Электролит для электрохимической маркировки аустенитных и мартенситных классов стали Российский патент 2023 года по МПК B23H9/06 B23H3/08 C25F3/14 

Изобретение относится к электролитам для электрохимической обработки и предназначено для электрохимического нанесения черного изображения на изделия из коррозионно-стойкой стали, в частности из аустенитных и мартенситных классов стали, и может быть использовано в радиотехнической промышленности, приборостроении, пищевой промышленности и в других областях народного хозяйства.

Из уровня техники широко известны электролиты для электрохимической маркировки металлов.

В частности, из патента RU 2255140 C1, кл. МПК C23F 1/02, C25F 3/14, опубл. 27.06.2005 известен травильный раствор для клеймения изделий из стали и меди и его сплавов с покрытиями цинком, кадмием, серебром и оловом и его сплавам, содержащий натрий азотистокислый 15-20 г, калий-натрий виннокислый 3-5 г; воду деионизированную до 100 г. При этом электрохимическое клеймение осуществляют в течение 3-5 с при температуре окружающей среды.

Поскольку данный электролит смешивают с деонизированной водой, это усложняет процесс производства электролита. Также отсутствует информация о том, что при осуществлении маркировки данным составом электролита получают изображение темно-серого или черного цвета.

Также из патента SU 1340948 А1, кл. МПК B23H 3/08, опубл. 30.09.1987г. известен электролит для электрохимического маркирования металлов, преимущественно изделий из меди и сплавов на ее основе, содержащий азотно-кислый калий 4,0-5,0 мас.%; азотисто-кислый натрий 0,8-1,2 мас.%; борная кислота 0,5-0,8 мас.%; вода – остальное.

Изображение при использовании данного электролита получают четкое, имеющее темный окрас. Однако глубина проникновения маркировки менее 10 мкм является недостаточной и не позволяет получить стойкое изображение.

Из патента SU 732114 А1, B23P 1/16, опубл. 05.05.1980г. известен электролит для электрохимической маркировки преимущественно изделий из инструментальных сталей, содержащий следующие компоненты (вес.%): азотистокислый натрий 7,5-9,5, азотнокислый натрий 2,5-4,5, триэтаноламин 0,5-0,9, азотнокислый магний 1,1-1,5; вода – остальное.

К недостаткам данного электролита можно отнести недостаточную глубину нанесения изображения (до 20мкм), кроме того, изображение при использовании данного электролита при маркировке, не приобретает черного окраса.

Таким образом, техническая проблема заключается в создании экологичного электролита для маркировки коррозионно-стойкой стали, который позволяет получать более стойкие изображения за счет нанесения маркировки на глубину до 30 мкм включительно, при этом изображения характеризуются четкими контурами и цветом от темно-серого до черного.

Технический результат заключается в повышении стойкости изображения, полученного при электрохимической маркировке, имеющего окрас от темного-серого до черного, за счет увеличения глубины нанесения маркировки до 30 мкм, при использовании заявленного экологичного состава электролита.

Для этого электролит содержит натрий хлористый, магний азотнокислый ЧДА, калий натрий виннокислый 4-водный, кислоту молочную пищевую 80% при следующем соотношении компонентов, мас.%:

натрий хлористый 2,6 - 4,0

магний азотнокислый 5,2 -7,22

калий-натрий виннокислый 4-водный 1,30 - 2,81

кислота молочная пищевая 80% 4,16 - 5,77

вода остальное.

Для реализации данного изобретения используют натрий хлористый, соответствующий ГОСТ 4233-77, магний азотнокислый чда, соответствующий ГОСТ 11088-75, калий-натрий виннокислый 4-водный, взятый по ГОСТ 5845-79 и кислоту молочную пищевую 80%, соответствующую ГОСТ 490-79. Воду для приготовления электролита используют трубопроводную.

Добавление натрия хлористого в состав электролита позволяет обеспечить процесс электрохимической маркировки, а также способствует достижению желаемой глубины проникновения изображения.

