ВЛАГОЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ

Полезная модель относится к области получения защитно-декоративных покрытий зелено-коричневых цветов и заданным рельефом поверхности с влагозащитными, антикоррозийными свойствами на поверхности алюминия гальваническим путем и может быть использована для защиты от коррозии и влаги, а также декорирования элементов интерьера и экстерьера, предметов декоративно-прикладного искусства.
Использование алюминия при создании элементов декора интерьера и экстерьера в настоящее время находит широкое применение. Алюминий соединяет в себе низкий вес, прочность, удовлетворительные трибологические показатели, антикоррозийные и декоративные свойства. Однако ценные физико-химические свойства алюминиевых сплавов и их внешний товарный вид значительно понижаются из-за склонности их к окислению под действием окружающей среды. В целях сохранения и увеличения ценных свойств алюминия, а также придания поверхности изделий декоративного вида и антикоррозионных свойств в промышленности применяются различные методы, в частности наносят покрытия, которые не просто улучшают свойства поверхности, а приводят к образованию новых композиционных материалов с присушим им комплексом свойств.
На покрытие изделия находящегося на улице оказывают коррозионное воздействие вода и выхлопные газы, которые образуются при сгорании бензина - углекислый газ, окись углерода, закись азота, сернистый газ. Покрытие должно быть химически устойчивым, в нем не должны появляться какие-либо пленки и осадки. Покрытие должно быть влагоустойчиво, обладать антикоррозийными свойствами.
Известен щавелевокислый электролит анодирования алюминия содержащий 60-100 г/л щавелевой кислоты (Справочник гальваностега, Москва, 1960 г, с. 255). Однако покрытия, полученные в данном электролите не обладают влагозащитными свойствами и не применяются для декоративной отделки.
Наиболее близким к предлагаемому решению в области влагозащитных покрытий является патент на полезную модель №51352, МПК B05D 1/00, B05D 3/00, C09D 163/00 опубликованный 10.02.2006. Покрытие состоит из двух разнородных слоев, одним из которых является подслой из материала на основе гамма-метакрилоксипропил-триметоксисилана (силан А-174), а вторым - слой из материала на основе ди-хлор-ди-пара-ксилилена (парилен С). Данное покрытие для изделий радиоэлектронной техники является достаточно водостойким для обеспечения надежной работы электронных блоков и механически прочным по времени, но его получение достаточно трудоемкий и энергоемкий процесс.
Техническим результатом предполагаемой полезной модели является сохранение влагозащитных и придание антикоррозийных свойств, с одновременным окрашиванием изделий заданным однородным цветом и сформированным рельефом поверхности.
Поставленная задача достигается тем, что влагозащитное покрытие поверхности изделия, включающее слой покрытия, подслой, в качестве слоя покрытия содержит продукт взаимодействия алюминия и щавелевой кислоты с толщиной слоя 7-40 мкм, подслой, выполненный в виде оксида алюминия, наполненного церезином с толщиной 150-200 нм, а в качестве влагозащитного покрытия содержится слой церезина с рельефной поверхностью.
Существенными отличиями заявляемого покрытия является взаимосвязанная совокупность признаков, образующих покрытие для алюминия, а именно слой покрытия, подслой и влагозащитный слой.
Заявляемая совокупность признаков обеспечивает достижение технического результата указанного выше.
Для понимания сущности полезной модели на фиг. 1 представлена схема решения покрытия из 3 слоев, где:
1 - поверхность алюминия;
2 - слой покрытия;
3 - подслой покрытия;
4 - влагозащитный слой.
2
Слой покрытия получают на поверхности алюминиевого изделия путем анодирования в растворе щавелевой кислоты с технологическими режимами: содержание щавелевой кислоты 80-120 г/л, температура 18-30°С, плотность тока 2-2,5 А/дм, напряжение 40-70 В. Поверхность изделия предварительно обезжиривают в растворе химического обезжиривания. Изделие подвешивают на крюках в гальваническую ванну. Катодом служит свинцовая пластина. Цвет получаемого покрытия зависит от времени анодирования. В таблице 1 представлены основные цвета, которые могут быть получены в данном типе электролита.
2
В таблице 1 представлены результаты от конкретного технологического режима: содержание щавелевой кислоты 100 г/л, температура 23°С, плотность тока 2 А/дм, напряжение 50 В.
Исследования осуществлялись с помощью спектрофотометра СФ-10. Был рассмотрен традиционный спектрофотометрический метод определения цвета. Он заключается в измерении с помощью спектрофотометра коэффициентов зеркального отражения R (λ) образца в видимой области спектра (360-750 нм) относительно стандартного образца белой поверхности с известными зеркальными коэффициентами отражения и в определении координат цвета расчетным путем при стандартном источнике света D 65.
