Способ защиты стальных изделий от коррозии Советский патент 1993 года по МПК C23C10/46 

Способ защиты стальных изделий от коррозии относится к химико-термическим методам обработки стали, предназначается для увеличения коррозионной стойкости их поверхности и придания ей декоративного цвета в условиях эксплуатации на открытом воздухе (категория I по ГОСТ 15150-69) и может быть применен в машиностроении, строительстве зданий и сооружений, а также в художественно-декоративных ремеслах,

Известны различные способы антикоррозионной защиты стали и получения декоративного цвета для условий эксплуатации на открытом воздухе, содержащие операции подготовки поверхностей, нанесения защитного слоя и закрепления, К ним можно отнести гальванический способ нанесения покрытий из хрома, меди, никеля, и других коррозионно-стойких металлов, принятый за прототип. По этому способу подготовка поверхностей заключается в механической Зачистке обрабатываемой поверхности, затем в очистке ее от органических соединений и окислов (обезжиривание, травление, промывка и др.). Нанесение защитных слоев

производится электролитическим осаждением коррозионно-стойких металлов, а операция закрепления заключается в очистке поверхности от остатков процесса (промывка, сушка и т.д.),

Однако эти процессы дают малый спектр цветов (и являются дорогостоящими из-за применения редких и дорогостоящих металлов,

Известны также способы многослойной защиты поверхностей, по которым для получения декоративного цвета наносятся специальные слои, например лакокрасочный слой на предварительно нанесенные антикоррозионные слои

Но эти процессы дорогостоящие и вредные для человека и окружающей среды. Кроме того, наиболее распространенным элементом в природе является кремний, который значительно дешевле таких материалов как хром, никель и т.п. Кремний используется в нескольких методах обработки металлических поверхностей, например силицирования. плазменном и химическом осаждении из паровой фазы. При силицировании защищаемой поверхноел С

vj 00 ON

00 СЛ

сти происходит диффузия кремния, но при этом покрытие получается неравномерным и не имеет декоративного цвета. При известных процессах плазменного напыления и химического осаждения кремния из парога- зовой фазы наносится слой от 0,2 до 5 и более мкм. При этом слой кремния на металле получается пористым из-за различного коэффициента теплового расширения металла и слоя кремния, поэтому такой слой является непрочным и не имеет декоративного цвета. Таким образом, все известные способы покрытий не имеют широкого спектра декоративных цветов и для их получения требуют нанесения дополнительного слоя, что удорожает процесс,

Цель изобретения - получение широкого спектра декоративных цветов защитного слоя и удешевление процесса.

Указанная цель достигается способом защиты стальных изделий от коррозии, включающим подготовку поверхности, нанесений защитного слоя и последующую его обработку, отличающимся от известных способов тем, что после подготовки поверхности проводят плазменное азотирование во внешнем электрическом поле, в качестве защитного слоя наносят вакуумным осаждением слой поликристаллического кремния толщиной, необходимой для получения интерференцией заданного декоративного цвета, а в качестве последующей обработки проводят оксидирование в кислородсодержащей среде. Благодаря тому; что очищенная от органических соединений и окислов, стальная поверхность насыщается атомами азота, она освобождается ст атомов кислорода и пассивируется нитридным слоем исходного металла. В результате этого формируется поликристаллическая структура наносимой пленки. При этом наносимый слой кремния получается с одной стороны плотным и имеет высокую прочность, которая позволяет в.ыдержагь без разрушения возникающие напряжения в поверхностном слое из-за разности величин температурного расширения слоя кремния и металла, а с другой стороны получить тонкий равномерный слой поликристаллйче- ского кремния толщиной 0,05-0,15 мкм, позволяющий интерференцией получать Заданный декоративный цвет а, зависимости от толщины слоя. Благодаря высокому коэффициенту преломления (,7),близкому по величине к коэффициенту преломления алмаза, удается получить цветовую гамму со держащую около ста насыщенных декоративных цветов и оттенков полного цветового спектра. Необходимо отметить, что интенсивность декоративного окрашивания стальных поверхностей зависит от степени шероховатости поверхности. Пассиро- вание пленки оксидом кремния повышает химическую стойкость поликремниевой пленки.

Насыщение металлических поверхностей азотом известно как азотирование, которое используется для пассирования поверхности и повышения износостойко0 сти. Однако, в данном случае насыщение азотом защищаемой поверхности имеет и другое значение, а именно нагрев стальной поверхности до необходимой температуры за счет тепла, получаемого при превраще5 нии кинетической энергии ионов азота, разогнанных во внешнем электрическом поле, в тепловую. Процесс проводится в вакуумной печи. Очищенною механическим способом заготовки из стали обезжиривают в

0 трихлорэтилене или этиловом спирте. Помеле введения заготовок в печи устанавливается атмосфера дисоциированного азота давлением 50-1000 Па и путем ускорения ионов азота во внешнем электрическом поле про5 исходит нагрев заготовок до 550-600° С и одновременно плазменное азотирование поверхности. При этом происходит дополнительная очистка поверхности от органических и иных загрязнений, вытеснение.

0 азотом (удаление) кислорода с поверхности и одновременно образуется нитридный слой. Далее в вакуумную печь вводится мо- носилан (SIH4) с парциальным давлением 30-130 Па при отключенном внешнем элек5 трическом поле. При этом на поверхности заготовок осаждается поликристаллический кремний толщиной 0,05-0,15 мкм в зависимости от требуемого декоративного цвета, который регулируется временем осаждения и

0 парциальным давлением реакционного газа (моносилана).

По окончании осаждения и вакуумиро- вания печи проводится пассивирование поверхности поликристаллического кремния

5 путем ввода в печь кислорода до атмосферного давления и поддержания кислородсодержащей среды до охлаждения заготовок. После охлаждения заготовок производится их удаление из вакуумной печи.

0 Благодаря описанному способу удается получить тонкий и прочный слой на поверхности металлов, который в зависимости от толщины придает изделию не только защитные свойства, но и декоративный цвет. Та5 ким образом необходимость нанесения дополнительного декоративного слоя отпадает, чем и достигается цель изобретения. Формула изобретения Способ защиты стальных изделий от коррозии, включающий подготовку поверх51786185 6

ности, нанесение защитного слоя и после-щитного слоя наносят вакуумный осажденидующую его обработку, отличающий-ем слой поликристаллического кремния толс я тем, что, с целью получения широкого щиной. необходимой для получения

спектра декоративных цветов и удешевле-интерференцией заданного декоративного

ния процесса, после подготовки поверхно-5 цвета, а в качестве последующей обработки

сти проводят плазменное азотирование вопроводят оксидирование в кислородсодервнешнем электрическом поле, в качестве за-жащей среде.

Сущность изобретения: стальное изделие после подготовки поверхности подвергают плазменному азотированию во внешнем электрическом поле, после чего вакуумным осаждением наносят слой поликристаллического кремния толщиной, необходимой для получения интерференцией заданного декоративного цвета, а затем проводят оксидирование в кислородсодержащей среде.