Опытным путем было установлено, при полном удалении из состава натрия хлористого процесс маркировки не происходит, при добавлении 0,88 мас.% образуется слегка видимое изображение серого цвета, глубина проникновения составляет не более 5 мкм. При увеличении содержания натрия хлористого до 1,75 мас.% яркость цвета увеличивается, глубина проникновения увеличивается до 10-15 мкм. При содержании натрия хлористого в интервале значений от 2,6 до 4,0 мас.% изображение приобретает стойкий темно-серый цвет с глубиной проникания до 30 мкн. Дальнейшее увеличение содержания натрия хлористого ухудшает яркость цвета и снижает стойкость изображения на поверхности.

Добавление магния азотнокислого чда в состав электролита способствует получению изображения более глубокого черного цвета.

Опытным путем установлено, что при отсутствии в электролите магния азотнокислого ЧДА маркировка имеет темно-коричневый цвет, а при высыхании изображение приобретает оранжевый оттенок. При добавлении в состав от 0,91 до 4,37 мас.% данный цвет сохраняется, при концентрациях от 4,37 до 5,2 мас.% оранжевый оттенок присутствует, но является менее выраженным. При концентрациях от 5,2 до 7,22 мас.% изображение приобретает глубокий цвет от темно-серого до черного.

Добавление калий-натрий виннокислого 4-водного в состав электролита придает изображению насыщенный черный цвет.

Опытным путем было установлено, что при отсутствии калий-натрий виннокислого 4-водного маркировка наносится, однако цвет маркированной зоны является ненасыщенным, блеклым. При добавлении 0,87 мас.% калий-натрий виннокислого 4-водного контрастность цвета улучшается. Оптимальное количество для достижение желаемого цвета и качества (четкости) нанесения составляет 1,3 - 2,81 мас.%, при добавлении калий-натрий виннокислого 4-водного более 2,81 мас.% изображение становится нечетким, на поверхности образуется шлам серого цвета, который стирается ветошью (изображение при этом сохраняется, но приобретает светло-серый цвет).

Добавление кислоты молочной пищевой 80% также придает изображению черный цвет и позволяет создать экологичный, менее агрессивный состав для маркировки.

Опытным путем было установлено, что в отсутствие молочной кислоты процесс маркировки происходит, изображение является стойким, однако имеет цвет от оранжевого до светло коричневого. При добавлении в состав молочной кислоты с содержанием до 4,16 мас.% цвет переходит от оранжевого к темно- коричневому. При добавлении в состав 4,16 - 5,77 мас.% изображение приобретает требуемый цвет - от темно-серого до черного. При концентрации молочной кислоты более 5,77 мас.% качество и цвет нанесения не меняется.

Приготовление электролита согласно изобретению осуществляют следующим образом. К воде добавляют натрий хлористый, взятый в количестве 2,6 - 4,0 мас.%, магний азотнокислый в количестве 5,2 -7,22 мас.%, калий-натрий виннокислый 4-водный в количестве 1,30 - 2,81, осуществляют перемешивание раствора в течение 10-15 минут. Далее добавляют кислоту молочную пищевую в количестве 4,16 - 5,77 мас.%, перемешивают раствор в течение 30-40 минут, отстаивают в течение 1 часа для того, чтобы произошло выпадение осадка. Далее полученную смесь пропускают через нутч фильтр для удаления осадка.

Ниже приведены примеры составов электролитов для электрохимической маркировки аустенитных и мартенситных классов стали согласно изобретению.

Пример 1.

Для получения состава электролита согласно изобретению к воде, взятой в количестве 86,74 мас.% добавляют натрий хлористый в количестве 2,6 мас.% (30 г/л), магний азотнокислый в количестве 5,2 мас.% (60 г/л), калий-натрий виннокислый 4-водный в количестве 1,3 мас.% (15 г/л). После чего осуществляют перемешивание раствора в течение 10 минут. Далее в полученный состав добавляют кислоту молочную пищевую 80% в количестве 4,16 мас.% (48 г/л). После чего раствор перемешивают в течение 30 минут и отстаивают в течение 1 часа. После выпадения осадка пропускают полученный состав через нутч фильтр для его удаления.

В результате осуществления маркировки 316 марки стали по AISI (аустенитный класс стали) с помощью состава электролита, приведенного в примере 1, получили изображение темно-серого цвета, имеющее четкий контур, глубина маркировки составила 29 мкм.

