thickness obtained by conventional means in aqueous solutions. The cracks observed on the surface go through the entire coating. The microstructure of the coating is dense and there is a good bond with the AZ31 substrate.

La figura 3 muestra superpuesta a la imagen 2 la distribución relativa de los elementos químicos que componen el recubrimiento obtenidos por Espectroscopia de Dispersión de Energía de Rayos X en el MEB. Se observa que el recubrimiento está compuesto de Magnesio, Cerio, Oxigeno y Carbono. La parta más superficial del recubrimiento es relativamente más rica en cerio y la parte interior es más rica en magnesio, lo que demuestra que se ha producido una reacción entre el CeCl 3 y el DES con la propia superficie de aleación de magnesio.Figure 3 shows superimposed on image 2 the relative distribution of the chemical elements that make up the coating obtained by X-ray Energy Dispersion Spectroscopy in the SEM. It is observed that the coating is composed of Magnesium, Cerium, Oxygen and Carbon. The most superficial part of the coating is relatively richer in cerium and the inner part is richer in magnesium, which shows that there has been a reaction between CeCl 3 and DES with the magnesium alloy surface itself.

La figura 4 muestra el diagrama de Difracción de Rayos X (DRX) obtenido por ángulo rasante de la muestra. El recubrimiento es predominantemente amorfo con tres fases cristalinas que se pueden identificar como oxi-carbonato de cerio, magnesio, y dióxido de cerio. Semicuantitativamente la composición de las fases cristalinas es 66,3 % de oxi-carbonato de cerio, 25,8% de magnesio y 8,1% de dióxido de cerio.Figure 4 shows the X-ray Diffraction (XRD) diagram obtained by grazing angle of the sample. The coating is predominantly amorphous with three crystalline phases that can be identified as cerium, magnesium, and oxycarbonate. cerium. Semiquantitatively, the composition of the crystalline phases is 66.3% cerium oxy-carbonate, 25.8% magnesium and 8.1% cerium dioxide.

El análisis superficial de las muestras mediante espectroscopia por fotoelectrones de rayos X (XPS), muestran que el cerio presente en la superficie se encuentra exclusivamente como Ce(III), mientras que la mayor parte del carbono se encuentra en forma de carbonato (Figura 5).The surface analysis of the samples by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) shows that the cerium present on the surface is found exclusively as Ce (III), while most of the carbon is in the form of carbonate (Figure 5 ).

Los resultados indican que se obtiene un recubrimiento homogéneo, denso y adherente de aproximadamente 4 micras de espesor de carácter amorfo y nano cristalino compuesto mayoritariamente de oxi-carbonato de cerio(III).The results indicate that a homogeneous, dense and adherent coating of approximately 4 microns thickness of amorphous and nano-crystalline character is obtained, composed mainly of cerium (III) oxy-carbonate.

Ejemplo 2.Example 2.

Propiedades de resistencia a la corrosión en NaCl de un disco de aleación de magnesio AZ31 tratada en el ejemplo 1.Corrosion resistance properties in NaCl of an AZ31 magnesium alloy disc treated in Example 1.

Un disco de aleación de magnesio AZ31 tratada siguiendo el método descrito en el ejemplo 1 de la presente se sometió a medidas electroquímicas de la resistencia a la corrosión en un medio agresivo consistente en una disolución del 1% en peso de NaCl en agua destilada. Se usó una celda convencional de tres electrodos para este tipo de medidas electroquímicas, siendo el disco tratado según el ejemplo 1 el electrodo de trabajo, un hilo de platino el contraelectrodo y un electrodo de plata/cloruro de plata el electrodo de referencia. Después de 900 s de inmersión en la solución de NaCl, se realizó un barrido de potencial desde el potencial de circuito abierto hacia valores más anódicos (positivos) recogiendo la densidad de corriente. En otra zona del disco tratado según el ejemplo 1 se realizó el mismo procedimiento pero realizando el barrido de potencial desde el potencial de circuito abierto hacia valores más catódicos (negativos). Como referencia, los mismos procedimientos se realizaron en un disco de aleación AZ31 sin tratar previamente.An AZ31 magnesium alloy disc treated following the method described in Example 1 herein was subjected to electrochemical measurements of corrosion resistance in an aggressive medium consisting of a 1% by weight solution of NaCl in distilled water. A conventional three-electrode cell was used for this type of electrochemical measurements, the disk treated according to example 1 being the working electrode, a platinum wire the counter electrode and a silver / silver chloride electrode the reference electrode. After 900 s of immersion in the NaCl solution, a potential sweep was performed from the open circuit potential towards more anodic (positive) values collecting the current density. In another area of the disk treated according to example 1, the same procedure was carried out, but with the potential sweep from the open circuit potential towards more cathodic (negative) values. For reference, the same procedures were performed on a previously untreated AZ31 alloy disc.

