Способ электрохимического чернения стали


 


Владельцы патента RU 2559610:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" (RU)

Изобретение относится к области нанесения защитно-декоративных покрытий и может быть использовано для декорирования и защиты от коррозии стальных деталей и изделий, в частности покрытие может быть использовано для декоративной отделки художественных изделий полученных методами ковки, чеканки, литья. Способ позволяет осуществлять чернение как в стационарных ваннах, так и методом электронатирания. Для электроосаждения таких покрытий предлагается электролит, содержащий следующие компоненты, г/л: хлористый натрий 250-300, сахар 100-200, синтанол ДС-10 1-3. Электроосаждение черного покрытия осуществляют, используя переменный электрический ток. Плотность тока в стационарной гальванической ванне 0,6-1,0 А/см2, а при использовании метода электронатирания 3-6 А/см2. Для электронатирания используют электрод-инструмент из хромированной стали с кримпленовой тканью и с полостью для электролита. Технический результат: увеличение скорости обработки, повышение производительности оборудования, увеличение коррозионной стойкости стали, возможность обработки изделий и деталей различных размеров при использовании экологически чистых веществ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр.

 

Изобретение относится к области нанесения защитно-декоративных покрытий и может быть использовано для декорирования и защиты от коррозии стальных деталей и изделий за счет окрашивания поверхности в черный цвет. Покрытие может быть использовано для декоративной отделки художественных изделий, полученных методами: ковки, чеканки, литья и другими. При этом чернение может осуществляться локально или по всей поверхности изделия.

Известен способ химического оксидирования стали, приводящий к окрашиванию поверхности стали в основном в черный цвет. Для достижения этой цели используются горячие растворы на основе едкого натрия (Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галль И.Е. и др. Гальванотехника. Справочник. М.: Металлургия, 1987, с. 485). Однако едкий натрий является токсичным веществом, а в предлагаемом способе используются только экологически чистые вещества. Кроме этого в известном способе используются растворы, содержащие едкий натрий, нитрат натрия и нитрит натрия при температуре от 125 до 155°С, а в предлагаемом способе раствор применяют при комнатной температуре. В предлагаемом способе сокращается время обработки по сравнению с известным способом. В известном способе время обработки составляет 15-90 минут, в предлагаемом способе - 0,5-1,5 минуты.

Известен способ электрохимического катодного окрашивания меди и медных сплавов в электролите, содержащем сульфат меди, сахар, едкий натрий (Ажогин Φ.Ф., Беленький Μ.Α., Галль И.Е. и др. Гальванотехника. Справочник. М.: Металлургия, 1987, с. 459). В данном способе, так же как и в предлагаемом способе, обработка выполняется в электролите, содержащем сахар. Однако этот известный способ позволяет выполнять окрашивание только меди и сплавов меди, но не может применяться для окрашивания стали. Кроме этого в известном способе используется едкий натрий, который является токсичным веществом, а в предлагаемом способе используются только экологически чистые вещества. Также следует отметить, что скорость обработки предлагаемым способом выше, чем известным способом. При этом если в известном способе обработка осуществляется только на одном электроде - на катоде, то в предлагаемом способе при использовании переменного тока чернение идет на обоих электродах, что повышает производительность используемого оборудования.

