21 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Окрашивание металлов электрохимическим способом

Окрашивание металлов электрохимическим способом

Декоративная отделка художественных металлических изделий и скульптуры способом оксидирования является неотъемлемой частью художественной обработки металла. Декоративная отделка металлических художественных изделий, скульптуры и некоторых деталей архитектуры производится тонированием, то есть оксидированием в заданный цвет путем нанесения соответствующих реагентов на металл и образования на нем оксидных пленок, полученных химическим или электрохимическим способом. Как указывалось, применяется также комбинированная декоративная отделка металла способом нанесения на него металлических пленок с последующим их оксидированием.
Еще в середине прошлого века был известен гальванический способ отделки металла (работы академика Б. С. Якоби), а также техника цветной декоративной отделки, получаемой химическим и электрохимическим оксидированием (63).
В 60-х гг. прошлого столетия известный гальванотехник И. М. Федоровский описал гальваническую оксидировочную ванну, состоящую из «уксуснокислой окиси свинца, смешанной с едким кали» (63). Он указывал, что если «соединить медную пластинку с цинком батареи и платиновую проволоку с ее медью, употребляя разведенный раствор уксуснокислой окиси меди и селитры, то пластинка покрывается цветом, который касательно отлива и блеска походит на крылья разных насекомых; здесь преобладает светло-желто-золотистый цвет».
Далее И. М. Федоровский сообщал, что в тех случаях, когда применяют «раствор свинцовой окиси и кали и при этом употребляют платиновую проволоку или пластинку, то на аноде (то есть оксидируемой поверхности. — Н. О.) тотчас же осаждается слой безводной окиси, которая постепенно утолщается и принимает последовательно несколько различных оттенков, и как скоро желаемый цвет показался, вынимают окрашенный предмет из свинцового раствора. ». И далее: «Цвет, полученный электрохимическим путем, зависит не только от толщины осадка, но и от металлической поверхности. » (63).
Оксидирование сообщает декоративность и окраску поверхности металла, способную рассеивать свет, а также предохранять металл от коррозии.
Искусственно нанесенные декоративные пленки имитируют естественно образующиеся на меди и бронзе окислы. Они не только декорируют металл, но во многих случаях, как указывалось выше, защищают его от коррозии.
Декоративная отделка скульптуры или художественных изделий производится химическим или электрохимическим способом. Различные цветные оксидные пленки получаются вследствие образования химических соединений металла или в результате электрохимического воздействия электролита на обрабатываемую поверхность.
Окрашивание металла электрохимическим способом дает возможность получения богатой гаммы разнообразных тонов и полутонов.
Пленки всех видов, образуемые на металле как в атмосферных условиях, так и искусственно, обладают различными не только декоративными, но и физико-химическими свойствами и зависят от среды, воздействующей на металл, или тех реагентов, которые применялись для нанесения оксидных пленок.
Оксидные пденки бывают: толстые — видимые, толщиной более 5000 Å (0,5 мкм)(А (ангстрем) = 1 · 10 -8 см = 1 · 10 -7 мм. 1 мкм = 1 · 10 -4 см — 10 000 Å.); средние (в виде «цветов побежалости») толщиной от 400 до 500 Å, невидимые толщиной меньше 400 Å.

Патинирование скульптуры

Обычно скульптуру тонируют в зеленоватые цвета. Зеленый цвет воспринимается как наиболее мягкий и обобщающий, поэтому тонирование скульптур «под древнюю (античную) патину» (Патина — «благородная ржавчина» (verde antico nobiles). В дальнейшем оксидирование в зеленый цвет мы будем называть патинированием) наиболее распространено.
Патина, нанесенная на скульптуру, сообщает ей монументальность; формы скульптуры подчеркиваются или, наоборот, смягчаются.
Патина отличается от многих других видов декоративных оксидных пленок и других отделок возможностью получения на ней плавных цветовых переходов, создающих гармонию светотеней на скульптуре.
Цвета патины разнообразны, но наиболее распространен зеленый цвет. В естественных условиях зеленая патина легче образуется на медных предметах, если, например, они находятся на большой высоте. Патина, имеющая голубые оттенки (доходящие до темно-синих), менее распространена.
Цвета патины зависят от состава бронзы и атмосферных условий, в которых находится скульптура, а также от реагентов, которыми металл тонируется искусственно.
Профессор А. Г. Спасский (64) указывает, что «многие исследователи патин на изделиях древности приходят к выводу, что они были нанесены искусственно» (разрядка наша. — Н. О.).
В беседе с Анатолем Франсом знаменитый скульптор Родэн сказал: «Вы ведь знаете, что я держу своих голубей только для того, чтобы моя бронза покрылась патиной» (С. Кемери . Мои прогулки с Анатолем Франсом, 1928, стр. 194).
Мы полагаем, что Родэн, прекрасно зная античное искусство, пользовался этим способом патинирования именно по античным источникам.
Кроме благородных патин, существуют и вредные патины, разрушающие металл. Одна из них имеет, например, ярко-зеленый цвет; это так называемая дикая патина, состоящая из хлористых соединений меди. Эти соединения образуются на металле в условиях влажной среды и могут вызвать весьма активную коррозию, в результате чего металл превращается в рыхлую рассыпающуюся массу.
Вредная корродирующая патина другого вида, так называемая голубая патина Коха, представляет двойную соль углекислого натрия и углекислой меди.
Качество искусственных патин зависит от состава бронз. Красивые и стойкие патины обычно образуются на бронзах, содержащих большое количество меди и незначительное количество олова; они по составу близки к античным, в частности к знаменитым коринфским бронзам, в которых количество меди превышало 90%. Это наблюдение подтверждается тем, что латунь действительно тонируется с большим трудом и на латуни, в случае низкого содержания в ней меди, хорошая патина не получается.
Наличие в бронзах небольшого количества свинца (до 30%) (Памятники, поставленные Минину и Пожарскому и Петру I (Фальконе), были отлиты из колокольной бронзы с «малой примесью цинка и свинца») благоприятно влияет на образование патины, в то время как мышьяковистые соединения в бронзе ухудшают патинирование.
Хорошей статуарной бронзой для образования патины является бронза следующего состава (в %):

