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˜ OFICINA ESPANOLA DE PATENTES Y MARCAS

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˜ ESPANA

C23C 8/38 C23C 28/00 B32B 15/08

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TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA

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kN´umero de solicitud europea: 92121346.8 kFecha de presentaci´on : 15.12.1992 kN´umero de publicaci´on de la solicitud: 0 548 760 kFecha de publicaci´on de la solicitud: 30.06.1993

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54 T´ıtulo: Placas de acero inoxidable nitruradas mediante plasma de iones y m´ etodo para su fabri-

caci´ on.

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73 Titular/es: FORMICA CORPORATION

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72 Inventor/es: Laurence, Kenneth J. y

30 Prioridad: 19.12.1991 US 810244

1680 Route 23 North Wayne, New Jersey 07470, US

45 Fecha de la publicaci´ on de la menci´on BOPI:

16.04.2000

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45 Fecha de la publicaci´ on del folleto de patente:

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16.04.2000

Aviso:

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Kieferle, Wolfgang

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74 Agente: Dur´ an Moya, Carlos

En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicaci´on en el Bolet´ın europeo de patentes, de la menci´on de concesi´on de la patente europea, cualquier persona podr´a oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposici´on deber´a formularse por escrito y estar motivada; s´olo se considerar´a como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposici´ on (art◦ 99.1 del Convenio sobre concesi´on de Patentes Europeas). Venta de fasc´ ıculos: Oficina Espa˜ nola de Patentes y Marcas. C/Panam´ a, 1 – 28036 Madrid

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DESCRIPCION Placas de acero inoxidable nitruradas mediante plasma de iones y m´etodo para su fabricaci´on. La presente invenci´on se refiere a un m´etodo para la producci´ on de placas ferrosas para prensado, para producir laminados decorativos, comprendiendo dicha placa de prensado una superficie plana que define substancialmente el acabado superficial de dicho laminado decorativo. Adem´as, la presente invenci´on se refiere a una placa de prensado ferrosa destinada a producir el laminado decorativo. Descripci´ on de anterioridades La fabricaci´ on de materiales de varias capas o laminados decorativos ha conocido una serie de innovaciones que han llevado a expectativas cada vez mayores por parte de los consumidores con respecto a la duraci´on y resistencia de los laminados decorativos a las rayaduras, golpes, rozamientos y desgaste por abrasi´on. Recientes esfuerzos llevados a cabo para la producci´on de dichos laminados decorativos resistentes al desgaste, especialmente laminados decorativos para alta presi´ on, han incluido la utilizaci´ on de a´ridos de al´ umina extremadamente duros de diferentes tama˜ nos, incorporados dentro de la superficie del art´ıculo de varias capas o laminado. Mientras que con anterioridad se han utilizado formulaciones para algunos laminados decorativos comprendiendo a´ridos de 6 micras en 1 por ciento en peso en resina l´ıquida y a´ridos de 15 micras en 0,5 por ciento en peso en resina l´ıquida, las tendencias actuales de fabricaci´ on indican qu´e formulaciones son a´ridos que llega a las 30 micras en forma de 9 por ciento en peso en resina l´ıquida puede ser necesario para cumplir con las expectativas de desgaste de los laminados por parte de los consumidores. Las placas para prensa utilizadas para producir laminados decorativos son algo u ´ nico en su geometr´ıa general. Fabricadas a partir de diferentes tipos de acero, en especial acero inoxidable, una placa para prensa es una pieza laminar plana de secci´on transversal rectangular y frecuentemente tiene dimensiones longitudinal y transversal comparativamente largas, por ejemplo, llegando a los diecis´eis y cinco pies (1 pie = 30,48 cm), respectivamente. Dichas placas para prensa, si bien tienen grandes superficies planas, tienen un grosor que es s´ olo aproximadamente de un octavo de pulgada (1 pulgada = 2,54 cm). En estado pulido, las placas de prensa adoptan idealmente el aspecto de una placa laminar con acabado de espejo, debido a una superficie plana extremadamente uniforme, o microacabado, en el que las discontinuidades microsc´opicas quedan minimizadas. Ciertamente, en el caso de placas de prensa pulidas, se puede determinar la calidad de microacabado de dicha placa de prensa al observar im´ agenes reflejadas en su superficie e investigando las discrepancias ´opticas de las im´agenes reflejadas. Las placas para prensa de tipo texturado, producidas por un proceso mec´ anico de granallado o por ataque qu´ımico de su superficie plana o por una combinaci´ on de ambos, tienen habitualmente 2

