СПОСОБ ОДНОТОННОГО ОКРАШИВАНИЯ ИЗДЕЛИЯ (ИЙ) ИЗ СПЛАВОВ ТИТАНА, ТАНТАЛА, НИОБИЯ, ГАФНИЯ, ВОЛЬФРАМА Российский патент 2023 года по МПК C25D11/22 

Изобретение относится к области электрохимии, а именно к электрохимическому получению на поверхности изделий из сплавов титана, тантала, циркония, гафния, ниобия, вольфрама однотонной оксидной пленки в ходе анодирования, путем точного подбора режима нанесения, учитывающего зависимость значений плотности тока от значений напряжения для покрытия поверхности полностью, разграничение областей напряжения на те, что не нуждаются в предварительной анодной оксидной пленке и на те, что нуждаются в предварительной анодной оксидной пленке.

Предложенный способ может использоваться для декоративной окраски изделия(ий) из сплавов титана, тантала, гафния, ниобия, циркония, вольфрама в различные цвета, зависящие от толщины оксидной пленки. Область применения обширна: окрашивание корпусов транспортных средств, часов, телефонов; ювелирных изделий и бижутерии; элементов интерьера и экстерьера; имплантов и многое другое.

Известен способ нанесения пленки при помощи лазерной обработки [RU 2618283 С1 СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ, 2017.05.03], который заключается в напылении пленки из окисляющегося металла, локального нагрева лазерным излучением пленки с последующим построением градуировочной кривой зависимости цвета модифицированной поверхности пленки от режимов лазерного воздействия, такой метод сложен построением градуировочных кривых, а так же предполагает большие экономические затраты.

Известен микродуговой метод нанесения пленки [RU 2357844 C2 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦВЕТНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ, 2009.06.10], который заключается в локальном нагреве источником тепла импульсного действия, свойства получаемых пленок зависят от технологических параметров источника теплового воздействия, для того чтобы это определить требуются точные расчеты, которые затрудняют технологический процесс.

Электрохимический метод позволяет подконтрольно наносить оксидные пленки (контроль роста барьерного и пористого оксида) без сложных построений градуировочных кривых и математических расчетов, для него важно установить режим, что не является сложной задачей.

Наиболее близким аналогом является способ формирования цветного декоративного покрытия с помощью анодирования [RU 2620801 C1 СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЦВЕТНОГО ДЕКОРАТИВНОГО ПОКРЫТИЯ С ПОМОЩЬЮ АНОДИРОВАНИЯ, Напольский Кирилл Сергеевич, Садыков Алексей Игоревич, Напольский Филипп Сергеевич, 2017.05.29], применяемого для вентильных металлов, сущность которого заключается в формировании пористого оксида при циклически изменяющихся параметрах, а именно тока и напряжения, каждый цикл состоит из двух стадий: на первой стадии анодирование проводят при стабилизации тока в интервале от 0,1 до 50 мА/см² в течение времени, обеспечивающего протекание заряда от 0,05 до 5 Кл/см²; на второй стадии анодирование проводят при стабилизации напряжения, повышая его от значения напряжения в конце первой стадии до значения, лежащего в диапазоне от 10 до 200 В, с уменьшающейся скоростью подъема напряжения от 5 В/с до 0 В/с, и выдерживают при этом значении в течение времени, обеспечивающего протекание заряда от 0,05 до 5 Кл/см². Недостатками данного метода являются: неизменяемость режимов в зависимости от изменения величины напряжения; не учитывается метод нанесения анодных оксидных плёнок: нанесение на участок поверхности или же полное ее покрытие; требуется несколько изменений режимов в ходе получения анодной оксидной пленки.

Поскольку при постоянном значении плотности тока и однократном анодировании при повышении значения напряжения повышается вероятность цветовых дефектов (несоответствие требуемому цвету, неоднородность пленки), связанные в основном с неравномерным ростом пор, то выявление зависимости значений плотности тока от значений напряжения, разграничение областей напряжения на те, что нуждаются в предварительной оксидной пленке и на те, что не нуждаются в предварительной оксидной пленке является важной задачей для современной науки и техники.