Получение красивой патины зависит также от техники литья. Наиболее красивая патина получается на бронзовых скульптурах, отлитых по восковой модели, что подтверждается наличием красивых патин на античных бронзах и бронзах Древней Руси.
На бронзах, отлитых в земляных формах, получить патину приятных оттенков значительно труднее.
Считают, что хорошо отполированная поверхность бронз лучше воспринимает патину и в условиях атмосферного воздуха она менее подвержена образованию пятен, почернению или иным дефектам.
Бронзы, употреблявшиеся в Древней Руси, были подобны византийским и корсунским: они содержали 8 — 10% олова. Позднее бронзовые отливки в Древней Руси производились из так называемой «спруды» (сплава меди, олова и цинка). Этот сплав был распространен в XII—XIV вв. Впоследствии (в XV—XVII вв.) на Руси применялись отливки из красной меди, а с XVIII в. начали окончательно внедряться сплавы латуни (медь с цинком) (65).
С середины и до конца XIX в. в России преобладали отливки статуарной бронзы с цинковой лигатурой (не более 5%); такая бронза называлась «сукрасной». Из нее было отлито большинство шедевров русской скульптуры, памятники: Пушкину (в Ленинграде, Одессе, Екатеринославе и Астафьеве под Московой); Глинке (в Ленинграде (Памятник Глинке в связи с сильным позеленением был перепатинирован в 1935 и в 1944 гг) и Смоленске); Серову (в Ленинграде); Некрасову (в Ленинграде и Ярославле); Тургеневу (в Ленинграде); Крузенштерну (в Ленинграде); Боткину (в Ленинграде); Петру Великому (в Ленинграде против здания Адмиралтейства); Гоголю (в Москве, Сталинграде и селе Сорочинцах); Лермонтову (в Пятигорске и Пензе); Айвазовскому (в Феодосии); Багратиону (в Польше); Ермаку (в Новочеркасске) и многие другие, всего до 70 монументальных скульптур.
Бронзы с повышенным содержанием цинка (до 40%), применение которых было распространено в Западной Европе, являлись совершенно непригодными для статуарного литья ни с точки зрения возможности патинирования, ни в смысле стойкости в условиях резких температурных изменений, вызывающих в металле трещины и деформации. В настоящее время по ГОСТ 4016—48 выпускаются бронзы для художественного литья трех марок: БХ-1 (цинка 5—8%, олова 4—7%), БХ-2 (цинка 8—13%, олова 1—5%) и БХ-3 (цинка 25—35%, олова 0,5—3%). Остальные компоненты — медь и свинец.

2.1 Оксидирование металлов

Оксидирование стали (вороне́ние) — процесс получения на поверхности углеродистой или низколегированной стали или чугуна слоя окислов железа толщиной 1-10 мкм. От толщины этого слоя зависит его цвет — т. н. цвета побежалости, сменяющие друг друга по мере роста плёнки

Существуют следующие виды воронения:

щелочное — воронение в щелочных растворах с окислителями при температуре 135—150 °C;

кислотное — воронение в кислых растворах химическим или электрохимическим способами;

Структура покрытия мелкокристаллическая, микропористая. Для придания блеска, а также улучшения защитных свойств окисной плёнки её также пропитывают маслом (минеральным или растительным).

Легированную и высоколегированную сталь выдерживают в растворе дольше в полтора раза, чем указано в таблице. В третьем растворе нитрит натрия можно не прибавлять, а взять 25 г нитрата натрия. Раствор № 7 готовят без воды, а нагревают смесь скипидара с серой на водяной бане. Чтобы оксидная пленка на детали сложной формы была одинаковой толщины, ее через каждые 25-30 мин вынимают, всполаскивают водой и погружают снова другим боком.

После оксидирования деталь промывают в горячей воде и погружают на 1-2 мин в раствор хромпика (100—120 г/л), нагретый до температуры 60-70 °С. Можно также промыть деталь в проточной воде, а потом прокипятить на протяжении 3—5 мин в растворе хозяйственного мыла (20-30 г/л). После этого деталь высушивают, смазывают машинным маслом и вытирают. Сталь оксидируют в различные цвета в растворах, состав которых приведено в таблице 2.

Табл. 2

Раствор № 4 сначала готовят из двух частей – в половине воды растворяют гипосульфит, а во второй – уксуснокислый свинец. Растворы смешивают, нагревают до кипению, опускают подготовленные к покрытию детали и снова кипятят до появлению синего или темно-синего цвета.

В раствор № 5 деталь не погружают, а мягкой кистью смачивают всю ее поверхность и дают высохнуть. Так повторяют несколько раз, пока поверхность не приобретет желаемый красный цвет. Если при этом появятся ржавые пятна, их осторожно снимают влажной кисточкой и снова наносят раствор.
Раствор № 6 – это электролит, т.е. оксидирование в нем проводят под действием электрического тока плотностью 1-1,5 А/дм2, напряжением б—8 В. Как анод используют свинцовую пластину, площадь которой в 1,5 раза больше площади детали. Закончив оксидирование любым раствором, кроме № 6; детали обрабатывают, как и после оксидирования, в черный цвет, а после электролитического оксидирования (№ 6) их просушивают при температуре 100— 110 ° С.

Оксидирование меди и медных сплавов
Оксидные покрытия на меди используются для чернения и соответственно увеличения светопоглощения деталей оптических приборов, для декоративной отделки деталей, повышения прочности при склеивании. Для оксидирования применяют химический и электрохимический способы.

Электрохимическое оксидирование меди и медных сплавов производят в растворе

Едкого натрий 125. 200 г/л

при /= 80. 90° С и анодной плотности тока 1,5. 2,5 А/дм2.

Длительность процесса 10. 20 мин.

Детали сначала выдерживают в электролите без тока в течение 1. 2 мин, затем включают ток и 3. 5 мин ведут электролиз при плотности тока 0,1. 0,5 А/дм2, после чего повышают ее до номинального значения. Катоды — нержавеющая сталь.

Для химического оксидирования применяют раствор состава г/л:

надсернокислый калий -15. 30 г/л

едкий натрий 50. 100 г/л.

Медные детали погружают в раствор, нагретый до 55. 65° С, на 5. 10 мин. Латунные и бронзовые детали перед оксидированием покрывают слоем меди 3. 4 мкм. Применение растворов, содержащих надсернокислый натрий, нежелательно для тонкостенных деталей, работающих под нагрузкой.
Для оксидирования латуни применяют раствор следующего состава г/л:

углекислая основная медь CuC03 • Си(ОН)2 — 50 г/л,

аммиак (25%-ный) — 200 мл/л.

Температура раствора 18. 25° С,

продолжительность оксидирования 20. 30 мин.

Оксидирование цинка, его сплавов и оцинкованных изделий можно выполнять термически-химическим и химическим способами. При первом способе очищенную и обезжиренную поверхность смачивают раствором, приготовленным из равных частей за массой 25% уксуснокислой меди и 30% уксусной кислоты, и нагревают на протяжении 1-2 мин до температуры 300 °С. Обработку поверхности повторяют дважды.
Для оксидирования химическим способом приготавливают такой раствор, г/л:

Фосфорная кислота………………..2-10
Азотнокислый натрий…………70-100

Обработка детали длится 30—40 мин при температуре 80—100 °С.