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un brillo mucho m´ as reducido que las placas pulidas, de manera tal que el m´etodo b´ asico para caracterizar su calidad consiste principalmente en la medici´on del brillo por medios instrumentales, en vez de la reflectividad visual, si bien ciertos defectos son tambi´en evidentes por inspecci´on visual. Las mediciones de brillo por medios instrumentales en unidades de brillo ISO o NEMA se establecen de manera t´ıpica por el fabricante del laminado bas´ andose en las expectativas del consumidor. El nivel de brillo del laminado est´ a directamente relacionado a su vez al brillo de las placas de prensa a partir de las cuales es producido. Cuanto mayor es el brillo de la placa, m´ as evidente resulta el desgaste de la misma. Asimismo, dado que se utiliza una superficie plana de grandes dimensiones para impartir acabado superficial a una matriz de resina viscosa soportada por celulosa, la placa de prensado debe estar libre de deformaciones en la mayor medida posible. Las deformaciones tienen lugar en general de dos formas. La primera es un arqueado regular que tiene lugar en la totalidad de la dimensi´ on longitudinal o transversal. A niveles moderados, este arqueo es tolerable siempre que la placa de prensado adopte una orientaci´ on casi perfectamente plana bajo la presi´ on de la prensa, que tiene valores comprendidos normalmente entre 1000 y 1600 psi (6,9 y 11,0 N(mm2 ). El segundo tipo de deformaci´ on se manifiesta como distorsiones y alabeo localizados, con variaciones en la altura relativa de la placa de prensado con respecto a la superficie perfectamente plana hipot´etica. Este segundo tipo de deformaci´on es completamente objetable puesto que frecuentemente no se corrige bajo la presi´ on de la prensa y, por lo tanto, tiene como resultado frecuentemente un aspecto defectuoso del laminado y la eliminaci´on de la placa de prensado por defectuosa. Ambos tipos de deformaci´ on, provocados por la liberaci´ on de tensiones o por calentamiento irregular, acompa˜ nan frecuentemente los esfuerzos de endurecer las placas de prensado por medios convencionales. As´ı pues, el nivel de precisi´on de fabricaci´on requerido para construir y mantener una superficie libre de deformaciones con microacabado suave en su conjunto por ambos lados de la placa de prensado, es cr´ıtico. Por ejemplo, se utilizan en general placas de prensado en una configuraci´on sandwich con dos materiales compuestos de papeles impregnados por resina formando laminado, colocados en posici´on intermedia, dirigidos en oposici´ on. A continuaci´ on m´ ultiples capas de material laminado por interposici´ on y placas de prensado, lo cual recibe la designaci´ on de “paquetes” o “libros”, se colocan o cargan en una prensa para curado t´ermico y consolidaci´on por tratamiento a presi´ on. Si existe en la placa de prensado un exceso de deformaci´on del primer tipo o cualquier deformaci´ on del segundo tipo, as´ı como imperfecciones en el microacabado superficial, quedar´ an evidentes de manera significativa efectos desfavorables en el laminado decorativo terminado. No obstante, la utilizaci´ on de a´ridos de al´ umina para mejorar la resistencia al desgaste de los laminados decorativos, incluso con los taman ˜ os y concentraciones m´ as reducidos que se han utilizado en el pasado, destruye el microacabado

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superficial de las placas de prensado de acero convencionales utilizadas hasta el momento para fabricar laminados decorativos. La interacci´on f´ısica de los granos o a´ridos de la formulaci´ on y la superficie de la placa de prensado provoca microrrayaduras, con el resultado de un brillo m´ as reducido, efecto de niebla, desgaste de textura de puntos altos que produce un “brillo reducido” (“soft glow”) y en algunos casos desprendimiento de metal por rozamiento. Adem´as, dado que el microacabado superficial de las placas de prensado imparte su acabado superficial general al producto laminado final, por ejemplo, para formar un acabado superficial de alto brillo o texturado en un laminado decorativo cualesquiera rozaduras de la superficie microacabada de las placas de prensado hace dichas placas de prensado no utilizable y, frecuentemente, requiere que las placas de prensado averiadas deban ser reconstruidas con un coste considerable o finalmente eliminadas en forma de chatarra. Los intentos de utilizar placas de prensado con una mayor dureza superficial no han proporcionado una soluci´ on t´ecnica y econ´omicamente viable. Las placas convencionales de prensado de acero inoxidable pulido sufren un fuerte microrrayado en grado inaceptable despu´es de una sola pasada de prensa, solamente, con cualquier tama˜ no de granos de al´ umina. Tambi´en las placas de prensado de acero inoxidable texturado sufren f´ acilmente microrrayaduras por los granos de al´ umina. Si bien no es tan observable visualmente como con las placas altamente pulidas a causa de su nivel inicial de brillo mucho m´as bajo y por su estructura de textura inherente, el deterioro gradual resultante en brillo y erosi´ on de la textura, particularmente con utilizaci´ on de tama˜ nos de granos m´ as grandes y mayores concentraciones, requiere un nuevo acabado frecuente. Si estas pacas de acero inoxidable son endurecidas por m´etodos de tratamiento t´ermico convencionales, las placas se hacen demasiado fr´agiles, se pueden producir roturas por los esfuerzos repetidos o “stress” y las deformaciones pasan a ser un problema significativo. Tambi´en las placas de prensado de acero cromado sufren fuertes microrrayaduras despu´es de un n´ umero relativamente reducido de operaciones de prensado. El cromado y el dep´ osito de n´ıquel no electrol´ıtico con curado posterior sobre chapas de acero inoxidable han sido tambi´en utilizados, pero hasta el momento no han resuelto de manera satisfactoria los problemas de las microrrayaduras y desgaste de las placas relacionadas con los granos o ´aridos utilizados. Adem´as, las operaciones de pulido y acabado utilizadas par aplaca pulidas o en las operaciones de nuevo acabado por granallado, utilizadas para placas con textura, tienden a eliminar la delgada capa de revestimiento de manera irregular, provocando considerables costes para volver a recubrir la superficie. La tendencia a concentraciones mayores de formulaciones de granos de mayores tama˜ nos solamente consigue exagerar estos problemas. Hasta el momento, las aleaciones ferrosas han sido endurecidas superficialmente mediante varios tratamientos que comportan el dep´ osito y difusi´ on de elementos y compuestos adicionales

