Способ финишной подготовки металлической поверхности под нанесение гальванических покрытий (варианты)

 

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.

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 35^oC, 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 30^oC, 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 35^oC, 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 30^oC, 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 - 35^oC, 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 30-15^oC, 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 20^oC до 171^oC 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 15-35^oC, 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 15-30^oC 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 = 20^oC, время обработки 30 мин, последующая активация, t = 20^oC, 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 - 35^oC время обработки до 60 мин, и последующей активации составом, содержащем, г/дм³: соляную кислоту техн. синт. 50 - 100, уротропин техн. 40 - 50, при температуре 15-30^oC, 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 171^oC, 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 = 20^oC.

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 20^oC, 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=70^oC, время обработки 30 мин, либо содержание МЭА 50 г/дм³, при t = 20^oC, 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

Формула изобретения

1. Способ финишной подготовки металлической поверхности под нанесение гальванических покрытий, включающий травление в составе, содержащем соляную кислоту, при температуре 15 - 35^oC и времени обработки до 60 мин и активацию в составе, содержащем соляную кислоту, при температуре 15 - 30^oC 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 - 35^oC, 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 - 30^oC, 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 - 171^oC в течение 5 - 300 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3