Потом изделие промывают, сушат и смазывают.
Алюминий и его сплавы оксидируют химическим и электрохимическим способами в окислительных растворах (табл.3). При оксидировании на поверхности изделия образовывается антикоррозийная пленка из окиси алюминия, которая может иметь разные цвета, а также, может служить основой, которая хорошо поглощает красители.

Читать еще:  Украшения для штор своими руками: бантики, цветы, кисти и подхваты (фото)

К раствору № 1 можно прибавить 0,25 части за массой едкого натра, чтобы он глубже проник в металл. После оксидирования деталь погружают на 10-15 мин в 2 %-ной раствор хромового ангидрида температурой 18-20 °С или же промывают ее в воде и кипятят 15-20 мин, чтобы удалить остатки реактивов. Потом деталь сушат. Очень хорошо, если оксидированную поверхность защитить лаком. Оксидируют алюминий до образования пленки с перламутровым блеском так: поверхность изделия очищают от грязи, обезжиривают органическим растворителем и проволочной щеткой (наждачной кожицей № 60 или 80) обрабатывают ее в разных направлениях. Потом деталь нагревают до температуры 80-100 °С, покрывают, нагретым до 90—100 °С 10%-им раствором едкого натрия и сушат на воздухе.

Покрытая прозрачным лаком поверхность не теряет цвета на протяжении трех лет.

4.16. Химическое окрашивание металлов

4.16. Химическое окрашивание металлов

Старинные рецепты. (См. «Наука и жизнь», № 9, 1980).

Применяя из старинных журналов некоторые рецепты окрашивания металлов, предупреждаем сразу тех, кто пожелает воспользоваться при работе с такими едкими и ядовитыми веществами, как азотная и серная кислота, едкий натр, медный купорос, хлорная сурьма, необходимо соблюдать предельную осторожность!

Приводим современные названия веществ в приводимых рецептах; сурьмяное масло – треххлористая сурьма; серноватисто-натриевая соль – серноватистокислый натрий; свинцовый сахар – уксуснокислый свинец; углекислая окись меди (она же углемедная соль) – основной карбонат меди; молочный сахар – лактоза; уксусномедная соль (она же ярь-медянка)основная уксуснокислая медь; вино-каменно-медная соль – медное производное виннокаменной кислоты.

Придание железу каштаново-бурого цвета. Наливают 16 капель азотной кислоты в фарфоровый сосуд, нагревают последний, прибавляют 32 капли сурьмяного масла, затем 16 капель тонкого оливкового и кипятят до полного соединения масла с остальными веществами. Подогретые и предварительно очищенные железные предметы покрываются этой протравою, оставляются на 12 часов, обтираются щеткою, снова подогреваются, покрываются протравою и снова протравляются еще раз 12 часов. Такую операцию повторяют в третий раз, после чего обмакивают шерстяную тряпку в костяное масло и натирают предметы до получения ими желаемого блеска. («Иллюстрированный технический обзор», 1884, № 2).

Блестящая чернь на железе получается нанесением при помощи волосяной кисточки кипящего раствора серы и скипидара. По испарении последнего остается тонкий слой серы, который соединяется с металлом самым тесным образом при нагревании на газовой горелке. («Иллюстрированный технический обзор», 1884, № 20).

Чернение меди. Приготовляют насыщенный раствор сернокислой меди и прибавляют к нему столько нашатырного спирта, чтобы смесь приняла прекрасный яркий прозрачный синий цвет. Обрабатываемая вещь опускается в этот раствор на несколько минут, затем вынимается и слегка нагревается, пока не почернеет. Более прочное чернение получается, если медную вещь погрузить в насыщенный раствор насыщенной меди в азотной кислоте и затем слегка нагреть. Иначе: приготовляют насыщенный раствор сернокислой меди и прибавляют столько углекислой соды, чтобы образовался осадок углекислой меди. Жидкость с этого осадка сливают, самый осадок промывают и растворяют в нашатырном спирте. В остальном поступают, как и в первом рецепте чернения меди. Для чернения медная вещь может быть также опущена в раствор хлорного железа (одна часть по весу на одну часть воды). («Журнал новейших открытий и изобретений», 1899, № 10).

Окрашивание латуни в различные цвета. Бурый цвет получается погружением латунных предметов в раствор хлорного железа после предварительного протравливания в разведенной серной кислоте, очищения песком и водою и высушивание. Крепость раствора определяет оттенок. Фиолетовый достигается погружением в раствор хлорной сурьмы; шоколадно-бурый – обжиганием металла с влажною красною окисью железа и последующей полировкою небольшим количеством свинцового блеска. («Иллюстрированный технический обзор», 1884, № 10).

Окрашивание латуни в синий цвет. В одной чашке растворяют в полуведре дистиллированной воды 600 граммов серноватисто-натровой соли, а в другом немного большем таком же сосуде – 200 граммов свинцового сахара также в полуведре воды. Первый раствор смешивают со вторым и нагревают смесь до 94–96 °C. После этого кладут в нее чисто отполированные предметы и равномерно нагревают в песчаной бане в течение 4 минут. При достижении желаемого оттенка вынимают предметы и тщательно прополаскивают водою. Другой способ, в особенности пригодный для тонких предметов, состоит в погружении в раствор 50 частей хлорного железа и 50 частей желтой кровяной соли, после чего предметы покрываются бесцветным лаком. («Иллюстрированный технический обзор», 1884, № 23).

Окрашивание латуни в черный цвет. Смешивают вместе 180 граммов углекислой окиси меди, 400 граммов нашатырного спирта и 400 граммов воды. В эту смесь погружают предварительно очищенные латунные предметы, почаще быстро вынимают их для наблюдения, затем ополаскивают водою и высушивают в опилках; такой процесс повторяют еще два раза. В заключение (изделие – Е.М.) слабо натирают небольшим количеством льняного масла. («Иллюстрированный технический обзор», 1882, № 23).

Латунным предметам можно придать золотисто-желтый цвет посредством жидкости, которая приготовляется кипячением в продолжение 15 минут 4 частей едкого натра и 4 частей молочного сахара со 100 частями воды и прибавлением 4 частей концентрированного раствора медного купороса при непрерывном размешивании. Полученную жидкость охлаждают и кладут в нее предварительно очищенные предметы, принимающие в следствии этого золотистый цвет. При более продолжительном лежании в таком растворе предметы принимают сначала голубоватый, а потом радужный цвет. («Иллюстрированный технический обзор», 1884, № 14).

