способ получения декоративного покрытия на поверхности материалов и изделий

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕКОРАТИВНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ, включающий формирование покрытия путем напыления пленки металла или сплава, термообработку изделия в печи и выдержку до получения требуемого цветового оттенка и высокой прочности, отличающийся тем, что термообработку проводят в атмосфере воздуха со скоростью нагрева 40 - 110^oС/мин до 200 - 650^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пленки металла используют тугоплавкие металлы, преимущественно титан или цирконий, или их сплавы.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для получения покрытий от голубого до фиолетового цвета термообработки проводят при 450 - 650^oС.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для получения покрытий золотистого цвета термообработку проводят при 200 - 445^oС в течение 5 - 60 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области технологии нанесения декоративных и прочих покрытий на стекло, керамику и другие изделия и может быть использовано при изготовлении декоративных стекол, отражающих инфракрасное излучение, а также цветных керамических плиток, черепицы, товаров народного потребления и других изделий.

Известен способ получения декорированных стеклоизделий с покрытиями на основе нитрида титана, которые получают в процессе осаждения ионов титана, вступающих в реакцию плазмохимического синтеза с молекулами азота. Этим способом можно получать покрытия золотистого цвета.

Недостатки данного способа необходимость создания контролируемой среды азота, сложность организации равномерности плазмохимического напыления на изделия, высокие энергетические затраты (55-я научн.-техн. конф. Белорусского технол. ин-та. Минск, 1990, с.218-219).

Известен способ получения декоративных покрытий синего цвета, согласно которому предварительно металлизированные титаном керамические изделия подвергают электрохимической обработке в водном растворе сернокислого аммония с концентрацией 10-20 мас. и ведут процесс при напряжении 24-28 В в течение 2-3 мин. Цвет декоративного покрытия можно изменять от темно-синего до светло-синего [1]

Недостаток данного способа усложнение технологического процесса декорирования, связанное с необходимостью работы с химическими соединениями, отмывки от них готовых изделий, их сушки и санитарной очистки сточных вод.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ получения защитно-декоративных покрытий в вакууме из нитрида титана на изделиях из металла, стекла, керамики, включающий нагрев изделий, электродуговое напыление пленки в азотсодержащей среде, термообработку изделия до получения требуемого цветового оттенка и высокой прочности и охлаждение, при этом пленку нитрида титана напыляют толщиной, не превышающей 5 мкм. Термообработку изделия в данном способе проводят в камерной печи при температуре 100-700^оС с последующей выдержкой 1-10 ч, либо с помощью лазерного излучения с плотностью энергии в пятне фокусировки 1-2 Дж/мм² и длительностью импульса 1-2 10^-3 с. Напыление пленки осуществляется от сепарированного плазменного потока, а для получения определенного рисунка напыление покрытия проводят через маску [2]

Недостатки прототипа невозможность получения заданной цветовой гаммы и повторяемости цветового оттенка на изделиях в серийном производстве и наличие контролируемой атмосферы азота, в которой производится напыление покрытия, что увеличивает энергоемкость процесса.

Цель изобретения получение качественного декоративного покрытия, обладающего высокой механической и химической прочностью и повторяемостью цветового оттенка при изготовлении изделий в серийном производстве, и технологически простого, не требующего расхода реагента.

Эта цель достигается тем, что напыляют покрытие Ti или Zr, а термообработку изделия с покрытием проводят в камерной печи в воздушной атмосфере с регулируемой скоростью нагрева 40-110^оС/мин в зависимости от требуемого цвета покрытия до температуры 200-650^оС.

Предложенный способ декорирования стекла, керамики и изделий имеет значительные преимущества перед известными способами в связи с тем, что не требуется создания контролируемой атмосферы (азота, кислорода и др. газов), т. к. отжиг ведут в атмосфере воздуха.

Сущность способа заключается в том, что тонкие пленки металлических титана и циркония легче реагируют с инертным азотом, чем с кислородом воздуха при температуре до 450^оС. В связи с этим в атмосфере воздуха преимущественно идет реакция образования нитрида титана или циркония. На поверхности изделий образуется пленка нитрида титана, имеющая золотой цвет.

При заявленной скорости нагрева в интервале температур 200-445^оС в течение 5-60 мин образуется устойчивое однородное покрытие строго воспроизводимого золотистого цвета, оттенок которого меняется от времени выдержки и температуры. Таким образом, наиболее полно проходит реакция нитрирования. При выходе из заявленных параметров возможно образование оксинитридов, цвет, прочность и воспроизводимость покрытий не обеспечиваются, а реакция протекает в основном до образования низших оксидов, которые дают синюю, голубую и в сочетании с нитридом сиреневую или сине-фиолетовую окраску.

При нагреве изделий с увеличением температуры увеличивается и скорость диффузии оксидов и оксинитридов в изделие, поэтому пленка имеет высокую механическую и химическую прочность, устойчивую и воспроизводимую цветовую гамму от голубого до фиолетового цвета. Оттенок в этой гамме определяет скорость нагрева и температура термообработки.

Выход из заявленных параметров отрицательно сказывается на прочности, воспроизводимости покрытия и цвета.

П р и м е р 1. Стекло с равномерно нанесенным покрытием металлического титана загружали в печь с регулируемым электрическим обогревом. Нагрев печи осуществляли со скоростью 100^оС/мин до температуры 450^оС. Отжигали 15 мин на воздухе. После охлаждения образцы стекла имели синий цвет.

П р и м е р 2. Керамическую плитку с покрытием из металлического титана подвергали термообработке в электрической печи при температуре 200^оС. Нагрев печи осуществляли со скоростью 40^оС/мин. Время отжига 150 мин. После охлаждения плитка имела цвет золота.

П р и м е р 3. Образцы стекла и керамики с покрытиями из металлического титана или циркония нагревали в электрической печи до 450^оС со скоростью 20^оС/мин. После выдержки 10 мин при 450^оС и охлаждения образцы приобретали цвет золота, сине- голубая гамма не была получена.

П р и м е р 4. Покрытые титаном стекла нагревали в электрической печи со скоростью 105^оС/мин до температуры 650^оС. Отжигали 2 мин и охлаждали. Полученные образцы имели синий цвет с сиреневым оттенком.

Все покрытия, полученные заявленным способом в заявленных режимах, имели следующие характеристики: твердость до 2400 кгс/см, адгезионная способность по Холленду хорошо.

Таким образом заявленный способ, сохраняя высокие механические характеристики, обеспечивает упрощение способа, исключает применение дорогостоящих реагентов и сокращает энергозатраты.