En la figura 6 se presentan los resultados de densidad de corriente frente a potencial (curvas de polarización o curvas potencio-dinámicas) de un disco tratado según el ejemplo 1 y de un disco de aleación AZ31 sin tratar. Se observa el potencial de corrosión de la muestra tratada según el ejemplo 1 es más negativo que el de aleación AZ31, -1,66 V vs REF y -1,52 V vs REF respectivamente. Se observa además que la densidad de corrosión, tomada como la densidad de corriente extrapolada de la rama catódica en el potencial de corrosión es significativamente menor en la muestra de AZ31 tratada según el ejemplo 1 respecto a una muestra de AZ31 si tratar, 1,6 10-5 A/cm2 y 1,310-4 A/cm2 respectivamente. Esto implica que la velocidad de corrosión de la aleación AZ31 se reduce en un orden de magnitud gracias al método descrito en el ejemplo 1 de esta invención.Figure 6 shows the results of current density versus potential (polarization curves or potentio-dynamic curves) of a disc treated according to example 1 and of an untreated AZ31 alloy disc. The corrosion potential of the sample treated according to example 1 is observed to be more negative than that of the AZ31 alloy, -1.66 V vs REF and -1.52 V vs REF respectively. It is also observed that the corrosion density, taken as the extrapolated current density of the branch The cathodic corrosion potential is significantly lower in the AZ31 sample treated according to example 1 compared to an AZ31 sample without treatment, 1.6 10-5 A / cm2 and 1.310-4 A / cm2 respectively. This implies that the corrosion rate of the AZ31 alloy is reduced by an order of magnitude thanks to the method described in Example 1 of this invention.

