Способ обработки стали перед эмалированием

Изобретение относится к области эмалирования стали, а именно к технологии обработки поверхности стальных изделий перед нанесением безгрунтовых эмалей, и может быть использовано при производстве стальных эмалированных изделий различного назначения и разнообразной конфигурации. Способ включает электрохимическое нанесение никелевой пленки. Дополнительно электрохимически наносят слой медной пленки. Изобретение позволяет создать способ обработки поверхности стали перед нанесением однослойной эмали, который позволит избежать недостаточной степени чистоты осажденого металла, трудоемкой подготовки металла, большого расхода реактивов, невысоких механических свойств покрытия, хрупкости покрытия, недостаточной прочности сцепления эмали со сталью.

 

Изобретение относится к области эмалирования стали, а именно к способу обработки поверхности стальных изделий перед нанесением безгрунтовых эмалей, и может быть использовано при производстве стальных эмалированных изделий различного назначения и разнообразной конфигурации.

Известны способы обработки стали перед безгрунтовым эмалированием - никелирование (Эмалирование металлических изделий / Под ред. В.В.Варгина. Л.: “Машиностроение”, 1972, 496 с.). Слой металлического никеля толщиной 0,2-0,5 мкм осаждается непосредственно на сталь перед эмалированием, но этот способ недостаточно повышает прочность сцепления эмали со сталью, покрытия хрупкие, и существуют небольшие количества "булавочных колов".

Известен способ химического осаждения никеля на поверхность стали (Кельман Е.Я., Темкина Б.Я. Химическое никелирование. - М.: ЦБТИ, 1960. - С.10, табл.3, состав 2). Состав раствора, г/л: хлористый никель 14-20, уксуснокислый натрий (рН=3,7-5,5) 5,0-11,0, гипофосфит кальция 8,0-10,0. Температура раствора 85-90° С, рН=4-5, скорость образования покрытия 8-10 мк/ч.

К недостаткам данного изобретения относятся: невозможность точно регулировать толщину и время нанесения никелевой пленки, недостаточная степень чистоты осажденного металла, большой расход реактивов, трудоемкая подготовка металла, невысокие механические свойства покрытия, хрупкость покрытия, недостаточно высокая прочность сцепления эмали с металлом и присутствие на поверхности эмалированных изделий дефектов ("булавочные уколы").

Наиболее близким к заявленному способу обработки стали перед эмалированием является способ электролитического осаждения никеля на поверхность стали (Ямпольский А.М. Меднение и никелирование. - Л.: Машиностроение, 1971. - С.76). Состав электролита, г/л: NiSO₄·7H₂O 200-300, Н₃ВО₃ 25-30, NaF 4-6, NaCl 3-15, дисульфонафталиновая кислота 2-4, формалин 1-1,5. Рабочая температура 20-30° С, величина рН 5,8-6,3, плотность тока 1-2 А/дм², выход по току 95-96%.

Однако к недостаткам данного изобретения можно отнести хрупкость никелевых пленки и отсутствие выравнивающего эффекта, а также наличие небольшого количества "булавочных колов" и значение прочности сцепления эмалевого покрытия 2-3 балла (ГОСТ 24405-80).

Задачей данного изобретения является создание такого способа обработки поверхности стали перед нанесением однослойной эмали, который позволил бы избежать такие недостатки, как недостаточная степень чистоты осажденного металла, большой расход реактивов, трудоемкая подготовка металла, невысокие механические свойства покрытия, хрупкость покрытия, недостаточно высокая прочность сцепления эмали с металлом и т.д.

Поставленная задача решается тем, что на слой электрохимически нанесенной никелевой пленки (0,3 мкм) таким же способом наносится слой меди (0,2 мкм). Меднение поверхности стали перед эмалированием является принципиально новым способом, ранее не встречающемся в литературных источниках. Осаждение на слой никеля слоя меди позволяет значительно повысить прочность сцепления эмали с металлом до 5 баллов (ГОСТ 24405 -80) и избежать дефектов.

Растворы электролитов для меднения и никелирования составляли из реактивов марок: Ч, ХЧ, ЧДА. Раствор никелевого электролита имеет следующий химический состав, г/л:

NiCl₂·6H₂O 250-300,

NiSO₄·7H₂O 6-10,

Н₃ВО₃ 25-35,

остальное вода.

Температура

электролита 20-22° С,

рН 0,5-1,5,

выход по току 96%.

