СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РИСУНКА НА ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF DRAWING ON STEEL SURFACES

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для получения рисунка, в том числе и художественного, на поверхности стальных изделий, например клинков, ножей, кинжалов.
Известен способ получения контурного рельефного изображения на металлической поверхности изделий (см. С.Я.Грилихес "Обезжиривание, травление и полирование металлов", под ред. П.М.Вячеславова, Ленинград, "Машиностроение", Ленинградское отделение, 1977 г., стр.81-84), принятый за прототип. Способ заключается в нанесении на металлическую поверхность изделия фотохимическим способом изображения (рисунка), на котором одни участки защищены химически стойким слоем, а другие оставлены незащищенными (пробельные места). При погружении изделия в раствор определенного химического состава, незащищенные участки будут подвергаться травлению на определенную глубину. В результате на поверхности изделия получается рельефное изображение (рисунок). Глубина травления определяется его продолжительностью, составом и температурой раствора. Таким способом изготовляют рельефные шкалы, таблицы, фирменные знаки, рельефные рисунки, в том числе художественные, на ножах, клинках, кинжалах и т.д.
Недостатками способа являются:
- неравномерность растворения участков стальной поверхности, подвергаемых травлению,
- трудности в регулировании процесса даже при электротравлении, при котором одновременно возникают неудобства при его проведении.
Перечисленные недостатки снижают качество изображения и приводят к неисправимым дефектам - браку. Кроме того, рельефное изображение на стальных изделиях, в первую очередь художественное, обладает меньшими достоинствами по причине попадания и закрепления в рельефных участках инородных материалов (загрязнений). Предлагаемым способом решается задача:
- снижение себестоимости изделий благодаря уменьшению процентного соотношения брака в числе готовых изделий,
- резкое повышение потребительской ценности изделий.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в получении качественного безрельефного изображения (рисунка), в том числе художественного, на поверхности изделий с одновременным повышением эксплуатационных качеств.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения рисунка на поверхности стальных изделий, включающем нанесение фоторезиста, монтирование изделия с фотошаблонами с последующим экспонированием, проявление рисунка, контроль качества, травление по пробельным местам, новым является то, что первоначально стальное изделие подвергается меднению, травление по пробельным местам производится в растворе, не травящем сталь, с последующим насыщением стали по пробельным местам легирующими элементами, после насыщения производится упрочняющая термическая обработка с последующим удалением меди со всей поверхности изделия и ее полировкой. После полировки изделие подвергается легкому травлению.
Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.
Реализация способа представлена на примере изготовления ножа с рисунком на поверхности, идентичным рисунку на ноже из булатной стали.
Изготавливают нож из стали СП-28Ш, имеющей химический состав в %: C=0,26-0,31; Mn=0,5-0,8; Si=0,9-l,2; Сr=2,8-3,2; Ni=0,9-1,2; W=0,8-l,2; V=0,05-0,15; Mo=0,35-0,5; S - не более 0,01; Р - не более 0,015; Сu - не более 0,15. Сталь СП-28Ш высокопрочная, шлакового переплава, содержащая минимальное количество вредных неметаллических включений, имеет после упрочняющей термической обработки высокий комплекс механических свойств. Производят меднение поверхности ножа. Подбирают два рисунка, выполненных, например, на бумаге, либо рисуют их на бумаге. Производят фотографирование рисунков и получают их негативы - это и есть фотошаблоны. Наносят на омедненную поверхность ножа фоторезист (светочувствительный слой), а затем монтируют нож с фотошаблонами в специальном приспособлении, в котором сам нож и фотошаблоны надежно закрепляются. Экспонируют поочередно обе поверхности. Проявляют рисунок и производят контроль качества. Если качество полученных рисунков на медной поверхности не удовлетворяет, фоторезист удаляют и все операции нанесения рисунка повторяют вновь. Затем производят травление слоя меди по пробельным местам до полного ее удаления с этих мест. Контролируют полноту удаления с помощью лупы. Применяемый химический реактив активно травит медь, но абсолютно не травит сталь, например водный раствор хлорного железа. Таким образом, на этом этапе имеем на ноже рельефный рисунок, выполненный по меди. Нож в таком виде подвергается цементации (возможно применение и других видов химико-термической обработки: диффузионного хромирования, борирования, азотирования, нитроцементации и т.д.).
Цементация - это процесс поверхностного насыщения стали углеродом в результате диффузии при высокой температуре.
Нож подвергают цементации при температуре 910±10°C в течение 2,0-2,5 часов. Насыщение стали углеродом происходит только по пробельным местам, где удалена медь. По остальной поверхности диффузии углерода в сталь нет, поскольку слой меди ≥20 мкм является непреодолимой преградой для диффузии углерода в сталь. В результате такой обработки поверхность стали по пробельным местам будет иметь содержание углерода уже не 0,3%, а значительно больше, около 1%, то есть фактически на поверхности, где произошло насыщение стали СП-28Ш углеродом, будем иметь другую сталь с совершенно другими свойствами. Так как в стали СП-28Ш присутствуют вольфрам, молибден, хром, а это активные карбидообразующие элементы, то, вступая в химические соединения с диффундирующим углеродом, будут образовываться очень дисперсные карбиды вольфрама, молибдена, хрома, а также их модификации. Образование таких карбидов резко поднимает режущие свойства цементированного лезвия ножа. После насыщения углеродом нож подвергают закалке с цементационного нагрева. Охлаждение производят на воздухе между двух металлических плит для обеспечения прямолинейности. Укрупнения зерна, влияющего на вязкость стали не происходит, хотя время выдержки при цементации значительное (2,0-2,5 ч) по причине того, что закалочная температура стали СП-28Ш выше выбранной температуры цементации на 50-60°С. После отпуска на 280-300°С поверхность стали, насыщенная углеродом, в том числе лезвие ножа, будет иметь твердость 56…60 HRC, а ненасыщенная поверхность стали СП-28Ш - 46…49 HRC. Лезвие ножа с твердостью 56…60 HRC и наличием мелкодисперсных карбидов, малой величиной зерна, а с учетом чистоты стали, будет обладать не только великолепными режущими свойствами, но и запасом вязкости.
После упрочняющей термической обработки с поверхности ножа удаляют медь, производят полировку ножа и наточку. В результате полировки на поверхности ножа будет проявляться рисунок из-за более высокой отражательной способности поверхности, имеющей высокую твердость 56...60 HRC по сравнению с поверхностью стали СП-28Ш, имеющей твердость 46...49 HRC. Проявленный рисунок не будет иметь рельефа, а также резких переходов от одной зоны к другой, поскольку резкие переходы устранены диффузией углерода.
Проявленный полировкой рисунок, при необходимости, можно усилить легким травлением в подобранном химическом реактиве, в течение нескольких секунд. Усиление рисунка происходит из-за разной способности к травлению поверхности, насыщенной углеродом, и собственно поверхности стали СП-28Ш. Рельеф на рисунке при этом, естественно, не возникает.
Полученный таким образом рисунок на поверхности стального изделия представляет собой художественную ценность, так как при использовании одних и тех же фотошаблонов совершенно одинаковых рисунков (копий) не воспроизвести. Это объясняется тем, что рисунок обеспечивается диффузией, в рассмотренном примере углеродом. Диффузионный процесс - атомарный, но напрямую связан с макропараметрами, такими как скорость нагрева до температуры цементации, значение температуры цементации, которое задано определенным интервалом, всегда существующие различия в свойствах насыщающей среды, временной интервал насыщения и т.д. В результате рисунок, полученный предложенным способом на поверхности стального изделия, не есть фотокопия шаблона и это легко прослеживается.