СПОСОБ ДЕКОРАТИВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 1997 года по МПК C23C24/08 B44C1/26 

Изобретение относится к способам нанесения защитно-декоративных покрытий, а именно к способам чернения металлических и других поверхностей, и может быть использовано в ювелирной промышленности, в оптике, в технической графике и т.п.

В мировой практике хорошо известны технологии нанесения защитно-декоративных покрытий на благородные металлы и значительно менее разработаны способы чернения цветных металлов и сплавов. Более того заявителем не обнаружен источник информации, где было бы описано чернение и металлических и неметаллических поверхностей (фарфор, фаянс, керамика, камень и т.д.) одним способом. Отмечается также, что на таких цветных металлах и сплавах, как медь, латунь, нейзильбер, мельхиор, чернь не держится, а крошится и отслаивается, и в каждом конкретном случае в зависимости от состава сплава требуется разрабатывать соответствующий состав черни и способ ее нанесения [1]
Там же описан способ нанесения черного декоративного покрытия на благородные металлы, золото, серебро и их сплавы [1]
Способ состоит в нанесении на поверхность изделия влажной нашатырно-черневой массы, состоящей из сульфидов Ag, Cu, Pb, и прокаливании изделия после испарения влаги при температурах около 700^oС. Однако способ не позволяет получать покрытие, обладающее хорошим сцеплением с поверхностью металлов и сплавов, не содержащих золота или серебра.

Известен способ чернения цветных металлов и сплавов путем погружения изделия в хлороформный раствор тетраметилурамдисульфида (ТМТД) [2]
Недостатками способа являются использование высокотоксичных веществ, длительность процесса, разрушение слоя подложки, так как чернение происходит в результате взаимодействия ТМТД с металлом подложки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ декоративной обработки металлической поверхности, включающий нанесение на нее органического серосодержащего соединения металла, в частности меркаптида серебра или золота или их смеси, и последующую термообработку при 250-900^oС [3]
Недостатками данного способа являются невозможность использования его для чернения неметаллических поверхностей; высокая температура обжига и неудовлетворительные эргономические показатели, вызванные резким неприятным запахом используемых соединений и их вредным влиянием на человека.

Задача изобретения обеспечение возможности нанесения черневых покрытий как на металлические, так и на неметаллические поверхности, а также снижение температуры обжига поверхности.

Поставленная задача решается за счет применения в качестве черневого состава дитиокарбаматов металлов общей формулы (R₁R₂NCS₂)_nMⁿ⁺, где R₁, R₂ - Н, алкил, арил, M Cu, Pb, Ag, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Bi, Cd, Sn или их смеси, и последующей термообработки при температуре 180-750^oС.

Дитиокарбаматы заявляемых металлов представляют собой кристаллические соли, не растворимые в воде, с температурой разложения от 180 до 400^oС:
и определяется валентностью металла.

Применяются дитиокарбаматы в качестве фунгицидов, а также в аналитической химии.

Способ осуществляют следующим образом.

На поверхность изделия наносят тонким слоем один из дитиокарбаматов металлов или их смесь и подвергают термообработке при температуре 180-750 ^oС.

Дитиокарбаматы металла или их смесь наносят на поверхность материала, подлежащего чернению, в виде порошка или пасты. Связующим для пасты может служить вода, органический растворитель, жиры и т.д. При необходимости получения декоративного эффекта обработанную поверхность расчищают абразивной пастой в соответствии с заданным рисунком или рельефом. Чернь накладывают однократно или в несколько приемов с промежуточным обжигом.

Температура обработки поверхности определяется температурой разложения используемого дитиокарбамата металла и изменяется от 180 до 750 ^oС, выше которой начинаются процессы перехода образовавшегося сульфида в оксид, что способствует отслоению черни от подложки.

Цвет, прочность сцепления нанесенного таким образом покрытия не изменяются в течение по крайней мере 5 лет (примеры 1, 8, 9).