Для приготовления никелевого электролита все компоненты растворяли в воде при температуре 40-60° С и доводили до рН=0,5-1 и далее охлаждали раствор до температуры 20-22° С.

Электролит меднения имеет следующий химический состав, г/л:

CuSO₄·5H₂O 210-245,

H₂SO₄ 50-60,

С₂Н₅OН 3-6,

Температура

электролита 18-22° С,

рН 3-4,

выход по току 100%.

Электролит меднения готовили следующим образом: растворяли медный купорос в воде при температуре 40-60° С и медленно вливали серную кислоту и этиловый спирт, после чего охлаждали электролит до температуры 18-22° С.

Стальные образцы (08 кп) перед электролитическим нанесением предварительно подвергались следующей обработке: обезжиривание (обработка поверхности стали венской известью), промывка в проточной воде, промывка в дистиллированной воде, травление в растворе соляной кислоты (НСl:Н₂О=1:1) в течение 3-5 мин, промывка в проточной воде, промывка в дистиллированной воде. Подготовленные таким образом образцы помещали в раствор никелевого электролита. Плотность тока 1,0 А/дм², напряжение 180-220 В, размер образцов 60× 60 мм, толщина пленки 0,2-0,4 мкм, время нанесения - 17 мин. Далее образец промывали в дистиллированной воде и помещали в раствор электролита меднения. Его параметры: плотность тока 1,5 А/дм², напряжение 180-220 В, размер образцов 60× 60 мм, толщина пленки 0,1-0,3 мкм, время нанесения - 3 мин. Перед погружением образцов в ванну включали ток, после опускали образцы и покачивали, чтобы в углубленных участках не оставалось пузырьков воздуха. Далее образцы снова промывали в дистиллированной воде, просушивали и наносили эмалевое однослойное покрытие методом облива. Дальнейшим шагом была сушка образцов в сушильном шкафу при температуре 100-150° С и обжиг при температуре 750° С в течение 3 мин.

Пример 1.

Для получения никелевого электролита использовали следующий состав, г/л:

NiCl₂·6H₂O 250;

NiSO₄·7Н₂O 6;

Н₃ВО₃ 25;

вода остальное;

температура электролита 20° С;

рН 0,5 толщина покрытия 0,2.

Раствор готовили при помощи растворения реактивов в воде при температуре 40-60° С и постоянном перемешивании до полного растворения, а затем охлаждали до температуры 20° С.

Образцы стали, типа 0,8 кп, обезжиривали венской известью, промывали проточной водой, затем дистиллированной и травили в растворе соляной кислоты (1:1). Далее снова промывали в проточной и дистиллированной воде и подвешивали в гальванической ванне. Режимы электролиза: плотность тока 1,0 А/дм², температура 20° С, рН раствора 0,5, время осаждения 17 минут. После окончания нанесения покрытия образцы промывали в холодной дистиллированной воде от остатков электролита и высушивали фильтровальной бумагой.

Затем наносили медное покрытие из электролита меднения состава, г/л:

(CuSO₄·5H₂O 210;

(H₂SO₄) 50;

(С₂Н₅OН) 3;

температура электролита 18° С;

рН раствора 3;

толщина покрытия 0,3.

Электролит меднения готовили следующим образом: растворяли медный купорос в воде при температуре 40-60° С и медленно вливали серную кислоту и этиловый спирт, после чего охлаждали электролит до температуры 18° С. Перед погружением образцов в ванну включали ток, после опускали образцы и покачивали, чтобы в углубленных участках не оставалось пузырьков воздуха. Время нанесения покрытия 3 минуты, плотность тока 1,5 А/дм².

Далее образцы снова промывали в дистиллированной воде, просушивали и наносили эмалевое однослойное покрытие методом облива. Дальнейшим шагом была сушка образцов в сушильном шкафу при температуре 100-150° С и обжиг при температуре 750° С в течение 3 мин.

При использовании такого метода обработки поверхности стали и ее дальнейшего эмалирования при данных режимах однослойные стеклоэмалевые покрытия получались не такие хрупкие, как при одном никелировании, механические свойства повысились, но качество покрытия удовлетворительное, с незначительными дефектами и недостаточно высокой прочностью сцепления 4 - балла (ГОСТ 24405-80).

Пример 2.