Известен способ электрохимического окрашивания под действием электрического тока переменной полярности в начале в серной или щавелевой кислоте, а затем в сульфосалициловой кислоте (см. RU №2467096, C25D 11/22, 20.11.2012). В данном способе, так же как и в предлагаемом способе, обработка выполняется с применением переменного тока. Однако в этом известном способе используется токсичное вещество - серная кислота, кроме этого известный способ менее технологичен, так как в нем используется обработка в двух электролитах. Известный способ позволяет выполнять окрашивание только алюминия, но не может применяться для окрашивания железа и сплавов на их основе.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого в изобретении электрохимического способа чернения является способ электрохимического оксидирования стали, приводящий к окрашиванию стали в основном в черный цвет (см. Дасоян М.А., Пальмская И.Я., Сахарова Е.В. Технология электрохимических покрытий. Л.: Машиностроение, 1989. 305 с.). Авторы предлагают использовать горячие растворы едкого натрия или хромовый ангидрид и борфтористоводородную кислоту. Однако едкий натрий, хромовый ангидрид и борфтористоводородная кислота - это токсичные вещества, а в предлагаемом способе используются только экологически чистые вещества. Предлагаемый способ позволяет сократить время обработки в 10-20 раз по сравнению с прототипом. Кроме этого в предлагаемом способе используется не постоянный ток, а получаемый на более дешевом оборудовании переменный ток. При этом если в известном способе обработка осуществляется только на одном электроде - на аноде, то в предлагаемом способе при использовании переменного тока чернение идет на обоих электродах, что почти в два раза повышает производительность используемого оборудования (гальванических ванн).

Задача изобретения - повысить производительность оборудования, увеличить скорость обработки, используя при этом экологически чистые вещества.

Также задачей изобретения является разработка способа, позволяющего обрабатывать изделия и детали различных размеров, в том числе и крупногабаритные, при этом не только окрасить их в черный цвет, но и повысить коррозионную стойкость обработанной стали.

Поставленная задача достигается тем, что в способе электрохимического чернения стали, включающем электрохимическую обработку в электролите, содержащем сахар, в состав этого электролита дополнительно вводят хлористый натрий и синтанол ДС-10 при следующем соотношении компонентов, г/л:

Хлористый натрий 250-300
Сахар 100-200
Синтанол ДС-10 1-3

в стационарной ванне поддерживают плотность переменного тока 0,6-1,0 А/см2.

Предложен способ электрохимического чернения, позволяющий получать на поверхности стали темные, в основном черные защитно-декоративные покрытия электролизом, как в стационарных ваннах, так и методом электронатирания. Для электроосаждения таких покрытий предлагается электролит, содержащий следующие компоненты в г/л:

Хлористый натрий 250-300
Сахар 100-200
Синтанол ДС-10 1-3

а электронатирание осуществляют электрод-инструментом, содержащим электрод из хромированной стали с кримпленовой тканью и с полостью для электролита, используя плотность переменного тока 3,0-6,0 А/см2.

В этом растворе хлористый натрий (марки хч ГОСТ 4233-77) является электропроводной добавкой, введение в электролит сахара (первой категории ГОСТ Р53396-2009) приводит к образованию черного покрытия, поверхностно-активное вещество синтанол ДС-10 (ТУ У 24.1-32257423-108-2004) способствует смачиванию электролитом обрабатываемых поверхностей.

Электроосаждение черного покрытия осуществляют, используя переменный электрический ток. Плотность тока в стационарной гальванической ванне 0,6-1,0 А/см2, а при использовании метода электронатирания поддерживают 3-6 А/см2. Для электронатирания используют электрод-инструмент. На фиг. 1 изображен электрод-инструмент для чернения методом электронатирания, где:

- кримпленовая ткань,

- токопроводящая часть электрода-инструмента, изготовленная из хромированной стали,

- диэлектрическая рукоятка электрода-инструмента, изготовленная из пластмассы,

- токоподвод - клемма,

- полость для электролита,

- нить для закрепления кримпленовой ткани.

Электрод-инструмент состоит из электропроводной части, изготовленной из хромированной стали, обмотанной кримпленовой тканью, и диэлектрической части, состоящей из пластмассы. Кримпленовая ткань изолирует электрод-инструмент от изделия, кроме этого впитывает и удерживает электролит, т.е. выполняет функцию ванны.

Предлагаемое изобретение позволяет получить следующий технический результат: увеличить скорость обработки, повысить производительность оборудования, увеличить коррозионную стойкость стали, дает возможность обрабатывать изделия и детали различных размеров, в том числе и крупногабаритных, при этом использовать экологически чистые вещества.

