Спосіб одержання захисно-декоративного покриття на цинкових або алюмінієвих сплавах

Изобретение относится к химической обработке металлической поверхности, в частности к способам получения защитно-декоративных покрытий на цинковых или алюминиевых сплавах, и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и бытовой технике. Наиболее близким по технической сущности и результату, дости гаемому при использовании (прототипом), является способ получения защитно-декоративного покрытия на цинке или оцинкованном металле, включающий предварительную обработку в растворе, содержащем, г/л: марганцовокислый калий 2,5-10,0, минеральную кислоту до pH 1,5-3,0, при температуре 15-30°С в течение 0,25-1 мин, промывку, последующую обработку в растворе, содержащем, г/л: двухромовокислый натрий 4-5 и кремнефтористый натрий 4-5, при комнатной температуре в течение 1-5 мин и сушку [Авт. св. СССР № 1601197, кл. С 23 С 22/84, опублик. 1990]. В известном способе защитно-декоративное покрытие получают по сложной технологии, состоящей из двух обработок, на ограниченном перечне материалов. Получаемое покрытие отличается невысокими защитными свойствами и низкой светопоглощающей способностью. Кроме того, для получения покрытия используют последующую обработку в токсичном растворе, содержащем двухромовокислый натрий. Задачей настоящего изобретения является усовершенствование известного способа получения защитнодекоративного покрытия путем изменения содержания в растворе марганцовокислого калия, расширения диапазона pH раствора, температурного и временного интервалов обработки, а также путем улучшения экологии и упрощения технологии за счет исключения последующей обработки в токсичном растворе. Использование предлагаемого изобретения обеспечивает достижение более высокого технического результата, а именно: получение из нетоксичного раствора защитно-декоративного покрытия черного цвета с высокими защитными свойствами и светопоглощающей способностью при достаточно высокой прочности сцепления его с основой на цинковых или алюминиевых сплавах. Поставленная задача решается тем, что в способе получения защитно-декоративного покрытия на цинковых или алюминиевых сплавах, включающем обработку в растворе, содержащем марганцовокислый калий и минеральную кислоту до pH 1,5-3,0, при температуре 15-30°С, промывку и сушку, обработку проводят в растворе, содержащем, г/л: марганцовокислый калий 10,5-50,0, минеральную кислоту до pH 0,5-4,0, при температуре 15-70°С в течение 5-20 мин. Существенными признаками, общими для прототипа и заявляемого способа, являются обработка в растворе, содержащем марганцовокислый калий и минеральную кислоту до pH 1,5-3,0, при температуре 1530°С, промывка и сушка. Заявляемый способ отличается от прототипа проведением обработки в растворе, содержащем, г/л: марганцовокислый калий 10,5-50,0, минеральную кислоту до pH 0,5-4,0, при температуре 15-70°С в течение 520 мин. Необходимость выбора параметров проводимой обработки в вышеуказанных пределах обусловлена следующими обстоятельствами. Введение в раствор марганцовокислого калия обусловлено необходимостью формирования защитнодекоративного покрытия на цинковом или алюминиевом сплаве. Основным аргументом, определившим содержание в растворе марганцовокислого калия 10,5-50,0 г/л, явился факт формирования аморфной структуры покрытия, получаемого в этом интервале концентраций. Своеобразие структуры покрытия при указанном содержании в растворе марганцовокислого калия определило высокий уровень комплекса свойств, включающего защитные свойства, светопоглощающую способность и прочность сцепления покрытия с основой. Содержание в растворе марганцовокислого калия менее 10,5 г/л приводит к резкому увеличению времени проведения обработки и получению покрытий коричневого цвета с невысокими защитными свойствами. При содержании в растворе марганцовокислого калия более 50,0 г/л получаются рыхлые покрытия черного цвета, слабо сцепленные с основой и имеющие низкие защитные свойства. Введение в раствор минеральной кислоты обусловлено необходимостью обеспечить оптимальную скорость процесса формирования плотного покрытия черного цвета с высокими светопоглощающей способностью и защитными свойствами. При кислотности раствора менее pH 0,5 (по абсолютной величине) получаются с большой скоростью рыхлые покрытия черного цвета с невысокими защитными свойствами. Кислотность раствора более pH 4,0 (по абсолютной величине) приводит к резкому замедлению процесса обработки и получению покрытий коричневого цвета. Оптимальное сочетание наиболее высоких защитных свойств и светопоглощающей способности покрытия черного цвета при достаточно высокой прочности сцепления его с основой достигается при содержании в растворе минеральной кислоты до pH 0,5-4,0. Проведение обработки при температуре 15-70°С обусловлено необходимостью получения покрытия черного цвета с высокой светопоглощающей способностью и прочно сцепленного с основой. При температуре ниже 15°С процесс обработки резко замедляется и покрытия получаются коричневого цвета. Проведение обработки при температуре выше 70°С способствует получению рыхлых покрытий черного цвета, слабо сцепленных с основой. Температурный интервал 15-70°С является оптимальным для получения прочносцепленного с основой покрытия черного цвета с высокой светопоглощающей способностью. Проведение обработки в течение 5-20 мин обусловлено необходимостью формирования прочносцепленного с основой покрытия с высокими защитными свойствами. Обработка менее 5 мин приводит к формированию покрытий с низкими защитными свойствами. При обработке более 20 мин уменьшается прочность сцепления покрытий с основой и покрытия получаются рыхлые, мажущиеся. При обработке в течение 5-20 мин наблюдается наиболее удачное сочетание защитных свойств покрытия и прочности сцепления его с основой. По имеющимся у авторов сведениям, предлагаемая совокупность существенных признаков, характеризующи х сущность изобретения, неизвестна из уровня техники. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна". Сущность заявляемого изобретения не следует явным образом для специалиста из известного уровня техники Проведение обработки в растворе, содержащем известную концентрацию марганцевокислого калия и концентрацию минеральной кислоты до известного значения pH, при известных температуре и длительности обработки не обеспечивает получение покрытия с такими свойствами, которые оно проявляет в заявляемом решении, а именно: высокие защитные свойства и светопоглощающая способность покрытия черного цвета, прочносцепленного с основой на цинковых или алюминиевых сплавах. Таким образом, данный способ обеспечивает получение покрытия с новыми свойствами, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия". Совокупность признаков, характеризующих известное решение, не обеспечивает достижение новых свойств и только наличие перечисленных отличительных признаков позволяет получить новые свойства, новый и более высокий технический результат. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". Способ получения защитно-декоративного покрытия на цинковых или алюминиевых сплавах осуществляется следующим образом. В качестве компонентов раствора используют калий марганцовокислый по ГОСТ 20490-75 и минеральную кислоту, например, серную "кислоту по ГОСТ 4204-77 или азотную кислоту по ГОСТ 4461-77. В ванну 1 м 3, футерованную кислото-щелочестойким материалом (например, пластикатом), наливают горячую воду (50-80°С) на 2/3 объема. При перемешивании растворяют 30,0 г/л калия марганцовокислого и добавляют расчетное количество минеральной кислоты до pH 2,0. В качестве минеральной кислоты используют, как и в прототипе, серную либо азотную кислоту. Доливают воду до нужного объема и измеряют pH раствора. При отклонении от вышеуказанного значения pH раствор корректируют минеральной кислотой или раствором гидроокиси натрия (~40%). Детали замков из цинкового литейного сплава ЦА4М1, алюминиевого литейного сплава АК-7 и алюминиевого деформируемого сплава АД-31 после стандартной подготовки поверхности погружают в приготовленный раствор при 40°С на 15 мин. В результате обработки на поверхности деталей получается защитно-декоративное покрытие черного цвета. Затем детали промывают в воде и сушат. Получение покрытий по способу-прототипу производили на оцинкованном металле (стальных деталях с цинковым покрытием из электролита ДХТИ-150) в аналогичных условия х. Защитные двойства покрытий оценивали по ГОСТ 9.302-88 (метод капли). Защитные свойства считаются достаточно высокими, если появление розового пятна или изменение цвета капли на поверхности покрытия наступает по истечении 30 с. Светопоглощающую способность покрытий определяли на приборе ФБ-2 в процентах относительно светопоглощающей способности увиолевого стекла марки УС-3 под углом падения и отражения света 45°. Прочность сцепления покрытий с основой оценивали по ГОСТ 9.302-88 (метод рисок и метод нагрева). Прочность сцепления покрытия с основой считается достаточно высокой, если после нанесения сетки из взаимно-перпендикулярных царапин или после нагрева в течение 1,0 часа до температуры 190°С (для алюминиевых сплавов) и 140°С (для цинковых сплавов) и охлаждения на воздухе не наблюдается на контролируемой поверхности вздутия или отслаивания покрытия. При обработке деталей в нетоксичном растворе марганцовокислого калия при pH 0,5-4,0 образуются сточные воды, которые легко очищаются путем обычной нейтрализации щелочью. Для улучшения технологических свойств в жестких условия х эксплуатации, например, в морской среде или загрязненной промышленной зоне, обработанные детали рекомендуется подвергать обычным операциям лакирования или импрегнирования (силиконовым или индустриальным маслом). Показатели известного и заявляемого способов, свойства получаемых покрытий представлены в таблице. В этой таблице представлены примеры реализации способа при значениях параметров обработки, соответствующи х среднему значению (пример 3), нижнему пределу (2), верхнему пределу (4), меньше нижнего предела (1) и больше верхнего предела (пример 5). Как видно из таблицы, достижение более высокого технического результата при использовании заявляемого способа по сравнению со способом-прототипом подтверждается повышением защитных свойств покрытия не менее, чем в 6,5 раза и его светопоглощающей способности - не менее, чем в 4,1 раза при достаточно высокой прочности сцепления с основой. Защитно-декоративное покрытие черного цвета с защитными свойствами по методу капли 52-65 с при норме 30 с и светлопоглощающей способностью 90-96% при достаточно высокой прочности сцепления его с основой получают по простой технологии из нетоксичного раствора на цинковых или алюминиевых сплавах. Заявляемый способ получения защитно-декоративного покрытия на цинковых или алюминиевых сплавах был создан авторами и апробирован в промышленных условия х на АО Днепропетровский металломеханический завод. Заявляемое изобретение может быть многократно воспроизведено и использовано для получения защитно-декоративных покрытий на цинковых или алюминиевых сплавах. Следовательно, изобретение соответствует критерию "промышленная применимость". Таким образом, как видно из представленных данных, заявляемый способ получения защитнодекоративного покрытия на цинковых или алюминиевых сплавах соответствует условиям патентоспособности изобретения (ст. 6 п. 1 Закона).