Окрашивание цинковых поверхностей. Совершенно чистый и не содержащий свинца металл натирается песком и соляною кислотою, промывается, высушивается пропускною бумагою и затем погружается в раствор, состоящий из 3 частей винно-каменно-медной соли, 4 частей едкого натра 48 частей дистиллированной воды при температуре около 10 °C. Смотря по продолжительности погружения, окрашивание различно: так, например, в две минуты происходит фиолетовое, в три – темно-синее, в четыре с половиной – золотисто-желтое и в восемь с половиной – пурпуро-красное. По достижении желаемого оттенка хорошо промывают цинк водою и для лучшего сохранения покрывают лаком. («Иллюстрированный технический обзор», 1884, № 22).

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

ХИМИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ И ПРОТИВОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ВОЙСК

ХИМИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ И ПРОТИВОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ВОЙСК А. ДМИТРИЕВ, Ю. КОНСТАНТИНОВСтоит ли в эпоху ядерного оружия, ракетной техники и электроники говорить о химическом оружии? Не является ли эго отголоском ужасов, связанных с применением удушливых газов и отравляющих

БИЧ МЕТАЛЛОВ

БИЧ МЕТАЛЛОВ В мире нет ничего вечного — эту нехитрую истину все знают давно. То, что кажется навеки незыблемым — горы, гранитные глыбы, целые материки, — со временем разрушаются, рассыпаются в пыль, уходят под воду, проваливаются в глубины. Исчезают целые культуры, народы

Окрашивание потолка

Окрашивание потолка Ремонт помещения всегда начинают с потолка. Его тщательно промывают водой до полного удаления старой побелки, удобнее всего использовать для этого маховую кисть. Отслоившуюся краску соскребают при помощи скребков или металлических шпателей,

ХИМИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ

ХИМИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ До августа 1945 года химическое оружие считалось самым мощным и смертоносным на Земле. Название бельгийского города Ипр звучало для людей так же зловеще, как впоследствии станет звучать Хиросима и Нагасаки. Напомним, что 22 апреля 1915 года немецкие войска

Свойства металлов и сплавов

Свойства металлов и сплавов В этой главе будет рассказано о металлах, сплавах и их свойствах, что полезно не только для мастеров слесарного дела, но для всех, кто занимается чеканкой, ковкой, художественным литьем (этому посвящены последующие главы).Металл относится к

Окрашивание и протрава древесины

Окрашивание и протрава древесины После обессмоливания и отбеливания деревянной мебели проводят ее окрашивание или протраву. Разные породы древесины эти процессы воспринимают неодинаково. Лучше окрашиваются твердые и более плотные породы. Следует учитывать, что

Окрашивание драгоценными металлами

Окрашивание драгоценными металлами Для такого декорирования изделий из стекла и искусственного хрусталя используют особым способом приготовленные из драгоценных металлов (серебро, золото и платина) препараты: растворы и порошки.Так называемое глянцевое золото (10 %-ный

1. Строение металлов

1. Строение металлов Металлы и их сплавы – основной материал в машиностроении. Они обладают многими ценными свойствами, обусловленными в основном их внутренним строением. Мягкий и пластичный металл или сплав можно сделать твердым, хрупким, и наоборот. Для того чтобы

2. Механические свойства металлов

2. Механические свойства металлов Механические свойства металлов определяются следующими характеристиками: предел упругости ?Т, предел текучести ?Е, предел прочности относительное удлинение ?, относительное сужение ? и модуль упругости Е, ударная вязкость, предел

Окрашивание

Окрашивание Если окрашиваемая поверхность содержит участки покрытия, перекрываемого новым, то ее требуется отшлифовать до получения ровной матовой фактуры, чтобы обеспечить более высокую адгезионную прочность вновь наносимого покрытия.Выбор эмали. Подобранная для

§ 23. Коррозия и эрозия металлов

§ 23. Коррозия и эрозия металлов Коррозией металлов называется их разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой.Химической коррозией называется процесс разрушения металлов без электрического тока, происходящий в среде сухих

7.4.7. АНОДНАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

7.4.7. АНОДНАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Разработано и широко применяется несколько методов анодной обработки металлов: электрополирование, анодное оксидирование и размерная обработка.Электрохимическое полирование было открыто русским химиком Е.И. Шпитальским в 1910 г. Процесс

Окрашивание металлов электрохимическим способом

Анодирование металла — это процесс электрохимического наращивания оксидной пленки путем анодного окисления.

Оксидная плёнка, полученная путем анодирования, прочно держится на поверхности своего металла. Возможно формирование оксидной пленки на поверхности металла другим способом — за счет повышения температуры. Но данный процесс возможен только до некоторой толщины, выше которой оксидная пленка трескается, ломается и отслаивается. При анодировании можно получать более толстые оксидные пленки, сохраняющие защитные свойства и прекрасную адгезию к субстрату.

Анодирование возможно практически для любого металла. Однако при анодировании есть ряд требований к росту пленки и ее адгезии. Во-первых, анодируемый металл должен образовывать только один устойчивый оксид. Образование двух различных оксидов ухудшает адгезию и повышает вероятность растрескивания пленки. По этой причине анодирование железа и меди крайне затруднительно. Во-вторых, при хорошей адгезии к металлу оксидная плёнка должна вместе с тем оставаться пористой, чтобы обеспечить беспрепятственный доступ электролита к поверхности металла для лучшего окисления и ее более быстрого роста. Этим требованием удовлетворяет очень мало металлов. Фактически, анодированию подвергают только алюминий, титан и тантал. Наиболее широко распространено анодирование алюминия.

Окисление алюминия на аноде сопровождается выделением кислорода. Наиболее распространёнными являются ванны с серной кислотой. В особых случаях применяют ванны с хромовой или щавелевой кислотой. Разряжаемый кислород частично реагирует с алюминием анода, а частично теряется в виде газа. По этой причине образующаяся оксидная плёнка содержит массу микроканалов, через которые к поверхности металла может поступать электролит. В результате толщина оксидной плёнки может достигать довольно больших значений. Данный механизм иллюстрирует рис. 1.

1 — гидратированный Al 2 O 3 ; 2.- Al 2 O 3 ; 3 — основной металл алюминий; 4 — микроканалы внутри плёнки; 5 — электролит (присутствует и внутри микроканалов)

Рис. 1. Механизм роста оксидной пленки алюминия.

В начале анодирования толщина пленки мала, ее сопротивление невелико и для поддержания необходимой плотности тока требуется небольшое напряжение. По мере роста толщины пленки и возрастания ее сопротивления, ток падает. При слишком большой толщине пленки она даже может начать растворяться. По закону Фарадея скорость образования пленки зависит от тока. Поэтому необходимо поддерживать требуемую плотность тока на протяжении всего процесса анодирования. Этого можно достичь постепенно увеличивая прикладываемое напряжение по мере анодирования.

Другой способ состоит в использовании менее крепкой кислоты. Однако ниже определенного значения крепость кислоты уменьшать нельзя. Поскольку в процессе анодирования кислота расходуется, при этом она должна обладать достаточной электропроводностью, иначе повышение прикладываемого напряжения вызовет ее разогрев.