Адгезию покрытия измеряют методом решетчатых надрезов по ГОСТ 15140-78, а именно на черневой поверхности делают 7 параллельных надрезов бритвенным лезвием на расстоянии 1 мм. Аналогичным образом делают надрезы в перпендикулярном направлении. После нанесения надрезов для удаления отслоившихся кусочков покрытия проводят мягкой кистью по поверхности решетки в диагональном направлении по 5 раз в прямом и обратном направлении. Оценка адгезии покрытия производится по 4-бальной системе. Для всех приведенных ниже примеров оценка адгезии составляет 1 балл, что означает, что во всех случаях края надрезов полностью гладкие, нет признаков отслаивания ни в одном квадрате решетки.

Отличительным признаком заявляемого технического решения является использование в качестве агента чернения дитиокарбаматов металлов, что позволяет достичь хорошего сцепления образовавшейся черни как с металлической, так и с неметаллической подложкой без разрушения материала подложки и при сниженных температурах обжига.

Осуществление способа иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. 100 мг порошка диметилдитиокарбамата меди Сu (ДМДТК)₂ смешивают с вазелином до густой пасты. Полученный состав наносят шпателем на поверхность изделия с выпуклым рисунком из мельхиора марки МН 19. Изделие помещают в термостатируемый сушильный шкаф, выдерживают при температуре 200^oС. Изделие приобретает черное матовое покрытие, прочно связанное с подложкой. Расчищают поверхность изделия абразивной пастой. В углублениях рисунка остается матовое черное покрытие.

Пример 2. 50 мг порошка диметилдитиокарбамата никеля смешивают с водой. Пасту наносят на поверхность пластины из мельхиора марки МН 19, подвергают термообработке при 180^oС. На поверхности изделия образуется черное матовое покрытие.

Пример 3. 100 мг порошка диметилдитиокарбамата меди растирают с соевым маслом до густоты пасты. Состав наносят тонким слоем на поверхность образца нейзильбера марки МНЦ 15-20. Образец подвергают термообработке при температуре 200^oС. На поверхности образца образуется равномерное черное покрытие, прочно связанное с подложкой.

Пример 4. 100 мг порошка диметилдитиокарбамата свинца смешивают с глицерином до пастообразного состояния. Состав наносят на поверхность образца из монеля, подвергают термообработке при температуре 300^oС. На поверхности остается равномерное черное матовое покрытие, прочно сцепленное с подложкой.

Пример 5. 100 мг диметилдитиокарбамата кобальта смешивают с водой до пастообразного состояния. Состав наносят равномерно тонким слоем на пластину из алюминия, нагревают до 400^oС и охлаждают до комнатной температуры. На поверхности образца остается прочно сцепленное с подложкой черное матовое покрытие.

Пример 6. 100 мг диэтилдитиокарбамата кадмия смешивают с тосолом до пастообразного состояния. Состав наносят равномерным тонким слоем на обезжиренную поверхность оцинкованного железа. Образец нагревают до 400^oС и охлаждают до комнатной температуры. На поверхности образца образуется черное равномерное покрытие.

Пример 7. 100 мг порошка диэтилдитиокарбамата меди смешивают с глицерином до образования густой пасты. Состав наносят на поверхность образца сплава меди томпак марки М-90 при температуре 200^oС. Образуется черное матовое покрытие.

Пример 8. Порошок диэтилдитиокарбамата никеля смешивают и перетирают с тосолом до пастообразного состояния. Наносят состав тонким слоем с помощью шпателя на монету достоинством 15 коп. (медно-никелевый белый сплав) выпуска 1980 г. Нагревают монету до 300^oС. Охлаждают образец и поверхность расчищают абразивной пастой. В углублениях рисунка остается черно-коричневое матовое декоративное покрытие.

Пример 9. Смесь 50 мг диэтилдитиокарбамата свинца и 50 мг диэтилдитиокарбамата серебра тщательно перетирают с водой до образования густой пасты. Пасту наносят тонким слоем на поверхность монеты достоинством 3 коп. (желтый сплав) 1980 г. Нагревают монету до 400^oС. После охлаждения поверхность расчищают абразивной пастой. В углублениях рисунка остается черное декоративное покрытие, прочно связанное с поверхностью металла.