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en el material de base, especialmente nitr´ ogeno y arg´ on. No obstante, la amplia variedad de m´etodos practicados industrialmente que se han utilizado para el temple de piezas de acero inoxidable se pueden suponer dudosas por limitaciones de dimensiones y elevadas temperaturas de proceso, requiriendo frecuentemente enfriamiento r´ apido posterior en aceite o agua, el cual puede tener como resultado acabados superficiales no aceptables y deformaciones de las piezas. Por esta raz´on, estas alternativas no son pr´ acticas para el tratamiento de placas de prensado grandes y relativamente delgadas. La presente invenci´on ha descubierto de manera inesperada que un concepto conocido como nitruraci´ on por iones en plasma supera las deficiencias inherentes a los medios de temple de placas para prensa conocidas y por primera vez posibilita la fabricaci´on de placas para prensa a utilizar en la producci´ on de elementos de varias capas o laminados resistentes al desgaste que contienen concentraciones grandes de granos de al´ umina. Muchas aplicaciones de las t´ecnicas de nitruraci´ on por iones en plasma han sido aplicadas a art´ıculos significativamente m´ as peque˜ nos o a art´ıculos m´as grandes con proporciones relativamente peque˜ nas de superficie a volumen, de manera que el microacabado final no ha sido un aspecto cosm´etico cr´ıtico del art´ıculo, tal como el R realizado proceso MPT GmbH Plasma-Triding con control autom´ atico y con un sistema de supresi´on de descarga por arco, que regula la energ´ıa de entrada del plasma para tener un mejor control de la calidad del tratamiento de la pieza. Ninguna de estas aplicaciones ha sugerido que la nitruraci´ on por iones en plasma ser´ıa una soluci´ on a los problemas que se han solucionado por la presente invenci´on. La nitruraci´ on por iones en plasma se basa en la f´ısica de descarga de plasma y funciona al exponer la superficie de una pieza a trabajar met´ alica cargada negativamente a iones de nitr´ ogeno cargados positivamente. Bajo la acci´on de vac´ıo en un recipiente cerrado, se aplica un potencial el´ectrico al sistema, de manera que el recipiente pasa a ser el ´anodo cargado positivamente (receptor de electrones) y la pieza a trabajar forma el c´ atodo cargado negativamente (receptor cati´onico). Se utiliza una energ´ıa de alto voltaje para liberar electrones de las mol´eculas de gas que contienen nitr´ ogeno que se han introducido en el recipiente, formando un plasma, de manera que los iones de nitr´ogeno son acelerados hacia la pieza a trabajar. El impacto de los iones de nitr´ ogeno sobre la superficie de la pieza a trabajar genera energ´ıa calor´ıfica a partir de la conversi´on de energ´ıa cin´etica en energ´ıa potencial. Al impactar los iones de nitr´ogeno en la superficie de la pieza a trabajar, los ´atomos de hierro son predominantemente proyectados en el punto de impacto combin´ andose con otros iones de nitr´ ogeno formando iones de nitruro de hierro encima de la superficie de la pieza a trabajar en la “costura” de descarga luminiscente. Estos iones de nitruro de hierro impactan a continuaci´ on y se depositan sobre la superficie caliente de la pieza a trabajar y se difunden hacia adentro de los l´ımites moleculares por debajo de la superfi3

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cie, creando una capa superficial expuesta y una estructura subsuperficial distintiva que ofrece la mayor parte de las caracter´ısticas deseadas para placas de prensado tal como se ha indicado anteriormente, tales como una elevada dureza sin fragilidad y un acabado superficial sin rayaduras y una determinada profundidad. El documento “Elektrow¨arme International”, aginas B vol. 34, n◦ B6, de diciembre de 1976, p´ 298-B305, da a conocer en general que la nitruraci´on por iones en plasma tiene una amplia gama de aplicaciones puesto que permite el tratamiento de todos los materiales ferrosos t´ecnicos y el control de las exigencias muy distintas de las diferentes piezas a trabajar al variar la dureza, espesor y estructura de recubrimiento de nitruro para controlar los esfuerzos de tipo muy distinto. La estructura de recubrimiento, descrita de este modo en este documento, puede ser obtenida por nitruraci´on en horno de gas convencional y tambi´en por nitruraci´on por iones en plasma. El documento “VDI-Zeitschrift”, vol. 110, n◦ 5, de febrero de 1968, p´ aginas 177-179, da a conocer una descripci´ on gen´erica de los componentes principales de una instalaci´ on de nitruraci´ on por iones en plasma junto con las gamas operativas de par´ ametros de proceso t´ıpicas. En particular, este documento da a conocer un proceso a 510◦C para per´ıodos continuados de proceso de 24 horas, 48 horas y 96 horas. Objetivos de la invenci´ on De acuerdo con lo anterior, es un objetivo de esta invenci´on dar a conocer una placa para prensa endurecida para la producci´on econ´omica de laminados decorativos resistentes al desgaste. Es un objetivo principal de esta invenci´ on dar a conocer una placa para prensa nitrurada por iones en plasma, que proporciona una vida significativamente mayor frente al desgaste en la fabricaci´on de laminados decorativos. Otro objetivo de la presente invenci´ on consiste en dar a conocer una placa para prensa para la producci´ on econ´omica de materiales de varias capas o laminados decorativos resistentes al desgaste con un microacabado de alta calidad y una duraci´ on de vida de la placa de prensado notablemente prolongada. Tambi´en es un objetivo de la presente invenci´on dar a conocer una placa de prensa que no presenta alas perjudiciales deformaciones para la producci´ on econ´omica de laminados decorativos resistentes al desgaste. Otro objetivo de la presente invenci´ on consiste en dar a conocer un m´etodo para la producci´ on de una placa para prensa nitrurada por iones en plasma que ofrece una vida u ´til contra el desgaste significativamente mayor en la fabricaci´ on de laminados decorativos. Otro objetivo de la presente invenci´ on es dar a conocer los par´ametros de proceso para la producci´ on de placas de prensado nitruradas por iones en plasma para la fabricaci´ on econ´omica de laminados decorativos resistentes al desgaste. Otro objetivo adicional de la presente invenci´on consiste en dar a conocer un m´etodo para la utilizaci´on de una placa para prensa endurecida mediante procesos de nitruraci´ on por iones en plasma para la producci´on econ´ omica de lami4

