Способ многоцветного окрашивания изделий из алюминия и его сплавов

 

Изобретение относится к получению многоцветных окисных покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов и может быть использовано в приборостроении, машиностроении и других областях техники. Сущность изобретения: способ включает беспористое анодирование в кислом растворе при напряжении U=10 - 250 В до получения окисной пленки различной толщины в зависимости от требуемого цвета и напыление полуотражающей пленки посредством резистивного сплава. Положительный эффект - расширение цветовой гаммы окрашенной пленки вплоть до получения полной гаммы цветов, упрощение управляемости процесса при возможности окрашевания тонких беспористых пленок. 2 табл.

Изобретение относится к получению многоцветных окисных покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов и может быть использовано в приборостроении, машиностроении и других областях техники, где необходима декоративная отделка изделий из алюминия.

Известен способ многоцветного электролитического окрашивания алюминия и его сплавов [1] При этом способе на поверхности алюминия или сплава в процессе электролиза в соответствующем растворе формируют пористую анодную окисную пленку, которую на последующей стадии модифицируют погружением или анодным окислением в кислом растворе, формируют барьерный слой в процессе электролиза в растворе для электролитического окрашивания, содержащем сульфаты, ацетаты, тартраты или сульфаматы олова, никеля, кобальта, железа, меди, селена, серебра, золота, ванадия или марганца и добавки борной, винной, лимонной, сульфасалициловой или креолсульфокислоты или их аммонийных солей, способствующих образованию барьерного слоя, при напряжении постоянного тока положительной полярности так, чтобы период повышения напряжения составлял 2-30 с, а период приложения напряжения не превышал 10 с, и проводят электролитическое окрашивание в указанном растворе в условиях многократного наложения постоянного тока отрицательной полярности или переменного тока. В результате обработки на поверхности алюминия образуется пленка, имеющая желтый, желтовато-коричневый, красный, фиолетовый, синий, зеленый и черный цвета.

Особенностями этого способа многоцветного окрашивания изделий из алюминия являются сложность технологического процесса, использование дорогостоящих материалов, использование высокотоксичных и агрессивных материалов, требующих особой осторожности при работе с ними, отсутствие возможности управления процессом с целью получения определенного цвета, поскольку тональность окраски зависит от множества факторов технологического процесса.

Кроме того, этот способ предназначен для окрашивания пористых пленок, создаваемых на изделиях, толщина которых в несколько десятков раз превышает толщину окрашиваемой пленки.

Известен способ беспористого анодирования изделий из алюминия в растворе, содержащем борную кислоту или тартрат аммония при напряжении 45-50 В в течение 1,5-2,5 мин [2] Однако этот способ предназначен только для получения электроизоляционных окисных пленок без последующего их окрашивания. В настоящее время неизвестны способы окрашивания беспористых анодных пленок толщиной 0,1-0,2 мкм.

Наиболее близким по технической сущности является способ окрашивания изделий из алюминия и его сплавов [3] включающий беспористое анодирование в кислом растворе, пористое анодирование в кислом растворе и электрохимическое окрашивание пористой анодной пленки переменным током в растворах солей металлов. При этом способе перед анодированием поверхность изделий из алюминия или его сплавов обезжиривают в ацетоне, проводят щелочное травление в 5%-ном растворе едкого натрия при 50-60^оС в течение 1 мин и декапирование в 10%-ном растворе азотной кислоты при комнатной температуре в течение 5 мин, затем проводят электролитическое полирование в этанольном растворе, содержащем 1,5 М перхлорной кислоты (57,8%) при комнатной температуре и плотности тока 20 А/дм² в течение 3 мин.

Затем проводят беспористое анодирование в растворе, содержащем борную или винную или лимонную кислоты и/или их соли при 5-45^оС, напряжении 30-100 В в течение 1-10 мин. После этого проводят пористое анодирование в растворе, содержащем анионы шестивалентного хрома при 40-50^оС, напряжении 20-80 В в течение 20-90 мин. Затем ведут электрохимическое окрашивание пористой пленки в растворах солей меди, никеля, кобальта, олова, железа, серебра, кадмия, цинка, свинца или золота при 15-30^оС, плотности 0,3-1,0 А/дм², напряжении 8-50 В в течение 1-10 мин.