Sin embargo, el magnesio y las aleación de magnesio son conocidas por presentar un mecanismo de corrosión anómalo que no permite inferir directamente una velocidad de corrosión en términos de pérdida de masa o espesor a partir de los valores electroquímicos [A. Atrens et al., Review of Recent Developments in the Field of Magnesium Corrosion, Advanced Engineering Materials, vol 17, numero 4 (2015) pp 400-453]. Por tanto, se empleó el método de medida de la evolución de hidrogeno durante la inmersión en un solución de NaCl 1% en peso en agua destilada. Discos de AZ31 tratados mediante el proceso descrito en el ejemplo 1 de la presente invención fueron sumergidos en la solución de NaCl a temperatura ambiente y el hidrogeno desprendido fue recogido durante un total de 72 horas. La figura 7 muestra el volumen de hidrogeno acumulado formado por el proceso de corrosión del AZ31 sin tratar y tratado según el método del ejemplo 1. Se observa como el desprendimiento de hidrogeno es significativamente menor en la superficie de la aleación AZ31 tratada según el ejemplo 1. Dado que cada mol de hidrogeno formado por las reacciones de corrosión corresponde a un mol de magnesio metálico que ha sido oxidado los valores de la figura 7 pueden transformarse en valores de espesor de magnesio perdidos por corrosión por año utilizado la expresión dada por Atrens et al. [A. Atrens et al., Review of Recent Developments in the Field of Magnesium Corrosion, Advanced Engineering Materials, vol 17, numero 4 (2015) pp 400-453]. Por lo que se concluye que el tratamiento descrito en el ejemplo 1 reduce notablemente la velocidad de corrosión a 0,32 mm/año respecto del valor de 0,75 mm/año de la aleación AZ31 sin tratamiento.However, magnesium and magnesium alloys are known to have an anomalous corrosion mechanism that does not allow a corrosion rate to be directly inferred in terms of loss of mass or thickness from electrochemical values [A. Atrens et al., Review of Recent Developments in the Field of Magnesium Corrosion, Advanced Engineering Materials, vol 17, number 4 (2015) pp 400-453]. Therefore, the method of measuring the evolution of hydrogen during immersion in a solution of NaCl 1% by weight in distilled water was used. Discs of AZ31 treated by the process described in Example 1 of the present invention were immersed in the NaCl solution at room temperature and the evolved hydrogen was collected for a total of 72 hours. Figure 7 shows the volume of accumulated hydrogen formed by the corrosion process of AZ31 untreated and treated according to the method of example 1. It is observed that the evolution of hydrogen is significantly lower on the surface of the alloy AZ31 treated according to example 1 Since each mole of hydrogen formed by the corrosion reactions corresponds to one mole of metallic magnesium that has been oxidized, the values in figure 7 can be transformed into values of magnesium thickness lost due to corrosion per year using the expression given by Atrens et al. to the. [TO. Atrens et al., Review of Recent Developments in the Field of Magnesium Corrosion, Advanced Engineering Materials, vol 17, number 4 (2015) pp 400-453]. Therefore, it is concluded that the treatment described in Example 1 notably reduces the corrosion rate to 0.32 mm / year with respect to the value of 0.75 mm / year of the AZ31 alloy without treatment.

Ejemplo 3.Example 3.

Capa de conversión sobre una pieza de aleación de magnesio AZ31 obtenido con una disolución 0,1 M de CeCl3-7H2O y 0,1 M de CaCl2 en el DES cloruro de colina-urea.Conversion layer on a piece of AZ31 magnesium alloy obtained with a 0.1 M solution of CeCl3-7H2O and 0.1 M of CaCl2 in the DES choline chloride-urea.

Un disco de aleación de magnesio AZ31 se trató siguiendo el método descrito en el ejemplo 1 de la presente excepto porque se añaden 1,11 g de CaCl2 al DES de cloruro de colina y urea para obtener una disolución con una concentración de 0,1M de CeCl3 y 0,1M de CaCl2 en el DES. El proceso de disolución se realiza a una temperatura de 60 °C con agitación mecánica hasta la completa disolución.An AZ31 magnesium alloy disc was treated following the method described in Example 1 hereof except that 1.11 g of CaCl2 are added to the DES of choline chloride and urea to obtain a solution with a concentration of 0.1M of CeCl3 and 0.1M CaCl2 in DES. The dissolution process is carried out at a temperature of 60 ° C with mechanical stirring until complete dissolution.

Tras el tratamiento con los mismos parámetros que el ejemplo 1, el disco de AZ31 se extrae del reactor y se limpian los restos de la solución de CeCl 3 y CaCl 2 en el DES cloruro de colina-urea con agua destilada y se seca con aire templado.After treatment with the same parameters as example 1, the AZ31 disk is removed from the reactor and the remains of the CeCl 3 and CaCl 2 solution in the DES choline chloride-urea are cleaned with distilled water and dried with air. tempered.

La figura 8 muestra una imagen tomada en un Microscopio Electrónico de Barrido MEB donde se observa que la superficie está recubierta por una capa homogénea que presenta una red de grietas típica de las capas de conversión de tierras raras similar a la obtenida siguiendo el procedimiento del ejemplo 1 (figura 1).Figure 8 shows an image taken in a SEM Scanning Electron Microscope where it is observed that the surface is covered by a homogeneous layer that presents a network of cracks typical of the rare earth conversion layers similar to that obtained following the procedure of the example 1 (figure 1).