Пример 2

Для получения электролита согласно изобретению к воде трубопроводной, взятой в количестве 80,2 мас.% добавляют натрий хлористый в количестве 4,0 мас.% (50 г/л), магний азотнокислый в количестве 7,22 мас.% (90 г/л), калий-натрий виннокислый 4-водный в количестве 2,81 мас.% (35 г/л). Затем полученный состав интенсивно перемешивают в течение15 минут. После перемешивания добавляют кислоту молочную пищевую 80% в количестве 5,77 мас.% (72 г/л). Полученный раствор повторно перемешивают в течение 40 минут и отстаивают в течение 1 часа. Далее раствор пропускают через нутч фильтр для удаления осадка.

В результате осуществления маркировки изделий из 420 марки стали по AISI (мартенситный класс стали) с использованием электролита, раскрытого в примере 2, получили изображение черного цвета, имеющее четкий контур, глубина маркировки составила 30 мкм.

Пример 3

Для приготовления электролита, который отвечает данному изобретению, в воду 82,44 мас.% добавляют натрий хлористый – 3,15 мас.% (38,0 г/л), магний азотнокислый в количестве 6,30 мас.% (76,0 г/л), калий-натрий виннокислый 4-водный в количестве 2,49 мас.% (30 г/л). После чего полученный состав перемешивают в течение 13 минут. Затем в количестве 5,22 мас.% (63 г/л) добавляют кислоту молочную пищевую 80%. Получившийся состав перемешивают в течение 35 минут. Далее состав отстаивается в течение 1 часа. Образовавшийся осадок удаляют пропусканием раствора через нутч-фильтр.

В результате осуществления маркировки изделий из 431 марки стали по AISI (мартенситный класс стали) с использованием состава электролита, представленного в примере 3, получили изображение темного, почти черного цвета, имеющее четкий контур, глубина маркировки составила 29 мкм.

Пример 4

В воду, взятую в количестве 84,75 мас.% добавляют натрий хлористый 2,54 мас.% (30 г/л), магний азотнокислый в количестве 5,51 мас.% (65 г/л), калий-натрий виннокислый 4-водный в количестве 2,97 мас.% (35 г/л). Полученный состав перемешивают в течение 12 минут. Далее в раствор добавляют кислоту молочную пищевую 80% в количестве 4,24 мас.% (50 г/л) и размешивают в течение 32 минут. Далее состав отстаивается в течение 1 часа. После этого осадок удаляют с помощью нутч фильтра. В итоге получают электролит, который соответствует заявленному изобретению.

В результате осуществления маркировки 304 марки стали по AISI (аустенитный класс стали) получили изображение темно-серого цвета, имеющее четкий контур, глубина маркировки составила 30 мкм.

Полученные образцы электролитов имеют экологичный состав, позволяют осуществить маркировку коррозионно-стойкой стали с глубиной нанесения до 30 мкм. При этом изображения характеризуются четкими контурами и имеют цвет от темно-серого до черного.

Изобретение относится к электролитам для электрохимической обработки и предназначено для электрохимического нанесения изображений на изделия из коррозионно-стойкой стали, в частности из аустенитных и мартенситных классов стали, и может быть использовано в радиотехнической промышленности, приборостроении, пищевой промышленности и в других областях народного хозяйства. Электролит содержит, мас.%: натрий хлористый 2,6-4,0, магний азотнокислый 5,2-7,22, калий-натрий виннокислый 4-водный 1,30-2,81, кислота молочная пищевая 80% 4,16-5,77, вода - остальное. Технический результат заключается в повышении стойкости изображения, полученного при электрохимической маркировке, имеющего окрас от темно-серого до черного, за счет увеличения глубины нанесения маркировки до 30 мкм, при использовании заявленного экологичного состава электролита. 4 пр.

Электролит для электрохимической маркировки аустенитных и мартенситных классов стали, содержащий натрий хлористый, магний азотнокислый, калий-натрий виннокислый 4-водный, кислоту молочную пищевую 80% и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

натрий хлористый 2,6-4,0 магний азотнокислый 5,2-7,22 калий-натрий виннокислый 4-водный 1,3-2,81 кислота молочная пищевая 80% 4,16-5,77 вода остальное