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nados decorativos resistentes al desgaste. Otros objetivos, ventajas y caracter´ısticas de la presente invenci´on quedar´ an en parte evidentes y en parte ser´an explicados con referencia a la siguiente descripci´on detallada y las reivindicaciones adjuntas y haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Caracter´ısticas de la invenci´ on El m´etodo para la producci´ on de una placa para prensa de tipo ferroso de acuerdo con la presente invenci´on se reivindica en la reivindicaci´on 1. La placa para prensa de tipo ferroso es reivindicada en la reivindicaci´on 5. De acuerdo con la presente invenci´ on se han desarrollado un proceso y aparato para endurecer las placas para prensa mediante utilizaci´ on de t´ecnicas de nitruraci´ on por iones en plasma, de manera que por lo que conocen los solicitantes no se ha intentado nunca con anterioridad o se ha conseguido satisfactoriamente dicha nitruraci´on por iones en plasma de piezas funcionales tan grandes. La aplicaci´on del proceso de nitruraci´ on por iones en plasma a grandes piezas funcionales dotadas de exigencias muy precisas de microacabado final, tal como se da a conocer en la presente invenci´on, es un progreso debido a la complicada relaci´ on existente entre la determinaci´on de valores de los par´ ametros y los resultados esperados. Estas elaciones incluyen la geometr´ıa de la pieza funcional, la estructura del material de la superficie y subsuperficie as´ı como los resultados deseados, temperaturas de proceso, presiones y duraci´ on de tiempo de calentamiento, carga t´ermica, efectos de la energ´ıa calor´ıfica para convecci´on y radiante, exigencias de los sistemas de refrigeraci´on y composici´on de la mezcla de gas. De acuerdo con lo anterior, se coordinaron las pruebas y los an´ alisis para determinar los apropiados par´ ametros funcionales, la interrelaci´ on de los par´ ametros funcionales y las variaciones permisibles dentro de cada par´ ametro funcional o grupo de par´ ametros funcionales para producir la especificaci´on de producto deseable. Con este objetivo se identific´o una f´ ormula general geom´etrica que describe el ´area superficial de la placa para prensa con respecto a proporciones de espesor para los que ser´ an aplicables los par´ametros requeridos. Breve descripci´ on de los dibujos Para una comprensi´ on m´as completa de la presente invenci´on se debe hacer referencia a la realizaci´on mostrada con mayor detalle en los dibujos adjuntos y descrita, a continuaci´ on, a t´ıtulo de ejemplo de la invenci´on. En los dibujos: La figura 1 es una vista en perspectiva simplificada del recipiente de nitruraci´ on al que se hace referencia en la invenci´on por el utilaje de la placa para prensa instalado; La figura 2 es una vista frontal en alzado de la brida del dispositivo de fijaci´ on de la placa para prensa seg´ un la vista (2-2) de la figura 1; La figura 3 es una vista lateral en alzado de la brida del dispositivo de fijaci´ on de la placa para prensa seg´ un una vista por el plano de corte (3-3) de la figura 1. La figura 4 es un gr´afico que muestra la variaci´on

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de temperatura a lo largo del tiempo del proceso de acuerdo con la invenci´ on; y La figura 5 es una vista lateral en alzado de un paquete o conjunto y una prensa mostrados esquem´aticamente, utilizando las placas para prensa de acuerdo con la presente invenci´on. Descripci´ on detallada de las realizaciones preferentes Haciendo referencia a las figuras, en las que los numerales iguales indican piezas iguales o correspondientes en todas las vistas, la figura 1 muestra la configuraci´ on global del recipiente de reacci´on (10) y del utilaje o dispositivo de fijaci´ on (100) para las placas de prensa de acero inoxidable, tal como quedan montados. El recipiente de reacci´on (10) de la presente invenci´ on es el utilizado por el proceso MPT, GmbH PLASMAR que utiliza los equipos de proceso y TRIDING R . de control THERMION No obstante, para los objetivos de la representaci´on simplificada, el recipiente (10) comprende una pared cil´ındrica externa (12), una pared cil´ındrica interna (13) y una pantalla cil´ındrica (14) para desv´ıo del calor, situados todos los elementos indicadas conc´entricamente dentro de la pared externa (12). Se debe comprender que otras formas geom´etricas del recipiente (por ejemplo, una c´ amara rectangular horizontal) y configuraciones de sistemas de control son tambi´en posibles para producir los resultados deseados y que las dimensiones del recipiente son importantes solamente en la medida en que presenta una limitaci´on en las dimensiones de la placa para prensa que se puede someter a proceso. La pared externa (12), la pared interna (13) y la pantalla antit´ermica (14), tal como se comentar´an m´ as adelante, act´ uan como ´anodo durante el proceso de nitruraci´ on. Entre la pared externa (12) y la pared interna (13), se encuentra una c´amara de refrigeraci´on por agua, de forma anular, (16) por la que se hace pasar agua de refrigeraci´ on (18) para ayudar a mantener las temperaturas cr´ıticas de proceso, tal como se explicar´a m´as adelante. La pared externa (12), la pared interna (13) y la pantalla antit´ermica (14) comparten una abertura de observaci´ on o visor (20) para permitir las “comprobaciones de incandescencia” visuales de la placa de prensa durante el proceso de nitruraci´ on. La pared interna (13) y la pantalla antit´ermica (14) queda constituidas preferentemente a base de acero inoxidable o una aleaci´on para impedir que otros metales extra˜ nos se disocien y contaminen la mezcla gaseosa de tratamiento de la placa para prensa. El recipiente (10) est´ a dotado adem´ as de una entrada de agua (22) destinada a proporcionar a la c´amara anular (16) para el agua de refrigeraci´on una fuente continua y regular de agua de refrigeraci´on para evitar temperaturas excesivas en el recipiente (10) que, si no se controlan, pueden contribuir a temperaturas excesivas de las placas para prensa y a perjudiciales deformaciones subsiguientes de las mismas. El recipiente (10) est´ a dotado adem´ as de una bomba de vac´ıo (24), un suministro de gas que contiene nitr´ ogeno (26), una fuente de alto voltaje (28) y una uni-

