способ финишной подготовки металлической поверхности под нанесение гальванических покрытий (варианты)
Классы МПК: | C25D5/36 железа или стали |
Автор(ы): | Степченко В.В., Агеев А.В. |
Патентообладатель(и): | Степченко Валерий Владимирович, Агеев Александр Владимирович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-08-19 публикация патента:
27.08.2000 |
Изобретение относится к подготовке, в частности травлению и последующей активации стальной поверхности перед нанесением гальванических покрытий на примере хромовых, и может быть использовано в машиностроении, металлургии, гальванотехнике и др. отраслях народного хозяйства. Способ включает травление поверхности металла составом, содержащим соляную кислоту, формальдегид, этаноламин, выбранный из группы: МЭА, ДЭА, ТЭА при 15-35°С и времени обработки до 60 мин, и последующую активацию составом, содержащим соляную кислоту, формальдегид, этаноламин, выбранный из группы: МЭА, ДЭА, ТЭА при 15-30°С и времени обработки 15-60 с, либо дополнительную обработку металлической поверхности водным раствором этаноламина, выбранного из группы МЭА, ДЭА, ТЭА при 20-171°С, в течение 5-300 мин после предварительного травления составом, содержащим соляную кислоту, уротропин, при температуре 15-35°С, времени обработки до 60 мин, и последующую активацию составом, содержащим соляную кислоту, уротропин, при температуре 15-30°С и времени обработки 15-60 с. Технический результат - увеличение прочности сцепления и улучшение качества поверхности. 2 с.п. ф-лы, 4 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Способ финишной подготовки металлической поверхности под нанесение гальванических покрытий, включающий травление в составе, содержащем соляную кислоту, при температуре 15 - 35oC и времени обработки до 60 мин и активацию в составе, содержащем соляную кислоту, при температуре 15 - 30oC и времени обработки 15 - 60 с, отличающийся тем, что травление ведут в составе, содержащем, г/дм3:Соляная кислота техническая синтетическая - 100 - 450
Формальдегид - 10 - 100
Этаноламин, выбранный из группы:
Моноэтаноламин (МЭА) - 20 - 120
Диэтаноламин (ДЭА) - 30 - 200
Триэтаноламин (ТЭА) - 40 - 300
а активацию ведут в составе, содержащем, г/дм3:
Соляная кислота техническая синтетическая - 20 - 150
Формальдегид - 10 - 100
Этаноламин, выбранный из группы:
МЭА - 20 - 120
ДЭА - 30 - 200
ТЭА - 40 - 300
2. Способ финишной подготовки металлической поверхности под нанесение гальванических покрытий, включающий травление в составе, содержащем, г/дм3:
Соляная кислота техническая синтетическая - 150 - 350
Уротропин технический - 40 - 50
при температуре 15 - 35oC, времени обработки до 60 мин и активацию в составе, содержащем, г/дм3:
Соляная кислота техническая синтетическая - 50 - 100
Уротропин технический - 40 - 50
при температуре 15 - 30oC, времени обработки 15 - 60 с, отличающийся тем, что после активации металлическую поверхность дополнительно обрабатывают водным раствором этаноламина, выбранного из группы, включающей МЭА, ДЭА или ТЭА при содержании 1 - 1124 г/дм3, температуре 20 - 171oC в течение 5 - 300 мин.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к очистке и обезжириванию металлических материалов химическими способами, в частности травлению и последующей активации стальной поверхности перед нанесением гальванических покрытий на примере хромовых, и может быть использовано в машиностроении, металлургии, гальванотехнике и др. отраслях народного хозяйства. Известно достаточное количество способов подготовки поверхности перед нанесением покрытий, как химических [1 - 15], так и электрохимических [16 - 24]. В этих способах используются растворы, которые имеют, в основном, кислотный характер [1 - 8, 16 - 19], а также щелочной [9 - 12, 20 - 23] и нейтральный [13 - 15, 23]. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных способов, можно отнести то, что подготовка поверхности не относится к финишным операциям, т.е. ведется с целями, отличающимися от заявленной: травление стали, Al, Cr [1, 3, 11], удаление окалины и продуктов коррозии с поверхности металла [4, 6, 7, 13 - 16], обезжиривание [10, 12, 17, 19] и т.д. Лишь одна работа [22], описывающая один из вышеперечисленных способов, ставит ту же цель, что и заявленное изобретение - повышение прочности сцепления наносимого гальванического покрытия с основным металлом. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании данного способа, можно отнести то, что обезжиривание осуществляется в качестве предварительной операции перед травлением металла и вследствие высокой концентрации щелочи не может быть использовано для непосредственной подготовки поверхности к нанесению гальванических покрытий. Известен также способ [12], использующий состав, содержащий моноэтаноламин, триэтаноламин, воду, т.е. ингредиенты, которые применяются в заявленном изобретении. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата данным способом, можно отнести то, что используемый состав имеет пастообразную консистенцию и применяется для очистки металлических поверхностей от коррозии, но никак не для непосредственной подготовки поверхности для нанесения гальванических покрытий, кроме того, этот состав представляет собой синергическую смесь ингредиентов, а не индивидуально действующие вещества, как в заявленном изобретении. Наиболее близким способом к заявленному по совокупности признаков является стандартный способ [25], в котором подготовка металлической поверхности к нанесению гальванических покрытий осуществляется путем травления и последующей активации водными растворами, содержащими соляную кислоту и уротропин. Принят за прототип. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании стандартных способов, можно отнести то, что они не обеспечивают требуемые прочность сцепления гальванического покрытия с основным металлом, а также качество поверхности (параметр шероховатости) получаемого покрытия. Получение качественных покрытий на металлической поверхности - весьма актуальная задача для самых широких областей машиностроения, металлургии гальванотехники и др. отраслей народного хозяйства. Решение этой задачи напрямую зависит от подготовки поверхности, причем в наибольшей степени от финишных операций травления и последующей активации. Задачей заявленного изобретения является достижение необходимого технического результата - увеличение прочности сцепления гальванического покрытия с основным металлом, а так же улучшение качества поверхности получаемого покрытия. Известный стандартный способ финишной подготовки металлической поверхности заключается в травлении при следующем соотношении ингредиентов, г/дм3:Cоляная кислота синт. техн. - 150-350
Уротропин техн. - 40 - 50
в интервале температур от 15 до 35oC, время обработки до 60 мин и последующей активации, при следующем соотношении ингредиентов, г/дм3:
Соляная кислота синт. техн. - 50 - 100
Уротропин техн. - 40-50
в интервале температур от 15 до 30oC, время обработки от 15 до 60 с. Указанный технический результат при осуществлении изобретения по варианту 1 достигается тем, что травление осуществляется при следующем соотношении ингредиентов, г/дм3:
Соляная кислота синт. техн. - 100 - 450
Формальдегид - 10-100
этаноламин:
Моно-, - 20-120
Либо ди-, - 30-200
Либо три- - 40-300
в интервале температур от 15 до 35oC, время обработки до 60 мин, а последующая активация осуществляется при следующем соотношении ингредиентов, г/дм3:
Соляная кислота синт. техн. - 20-150
Формальдегид - 10-100
этаноламин:
Моно-, - 20 -120
Либо ди-, - 30-200
Либо три- - 40 - 300