Пример 1 конкретного нанесения предлагаемого покрытия на образец из стали Ст3кп. Образец перед нанесением покрытия шлифовали, полировали, обезжиривали венской известью, декапировали в 10% растворе серной кислоты, промывали водопроводной и дистиллированной водой. Предлагаемое покрытие наносили в стационарной ванне, используя электролит с минимальной концентрацией компонентов следующего состава в г/л:

Хлористый натрий 250
Сахар 100
Синтанол ДС-10 1

При этом использовали плотность переменного тока 0,6 А/см2. Время обработки 30 секунд. Покрытие получилось ровным, гладким, полублестящим. Цвет покрытия темно-серый. Время появления первых очагов коррозии в 12% водном растворе морской соли увеличилось в 3 раза по сравнению со стальными образцами из стали Ст3кп без покрытия. Если первые очаги коррозии на стальном образце без покрытия появились через 3 часа, то на стальных образцах с покрытием первые очаги коррозии появились почти через 9 часов.

Пример 2

Образец из стали Ст3кп готовили так же, как и в примере 1. Предлагаемое покрытие наносили в стационарной ванне, используя электролит с максимальной концентрацией компонентов следующего состава в г/л:

Хлористый натрий 300
Сахар 200
Синтанол ДС-10 3

При этом использовали плотность переменного тока 1,0 А/см2. Время обработки 90 секунд. Покрытие ровное, матовое, насыщенного радикально-черного цвета. Время появления первых очагов коррозии в 12% водном растворе морской соли увеличилось в 8 раз по сравнению со стальными образцами из стали Ст3кп без покрытия.

Пример 3

Образец из стали Ст3кп готовили так же, как и в примере 1. Предлагаемое покрытие наносили методом электронатирания, используя электролит с минимальной концентрацией компонентов следующего состава в г/л:

Хлористый натрий 250
Сахар 100
Синтанол ДС-10 1

Для чернения методом электронатирания использовали электрод-инструмент с площадью 1 см2, площадь детали 2,7 см2. Применяли плотность переменного тока 3 А/см2. Скорость движения электрода-инструмента поддерживали в диапазоне 7-9 м/мин. Наносили покрытие круговыми движениями, так как при этом происходит лучшее перемешивание электролита, кроме того, при поступательном движении на краях происходит секундная фиксация, что увеличивает возможность образования пригара. Общее время обработки 30 секунд. Покрытие получилось ровным, гладким, полублестящим. Цвет покрытия темно-серый. Время появления первых очагов коррозии в 12% водном растворе морской соли увеличилось в 2,7 раза по сравнению со стальными образцами из стали Ст3кп без покрытия.

Пример 4

Образец из стали Ст3кп готовили так же, как и в примере 1. Предлагаемое покрытие наносили методом электронатирания, используя электролит с максимальной концентрацией компонентов следующего состава в г/л:

Хлористый натрий 300
Сахар 200
Синтанол ДС-10 3

Для чернения методом электронатирания использовали электрод-инструмент с площадью 1 см2, площадь детали 2,7 см2. Применяли плотность переменного тока 6 А/см2. Скорость движения электрода-инструмента поддерживали в диапазоне 7-9 м/мин. Наносили покрытие круговыми движениями, так как при этом происходит лучшее перемешивание электролита, кроме того, при поступательном движении на краях происходит секундная фиксация, что увеличивает возможность образования пригара. Общее время обработки 90 секунд. Покрытие получилось ровным, гладким, черным. Время появления первых очагов коррозии в 12% водном растворе морской соли увеличилось в 5,3 раза по сравнению со стальными образцами из стали Ст3кп без покрытия.

Таким образом, варьируя концентрацию компонентов электролита, время обработки и плотность тока в предлагаемых диапазонах, можно получать покрытия от темно-серых полублестящих до матовых, насыщенно радикально-черных. Покрытия можно полировать и при необходимости таким способом повысить степень их блеска.