La figura 9 muestra a modo comparativo los resultados de Espectroscopia de Dispersión de Energía de Rayos X (EDX) en el MEB de la capa obtenida sobre un disco de AZ31 tratado según el ejemplo 1 y tratado según el ejemplo 3. Se observa que el recubrimiento obtenido en el ejemplo 1 está compuesto de Magnesio, Aluminio, Cerio, Oxigeno y Carbono mientras que en el recubrimiento obtenido en el ejemplo 3 se aprecia además de estos elementos la presencia de Calcio. Lo que demuestra que se ha producido una reacción también entre el CaCl2 y el DES con la propia superficie de la aleación de magnesio por la que el Calcio ha pasado a formar parte del recubrimiento formado.Figure 9 shows by way of comparison the results of X-ray Energy Dispersion Spectroscopy (EDX) in the SEM of the layer obtained on an AZ31 disk treated according to example 1 and treated according to example 3. It is observed that the coating obtained in Example 1 is composed of Magnesium, Aluminum, Cerium, Oxygen and Carbon, while in the coating obtained in Example 3 the presence of Calcium is seen in addition to these elements. This shows that there has also been a reaction between CaCl2 and DES with the very surface of the magnesium alloy through which Calcium has become part of the coating formed.

La composición semicuantitativa del recubrimiento del ejemplo 1 obtenida por EDX es (en % atómico) 60,5 % Oxigeno, 21,8% Carbono, 8,1% Cerio, 7,0% Magnesio, y 2,7% Aluminio. La composición semicuantitativa del recubrimiento del ejemplo 3 obtenida por EDX es (en % atómico) 63,1 % Oxigeno, 21,6% Carbono, 11,6% Cerio, 1,9% Magnesio, 1,2% Aluminio, y 0,6% Calcio. The semi-quantitative composition of the coating of Example 1 obtained by EDX is (in atomic%) 60.5% Oxygen, 21.8% Carbon, 8.1% Cerium, 7.0% Magnesium, and 2.7% Aluminum. The semi-quantitative composition of the coating of example 3 obtained by EDX is (in atomic%) 63.1% Oxygen, 21.6% Carbon, 11.6% Cerium, 1.9% Magnesium, 1.2% Aluminum, and 0, 6% Calcium.

Claims (26)