Рабочие параметры процесса анодирования металлов приведены в табл. 1.

Таблица 1. Рабочие параметры процесса анодирования металлов.

Окрашивание металлов электрохимическим способом

В одном и том же электролите можно получать на стали, латуни и меди различ­ные по окраске оксидные пленки, обладающие высокими защитными свойствами.

Электрохимическое окрашивание металлов.

Состав электролита:
Медный купорос 60 г
Сахар-рафинад 90 г
Едкий натр 45 г
Вода 1000 куб.см
В раствор медного купороса объемом 200—300 куб. см добавить 90 г сахара-рафинада и перемешать его до полного растворения. Отдельно в 250 куб. см воды растворить едкий натр в количестве 45 г и к этому раствору небольшими порциями, постоянно помешивая, приливать раствор медного купороса с сахаром. Остаток воды добавить до общего ее количества 1 л. Удельный вес полученного электролита должен быть 1,1 при температуре 16° С.

Читать еще:  Как правильно клеить обои разных типов

Способ электрохимического окрашивания анодированного алюминия.

Тщательно отполированные и обезжиренные детали (до полной смачиваемости поверхности водой) подвешиваются в ванну. Анодом служит чистая медь. Рабочая температура электролита должна быть 25—40° С. Необходимо обеспечивать надежные контакты, иначе могут появляться нежелательные оттенки. В цепь ванны надо вклю­чить амперметр и реостат. Источником тока может служить один элемент ЗТ-У-ЗО (сухой) или один аккумуляторный элемент.

Ток включается после того, как детали оказываются погруженными в электролит (через 1—2 мин.). Минус источника тока приключается к детали, а плюс — к меди.

Металлы окрашиваются в следующие цвета: коричневый, фиолетовый, синий, голубой, светло-зеленый (салатный), желтый, оранжевый, красно-лиловый, зелено- синий, зеленый, розово-красный. Для окрашивания в эти цвета при плотности тока 0,01 А/кв.дм требуется следующее время (в мин.) протекания тока:

до 2 — коричневый 2—3,5 — фиолетовый

3,5—5,3 — синий 5,3—6,3 — голубой

6,3—8,5 — бледно-зеленый 8,5—12 —желтый

12— 13 —оранжевый 13— 15,5— красно-лиловый

15,5—17 — зелено-синий 17—21 — зеленый

При меньших плотностях тока интервалы времени между сменой цветов увели­чатся. По мере испарения электролита надо добавлять воду, так как повышение концентрации электролита приводит к ухудшению процесса окраски.

Для получения более контрастных цветов окраски надо добавить в готовый элек­тролит 20 г углекислого натрия (безводной соли).

Если пленка получилась неудачной, ее легко снять, для этого деталь надо погру­зить на 1—2 мин. в слабый раствор аммиака (нашатырного спирта).

После процесса окрашивания детали промываются водой, сушатся и покрыва­ются тонкой пленкой бесцветного лака.

Химическая окраска металлов — Chemical coloring of metals

Химическая окраска металлов — это процесс изменения цвета металлических поверхностей различными химическими растворами.

Химическое окрашивание металлов можно разделить на два типа:

  • гальваника — покрытие металлической поверхности другим металлом с помощью электролиза .
  • патинирование — химическая реакция поверхности металла с образованием окрашенного оксида или соли .

Химическое окрашивание металла отличается от простого покрытия его такими методами, как золочение или ртутное серебрение , потому что химическое окрашивание включает химическую реакцию, а простое покрытие — нет.

Содержание

  • 1 История
  • 2 использования
  • 3 Примеры процессов окраски
    • 3.1 Черный для серебра
    • 3.2 Зеленый для меди и сплавов
    • 3.3 Черный для меди
    • 3.4 Коричневый для меди
    • 3.5 Черный для железа
    • 3.6 Коричневый для железа
    • 3.7 Серый для олова
    • 3.8 Серо-черный для цинка
    • 3.9 Черный для алюминия
    • 3.10 Lustre colors patina (интерференционные цвета)
    • 3.11 Различные цвета на титане
    • 3.12 Различные цвета на нержавеющей стали 18 Cr / 8 Ni
  • 4 Дальнейшее чтение
    • 4.1 На английском языке
    • 4.2 На немецком языке
    • 4.3 На итальянском языке
    • 4.4 На испанском языке
    • 4.5 На русском языке
  • 5 Внешние ссылки
    • 5.1 На английском языке
    • 5.2 На французском языке
    • 5.3 На немецком языке
    • 5.4 На испанском языке
    • 5.5 На русском языке
    • 5.6 На хорватском языке
  • 6 Ссылки

История

Процессы химического окрашивания металлов так же стары, как и технология обработки металлов. Некоторым из самых ранних известных примеров цветных металлических предметов около 5000 лет. Это бронзовые отливки с некоторыми деталями серебристого цвета, которые происходят из анатолийского региона. Подобные процессы можно найти на некоторых древнеегипетских медных листах. Другой пример ранней химической окраски металлов — небесный диск Небры , имеющий зеленую патину и золотые вставки.

Плиний Старший упомянул различие между естественной и искусственной патиной в первом веке нашей эры. Еще один древний документ о химической окраске металлов — это лейденский папирус X (III век нашей эры).

Два важных источников из средневековья на химически цветных металлов являются Clavicula Mappae , который был датирован между 9 — м и 12 — м веках, и Феофил пресвитера работы «s De Diversis Artibus , который был приурочен к 12 — м веке.

Во времена Возрождения наиболее значительными документами были « Трактат о ювелирном деле» и « Трактат о скульптуре » известного итальянского маньериста , скульптора и ювелира Бенвенуто Челлини . Патинирование также кратко упоминается итальянским художником и писателем Джорджо Вазари и Помпонием Гауриком в его работе «Скульптура 1504 года». Андре Фелибиен также кратко упоминает некоторые методы патинирования бронзовых скульптур в своей работе «Принципы» 1699 года.

Начало современной научно обоснованной химической или электрохимической окраски металлов ознаменовано открытием Леопольдо Нобили (1784 — 1835) цветных колец Nobilis в 1826 году. Леонард Эльснер, Александр Ватт, Антуан Сезар Беккерель (1788 — 1878) и Рудольф Кристиан Бёттгер (1806 — 1881) также играет важную роль в ранней истории электрохимического окрашивания металлов. Джордж Ричардс Элкингтон (1801–1865), известный своим патентом на гальваническое покрытие серебра и золота (1840), запатентовал по крайней мере один процесс электрохимического окрашивания металлов. В 19 веке были опубликованы первые руководства, посвященные исключительно химической окраске металлов. В 1868 году Пушер впервые сообщил о применении многоцветной или блестящей патины на основе тиосульфата натрия и ацетата свинца.