Для получения никелевого электролита использовали следующий состав, г/л:

NiCl₂·6H₂O 275;

NiSO₄·7Н₂O 8;

Н₃ВО₃ 30;

вода остальное;

температура электролита 21° С;

рН 1,0;

толщина покрытия 0,3.

Растворы готовили при помощи растворения реактивов в воде при температуре 40-60° С и постоянном перемешивании до полного растворения, а затем охлаждали до температуры 21° С.

Образцы стали, типа 0,8 кп, обезжиривали венской известью, промывали проточной водой, затем дистиллированной и травили в растворе соляной кислоты (1:1). Далее снова промывали в проточной и дистиллированной воде и подвешивали в гальванической ванне. Режимы электролиза: плотность тока 1,0 А/дм², температура 21° С, рН раствора 1,0, время осаждения 17 минут. После окончания нанесения покрытия образцы промывали в холодной дистиллированной воде от остатков электролита и высушивали фильтровальной бумагой.

Затем наносили медное покрытие из электролита меднения состава, г/л:

CuSO₄·5Н₂0 225;

H₂SO₄ 55;

С₂Н₅ОН 4,5;

температура электролита 20° С;

рН раствора 3,5;

толщина покрытия 0,2.

Электролит меднения готовили следующим образом: растворяли медный купорос в воде при температуре 40-60° С и медленно вливали серную кислоту и этиловый спирт, после чего охлаждали электролит до температуры 20° С. Перед погружением образцов в ванну включали ток, после опускали образцы и покачивали, чтобы в углубленных участках не оставалось пузырьков воздуха. Время нанесения покрытия 3 минуты, плотность тока 1,5 А/дм².

Далее образцы снова промывали в дистиллированной воде, просушивали и наносили эмалевое однослойное покрытие методом облива. Дальнейшим шагом была сушка образцов в сушильном шкафу при температуре 100-150° С и обжиг при температуре 750° С в течение 3 мин.

Полученные образцы, в отличие от примера, описанного выше, имеют ряд преимуществ: высокая прочность сцепления - 5 баллов (ГОСТ 24405-80), отсутствие хрупкости, прогаров и дефектов покрытия, присутствие выравнивающего эффекта.

Пример 3.

Для получения никелевого электролита использовали следующий состав, г/л:

NiCl₂·6H₂O 300;

NiSO₄·7H₂O 10;

Н₃ВО₃ 35;

вода остальное;

температура электролита 22° С;

рН 1,5;

толщина покрытия 0,4.

Растворы готовили при помощи растворения реактивов в воде при температуре 40-60° С и постоянном перемешивании до полного растворения, а затем охлаждали до температуры 22° С.

Образцы стали, типа 0,8 кп, обезжиривали венской известью, промывали проточной водой, затем дистиллированной и травили в растворе соляной кислоты (1:1). Далее снова промывали в проточной и дистиллированной воде и подвешивали в гальванической ванне. Режимы электролиза: плотность тока 1,0 А/дм², температура 22° С, рН раствора 1,5, время осаждения 17 минут. После окончания нанесения покрытия образцы промывали в холодной дистиллированной воде от остатков электролита и высушивали фильтровальной бумагой.

Затем наносили медное покрытие из электролита меднения состава, г/л:

CuSO₄·5Н₂O 245;

H₂SO₄ 60;

С₂Н₅OН 6;

температура электролита 22° С;

рН раствора 4;

толщина покрытия 0,1.

Электролит меднения готовили следующим образом: растворяли медный купорос в воде при температуре 40-60° С и медленно вливали серную кислоту и этиловый спирт, после чего охлаждали электролит до температуры 22° С. Перед погружением образцов в ванну включали ток, после опускали образцы и покачивали, чтобы в углубленных участках не оставалось пузырьков воздуха. Время нанесения покрытия 3 минуты, плотность тока 1,5 А/дм².

Далее образцы снова промывали в дистиллированной воде, просушивали и наносили эмалевое однослойное покрытие методом облива. Дальнейшим шагом была сушка образцов в сушильном шкафу при температуре 100-150° С и обжиг при температуре 750° С в течение 3 мин.

Более высокая степень чистоты осажденного металла, выше механические свойства, чем у покрытия с одним осажденным никелем, но у покрытия присутствуют также различные виды дефектов: прогары, прочность сцепления низкая - 3 балла (ГОСТ 24405-80).

Способ обработки стали перед эмалированием, включающий электрохимическое нанесение никелевой пленки, отличающийся тем, что дополнительно электрохимически наносят слой медной пленки.