в интервале температур от 15 до 30oC, время обработки от 15 до 60 с. Во втором варианте указанный технический результат достигается тем, что после травления в составе, содержащем, г/дм3: соляную кислоту техн. синт. 150 - 350, уротропин техн. 40 - 50, при температуре 15 - 35oC, времени обработки до 60 мин и последующей активации в составе, содержащем, г/дм3: соляную кислоту техн. синт. 50-100, уротропин техн. 40-50, при температуре 30-15oC, времени обработки 15-60 с, поверхность дополнительно обрабатывается водным раствором этаноламина, выбранного из группы, включающей, МЭА, ДЭА либо ТЭА при содержании от 1 до 1124 г/дм3, при температуре от 20oC до 171oC в течение 5-300 мин. К заявленному изобретению прилагаются следующие таблицы: табл. 1, отражающая зависимость прочности сцепления и параметра шероховатости поверхности основного металла с хромовым покрытием от строения этаноламина, использованного в процессе травления и последующей активации поверхности сталей; табл. 2 - 4, отражающие зависимость прочности сцепления и параметра шероховатости поверхности от параметров процесса подготовки поверхности. В качестве объекта исследования были выбраны гальванические хромовые покрытия, полученные осаждением непосредственно на стали ШХ15 и 25Х5М в стандартных условиях [26]. В заявленном изобретении рассматривается зависимость прочности сцепления и параметра шероховатости поверхности получаемых покрытий от финишных операций травления, последующей активации и других. По варианту 1 травление осуществляется в водных растворах, содержащих соляную кислоту от 100 до 450 г/дм3, и формальдегид от 10 до 100 г/дм3 этаноламин (МЭА от 20 до 120 г/дм3, либо ДЭА от 30 до 200 г/дм3, либо ТЭА от 40 до 300 г/дм3 в интервале температур 15-35oC, время обработки до 60 минут, а последующая активация осуществляется в растворах, содержащих соляную кислоту от 20 до 150 г/дм3, формальдегид от 10 до 100 г/дм3, этаноламин (МЭА от 20 до 120 г/дм3, либо ДЭА от 30 до 200 г/дм3, либо ТЭА от 40 до 300 г/дм3) в интервале температур 15-30oC время обработки 15-60 с. При содержании перечисленных ингредиентов, меньшем нижних, либо большем верхних указанных пределов, прочность сцепления остается на уровне прототипа, а параметр шероховатости увеличивается. В заявленном изобретении зависимость прочности сцепления и параметра шероховатости поверхности от строения использованного этаноламина изучалась при следующих условиях: травление, t = 20oC, время обработки 30 мин, последующая активация, t = 20oC, время обработки 0,5 мин при соотношении ингредиентов, г/дм3:
Пример 1. Травление
Кислота соляная техн. синт. - 250
Уротропин техн. - 47
Последующая активация
Кислота соляная техн. синт. - 75
Уротропин техн. - 47
Пример 2. Травление
Кислота соляная техн. синт. - 250
Формальдегид - 60
МЭА - 81
Последующая активация
Кислота соляная техн. синт. - 75
Формальдегид - 60
МЭА - 81
Пример 3. Травление
Кислота соляная техн. синт. - 250
Формальдегид - 60
ДЭА - 140
Последующая активация
Кислота соляная техн. синт. - 250
Формальдегид - 60
ДЭА - 140
Пример 4. Травление
Кислота соляная техн. синт. - 250
Формальдегид - 60
ТЭА - 199
Последующая активация
Кислота соляная техн. синт. - 75
Формальдегид - 60
ТЭА - 199
Прочность сцепления (%) определялась как количество хромированных образцов, прошедших испытание из 100, испытанных стандартным способом [27]. Результаты представлены в Таблице 1. Как видно из таблицы, финишная обработка поверхности металла в условиях варианта 1 увеличивает прочность сцепления и уменьшает параметр шероховатости поверхности хромового покрытия. По варианту 2 после травления металлической поверхности составом, содержащим, г/дм3: соляную кислоту техн. синт. 150 - 350, уротропин техн. 40 - 50 при температуре 15 - 35oC время обработки до 60 мин, и последующей активации составом, содержащем, г/дм3: соляную кислоту техн. синт. 50 - 100, уротропин техн. 40 - 50, при температуре 15-30oC, время обработки 15-60 с, поверхность дополнительно обрабатывается водным раствором этаноламина (МЭА, либо ДЭА, либо ТЭА) при содержании от 1 до 1124 г/дм3: температурах от 20 до 171oC, в течение 5-300 мин. Влияние параметров процесса на прочность сцепления и параметра шероховатости хромового покрытия было подробно изучено на примере МЭА и представлено в табл. 2 - 4. Выбор нижнего предела содержания МЭА обусловлен тем, что при дальнейшем снижении содержания достижение технического результата хотя и возможно, но сопряжено со значительным ухудшением технологических параметров процесса (увеличивается требуемый на единицу обрабатываемой поверхности объем, неоправданно увеличивается время и температура и т.д.). Верхний предел содержания ограничен плотностью чистого МЭА. Наиболее технологически целесообразной является комнатная температура, поэтому в качестве нижнего предела температур выбрана t = 20oC. Верхний температурный предел ограничен температурой кипения раствора заявленного максимального содержания чистого МЭА. Выбор нижнего предела интервала времени обусловлен тем, что при заявленном минимальном содержании МЭА и максимальной для данного содержания температуре прочность сцепления в течение этого времени достигает 100%, а верхнего - временем достижения прочности сцепления 100% при минимальном заявленном содержании МЭА и минимальной заявленной температуре. При температуре ниже 20oC, либо времени процесса, меньшем 5 мин, в заявленном интервале содержания МЭА технический результат хотя и может быть получен, однако прочность сцепления не достигает 100%. С точки зрения технологичности процесса оптимальными можно считать следующие параметры: содержание МЭА 10 г/дм3, при t=70oC, время обработки 30 мин, либо содержание МЭА 50 г/дм3, при t = 20oC, время обработки 30 мин. При испытании вместо МЭА ДЭА либо ТЭА при вышеуказанных параметрах процесса также достигается технический результат, а при оптимальных параметрах прочность сцепления хромового покрытия с поверхностью основного металла достигает 100%. Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- гальванические покрытия, нанесенные на металлическую поверхность после финишной обработки заявленным способом, предназначены для использования в промышленности, а именно в машиностроении, металлургии, гальванотехнике и других отраслях народного хозяйства:
- для заявленного способа финишной подготовки металлической поверхности подтверждена возможность получения технического результата с помощью указанных в заявке вариантов данного способа. Использованная литература
1. SU 1294881, MПК 4 C 25 F 1/00. 2. RU 2072181, МПК 6 C 23 G 5/00. 3. RU 2022059, МПК 5 C 23 G 1/24. 4. RU 2119553, МПК 6 C 23 G 1/08, C 23 F 1/28. 5. RU 2105085, МПК 6 C 23 G 1/08. 6. RU 2029797, МПК 6 C 23 G 5/02. 7. SU 1277649, МПК 4 C 25 F 1/00, C 09 К 13/06. 8. SU 1282581, МПК 4 C 25 F 1/00. 9. RU 2077609, МПК 6 C 23 G 1/06. 10. SU 933825, МПК 6 C 25 F 1/00, C 25 D 5/26. 11. RU 2061101, МПК 6 C 23 C 1/02. 12. RU 95105867, МПК 6 C 23 G 1/06, C 23 F 14/02. 13. RU95109084, МПК 6 C 23 G 1/14. 14. RU 2099445, МПК 6 C 25 F 1/06. 15. SU 183566, МПК 6 C 23 G 1/00. 16. SU 1507866, МПК 6 C 23 G 1/00. 17. RU 2109087, МПК 6 C 23 G 1/02, 1/36. 18. RU 2059576, МПК 6 C 09 D 5/08, C 23 G 1/00, 1/24, 1/26, 5/00. 19. RU 95104316, МПК 6 C 23 G 1/02, 1/08, 1/10. 20. RU 2110618, МПК 6 C 23 G 1/02, C 23 F 1/28. 21. SU 413226, МПК 6 C 23 G 1/00. 22. SU 1612645, МПК 5 C 25 F 1/00. 23. SU 1401078, МПК 6 C 25 F 1/00. 24. Заявка Японии N 53 - 116229, кл. 12A13. 25. ГОСТ 9.305 - 84 карта 13 состав 3; карта 19 состав 4. 26. ГОСТ 9.305 - 84 карта 19 состав 7. 27. ГОСТ 9.302-88 пп.5.10ь
Класс C25D5/36 железа или стали