С конца 18 века химическое окрашивание металлов было постоянной темой в различных сборниках рецептов химической технологии, а с середины 19 века и далее эта тема была включена в большинство руководств по гальванике и справочников ювелиров и серебряных дел мастеров.

Большой прогресс был достигнут в промышленном применении химической окраски металлов в начале 20 века. Например, около 1905 года были получены первые патенты на черный никель (патенты Германии DRP 183972 и DRP 201663) и черный оксид (около 1915-1922 гг., Патенты Германии DRP 292603, DRP 357198, DRP 368548). Между 1923 и 1927 годами были опубликованы первые британские патенты на окисленный алюминий, а в 1929 году был разработан черный хром (патент Германии GP 607, 420).

После Второй мировой войны возрос интерес к медным листам с зеленой патиной, которые предназначались в первую очередь для архитектурных целей. Технологии анодного окисления титана , а затем ниобия и тантала развивались с середины 1960-х годов. Технология анодного окисления нержавеющей стали также была разработана в 1957 г. (патент US 2957812A).

В настоящее время изучаются возможности использования бактериальных культур для патинирования меди и железа, а также тестируются лазерно-индуцированное окрашивание меди и ее сплавов, ниобия, нержавеющей стали, хромированных предметов.

Использует

Химическое окрашивание металлов в основном используется при изготовлении скульптур, украшений, значков, медалей и украшений. Он также используется в архитектуре, при производстве металлической мебели и в военных целях, а также для изготовления декоративных сосудов. В некоторой степени он используется для восстановления и консервации металлов.

Травление стали

Компания «Новаметалл Трейд» предлагает услуги по цинкованию стали горячим и термодиффузионным способами. Подобная обработка металла позволяет защитить его поверхность от образования коррозии, а также улучшить сопротивляемость резкому перепаду температур и агрессивному воздействию факторов окружающей среды. Процесс цинкования состоит из нескольких этапов, одним из которых является травление стали, то есть удаление с ее поверхности окислов и окалин.

Этапы травления

Следует отметить, что травление стали и других металлов может сопровождаться газовыделением. Поэтому для обеспечения всех мер безопасности процесс должен выполняться только профессионалами, обладающими необходимыми навыками, в специально отведенном для этого месте. Технологию травления условно можно разделить на следующие этапы:

  1. подготовка поверхности металла. Для этого возможно проведение механической шлифовки поверхности, ее полировка и обезжиривание;
  2. взаимодействие травителя с обрабатываемой поверхностью. В качестве травителя могут использоваться растворы кислот, солей и щелочей и т. д.;
  3. очистка поверхности от травителя. Для этого, как правило, проводится промывка с использованием растворителя.

Способы травления стали

Выделяют две основные технологии травления металлов, в том числе и стали. Это химический и электрохимический способы. Оба они основаны на использовании растворов кислот. Как правило, применяют соляную и серную кислоты. Стоит отметить, что процесс травления стали требует особой точности и соблюдения всех требований и правил, что позволяет избежать повторного проведения процедуры. Важно, чтобы кислота не вступила в реакцию с металлом, а только очистила с его поверхности окись или окалины.

Электрохимический способ

Данная технология травления предполагает проведение следующих работ:

  • подготовка кислотного раствора. Это один из наиболее ответственных этапов травления стали, потому что он требует получения определенного процентного содержания кислоты в растворе благодаря тщательному подбору объема исходных веществ;
  • защита отдельных участков металла. Травление перед цинкованием иногда требуется не для всех частей заготовки. Для защиты этих участков от агрессивных веществ используется специальный лак. Его приготовление представляет собой сложный процесс, так как при этом следует не только учитывать пропорции всех составляющих и технологию их смешивания, но и соблюдать правила безопасности, потому что лак содержит огнеопасные компоненты. В промышленных масштабах используют специальные готовые составы, поэтому травление стали лучше доверить профессионалам;
  • подготовка поверхности металла. Чтобы лак тщательно покрыл защищаемый участок и не стерся под воздействием раствора кислоты, следует предварительно обезжирить эту область. Данный процесс также требует аккуратности и точности, потому что даже незначительная ошибка может привести к получению неудовлетворительного результата;
  • электромеханическое воздействие на поверхность металла. На данном этапе технология травления предполагает погружение обрабатываемой заготовки в раствор. Предварительно к ней подключают положительный электрод. Источник питания включают только после погружения детали в раствор. Весь процесс занимает несколько минут, при этом следует строго соблюдать технику безопасности. Через определенное время подача электричества прекращается, деталь вынимают из раствора и очищают от остатков вещества с помощью специальных реактивов;
  • очистка поверхности от лака. На этом этапе применяются специальные растворители, позволяющие избежать повреждения металла.

Химический способ

Данная технология травления металла отличается от электрохимического способа лишь тем, что она не предполагает использования источника питания. Весь процесс основан исключительно на химических реакциях.

Если вас заинтересовала предлагаемая нами услуга травления стали, обращайтесь по телефонам, указанным в разделе «Контакты», или оставьте заявку на обратный звонок. Мы с радостью ответим на все имеющиеся вопросы. Цену на травление стали также можно уточнить у наших менеджеров.

Цветное оксидирование металла. Патинирование серебра, меди, латуни.

Гальванические покрытия по своему назначению подразделяются на функциональные и декоративные. Функциональные покрытия служат для защиты металлических изделий от воздействия окружающей среды – защищают от коррозии, а также служат для придания деталям определенных физико-механических свойств

– прочность, паяемость, антифрикционные свойства, стойкость к воздействию кислот или щелочей и т. д. Назначением декоративных гальванических покрытий является придание металлическому изделию красивого внешнего вида – блестящей металлической поверхности заданного оттенка или глубокой ровной матовой поверхности. Большинство гальванических покрытий выполняют обе перечисленные функции и являются защитно-декоративными. Например, хромирование не только придает изделию красивый внешний вид (блестящая металлическая поверхность серебристого оттенка) но и придает изделиям дополнительную прочность и защищает от коррозии.

Химическое или гальваническое оксидирование также является комбинированным покрытием, которое придает изделиям высокую коррозионную стойкость и декоративные свойства.

Оксидирование — это процесс образование на поверхности металла кислородных соединений — окисей и закисей металлов.

Оксидированию могут быть подвергнуты изделия из различных металлов и сплавов — изделия из серебра, меди и медных сплавов, латуни, стальные изделия. Процесс электрохимического оксидирования алюминия или сплавов на его основе называется анодированием (см. «Анодирование алюминия» , «Свойства анодированного алюминия» ).