В данном способе за счет проведения беспористого анодирования обеспечивают сохранение первоначального блеска покрытия. Сохраняется до 60% от начального блеска поверхности изделия.

Окрашенной же является пористая пленка, полученная пористым анодированием и последующим электрохимическим окрашиванием.

Таким образом, данный способ окрашивания алюминия предназначен для окрашивания пористых пленок, создаваемых на изделиях, толщина которых в несколько десятков раз превышает толщину окрашиваемой пленки.

Недостатки этого способа окрашивания алюминия заключаются в следующем. Для реализации данного способа требуется наличие большого количества разнообразных дорогостоящих компонентов, а также наличия больших производственных площадей. Технологический процесс является сложным, дорогостоящим, трудоемким. Используются большие количества высокотоксичных и агрессивных материалов, требующих особой осторожности при работе. Отсутствует возможность управления процессом с целью получения определенного цвета. Получают блестящую, но узкую цветовую гамму окрашенной пленки.

Цель изобретения упрощение процесса окрашивания и расширение цветовой гаммы окрашенной пленки.

Цель достигается тем, что после беспористого анодирования проводят напыление резистивной пленки.

Известно напыление резистивной пленки, используемое в микроэлектронике в процессе создания микросхем. В пленочных интегральных микросхемах напыленные резистивные пленки используют в качестве пленочных пассивных элементов-резисторов.

Изобретение иллюстрируется примерами, представленными в табл.1.

Предложен способ многоцветного окрашивания изделий из алюминия и его сплавов, включающий беспористое анодирование в кислом растворе и последующее напыление резистивной пленки.

П р и м е р 1. Многоцветное окрашивание анодированного алюминия, напыленного на диэлектрическую подложку.

Исходными подложками служат плоские прямоугольные пластины диэлектрика, например, ситалловые (марка СТ-50-1-1-0,6), имеющие размеры 48х60 мм и толщину 0,6 мм.

На подложки методом термического напыления наносят пленки алюминия толщиной 0,8-1 мкм в вакуумной установке для нанесения тонких пленок УВН75П-1М. Режим процесса напыления пленок алюминия следующий. Температура отжига подложек перед напылением 350^оС. Остаточное давление в рабочей камере вакуумной установки при напылении 1,7˙10^-3 Па. Предельный вакуум 3,3˙10^-4 Па. Скорость напыления пленок алюминия ≥100 /с.

Затем на поверхности напыленной алюминиевой пленки электролитическим методом формируют плотный беспористый анодный окисел алюминия. Для этого подложки с напыленной пленкой алюминия помещают в качестве анода в электролитическую ванну.

Состав электролита: 3%-ный водный раствор винной кислоты. Вместо винной кислоты возможно использование другой слабой органической кислоты лимонной, борной, янтарной.

Катодом в ваннах анодирования является алюминий. Напряжение анодирования подается от источника питания постоянного тока Б5-50.

Толщина образующейся окисной пленки алюминия определяется приложенным напряжением анодирования (U_ф) по формуле d K ˙U_ф где d толщина окисной пленки; К коэффициент роста пленки, в данном случае равной 14 /В; U_ф напряжение анодирования.

Начальная плотность тока при анодировании равна 10 m А/см², рабочая температура электролита комнатная, время анодирования 2 мин.

Экспериментально установлена зависимость между величинами напряжения, толщиной окисной пленки и получаемым цветом пленки. Эта зависимость отражена в табл.1.

Так, требуется получить на одной подложке гамму цветов в следующем порядке: темно-коричневый, синий, желтый, оранжевый, красный, фиолетовый, зеленый.

Делят подложку на семь частей и подавая на каждую часть соответствующее напряжение анодирования формируют на каждой части такую толщину окисной пленки, которая соответствует требуемому цвету (см. табл.2).

Подложка, на которой сформирован анодный окисел, имеет серебристый цвет по всей площади.

После анодирования подложки промывают холодной дистиллированной или деионизированной водой и сушат при 100^оС.

После этого на беспористую окисную пленку напыляют тонкую резистивную пленку. В качестве тонкопленочных резистивных слоев используют наиболее распространенные сплавы РС:РС-3710, РС-1004, РС-1714, РС-1747, РС-3001, РС-4206, РС-4800.

