Способ градиентного окрашивания полной поверхности изделия из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама или ее части Российский патент 2024 года по МПК C25D11/02 

Изобретение относится к области электрохимии, а именно к электрохимическому получению градиентной анодной оксидной пленки на полной поверхности изделия из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама или её части путем нанесения сначала предварительной однотонной анодной оксидной пленки, а затем нанесения градиентной анодной оксидной пленки методом плавного окунания изделия в электролит с одновременным понижением значения напряжения.

Предложенный способ может использоваться для декоративного покрытия полной поверхности изделия из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама или ее части в градиенты разных цветов. Для данного способа возможно создание только тех переходов цвета, которые сменяют друг друга из-за последовательного повышения (понижения) напряжения (таблица 1). Исходя из этого невозможно создать градиент с пропуском цвета, следовательно, палитра градиентов для данного способа ограничена.

Таблица 1 - Порядок смены цветов при последовательном повышении напряжения, при концентрации электролита дающего максимальную насыщенность цвета

Номер следования цвета при последовательном повышении напряжения Цвет Напряжение, соответствующее цвету 1 2 3 1 Желтый (теплый) 7В 2 Коричневый 12В 3 Бордовый 15В 4 Фиолетовый 19В 5 Синий (холодный) 25В 6 Голубой 30В

Продолжение таблицы 1

1 2 3 7 Светло-голубой 40В 8 Светло-желтый (холодный) 50В 9 Желтый (холодный) 55В 10 Оранжевый 60В 11 Малиновый 70В 12 Синий (теплый) 85В 13 Зеленый 95В

Область применения обширна: окрашивание корпусов транспортных средств, часов, телефонов; ювелирных изделий и бижутерии; элементов интерьера и экстерьера; имплантов и многое другое.

Известен способ получения цветного изображения на металлических поверхностях [RU 2357844 С2 Способ получения цветного изображения на металлических поверхностях, Михаил Григорьевич Афонькин, Владимир Борисович Звягин, Екатерина Владимировна Ларионова, Евгений Иванович Прияхин, 2009.06.10], за счет образования наноструктур в виде оксидных пленок, образующихся в результате локального нагрева источником тепла импульсного действия (например, лазерного излучения, плазменного, электроконтактного или иного вида нагрева). Изобретение позволяет наносить цветное изображение на любые металлические поверхности без предварительной их обработки и без предварительного построения градуировочных кривых. Недостатками данного метода являются сложные предварительные математические расчёты, дороговизна, переходы цвета возможны, но не учитывается их плавность, насыщенность, возможное усиление дефектов при нанесении градиентов нескольких цветов.

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 двуцветного узора. [А.з. Японии N 62-60480, опубл. 16.12.87 г.] Достоинства данного метода в том, что он позволяет наносить пленки на всю поверхность и на ее часть, метод достаточно экономичен относительно методов локального нагрева, к тому же не требует предварительных расчетов или построения градуировочных кривых. Недостаток данного метода в том, что наносимые пленки только однотонные, не учитывается градиентное нанесение, которое требует особой методики.

В обоих способах не учитываются особенности нанесения градиентных пленок, либо градиентные пленки не предполагаются вовсе. Электрохимический метод обладает рядом достоинств: относительной дешевизной и технологической простотой (не требуются предварительные расчеты и построение градуировочных кривых); возможностью реализации как на производстве, так и самостоятельно в кустарных условиях при соблюдении техники безопасности; возможностью изменять яркость цветов в зависимости от концентрации электролита, изменять плавность градиента в зависимости от выдержки каждого цвета, избегать нежелательных дефектов (полос, почернения, несоответствия цвету).

Раскрытие изобретения

В данном изобретении применяемым терминам придаются следующие значения:

погружной метод - метод анодирования, предполагающий погружение изделия, прикрепленного к аноду, в ванну с электролитом и катодом с последующим анодированием, при этом катод и анод в ванне не должны соприкасаться;

метод плавного окунания с одновременным понижением значения напряжения - вид погружного метода, при котором, изделие так же прикрепляется к аноду, но в процессе анодирования плавно окунается с параллельным уменьшением значения напряжения;

предварительная оксидная пленка - оксидная пленка, обладающая цветом, который создается при самом низком напряжении в создаваемом градиенте;

(U_min) - напряжение, которое соответствует цвету градиента, создаваемому на самом низком значении;

(U_max) - напряжение, которое соответствует цвету градиента, создаваемому на самом высоком значении.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа нанесения градиентных оксидных пленок методом анодирования на всю поверхность изделия из сплавов тантала, титана, циркония, ниобия, гафния, вольфрама или ее часть с высоким качеством поверхности (отсутствие таких дефектов как несоответствие цвету, почернение, полосы, неравномерность перехода цвета) и плавным переходом цветов градиента.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в получении интерференционной градиентной пленки, отличающейся высоким качеством за счет устранения дефектов, вызванных неравномерным распределением плотности тока (j), слишком высоким или низким его значением, перегревом анода и электролита (с повышением значения напряжения), резким погружением анода в электролит.