REIVINDICACIONES 1. Un procedimiento de generación de capas de conversión con propiedades de resistencia a la corrosión sobre una superficie de magnesio o aleación de magnesio que comprende una etapa de sumergir una pieza o un polvo de magnesio o de una aleación de magnesio en una disolución no acuosa de al menos una sal metálica, a una temperatura igual o superior a los 100 °C en un reactor de alta presión, caracterizado por que dicha disolución no acuosa comprende:1. A process for generating conversion layers with corrosion resistance properties on a magnesium or magnesium alloy surface comprising a step of immersing a magnesium or magnesium alloy part or powder in a non-aqueous solution of at least one metal salt, at a temperature equal to or greater than 100 ° C in a high pressure reactor, characterized in that said non-aqueous solution comprises: - un disolvente eutéctico profundo de fórmula general Cat+X-zY, donde Cat+ es el catión de cualquier sal de amonio, sulfonio o fosfonio y X - es una base de Lewis, preferentemente un anión haluro de la sal, Y es una base de Lewis o Bronsted, y z es el número de moléculas de Y,- a deep eutectic solvent of the general formula Cat + X-zY, where Cat + is the cation of any ammonium, sulfonium or phosphonium salt and X - is a Lewis base, preferably a halide anion of the salt, Y is a base of Lewis or Bronsted, and z is the number of molecules of Y, - al menos una sal metálica de fórmula general M+ X - donde M es el metal con los que se quiere formar la capa de conversión sobre la pieza y X - es la misma base de Lewis, preferentemente el mismo anión haluro del disolvente eutéctico profundo y siendo M un elemento de tierras raras.- at least one metal salt of the general formula M + X - where M is the metal with which the conversion layer is to be formed on the part and X - is the same Lewis base, preferably the same halide anion of the deep eutectic solvent and where M is a rare earth element. 2. Procedimiento de generación de capas de conversión según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho disolvente eutéctico profundo comprende una sal de haluro de una amina cuaternaria y una amida, acido carboxílico o alcohol.2. Process for generating conversion layers according to claim 1, characterized in that said deep eutectic solvent comprises a halide salt of a quaternary amine and an amide, carboxylic acid or alcohol. 3. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que dicho DES es el formado entre cloruro de colina y urea en una proporción molar 1:2 para formar la fase eutéctica.3. Process for generating conversion layers according to any one of claims 1 or 2, characterized in that said DES is the one formed between choline chloride and urea in a 1: 2 molar ratio to form the eutectic phase. 4. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 1a 3, caracterizado por que la sal de elementos de tierras raras es un haluro de un elemento lantánido o actínido.4. Process for generating conversion layers according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the rare earth element salt is a halide of a lanthanide or actinide element. 5. Procedimiento de generación de capas de conversión según la reivindicación 4, caracterizado por que la sal de elementos de tierras raras es un haluro de cerio o de lantano.5. Process for generating conversion layers according to claim 4, characterized in that the rare earth element salt is a cerium or lanthanum halide. 6. Procedimiento de generación de capas de conversión según la reivindicación 5, caracterizado por que la sal de elementos de tierras raras es cloruro de cerio. 6. Process for generating conversion layers according to claim 5, characterized in that the salt of rare earth elements is cerium chloride. 7. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 1a 6, caracterizado por que adicionalmente a la sal de un elemento de tierras raras se añade una sal de haluros de un elemento alcalino.7. Process for generating conversion layers according to any one of claims 1 to 6, characterized in that, in addition to the salt of a rare earth element, a halide salt of an alkaline element is added. 8. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que adicionalmente a la sal de un elemento de tierras raras se añade una sal de haluros de un elemento alcalino-terreo.8. Process for generating conversion layers according to any one of claims 1 to 6, characterized in that, in addition to the salt of a rare earth element, a halide salt of an alkaline earth element is added. 9. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que adicionalmente a la sal de un elemento de tierras raras se añade una sal de haluros de un metal de transición.Process for generating conversion layers according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that, in addition to the salt of a rare earth element, a halide salt of a transition metal is added. 10. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que la concentración de la sal de elemento de tierras raras está comprendida entre 0,01 y 1 M.10. Process for generating conversion layers according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the concentration of the rare earth element salt is between 0.01 and 1 M. 11. Procedimiento de generación de capas de conversión según la reivindicación 10, caracterizado por que la concentración de la sal del elemento de tierras raras está comprendida entre 0,1 y 0,5 M.11. Process for generating conversion layers according to claim 10, characterized in that the concentration of the salt of the rare earth element is between 0.1 and 0.5 M. 12. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 1a 11, caracterizado por que la concentración de la sal adicional de haluros de elementos alcalinos, alcalino terreros o de metal de transición está comprendida entre 0,01 y 1 M.12. Process for generating conversion layers according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the concentration of the additional salt of halides of alkali elements, alkaline earth elements or of transition metal is between 0.01 and 1 M. 13. Procedimiento de generación de capas de conversión según la reivindicación 12, caracterizado por que la concentración de las sales adicionales de elementos alcalinos, alcalino-térreos o metal de transición está comprendida entre 0,1 y 0,5 M.13. Process for generating conversion layers according to claim 12, characterized in that the concentration of the additional salts of alkali, alkaline-earth elements or transition metal is between 0.1 and 0.5 M. 14. Procedimiento de generación de capas de conversión según, una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que se produce la descomposición de la solución de sales en el DES y la reacción con la superficie de magnesio o de aleación de magnesio a una temperatura entre 100 °C y 300°C en un reactor de alta presión. 