Химический метод оксидирования более экономичный, по сравнению с гальваническим и позволяет получать на поверхности декоративное покрытие с большим количеством цветов и оттенков за счет изменения температуры процесса или времени выдержки изделия в растворе.

Электрохимическое и химическое оксидирование серебра

Серебряные изделия подвергают химическому оксидированию для окрашивания поверхности и защиты от окисления (потемнения поверхности). Оттенок оксидированного серебра может быть серым, фиолетовым, синим, черным и зависит как от времени выдержки изделия в растворе. Оттенок меняется в процессе выдержки в растворе и определяется визуально, изделие извлекают при достижении необходимого оттенка. В ювелирном деле есть прием, при котором раствор наносится на отдельные участки серебряного изделия. Таким образом получают изделия с различной цветовой гаммой, например, прокрашивают впадины и углубления в темный оттенок как бы выделяя выступающие части.

Процесс химического оксидирования серебра проводят в растворе серной печени с добавлением, в зависимости от необходимого оттенка, хлористого аммония (40 г/л) или углекислого алюминия (20 г/л). Процесс проходит при температуре 70-90 0 С. Серная печень представляет собой раствор поташа (углекислый калий K2CO3) и сульфида калия K2S или серы.

Читать еще:  Пенобетон, газобетон, полистиролбетон, керамзитобетон, кирпич; что лучше

Внимание: Если вы планируете провести процесс оксидирования в домашних условиях следует обратить внимание на то, что сера требует особо осторожного обращения – сера горюча, а ее пары в воздухе образуют взрывчатую смесь. Хранить серу следует в плотно закрытой емкости отдельно от окислителей.

Соотношение поташа и серы в расплаве могут быть различными, обычно одну часть серы смешивают с двумя частями поташа. Сплавление компонентов происходит в течение 15-25 минут. Затем расплав разбавляют в дистиллированной воде. При приготовлении раствора с использованием поташа и сульфида калия компоненты растворяют в воде, смешивают и медленно нагревают до температуры 80-90 0 С.

Перед погружением в раствор поверхность изделия обезжиривают бензином или спиртом. По окончанию процесса поверхность протирают фетровой салфеткой (иногда на поверхность предварительно наносят мел), затем изделие полируют.

Гальванической процесс оксидирования не отличается от процессов электрохимического осаждения металлов (хромирования, никелирования, цинкования или меднения). Электролит для гальванического оксидирования серебряных изделий содержит в своем составе:

  • сернистый натрий (20-30 г/л);
  • сернокислый натрий (15-20 г/л);
  • серную кислоту (5-10 г/л);
  • ацетон (3-5 г/л).

Процесс проходит при цеховой температуре, плотности тока 0,1-0,5 А/дм 2 в течение 1-5 минут.

Обработанные таким образом серебряные изделия не темнеют под воздействием атмосферы, покрытие сохраняет свои декоративные и защитные свойства несколько лет.

Чернение (патинирование) меди

Процесс оксидирования меди, в результате которого медное изделие приобретает темный цвет называют чернением или патинированием меди.

Патинирование – процесс образования на поверхности металла сернистых или хлористых соединений в результате взаимодействия химических элементов с металлом.

Чернение (патинирование) меди проводят в растворе серной печени. В результате взаимодействия ионов серы с металлом на поверхности медного изделия образуются пленка сульфида меди – соль черного цвета нерастворимая в воде и неконцентрированных кислотах.

Для чернения меди используют следующие варианты растворов:

  • серная печень (10-20 г/л) доводится до кипения;
  • серная печень (6-10 г/л), хлористый аммоний (40 г/л) при температуре 80 0 С;
  • едкий натр (9 г/л), персульфат аммония (3 г/л) при температуре 100 0 С.

Реакция оксидирования проходит быстро, медное изделие приобретает темный благородный оттенок (под старину). Таким способом часто патинируют медные чеканки – в результате в углублениях медь приобретает черный цвет, на наклонных поверхностях оттенок светлее и на выпуклых поверхностях изделие сохраняет блестящий красный цвет. Перед погружением в раствор чеканку нагревают.

Художественное патинирование медных пластин

В художественных мастерских для обработки чеканок и различных украшений из меди часто используется способ оксидирования меди без погружения в раствор. Для этого на поверхность изделия аккуратно наносят слой концентрированной азотной кислоты, после чего изделие нагревают. Цвет меди меняется в зависимости от температуры от зеленовато-синего до черного. Затем изделие остужают, промывают водой и осветляют выпуклые части композиции с помощью плотной ткани, смоченной в бензине.

Еще один способ цветного оксидирования меди, при котором получают различные оттенки поверхности изделия в одном и том-же растворе, проводится в смеси серноватокислого натрия (130 г/л) и ацетата свинца (35 г/л) при температуре 80 0 С. Поверхность изделия под воздействием раствора может приобретать желтый, оранжевый, красный или фиолетовый цвет. Оттенок оксидной пленки постоянно меняется при раскачивании, при достижении необходимого результата изделие вынимают из раствора сушат и наносят лак. При этом практически невозможно получить два идентичных изделия, каждая художественная композиция будет неповторима.

Удаление окисной пленки с меди

Снятие темной патинирующей пленки с поверхности изделия проводится в растворе (10-15%) кислот – серной и азотной.

Внимание: При смешивании концентрированной серной и азотной кислоты происходит реакция с выделением большого количества тепла. Следует использовать только специальную тонкостенную химическую посуду. При растворении кислот следует вливать кислоту в воду медленно, небольшими порциями. Следует помнить, что соли меди ядовиты, все работы проводить в вытяжном шкафу.

Патинирование и оксидирование изделий из латуни

Изделия из латуни также подвергают оксидированию с целью окрашивания поверхности или создания художественных композиций, стилизованных под старину. На латунных изделиях получают оксидные пленки со множеством цветов и оттенков – желтый, оранжевый, красный, синий, черный и т. д., при этом возможно получение как глянцевой, так и матовой поверхности.

Чернение латуни

Одним из способов чернения латуни является способ, при котором на поверхность изделия наносят хлористую сурьму. Реактив наносят кистью или валиком, а затем втирают плотной тканью или щеткой. В зависимости от концентрации раствора получают оттенки от серого до черного.

Получение цветных окисных пленок на латуни

Цветные оксидные пленки на латуни получают несколькими способами. Самый простой – оксидирование в растворе азотной кислоты. Погруженная в раствор латунная деталь покрывается слоем азотнокислой меди и окрашивается в зелено-голубой цвет. Процесс происходит при постепенном нагреве. Цвет пленки меняется в процессе нагрева, завершается процесс окрашиванием поверхности в черный цвет.