Поставленная задача решается с помощью: нанесения предварительной оксидной пленки при напряжении, соответствующего цвету градиента, наносимого при самом низком значении напряжения (U_min) с целью минимизации таких дефектов как подтек цвета, полосы, почернения; последующего нанесения градиентного слоя методом плавного окунания в электролит с одновременным понижением значения напряжения с целью достижения плавности переходов цветов; экспериментально выявленных значениях плотностей тока, которые отражены в графике 1-2, что позволяет избежать несоответствие желаемому цвету.

Создание градиентного покрытия производиться последовательно в ходе следующих операций:

1. Изделие необходимо обезжирить.

2. При необходимости (покрытие части поверхности изделия), на участки, не участвующие в анодировании, нанести диэлектрик для того, чтобы защитить поверхность от покрытия оксидной пленкой

3. Погружным методом в потенциалостатическом режиме нанести предварительную оксидную пленку, создаваемую на самом низком значении напряжения градиента (U_min), а также плотности тока, выбираемой по графику 1 (фигура 1) относительно подаваемого напряжения (U_min), и выдерживать до падения плотности тока до 0,1 А/дм².

4. Градиентную пленку нанести методом плавного окунания с одновременным понижением значения напряжения (от самого высокого (U_max) к самому низкому значению в градиенте (U_min)) и плотностью тока (j), которая выбирается по графику 2 (фигура 2), относительно напряжения, соответствующего цвету, создаваемому на самом высоком напряжении в градиенте (U_max). Сначала необходимо погрузить и анодировать участок, который должен быть покрыт цветом, соответствующим самому высокому напряжению (U_max). Дальнейшее окунание и смена напряжения должны происходить при падении плотности тока до 0,2-0,3 А/дм². Плавное анодирование обеспечивается за счет цветового подтека на границе воздух-электролит в сторону клеммы. Данный эффект будет наблюдаться у всех цветов кроме последнего, напряжение которого равно нанесенной предварительной оксидной пленке.

5. При необходимости (покрытие части поверхности изделия) удалить ранее нанесенный диэлектрик.

Данный метод хорошо подходит для создания градиентов на значениях напряжения не выше 51В, поскольку в этом диапазоне и данным способом цвета получаются яркие, переходы плавные и без дефектов. Если в градиенте, создаваемом при напряжении больше 51В, 2-3 перехода цвета - дефекты не наблюдаются, но при большем количестве переходов частота дефектов становится выше. При плавном вынимании и повышении значения напряжения до 51В наблюдается серость цветов, а также для всех напряжений иногда наблюдается пропуск цвета или его дефект.

Изобретение относится к области электрохимии. Способ включает создание графиков 1, 2 зависимости экспериментально выявленных значений плотности тока от напряжения для формирования предварительной оксидной пленки и градиентного покрытия, обезжиривание изделия, формирование предварительной однотонной оксидной пленки анодированием в потенциостатическом режиме цветом, соответствующим минимальному напряжению U_min, используемому для создания градиента цвета, а также плотности тока, выбираемой по графику 1 относительно подаваемого напряжения U_min, а затем выдерживают до падения плотности тока до 0,1 А/дм², градиентное покрытие формируют плавным окунанием в электролит с одновременным понижением значения напряжения от самого высокого U_maх до самого низкого значения в градиенте U_min при плотности тока, выбранной по графику 2 относительно напряжения, соответствующего цвету, создаваемому на самом высоком напряжении в градиенте U_maх, при этом необходимо сначала погрузить и анодировать участок изделия, который должен быть покрыт цветом, соответствующим самому высокому напряжению в градиенте U_maх, а дальнейшее окунание и смена напряжения происходят при падении плотности тока до 0,2-0,3 А/дм². Технический результат - получение интерференционной градиентной пленки, отличающейся высоким качеством за счет устранения дефектов, вызванных неравномерным распределением плотности тока (j), слишком высоким или низким его значением, перегревом анода и электролита с повышением значения напряжения, резким погружением анода в электролит. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ получения декоративного градиентного покрытия на полной поверхности или части изделия из сплавов титана, тантала, циркония, ниобия, гафния, вольфрама, включающий создание графиков 1, 2 зависимости экспериментально выявленных значений плотности тока от напряжения для формирования предварительной оксидной пленки и градиентного покрытия, обезжиривание изделия, формирование предварительной однотонной оксидной пленки анодированием в потенциостатическом режиме цветом, соответствующим минимальному напряжению U_min, используемому для создания градиента цвета, а также плотности тока, выбираемой по графику 1 относительно подаваемого напряжения U_min, а затем выдерживают до падения плотности тока до 0,1 А/дм², градиентное покрытие формируют плавным окунанием в электролит с одновременным понижением значения напряжения от самого высокого U_maх до самого низкого значения в градиенте U_min при плотности тока, выбранной по графику 2 относительно напряжения, соответствующего цвету, создаваемому на самом высоком напряжении в градиенте U_maх, при этом необходимо сначала погрузить и анодировать участок изделия, который должен быть покрыт цветом, соответствующим самому высокому напряжению в градиенте U_maх, а дальнейшее окунание и смена напряжения происходят при падении плотности тока до 0,2-0,3 А/дм².

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что для покрытия части изделия используют диэлектрик, который перед анодированием наносят на необрабатываемые участки, а после анодирования диэлектрик удаляют.