14. Process for generating conversion layers according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the decomposition of the solution of salts in DES and the reaction with the surface of magnesium or magnesium alloy occurs at a temperature between 100 ° C and 300 ° C in a high pressure reactor. 15. Procedimiento de generación de capas de conversión según la reivindicación 14, caracterizado por que se produce la descomposición de la solución de sales en el DES y la reacción con la superficie de magnesio o de aleación de magnesio a una temperatura entre 150 y 180 °C.15. Process for generating conversion layers according to claim 14, characterized in that the decomposition of the salt solution in DES and the reaction with the magnesium or magnesium alloy surface occurs at a temperature between 150 and 180 ° C. 16. Procedimiento de generación de capas de conversión según la reivindicación 15, caracterizado por que se produce la descomposición de la solución de sales en el DES y la reacción con la superficie de magnesio o de aleación de magnesio a una temperatura de 160 °C.16. Process for generating conversion layers according to claim 15, characterized in that the decomposition of the salt solution in DES and the reaction with the magnesium or magnesium alloy surface occurs at a temperature of 160 ° C. 17. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado por que se produce la descomposición de la solución de sales en el DES y la reacción con la superficie de magnesio o de aleación de magnesio durante un tiempo de reacción entre 1 y 12 horas.17. Process for generating conversion layers according to any one of claims 14 to 16, characterized in that the decomposition of the solution of salts in DES and the reaction with the magnesium or magnesium alloy surface occurs for a time reaction time between 1 and 12 hours. 18. Procedimiento de generación de capas de conversión según la reivindicación 17, caracterizado por que se produce la descomposición de la solución de sales en el DES y la reacción con la superficie de magnesio o de aleación de magnesio durante un tiempo de reacción entre 2 y 3 horas.18. Process for generating conversion layers according to claim 17, characterized in that the decomposition of the salt solution in the DES and the reaction with the surface of magnesium or magnesium alloy occurs during a reaction time between 2 and Three hours. 19. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado por que la pieza a recubrir es magnesio químicamente puro o magnesio de pureza superior al 99%.19. Process for generating conversion layers according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the part to be coated is chemically pure magnesium or magnesium with a purity greater than 99%. 20. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 1a 18, caracterizado por que la pieza a recubrir es una aleación de magnesio.20. Process for generating conversion layers according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the part to be coated is a magnesium alloy. 21. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 19 o 20, caracterizado por que el magnesio o la aleación de magnesio está en forma de pieza sólida o porosa de dimensiones mayores de un milímetro.21. Process for generating conversion layers according to any one of claims 19 or 20, characterized in that the magnesium or magnesium alloy is in the form of a solid or porous piece with dimensions greater than one millimeter. 22. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 19 o 20, caracterizado por que el magnesio o la aleación de magnesio está en forma de polvo de cualquier tamaño comprendido entre un milímetro y un nanómetro.22. Process for generating conversion layers according to any one of claims 19 or 20, characterized in that the magnesium or the alloy of Magnesium is in the form of a powder of any size between a millimeter and a nanometer. 23. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado por que el magnesio o la aleación de magnesio se somete previamente a una preparación superficial mediante medios mecánicos hasta obtener una superficie limpia y homogénea.23. Process for generating conversion layers according to any one of claims 1 to 22, characterized in that the magnesium or magnesium alloy is previously subjected to a surface preparation by mechanical means until a clean and homogeneous surface is obtained. 24. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado por que el magnesio o la aleación de magnesio se somete previamente a limpiado y decapado en un baño acido.24. Process for generating conversion layers according to any one of claims 1 to 22, characterized in that the magnesium or magnesium alloy is previously subjected to cleaning and pickling in an acid bath. 25. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado por que el magnesio o la aleación de magnesio ha sido previamente limpiado y decapado en un baño ácido y acondicionado en un baño alcalino.25. Process for generating conversion layers according to any one of claims 1 to 22, characterized in that the magnesium or magnesium alloy has been previously cleaned and pickled in an acid bath and conditioned in an alkaline bath. 26. Procedimiento de generación de capas de conversión según una cualquiera de las reivindicaciones 23 a 25, caracterizado por que el magnesio o la aleación de magnesio, previamente limpiado y decapado mecánica o químicamente, es activado en ácido hidrofluorado. 26. Process for generating conversion layers according to any one of claims 23 to 25, characterized in that the magnesium or the magnesium alloy, previously cleaned and mechanically or chemically pickled, is activated in hydrofluorinated acid.
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