Раскрытие изобретения

В данном изобретении применяемым терминам придаются следующие значения:

«значение напряжения соответствует/соответствующее требуемому цвету» - значение напряжения, на котором при стандартных условиях в ходе анодирования получается толщина оксидной пленки, которая при интерференции соответствует требуемому цвету (U_т);

«первичное анодирование» - анодирование, предполагающее покрытие анодной оксидной пленкой части изделия, которая ранее не была покрыта (первый этап) или же покрыта при значении напряжения ниже соответствующего требуемому цвету (второй этап), путем неполного окунания;

«вторичное анодирование» - анодирование, предполагающее покрытие анодной оксидной пленкой части изделия, которая не была покрыта в ходе предшествующего первичного анодирования (первый этап) или же была покрыта в ходе предыдущего этапа анодирования при значении напряжения ниже соответствующего требуемому цвету (второй этап), путем неполного окунания;

«первый этап анодирования» - анодирование, включающее первичное и вторичное анодирование при напряжении ниже соответствующего требуемому цвету (U_I) на определенную разницу(ΔU) в зависимости от значения напряжения второго этапа (U_I=U_II-ΔU).

«второй этап анодирования» - анодирование, включающее первичное и вторичное анодирование при напряжении соответствующего требуемому цвету (U_II=U_т) после первого этапа анодирования.

«нейтрализация процесса травления» - устранение остатков вещества, которым производилось травление с поверхности сплавов, в ходе химической реакции во избежание цветовых дефектов;

«закрытие пор» - операция, предполагающая закрепление результата анодирования путём окунания в кипящую пресную воду.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа нанесения оксидных пленок методом анодирования на всю поверхность изделия(ий) из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама с учетом зависимости значений плотности тока от значений напряжения, разграничения областей напряжения на те, что не нуждаются в предварительной анодной оксидной пленке и на те, что нуждаются в предварительной анодной оксидной пленке.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в подконтрольном равномерном формировании декоративного покрытия, отличающегося насыщенностью и чистотой цвета на всей поверхности изделия(ий) из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама. Данный способ уменьшает вероятность дефектов, таких как неравномерного строения ячеек пористого оксида, подтеков цвета, поджогов, охрупчения, в частности восходящих к клемме анода подтеков цвета на границе воздух-электролит.

Поставленная задача решается разделением режимов для значений напряжения от 7В до 120В на области: от 7В до 50В и от 51В до 120В. Данное разграничение необходимо из-за возникающих при анодировании выше 50В дефектов, в частности повышается вероятность дефекта, возникающего во время вторичного анодирования, поскольку на границе уже покрытого оксидной пленкой участка в ходе первичного анодирования и не покрытого участка (первый этап)/участка покрытого пленкой при значении напряжения ниже соответствующего требуемому цвету (второй этап), возникает повышенная плотность тока из-за неоднородности структуры поверхности, а предварительное нанесение пленки, соответствующей более низкому напряжению, минимизирует возможность цветовых искажений. Выбранные разницы значений между напряжениями зависят от соответствия требуемому цвету, при большей разнице на выбранном напряжении получится цвет, не соответствующий требуемому, тот же дефект получается в области значений напряжений от 7В до 50В.

В ходе каждого этапа анодирования крепление изделия клеммой к аноду осуществляется напрямую, расстояние между погружаемой частью изделия и клеммой должно быть не менее 5 мм.

На втором этапе анодирования при креплении изделия(ий) не обязательно совпадение границы первичного и вторичного анодирований с первым этапом.

1. Для первой области значений напряжения (от 7В до 50В) производится травление в подходящем веществе для выбранного сплава; нейтрализация процесса травления в веществе, зависящем от травящего, с целью избежать нежелательных дефектов; первичное анодирование, подразумевающее покрытие первой части изделия путем неполного окунания при значении напряжения, которое соответствует требуемому цвету (U_т); вторичное анодирование, подразумевающее покрытие анодной оксидной пленкой путем неполного окунания части изделия, непокрытой в ходе первичного анодирования при значении напряжения, которое соответствует требуемому цвету (при погружении заходить за границы уже покрытой оксидной пленки рекомендуется в пределах 3 мм от непокрытой части); промывание в дистиллированной воде с целью удалить остатки электролита; закрытие пор, фиксирующее результат анодирования. Плотность тока зависит от подаваемого напряжения и изменяется нелинейно в соответствии с графиком 1. Выбор значения плотности тока осуществляется согласно напряжению, которое соответствует требуемому цвету (U_т).