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dad de control (30). La fuente de alto voltaje (28) proporciona un suministro de corriente continua con carga positiva al recipiente (10) y un suministro de corriente continua de carga negativa al utilaje suspendido (100) de las placas de prensado que queda contenido dentro de aqu´ella. La unidad de control (30) corresponde al equipo R utilizado en el proceso de control THERMION R . MPT GmbH PLASMA-TRIDING El utilaje (100) que se ha mostrado en la figura 1 est´a formado por los elementos de base (102), varillas de soporte (104), travesa˜ nos (106) y brazos de soporte (108). Tal como se aprecia en las figuras 1, 2 y 3, la placa para prensa (50) queda suspendida de los brazos de soporte (108) mediante bridas de sujeci´ on (110) y varillas de suspensi´ on (112). Las placas para prensa (50) deben quedar separadas en una distancia suficiente para evitar la interacci´on del l´ımite de la descarga luminiscente del plasma de una placa para prensa con la de las placas para prensa adyacentes. Adem´ as, esta distancia debe hacer m´ınima la transferencia de calor desde una placa para prensa a otra placa para prensa adyacente para evitar de esta manera las distorsiones inducidas t´ermicamente. Las comprobaciones iniciales indican que esta distancia es preferentemente de unas 8 pulgadas (20,3 cent´ımetros o superior) si bien otras dimensiones de las placas para prensa pueden requerir diferentes criterios de separaci´ on. Tal como se aprecia mejor en las figuras 2 y 3, las bridas de sujeci´on (110) son simplemente dispositivos de abrazadera soportados por las varillas de suspensi´ on (112). En su extremo opuesto, una ranura (116) est´ a dimensionada para aceptar con capacidad de deslizamiento el grosor de la placa para prensa (50) que es habitualmente de un octavo de pulgada (3,175 mm). Una vez que la placa para prensa (50) ha sido insertada en la ranura (116), la brida (110) es fijada a la placa para prensa (50) al tensar los dispositivos de fijaci´ on (118). La brida (110) es fijada a continuaci´ on a los brazos de soporte (108) con intermedio de las varillas de suspensi´on (112). Para reducir la cantidad de material t´ermicamente absorbente alrededor del borde de la placa para prensa (50), la brida (110) forma una cierta inclinaci´ on hacia adentro, hacia la ranura (116) por corte o fresado de las esquinas salientes (120) (mostrado en l´ıneas de puntos). De acuerdo con ello, la cantidad de masa que puede absorber calor desde la placa de prensa (50) se hace m´ınima, lo que se ha observado que es un aspecto cr´ıtico de la presente invenci´on. Es muy importante que la placa para prensa (50) quede expuesta a las menores gradaciones t´ermicas posibles para evitar las deformaciones. Por lo tanto, al sujetar cada una de las placas para prensa (50) a las bridas (110), fijadas a los brazos de soporte (108) acoplados al travesa˜ no (106), la placa para prensa (50) puede quedar suspendida en el recipiente sin substancial interacci´on t´ermica con el utillaje (100). El m´etodo preferente de nitruraci´ on tiene lugar de acuerdo con el proceso MPT GmbH PLASR utilizando equipos de proceso y MA-TRIDING R . Este proceso utiliza equicontrol THERMION pos de control electr´onico con control de la supre5

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si´on de la descarga por arco para minimizar los defectos en las placas. Se deben utilizar condiciones especiales de proceso para las placas para prensas seg´ un la presente invenci´ on, que son las que se indicar´an a continuaci´ on. La energ´ıa de los iones de nitr´ ogeno por su impacto, si no se controla, genera frecuentemente energ´ıa calor´ıfica y temperaturas de la pieza funcional o que se est´a trabajando que son capaces de destruir la utilidad de piezas de grandes dimensiones, tales como placas para prensa. Estas aver´ıas quedan evidenciadas por los efectos perjudiciales de los alabeos, ondulaciones y defectos de acabado en los microacabados, incluyendo imperfecciones tales como marcas en forma de arco (“marcas de tela de ara˜ na” y “costras”), zonas de fusi´ on localizadas (“colas de cometa”), marcas de las bridas “halos” y otros da˜ nos en la pieza que se est´a trabajando. De acuerdo con ello, la utilizaci´ on comercial de la nitruraci´on por plasma para el endurecimiento de piezas funcionales de grandes dimensiones con proporciones de superficie o volumen extraordinariamente grandes, tales como placas para prensa, no se ha considerado viable hasta el momento. El proceso de las placas para prensas a tratar de acuerdo con la presente invenci´ on empieza con un proceso de limpieza prenitruraci´ on de dos etapas para eliminar residuos solubles en agua, solubles en aceites e insolubles de la pieza a trabajar. Estos residuos se pueden atribuir frecuentemente a la causa de “marcas en forma de arco”. El fallo en eliminar cualquiera de dichos residuos puede tener como resultado descargas de arco especialmente intensas durante los procesos iniciales de nitruraci´ on, lo cual puede provocar aver´ıas en el microacabado de la placa para prensa (50). Los residuos de la superficie de una placa para prensa se encuentran t´ıpicamente presentes en peque˜ nas cantidades resultantes del proceso anterior de la placa (50). Las placas pulidas acabadas de terminar superficialmente, aunque tengan un aspecto visual limpio tendr´ an todav´ıa compuestos residuales de pulido o acabado con rueda de trapo (habitualmente llamados “coloretes” (“rouges”)) depositados en sus superficies. Los llamados “coloretes” est´an compuestos de manera t´ıpica por un material abrasivo muy fino, tal como al´ umina, combinado con un material de cera (s´olido a temperatura ambiente, que se funde una vez aplicado a una placa caliente durante el proceso) o bien el material abrasivo se combina con “grasas” de ´acidos grasos en una emulsi´ on de agua (l´ıquida a temperatura ambiente). Las placas texturadas reci´en terminadas, utilizando t´ecnicas de granallado, tienen usualmente residuos de polvo muy fino, resultado de ciertas roturas de granalla utilizada en el proceso de granallado, pegados a la superficie de las placas a causa de las cargas est´aticas. Las marcas de dedos aceitosas y otros puntos de aceites y grasas externos sobre cualquier tipo de placa, particularmente las placas con textura, son tambi´en tipos habituales de contaminaci´on. Adicionalmente, las placas para prensa, particularmente las que no han sido acabada recientemente, tendr´an habitualmente depositadas en su superficie cantidades de trazas de un agente de desmoldeo que se puede aplicar directamente a 6