В табл. 1 приводятся примеры с беспористой анодной пленкой, на которую напылена резистивная пленка РС-3710.

После напыления резистивной пленки РС-3710 структура на подложке приобретает четко и ярко выражернную определенную цветовую гамму в заданной последовательности.

Напыление резистивной пленки на подложки производят в установке УВН75П-1М. Контроль за процессом осуществляют по величине поверхностного сопротивления резистивной пленки R_s в процессе напыления по свидетелю. Величина R_s должна находиться в пределах 300 Ом/□ 2 KOм/□.

При R_s > 2 КОм/□ окраска окисной пленки становится менее яркой из-за недостаточной для проявления цвета толщины резистивной пленки. При R_s < 300 Ом/□ окраска тускнеет из-за избыточной для обеспечения проявления цвета толщины резистивной пленки. Оптимальным значением для проявления цвета окисной пленки является толщина резистивной пленки с R_s= 1 КОм/□.

Как видно из приведенных данных, предлагаемый способ обеспечивает возможность многоцветового окрашивания беспористых анодных пленок, получаемых на тонких (порядка 0,5 мкм) пленках алюминия. Предлагаемый способ окрашивания представляет собой простой технологический процесс, основными операциями которого являются беспористое анодирование в кислом растворе и последующее напыление резистивной пленки. Напыление резистивной пленки оебспечивает получение на беспористой окисной пленке широкой гаммы цветов вплоть до получения полной гаммы цветов и различных оттенков любого цвета.

Предлагаемый способ окрашивания применим при выполнении многоцветного рисунка на тонких пленках алюминия.

П р и м е р 2. Получение многоцветного окрашенного рисунка на беспористой окисной пленке на диэлектрической подложке с напыленной тонкой пленкой алюминия.

На ситалловые подложки напыляют алюминий толщиной 0,8-1 мкм в вакуумной установке для напыления тонких пленок УВН75П-1М.

Затем методом фотолитографии создабют рельеф рисунка. Для этого на пленку алюминия наносят пленку фоторезиста ФП-383 (или ФП-25) толщиной 1 мкм. Затем производят экспонирование через фотошаблон, и после травления в 5% -ном растворе соляной кислоты при 50-60^оС и снятие фоторезиста в горячем растворе диметилформамида с моноэталамином (1:1) получают требуемый рисунок.

Рисунок представляет собой изолированные друг от друга участки пленки алюминия, которые необходимо окрасить в различные цвета. Для этого проводят локальное анодирование, при котором на каждом участке пленки алюминия формируют соответствующую по толщине требуемому цвету беспористую окисную пленку. Затем на эту окисную пленку напыляют резистивную пленку РС-3710. После этой операции каждый участок окисла приобретает ярко выраженный заданный цвет.

Результаты экспериментов показали следующие преимущества предлагаемого способа многоцветного окрашивания изделий из алюминия по сравнению с известными: простота реализации технологического процесса из-за наличия небольшого количества операций, отсутствия необходимости использования сложных электролитов с большим количеством разнообразных дорогостоящих компонентов; повышение техники безопасности за счет исключения использования высокотоксичных и агрессивных материалов; расширение цветовой гаммы окрашенной окисной пленки алюминия вплоть до получения полной гаммы цветов; упрощение управляемости процесса окрашивания путем экспериментально установленной точной взаимосвязью между напряжением анодирования, толщиной окисной пленки и получением заданного цвета.

Существенным достоинством предлагаемого способа окрашивания является обеспечение возможности окрашивания тонких беспористых пленок. Предлагаемый способ позволяет также осуществлять многоцветное окрашивание массивных алюминиевых пластин, например, марок АМг-3, АМц, Д16.

Указанные выше преимущества позволят широко использовать изобретение в различных отраслях техники.

Формула изобретения

Способ многоцветного окрашивания изделия из алюминия и его сплавов, включающий беспористое анодирование в кислом растворе и напыление полуотражающей пленки, отличающийся тем, что беспористое анодирование осуществляют при напряжении U 10 250 В до получения окисной пленки различной толщины в зависимости от требуемого цвета, а в качестве полуотражающей пленки используют резистивный сплав.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2