2. Для второй области (от 51В до 120В) производится травление в подходящем веществе для выбранного сплава; нейтрализация процесса травления в веществе, зависящем от травящего, с целью избежать нежелательных дефектов); первичное и вторичное анодирование первого этапа, первичное и вторичное анодирование второго этапа, при этом первичное анодирование обоих этапов предполагает покрытие анодной оксидной пленкой части изделия путем неполного окунания, вторичное анодирование обоих этапов предполагает покрытие части изделия еще не покрытой анодной оксидной пленкой предшествующим первичным анодированием (при погружении заходить за границы уже покрытой оксидной пленки рекомендуется в пределах 3 мм от непокрытой части), значение напряжения второго этапа (U_II) соответствует требуемому цвету (U_II=U_т), а значение напряжения первого этапа (U_I) определяется вычитанием разницы (ΔU) из значения напряжения второго этапа (U_I=U_II-ΔU), при напряжении на втором этапе от 51В до 75В - вычитаемая разница равна 15 В, от 76 В до 95 В - вычитаемая разница равна 25 В, от 96 В до 120В - вычитаемая разница равна 40 В; промывание в дистиллированной воде с целью удалить остатки электролита; закрытие пор, фиксирующее результат анодирования. Плотность тока зависит от подаваемого напряжения и изменяется нелинейно в соответствии с графиком 1. Выбор значения плотности тока осуществляется согласно напряжению, которое соответствует требуемому цвету (U_II).

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для получения на поверхности изделий однотонной оксидной пленки анодированием. Способ включает формирование анодной оксидной пленки электрохимическим методом, при этом устанавливают зависимость плотности тока от величины напряжения, составляют график, рассчитанный и применимый к полному покрытию поверхности изделия путем окунания и анодирования сначала первой части изделия, затем второй, не покрытой пленкой части изделия, при этом минимальное расстояние между креплением клеммы анода с изделием и погруженной в электролит частью изделия должно быть не менее 5 мм, причем для покрытий, образующихся при конечном формирующем цвет значении напряжения от 51 В до 120 В, наносят предварительную оксидную пленку, которая образована при меньшем значении напряжения, при конечном формирующем цвет напряжении от 51 В до 75 В разница между двумя значениями напряжений равна 15 В, от 76 В до 95 В - разница равна 25 В, от 96 В до 120 В - разница равна 40 В, а плотность тока выбирают в соответствии с напряжением на графике, которое соответствует требуемому цвету. Изобретение обеспечивает подконтрольное равномерное формирование декоративного покрытия, отличающегося насыщенностью и чистотой цвета на всей поверхности изделия(ий); способ уменьшает вероятность дефектов, таких как неравномерное строение ячеек пористого оксида, подтеков цвета, поджогов, охрупчивания, в частности восходящих к клемме анода подтеков цвета на границе воздух-электролит.

Способ получения декоративного однотонного покрытия на поверхности изделия или изделий из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама, включающий формирование анодной оксидной пленки электрохимическим методом, отличающийся тем, что устанавливают зависимость плотности тока от величины напряжения, составляют график, рассчитанный и применимый к полному покрытию поверхности изделия путем окунания и анодирования сначала первой части изделия, затем второй, не покрытой пленкой части изделия, при этом минимальное расстояние между креплением клеммы анода с изделием и погруженной в электролит частью изделия должно быть не менее 5 мм, причем для покрытий, образующихся при конечном формирующем цвет значении напряжения от 51 В до 120 В, наносят предварительную оксидную пленку, которая образована при меньшем значении напряжения, при конечном формирующем цвет напряжении от 51 В до 75 В разница между двумя значениями напряжений равна 15 В, от 76 В до 95 В - разница равна 25 В, от 96 В до 120В - разница равна 40 В, а плотность тока выбирают в соответствии с напряжением на графике, которое соответствует требуемому цвету.