Пример 10. 50 мг диметилдитиокарбамата меди смешивают с эталоном до пастообразного состояния. Пасту наносят на поверхность образца из мельхиора марки МН-19. Высушивают на воздухе. Прогревают при 180^o С. На поверхности изделия образуется ровное черное покрытие.

Пример 11. Порошок диэтилдитиокарбамата свинца наносят тонким слоем на поверхность образца мельхиора, нагревают до 300^oС и охлаждают. На поверхности образца образуется черное покрытие, прочно сцепленное с подложкой.

Пример 12. 50 мг порошка диэтилдитиокарбамата серебра и 50 мг диэтилдитиокарбамата меди смачивают водой и наносят на поверхность мельхиора марки МН-19. Образец выдерживают при 250^oС. На поверхности образца образуется черное декоративное покрытие.

Пример 13. Порошок диметилдитиокарбамата никеля 100 мг смачивают водой, растирают до пастообразного состояния и наносят шпателем на поверхность алюминиевой пластины. Изделие нагревают до 350^oС. На поверхности изделия образуется черное прочно сцепленное с подложкой покрытие.

Пример 14. Порошок, содержащий 10 мг диметилдитиокарбамата серебра, 50 мг диметилдитиокарбамата меди и 40 мг диметилдитиокарбамата свинца, смачивают водой, растирают до густой пасты и наносят шпателем на поверхность пластины серебра 925 пробы. Пластину помещают в сушильный шкаф, выдерживают при температуре 250^oС. На поверхности образуется контрастный черный рисунок.

Пример 15. Порошок, содержащий 40 мг диметилдитиокарбамата меди, 10 мг диэтилдитиокарбамата серебра, 10 мг диэтилдитиокарбамата свинца, 10 мг диэтилдитиокарбамата железа, 10 мг диэтилдитиокарбамата марганца, 10 мг диэтилдитиокарбамата кобальта, растирают водой до пастообразного состояния и наносят тонким слоем на поверхность образца фарфора (сорт посудохозяйственный), образец нагревают при 400^o С. На поверхности фарфора образуется ровное черное покрытие.

Пример 16. Порошок диметилдитиокарбамата меди смачивают водой, перетирают до пасты и наносят на поверхность керамической плитки (ГОСТ 13.996-84 Плитки керамические фасадные и ковры из них). Обжигают плитку при 500^oС. На поверхности плитки образуется черное прочно сцепленное с подложкой покрытие.

Таким образом, заявляемый способ позволяет осуществить чернение на благородных, черных и цветных металлах и сплавах, на неметаллических поверхностях изделий из фарфора, фаянса, керамики, камня и т.п. при относительно низкой температуре, с хорошей адгезией. Процесс проводят с использованием дешевых и обладающих хорошими эргономическими характеристиками составов.

Использование: в ювелирной промышленности, оптике, технической графике для нанесения декоративных покрытий. Сущность: чернение металлов и сплавов любого состава, неметаллических поверхностей при относительно низких температурах осуществляют путем нанесения на поверхность изделия тонкого слоя дитиокарбамата металла общей формулы (R₁R₂NCS₂)_nMе⁺ⁿ, где n определяется валентностью металла, R₁, R₂ - Н, алкил, арил, Ме - Сu, Pb, Ag, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Bi, Cd, Sn или их смесь, и последующей термообработки при температуре 180-750^oС.

1 Способ декоративной обработки поверхности, включающий нанесение на нее органического серосодержащего соединения металла и последующую термообработку, отличающийся тем, что в качестве органического серосодержащего соединения металла используют соединение общей формулы (R<Mv>1<D>R<Mv>2<D>NCS<Mv>2<D>)Me<M^ >n+<D>, где n валентность металла, R<Mv>1<D>, R<Mv>2<D> N, алкил или арил, Me металл, выбранный из группы, включающей медь, свинец, серебро, марганец, железо, кобальт, никель, висмут, цинк, кадмий, олово или их смесь, а термообработку проводят при 180 750<198>С.