1. Способ электрохимического чернения стального изделия, включающий нанесение покрытия электрохимической обработкой в ванне с электролитом, отличающийся тем, что покрытие наносят при плотности переменного тока 0,6-1,0 А/см2, а электролит содержит, г/л:

хлористый натрий 250-300
сахар 100-200
синтанол ДС-10 1-3

2. Способ электрохимического чернения стального изделия, включающий нанесение покрытия электрохимической обработкой, отличающийся тем, что нанесение покрытия осуществляют электронатиранием электрод-инструментом, содержащим электрод из хромированной стали с кримпленовой тканью с полостью для электролита, содержащего, г/л:

хлористый натрий 250-300
сахар 100-200
синтанол ДС-10 1-3

при плотности переменного тока 3,0-6,0 А/см2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов, в частности к диффузионному борированию стальных изделий в солевом расплаве. .
Изобретение относится к химико-термической обработке, преимущественно к боросульфокарбонитрированию в электролитной плазме режущего инструмента. .

Изобретение относится к защите металлов от коррозии и может найти применение в автомобильной, машиностроительной и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к калибровке отверстий малого сечения в форсунках. Предложен инструмент в виде токопроводящей проволоки с нанесенными нетокопроводящими износостойкими твердыми узкими поясками, наружный диаметр которых уменьшается по длине проволоки пропорционально толщине наносимого покрытия, причем наружный диаметр последнего пояска равен наружному диаметру отверстия после калибровки, а шаг между поясками составляет не более половины длины калибруемого отверстия.

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано в ремонтном производстве при восстановлении и упрочнении внутренних цилиндрических поверхностей деталей нанесением гальванических покрытий.
Изобретение относится к области электрохимического нанесения покрытий, в частности к локальному осаждению цинковых покрытий на токопроводящую поверхность деталей, например, для ремонта поврежденных цинковых покрытий.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для восстановления или ремонта кадмиевых покрытий без демонтажа деталей и использования гальванических ванн.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для восстановления шеек коленчатых валов. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве технологического оснащения при размерном нанесении гальванических покрытий в отверстиях малого диаметра, а также в труднодоступных полостях без предварительной и последующей механической обработки.

Изобретение относится к гальванотехнике и предназначено для нанесения покрытий на внутреннюю поверхность аксиально-расположенных отверстий детали, например отверстия блока аксиально-поршневого насоса, или групповой обработки деталей типа втулок.

Изобретение относится к области машиностроения, конкретно к электролитическому нанесению покрытий. .

Изобретение относится к области машино- и приборостроения и направлено на восстановление изношенных деталей и узлов. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению листа из нержавеющей стали для разделителя топливного элемента. Лист выполнен из стали, содержащей, в мас.% С: 0,03 или меньше, Si: 1,0 или меньше, Mn: 1,0 или меньше, S: 0,01 или меньше, Р: 0,05 или меньше, Al: 0,20 или меньше, N: 0,03 или меньше, Cr: от 20 до 40, по меньшей мере, один из металлов, выбранный из Nb, Ti и Zr, в сумме: 1,0 или меньше, Fe и неизбежные примеси остальное.

Изобретение относится к области получения на стали защитных супергидрофобных покрытий, обладающих водонепроницаемостью и обеспечивающих эффективное снижение скорости коррозионных процессов при эксплуатации стальных конструкций и сооружений в различных эксплуатационных условиях, в том числе в водных коррозионно-активных средах.
Изобретение относится к области электрохимии, в частности к нанесению упрочняющих, твердых, износостойких и защитных покрытий на стальные изделия и может быть использовано для работы в узлах трения, упрочнения поверхностей деталей, радиоэлектронной и лакокрасочной промышленности.
Изобретение относится к области электрохимии, в частности к нанесению износостойких и защитных полимерных композиционных покрытий на стальные изделия и может быть использовано для работы в узлах трения, гальванотехнике, радиоэлектронной и лакокрасочной промышленности.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в судовом машиностроении, конструкциях различного назначения прибрежной морской зоны. .
Наверх