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la placa (agente de desmoldeo externo), pero que m´as frecuentemente se incorpora en la propia resina superficial l´ıquida (agente de desmoldeo interno). Estos agentes de desmoldeo facilitan la separaci´ on de las placas con respecto a los materiales de capas m´ ultiples o laminados despu´es de curado en la operaci´ on de prensado. Los agentes desmoldeantes m´as ampliamente utilizados se basan en a´cidos grasos, incluyendo el habitual jab´ on de sebo a´cido (mezclas de estearato/palmitato), polvo de estearato de zinc (aplicado directamente a la placa) y una serie de productos comerciales bien conocidos para los t´ecnicos en la materia. El proceso de limpieza de dos etapas comporta en primer lugar la limpieza completa de la placa con agua desionizada. Despu´es de dejarla secar, la placa es lavada de manera completa con un disolvente de hidrocarburos clorado, de los cuales es preferible el disolvente 1,1,1-tricloroetano. De este modo, se disuelven y se eliminan de la placa tanto los materiales solubles en agua como los materiales solubles en aceite, tal como lo son las part´ıculas insolubles remanentes por medio de la acci´on de lavado de tipo f´ısico. La placa para prensa (50) es montada a continuaci´ on en el utilaje (100), tal como se ha descrito anteriormente. Como importante aspecto de la presente invenci´ on, la carga y fijaci´on de las placas para prensa tiene un impacto directo en la selecci´on de los par´ ametros del proceso. La carga t´ermica de las placas para prensa genera energ´ıa calor´ıfica por radiaci´ on y por convecci´on, que a su vez requiere la modulaci´on apropiada de la temperatura de la placa para prensa. La disipaci´ on de esta energ´ıa calor´ıfica generada es controlada por la modulaci´ on del voltaje introducido, el caudal de la c´amara (16) de refrigeraci´ on por agua y la separaci´ on de las placas para prensa (50) dentro del recipiente (10). Un dispositivo detector de temperatura, preferentemente un termopar (52) tal como se ha mostrado en la figura 1, situado dentro del recipiente de carga (10), es un factor principal en la modulaci´ on de la energ´ıa calor´ıfica generada dentro del recipiente (10). El termopar (52) colocado en el borde de una placa para prensa situada centralmente montada en el utilaje (100) se ha demostrado como colocaci´on ideal para esta forma geom´etrica. A causa de la f´ısica del plasma y del bombardeo de iones en todas las superficies de un “borde” o “esquina”, estos “borde” o “esquina” tendr´ an la tendencia a calentarse m´ as r´ apidamente que el centro de la placa (50). Por lo tanto, la temperatura de la superficie exterior de la placa para prensa (50) aumentar´ a algo m´as r´ apidamente que el centro de la placa. El termopar (52) en el borde ofrece, por lo tanto, un mejor control con respecto a la proporci´ on de calentamiento y un perfil de temperatura m´as continuado a trav´es de la secci´on transversal de la placa (50). Se observar´ a que otras situaciones del termopar conduc´ıan a datos de temperatura err´ oneos, lo cual tiende a confundir la entrada del controlador (30) y puede llevar a distorsi´ on y a endurecimientos de capa dura irregulares. El recipiente (10), despu´es de la carga, es cerrado de forma estanca, y el aire es extra´ıdo por la bomba de vac´ıo (24) para conseguir vac´ıo en