Измерения проводились в диапазоне длин волн 360-750 нм и выполнялись на спектрофотометре СФ-10 по стандартным методикам. В качестве источника света использовалась ксеноновая импульсная лампа D 65.
В результате измерений для каждого образца, прошедшего анодирование был получен спектр отражения, определена доминирующая длина волны (λ), координаты цветности и светлоты (х; у; Y) (Таблица 1). Влагозащитный свойства достигаются подслоем покрытия, полученным наполнением пор оксида алюминия церезином на глубину 150-200 нм, а также влагозащитным слоем, представляющим собой слой церезина с рельефной поверхностью. Сущность состоит в том, что анодированное изделие из алюминия нагревают до температуры 110-115°С. После нагрева изделия выгружают и помещают на чистую металлическую подставку. На поверхность изделия наносят расплавленный церезин толщиной 50-90 мкм. Наружному слою церезина может быть задан определенный рельеф известным способом. После нанесения церезина и формирования рельефа изделие помещают на крючках в сушильный шкаф и нагревают до 110-115°С, выдержав в нем при этом этой температуре 2 часа, затем в течение одного часа температуру снижают со 110 до 85°С. Затем в течение 2-3 часов температуру снижают до 50-60°С. Изделие охлаждают на воздухе. Данные технологические режимы обеспечивают глубину наполненного церезином слоя оксида алюминия 150-200 нм. При толщине подслоя 150-200 нм была обеспечена устойчивость значений парциального давления водяного пара (ps), таким образом, можно сделать вывод, что покрытие обеспечивает надежную влагозащиту алюминия даже в условиях повышенной влажности. Как показали результаты исследования, на образцах, хранящихся в условиях влажности 60-70%, покрытие сохраняло сформированный рельеф, имело лаковый блеск и не смачивалось водой, (см. 1 абзац стр. 4 описания полезной модели)
По результатам испытаний при толщине подслоя менее 150 нм, при влажности 60-70% не наблюдалось достаточной устойчивости значений парциального давления водяного пара (ps). Это объясняется проникновением влаги в микропоры поверхности образца сквозь защитное покрытие.
Увеличение толщины подслоя больше 200 нм не целесообразно, так как показатель (ps) остается стабильным.
2
Антикоррозионные свойства достигаются за счет слоя покрытия 2, состоящего из продукта взаимодействия алюминия и щавелевой кислоты и подслоя 3, продукта взаимодействия алюминия и щавелевой кислоты, наполненным церезином (физико-механические эксплуатационные свойства церезинов: температура плавления - 57-80°С; удельный вес при 15°С - 0.917, водопаропроницаемость - 5,8 г/м·сутки), образующих защиту от внешней среды.
Измерение микротвердости полученных покрытий. Микротвердость определяли на микротвердомере ПМТ - 3 при нагрузке 100 г и выдержке в течение 10 с. Измерения проводили в соответствии с ГОСТ 9450-76. Микротвердость покрытия составила 11±0,5 МПа. Микротвердость заявленного покрытия является достаточной для декоративных целей.
Толщина полученных покрытий зависит времени анодирования и соответственно выбранного цвета. Согласно измерениям можно сделать вывод, что при анодировании в щавелекислом электролите в среднем за 15 мин нарастает 10 мкм. Это объясняется тем, что щавелевая кислота лишь в незначительной мере растворяет образовавшуюся оксидную пленку, в результате этого толщина покрытия возрастает пропорционально времени оксидирования, причем состояние равновесия, как это наблюдается при анодном оксидировании в серной кислоте, не наступает.
Проверка защитных способностей заявленного покрытия согласно ГОСТ 9.302-88 была произведена методом капельной пробы. На поверхность покрытия нанесли каплю раствора: соляная кислота (удельный вес 1,19) - 25 мл; двухромовокислый калий - 3 г; вода дистиллированная - 75 мл. Время, в течение которого происходит изменение цвета раствора на зеленый, указывает на защитные свойства покрытия. Покрытие считается качественным, если капля раствора не зеленеет в течение 4-х минут. В таблице 2 представлены результаты для каждого образца. На основании полученных результатов можно сделать вывод о высоких защитных свойствах полученного покрытия.
Таким образом, заявляемая совокупность признаков обеспечивает достижение технического результата, а именно сохранение влагозащитных свойств за счет слоев: 3 - подслой покрытия, 4 - влагозащитный слой, и придание антикоррозийных свойств: 2 - слой покрытия, 3 - подслой покрытия.
Заявляемое защитно-декоративное покрытие одновременно скрадывают мелкие дефекты поверхности металла, и поэтому не требуют очень тщательной предварительной чистовой обработки изделия.
Заявляемое покрытие может использоваться для защиты от коррозии и влагозащиты, а также придания декоративного эффекта для элементов интерьера и экстерьера, предметов декоративно прикладного искусства, может найти применение при создании конструкций с защитными, антикоррозийными, водозащитными свойствами.