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

Изобретение относится к области электрохимии, а именно к электрохимическому получению на участке(ах) поверхности изделия(ий) из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама однотонной анодной оксидной пленки, путем точного подбора режима, учитывающего зависимость значений плотности тока от значений напряжения, разграничение областей напряжения на те, что не нуждаются в предварительной анодной оксидной пленке (формирующиеся на значениях напряжения от 7В до 50В) и на те, что нуждаются в предварительной анодной оксидной пленке (формирующиеся на значениях напряжения от 51В до 120В).

Предложенный способ может использоваться для декоративной окраски участка(ов) поверхности изделия(ий) из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, 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 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.

Наиболее близким аналогом предлагаемого метода является способ получения узора на алюминиевом материале, согласно которому на поверхность алюминия после электролитического окрашивания наносят защитную пленку, образующую требуемый узор, с применением состава, содержащего алкидную смолу, метилцеллюлозу и поливинилбутираль. Затем участки поверхности алюминия без защитной пленки подвергают электролитическому окрашиванию в другой цвет с получением на поверхности алюминия двухцветного узора (А.з. Японии N 62-60480, опубл. 16.12.87 г.). Данный метод позволяет окрашивать участки поверхности и покрывать ее полностью, но при этом недостатками являются: неизменяемость режимов в зависимости от изменения величины напряжения; не учитывается зависимость между напряжением и плотностью тока; применяется только для алюминия.

В обоих способах не учитывается влияние изменения напряжения на качество 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);

«однократное анодирование» - анодирование проводят на значении напряжения, соответствующему требуемому цвету, один раз;

«первичное анодирование» - анодирование проводят на значении напряжения, ниже, чем соответствующее требуемому цвету, на определенное значение в зависимости от величины вторичного анодирования (U_I);

«вторичное анодирование» - анодирование проводят на значении напряжения, соответствующему требуемому цвету, после первичного анодирования (U_II);

«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 участок(и) поверхности 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 участок(и) поверхности изделия(ий) из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама. Данный способ уменьшает вероятность дефектов, таких как неравномерное строение ячеек пористого оксида, подтеков цвета, поджогов, охрупчения.

Поставленная задача решается разделением режимов для значений напряжения от 7 В до 120 В на области: от 7 В до 50 В и от 51 В до 120 В. Данное разграничение необходимо из-за возникающих при анодировании выше 50 В дефектов, а предварительное нанесение пленки, соответствующей более низкому напряжению, минимизирует возможность цветовых искажений. Выбранные разницы значений между напряжениями зависят от соответствия получаемому цвету, при большей разнице на выбранном напряжении получится цвет, не соответствующий требуемому, тот же дефект получается в области значений напряжений от 7 В до 50 В.

Частичное нанесение с использованием диэлектрика подразумевает его нанесение (лакокрасочные материалы) или фиксацию (трафарет), затем анодирование, после чего диэлектрик удаляется. Частичное нанесение без диэлектрика предполагает часть изделия, которой крепится клеммой к аноду и после анодирования удаляется, расстояние прикрепляемой клеммы от покрываемой области должно быть не менее 5 мм.

1. Для первой области (от 7 В до 50 В) производится травление в подходящем веществе для выбранного сплава; нейтрализация процесса травления в веществе, зависящем от травящего, с целью избежать нежелательных дефектов; (нанесение или фиксация диэлектрика); однократноее анодирование, предполагающее создание пленки на напряжении, соответствующему требуемому цвету (U_т); (удаление диэлектрика / участка для крепления клеммы); 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 51 В до 120 В) производится травление в подходящем веществе для выбранного сплава; нейтрализация процесса травления, в веществе, зависящем от травящего, с целью избежать нежелательных дефектов; (нанесение диэлектрика), первичное и вторичное анодирования, отличающиеся подаваемым напряжением (значение вторичного напряжения (U_II), соответствует требуемому цвету (U_т); значение первичного напряжения (U_I) определяется вычитанием разницы (ΔU) из значения вторичного напряжения (U_I=U_II-ΔU); при вторичном напряжении от 51 В до 75 В - вычитаемая разница равна 10 В, от 76 В до 95 В - вычитаемая разница равна 20 В, от 96 В до 120 В - вычитаемая разница равна 35 В); (удаление диэлектрика, с целью удалить остатки электролита/участка для крепления клеммы); 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 окрашивания корпусов транспортных средств, часов, телефонов, ювелирных изделий, элементов интерьера и экстерьера, имплантов и многого другого. Способ включает нанесение диэлектрика на не покрываемые части изделия, формирование анодной оксидной пленки электрохимическим методом, удаление диэлектрика, отличающийся тем, что устанавливают зависимость плотности тока от величины напряжения, составляют график, рассчитанный и применимый к части изделия, при этом 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 UI, причем значение вторичного напряжения UII соответствует требуемому цвету Uт, значение первичного напряжения UI определяют вычитанием разницы ΔU из значения вторичного напряжения UI=UII-ΔU, при вторичном напряжении от 51 В до 75 В - вычитаемая разница равна 10 В, при вторичном напряжении от 76 В до 95 В - вычитаемая разница равна 20 В, при вторичном напряжении от 96 В до 120 В - вычитаемая разница равна 35 В, а плотность тока выбирают в соответствии с напряжением на графике, которое соответствует требуемому цвету. Технический результат: подконтрольное равномерное формирование декоративного покрытия, отличающегося насыщенностью и чистотой цвета; способ уменьшает вероятность дефектов, таких как неравномерное строение ячеек пористого оксида, подтеков цвета, поджогов и охрупчивания. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения декоративного однотонного покрытия на участке или участках поверхности изделия или изделий из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама, включающий нанесение диэлектрика на не покрываемые части изделия, формирование анодной оксидной пленки электрохимическим методом, удаление диэлектрика, отличающийся тем, что устанавливают зависимость плотности тока от величины напряжения, составляют график, рассчитанный и применимый к части изделия, при этом 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 UI, причем значение вторичного напряжения UII соответствует требуемому цвету Uт, значение первичного напряжения UI определяют вычитанием разницы ΔU из значения вторичного напряжения UI=UII-ΔU, при вторичном напряжении от 51В до 75В - вычитаемая разница равна 10 В, при вторичном напряжении от 76 В до 95 В - вычитаемая разница равна 20 В, при вторичном напряжении от 96 В до 120 В - вычитаемая разница равна 35 В, а плотность тока выбирают в соответствии с напряжением на графике, которое соответствует требуемому цвету.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве диэлектрика применяют лакокрасочные материалы или трафареты.