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su interior. El recipiente (10) es llenado a continuaci´ on con un gas que contiene nitr´ ogeno, tal como amon´ıaco gaseoso, a una presi´ on de 0,04 a 0,12 psi (3 a 8 milibar) por medio del suministro de nitr´ ogeno gaseoso (26). Tambi´en se pueden utilizar ventajosamente otras mezclas gaseosas que contienen ´atomos de nitr´ ogeno. Por ejemplo, en el caso de placas para prensa que tienen un elevado contenido de cromo, ser´ıa recomendable una mezcla de nitr´ ogeno y de hidr´ ogeno, dado que el hidr´ ogeno fomenta la formaci´on de nitruro de cromo. Adem´as, esta mezcla gaseosa puede ser m´as f´ acilmente controlada en cuanto a pureza y sequedad. No obstante, excesivas concentraciones de hidr´ ogeno en presencia de un material base que tiene un contenido bajo de cromo o que carece del mismo, pueden conducir a fragilidad por hidr´ ogeno. La utilizaci´ on de gases portadores de carbono, tales como metano, en la mezcla de gases no es recomendable debido a los efectos perjudiciales de la carburaci´ on. A continuaci´ on, se aplica un voltaje al sistema a trav´es de la fuente de alto voltaje (28) y se forma una descarga luminiscente alrededor de la placa para prensa al entrar el proceso en la fase de bombardeo i´ onico. Las descargas de arco generadas dentro de la descarga luminiscentes son dirigidas hacia cualesquiera residuos y dep´ ositos remanentes sobre la superficie a trabajar y sirve como proceso final de limpieza. Cualesquiera de dichos residuos o dep´ ositos son vaporizados y eliminados de la pieza a trabajar. En esta fase, la pieza a trabajar incrementa solamente de manera moderada la temperatura hasta unos 93◦ C (200◦F). Esta fase, que corresponde a la Regi´on I de la figura 4, contin´ ua hasta que todos los dep´ ositos han sido eliminados y disminuyen las descargas por arco. A continuaci´ on el voltaje es aumentado de manera continuada tal como se muestra en la Regi´ on II de la figura 4, para acelerar el bombardeo i´ onico y empezar la elevaci´on de temperatura hasta el ´optimo de temperatura para la fase de nitruraci´on. Durante esta fase, se utiliza el ojo humano para llevar a cabo una operaci´ on de “comprobaci´ on de luminiscencia”. Dado que la operaci´on requiere la regulaci´on de la velocidad de entrada de potencia incrementada, se realiza una “comprobaci´on de luminiscencia”, a trav´es de la abertura (20) del recipiente (10) para observar la uniformidad y color de la descarga luminiscente. Al empezar la placa para prensa (50) a adquirir luminiscencia alrededor de su superficie externa, es importante dejar que la parte central de la placa para prensa (50) alcance la misma temperatura sin una gran disparidad de temperatura, potencialmente perjudicial, entre las partes correspondientes al borde y al centro de la placa para prensa (50). De este modo, cuando los bordes externos de la placa para prensa (50) adquieren luminiscencia revelando la temperatura apropiada tal como queda evidenciado por el color apropiado de la luminiscencia, la intensidad de voltaje se mantiene durante una hora aproximadamente, tal como se ha indicado por la Regi´ on III de la figura 4, permitiendo que las partes restantes de la placa para prensa alcancen una distribuci´ on regular de la temperatura. Se ha determinado que esta temperatura de luminiscencia se

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debe mantener aproximadamente en 70 a 80 por ciento de la temperatura de nitruraci´ on m´ axima. Asimismo, la placa para prensa (50) se debe inspeccionar en cuanto a “puntos calientes” durante este per´ıodo. Dado que el color de luminiscencia es directamente proporcional a la temperatura superficial de la placa para prensa, cualesquiera variaciones de color indicar´ıan una variaci´on de temperatura, lo cual debe ser evitado. Tal como se ha indicado anteriormente, la temperatura puede ser controlada mediante aportaci´ on de voltaje y el caudal de agua a trav´es de la c´amara de agua (16). Una vez se ha estabilizado la temperatura de la pieza a trabajar, se incrementa el voltaje, tal como se ha mostrado en la Regi´ on IV de la figura 4, hasta 100 por cien del voltaje requerido para obtener la m´ axima temperatura deseada y el sistema de proceso autom´ atico se permite que controle el resto de proceso, mostrado como Regi´ on V de la figura 4. Durante la fase de enfriamiento, mostrada como Regi´on VI de la figura 4, se utiliza tambi´en el controlador (30), mientras que el recipiente (10) se mantiene en vac´ıo para evitar la oxidaci´ on sobre la placa para prensa (50). El flujo de agua en la c´ amara de refrigeraci´ on (16) se debe mantener igualmente. Durante la fase de proceso de las Regiones I, II, III, IV y V, se debe a˜ nadir gas adicional que contiene nitr´ ogeno al recipiente (10) para restituir el que se ha ionizado y depositado sobre la pieza a trabajar o se ha perdido hacia el sistema de vac´ıo. Por esta raz´ on se introduce gas adicional de manera constante con caudales muy reducidos para mantener la presi´ on parcial del recipiente. Este caudal ha sido determinado que es dependiente del ciclo de tiempo y se modifica seg´ un sea necesario. Bas´andose en resultados de pruebas emp´ıricos, los par´ametros de proceso m´as favorables para la geometr´ıa de las placas para prensa est´ an indicados en la Tabla A. Par´ ametro

TABLA A Ajuste

Temperatura m´axima:

750-850◦F (400 - 450◦ C)

Presi´on:

0,04 - 0,12 psi (3,0-8,0 mb)

Regi´ on de la figura 4

Tiempo de calentamiento:

12-20 horas

Regiones I y II

Tiempo de proceso:

20-48 horas

Regiones III, IV y V

2-8 horas

Regi´ on VI

Tiempo de refrigeraci´on: 60

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La selecci´on del “ajuste” de un par´ ametro depende de la dureza y profundidad de capa dura que se desean en la pieza a trabajar. Esta dureza se manifiesta en dos partes de la pieza a trabajar; la capa compuesta y la zona de difusi´ on. La capa compuesta est´ a constituida en la superficie expuesta y queda formada esencialmente por compuestos de nitruro ferroso y, en el caso de 7

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acero inoxidable, un porcentaje de compuestos de nitruro de cromo. La zona de difusi´ on, que se encuentra por debajo de la capa compuesta, es endurecida a un grado ligeramente m´ as reducido debido a la propagaci´ on de iones nitr´ ogeno y de iones de nitruro ferroso hacia adentro de los l´ımites del grano para formar una concentraci´ on decreciente de compuestos de nitruro. De este modo, la capa de compuesto y la zona de difusi´ on a endurecer, que definen la profundidad de la capa dura, se relacionan con el material y con la forma geom´etrica de la placa para prensa (50). Se debe observar que el voltaje (y temperatura correspondiente) y el tiempo de proceso se relacionan de manera inversa; si el tiempo de proceso de la Regi´on V se ampl´ıa, se puede reducir la temperatura global m´ axima. La f´ ormula geom´etrica desarrollada conjuntamente con la presente invenci´on examina la proporci´ on del a´rea superficial con respecto al grosor. La relaci´on del a´rea superficial en pies cuadrados con respecto al grosor de la placa en pulgadas debe ser de 150 pies cuadrados/pulgada hasta 2800 pies cuadrados/pulgada (de 5,5 metros cuadrados/cent´ımetro hasta 102,5 metros cuadrados/cent´ımetro). Estos valores corresponden a placas para prensa que tienen dimensiones nominales de 3 pies por 7 pies (0,9 metros por 2,1 metros) con un grosor de un cuarto de pulgada (0,64 cent´ımetros) y placas para prensa que tienen dimensiones nominales de 5 pies por 16 pies (1,5 metros por 4,9 metros) poseyendo un grosor de un dieciseisavo de pulgada (0,16 cent´ımetros), respectivamente. Las combinaciones de longitud, anchura, y grosor dentro de estas proporciones num´ericas deben encontrarse dentro de los par´ ametros indicados de la presente invenci´on. Se ha determinado que la capa de material compuesto preferente tiene una profundidad comprendida entre 0,0001 y 0,0004 pulgadas (0,0025 y 0,0102 mil´ımetros). La profundidad global de capa dura preferente incluyendo la capa compuesta y la zona de difusi´ on se encuentra entre 0,001 y 0,004 pulgadas (0,025 y 0,102 mil´ımetros). No obstante, se pueden obtener otras capas compuestas y grosor de zona de difusi´ on dependiendo de las exigencias espec´ıficas del producto final. Preferentemente, el recipiente (10) est´a comunicado con la atm´ osfera y la placa para prensa (50) es retirada del recipiente no estanco (10) solamente despu´es de haber alcanzado la temperatura ambiente. No obstante, la placa para prensa (50) puede ser retirada cuando su temperatura disminuye hasta aproximadamente 200◦F (100◦C). Si bien la retirada de la placa para prensa (50) antes de que alcance la temperatura ambiente reduce el tiempo de proceso en seis horas a efectos de una mayor productividad, tambi´en crea una cierta oxidaci´on sobre la superficie de la placa, provocada por el aire a temperatura ambiente que llega a establecer contacto con la placa para prensa caliente (50) cuando se abre el recipiente (10). Esta capa puede ser eliminada por frotamiento seg´ un sea necesario. Si a la pieza a trabajar se deja alcanzar la temperatura ambiente, es decir, un per´ıodo de enfriamiento significativamente prolongado en oposici´on al per´ıodo m´as corto de 2 a 8 horas antes indicado, se ha ob8

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servado que se puede obtener un acabado m´ as brillante con menos oxidaci´on. La oxidaci´on provocada por el aire a temperatura ambiente que entra en el recipiente (10) mientras la placa para prensa (50) se encuentra por encima de la temperatura ambiente se puede evitar por la introducci´ on de nitr´ ogeno o de un gas inerte en el recipiente sin aportaci´ on de voltaje a efectos de acelerar la fase final del proceso de refrigeraci´ on. No obstante, se debe insistir en que una proporci´ on acelerada de enfriamiento con la placa todav´ıa a una temperatura elevada (entre la temperatura de proceso y una temperatura de unos 200◦F (100◦ C)) puede tener como resultado la eliminaci´ on de tensiones en la placa acompa˜ nada por su deformaci´ on. El aire m´ as fr´ıo que entra en el recipiente (10) no establece contacto con la placa para prensa (50) de manera uniforme, lo cual contribuye a fuertes gradientes t´ermicos y a la consiguiente liberaci´ on de tensiones. Al disminuir la temperatura de la c´ amara de refrigeraci´ on (16), incrementar el caudal en la c´ amara de refrigeraci´on (16), comunicar con la atm´ osfera el recipiente (10) (lo cual provocar´ a tambi´en una fuerte oxidaci´on de la superficie de la placa), o introducir un “gas de refrigeraci´ on” inerte, son todos ellos mecanismos que a elevadas temperaturas pueden producir dichas liberaci´ on de tensiones y deformaci´on. Cuanto mayor sea la temperatura a la que se intenta dicha refrigeraci´ on acelerada, m´ as fuertes ser´an las deformaciones de la placa y posibles oxidaciones. Para apreciar las ventajas de la presente invenci´on, las placas para prensa pulidas y no endurecidas “convencionales” utilizadas para producir laminados decorativos sin grabado, se deben repasar superficialmente como promedio cada 200 ciclos debido a los da˜ nos habituales de manipulaci´ on. Las placas utilizadas para el prensado de colores m´as cr´ıticos, tales como laminados de color oscuro o de color negro macizo, se pueden repasar o degradar despu´es de per´ıodos cortos tales como 30 a 50 ciclos, a causa de las aver´ıas de manipulaci´ on, a efectos de mantener una calidad de acabado aceptable en el laminado. Adem´as de las evaluaciones de la distorsi´ on ´optica que se utilizan para determinar la calidad del acabado superficial de la placa para prensa, el acabado superficial del laminado fabricado por medio de la placa para prensa puede ser utilizado tambi´en para determinar la calidad del acabado superficial de la placa para prensa. Se utilizan habitualmente mediciones de brillo con un grado NEMA 60 para caracterizar el acabado de los laminados. Dado que el mercado al que se destinan ha resultado mucho m´ as cr´ıtico en estos u ´ ltimos a˜ nos, se requieren en la actualidad superficies con elevado acabado superficial libres de efecto niebla. Como tales, se acepta generalmente en la industria la escala mostrada en la Tabla B. TABLA B Brillo del laminado Calidad de acabado ≥100 excelente 95-99 buena-muy buena 90-94 marginal 81∗ NA 1 % 6u 1 % 6u y 0,5 % 15u 0,8 % 6u y 1,6 % 25u 9 % 30u

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