В качестве раствора оксидирования можно использовать обычный фиксаж для фотопечати (триосульфат натрия или гипосульфит). В раствор фиксажа (40-60 г/л) добавляется небольшое количество азотной кислоты (подкисляют раствор). В результате проходит химическая реакция с выделением сернистого газа и отложением серы, а раствор приобретает мутно желтый или желто-зеленый оттенок. Готовят раствор непосредственно перед обработкой латуни, раствор активен в течение 15-20 минут. Цвет меняется со временем выдержки имеет синеватый или фиолетовый оттенок. Емкость для раствора выбирают таким образом, чтобы поверхность изделия была видна. Изделие погружают в емкость на непродолжительное время, затем извлекают и промывают в горячей воде. Затем поверхность изделия наносят слой песка и протирают щеткой или плотной тканью. Окончательный оттенок изделие приобретает после повторного погружения в раствор. После извлечения из раствора поверхность обрабатывают пемзой, стирая темный налет, сушат и покрывают слоем прозрачного лака.

Еще один способ цветного оксидирование латуни осуществляется в растворе тиосульфата натрия (130-150 г/л) и уксусного или азотнокислого свинца (35-40 г/л). Раствор нагревают до 80-90 0 С. Процесс требует постоянного визуального контроля, т к. цвет пленки меняется быстро и непрерывно – желтый, красный, фиолетовый, синий и, по окончании процесса, черный. При получении нужного оттенка изделие быстро извлекают из емкости, промывают и сушат.

Для всех перечисленных способов оксидирования латуни справедливо общее правило – реакцию можно остановить на любой стадии процесса, при получении нужного оттенка изделие извлекается из раствора. Если осуществляется предварительный нагрев изделия – прервать реакцию можно остановив нагрев. Фиксируют оттенок просто промыв поверхность водой. Осветление отдельных участков изделия производится бензином.

Точных рецептов приготовления растворов оксидирования и режимов процесса не существует, результаты художественного цветного оксидирования зависят от множества факторов – чистоты исходных компонентов, степени нагрева детали или раствора, способа обработки изделия по окончании процесса.

Большинство из перечисленных способов оксидирования и патинирования серебра, меди или латуни могут быть проведены в домашних условиях или гаражной мастерской, при соблюдении основных правил техники безопасности, которые справедливы для любого процесса нанесения гальванических или химических покрытий где используются концентрированные кислоты или производится нагрев активного раствора с выделением газообразных веществ.

Электрохимическое окрашивание сплавов алюминия в условиях нестационарных режимов электролиза Фролова, Ольга Викторовна

480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ‘, MOUSEOFF, FGCOLOR, ‘#FFFFCC’,BGCOLOR, ‘#393939’);» onMouseOut=»return nd();»> Диссертация, — 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат — бесплатно , доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников

Фролова, Ольга Викторовна. Электрохимическое окрашивание сплавов алюминия в условиях нестационарных режимов электролиза : диссертация . кандидата технических наук : 02.00.05 / Фролова Ольга Викторовна; [Место защиты: Энгел. технол. ин-т].- Саратов, 2011.- 175 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/3402

Введение к работе

Актуальность темы. По объему производства алюминий занимает среди металлов второе место после стали. Алюминий и его сплавы используют в строительстве жилых и общественных зданий, сельскохозяйственных объектов, в судостроении, для оборудования силовых подстанций, для изготовления кабельных, токопроводящих изделий в электротехнике, корпусов и охладителей диодов, специальной химической аппаратуры, товаров народного потребления. Алюминий находит широкое применение в авиационной и автомобильной промышленности.

Одним из распространенных направлений электрохимической обработки алюминия является получение цветных анодных покрытий, представляющих собой оксид алюминия с внедренными компонентами различной химической природы. Окрашенные покрытия обладают повышенной коррозионной стойкостью, механической прочностью и придают декоративный внешний вид. Перспективность использования в таких процессах различных нестационарных режимов вызвана широкими возможностями для управления структурой, свойствами и качеством покрытий, а также возможностью интенсификации процессов окрашивания.

В настоящее время для адсорбционного окрашивания анодной оксидной пленки (АОП) на сплавах алюминия в качестве красящих агентов используют органические красители. Для электрохимического окрашивания известны электролиты на основе сульфатов различных металлов. Особенностью настоящей работы является использование в качестве красящих компонентов отходов гальванических производств — гальваношламов (ГШ) после реагентной очистки сточных вод. В состав ГШ входят соединения различных металлов: Cu, Ni, Zn, Cr, Fe, Co и др., такие же металлы в виде сульфатов входят в состав электролитов электрохимического окрашивания анодированного алюминия. Поэтому при окрашивании АОП применение ГШ для приготовления растворов окрашивания является перспективным и актуальным с точки зрения решения экологических и экономических проблем.

Цель работы.

Изучение механизма и кинетических закономерностей процесса электрохимического окрашивания алюминия и его сплавов в сернокислых электролитах на основе ГШ для разработки технологии получения цветных покрытий широкого спектра цветовой гаммы с применением нестационарных режимов электролиза.

Задачи исследования:

Установить влияние концентрации серной кислоты и навески ГШ на степень извлечения катионов металла, являющихся красящими агентами, в процессе приготовления электролита окрашивания.

Исследовать влияние параметров импульсного электролиза на кинетику электрохимического окрашивания предварительно сформированных АОП в растворах сульфатов металлов и в электролитах на основе ГШ.

Исследовать влияние параметров реверсивного электролиза на кинетику совмещенного оксидирования и окрашивания алюминия и его сплавов в растворах сульфатов металлов и в электролитах на основе ГШ.

Изучить свойства получаемых покрытий. Оптимизировать условия для получения покрытий черного цвета. Получить новые сведения о природе носителя окраски.

На основании проведенных исследований разработать технологию для формирования окрашенного анодного покрытия в растворах ГШ требуемого цвета. Дать предложения по внедрению разрабатываемого способа.

Научная новизна:

Впервые проведены систематические исследования электрохимического окрашивания АОП на сплавах алюминия в электролитах на основе ГШ с использованием нестационарных режимов электролиза в широком интервале плотностей тока, напряжения, концентрации компонентов, длительности импульса и паузы, температуры, что позволило дать практические рекомендации для получения заданной цветовой гаммы на алюминии и его сплавах.

Впервые с помощью метода планирования эксперимента проведено математическое моделирование для процесса электрохимического окрашивания сплавов алюминия в растворах на основе ГШ. Полученные уравнения позволяют оптимизировать условия для получения требуемой цветовой гаммы на алюминии и его сплавах.

Научно обоснована возможность использования совмещенного анодирования и окрашивания сплавов алюминия с применением реверсивного электролиза в сернокислых электролитах, содержащих ГШ.

Практическая значимость результатов работы. Проведено систематическое исследование ГШ и электролитов на его основе. Установлено влияние концентрации серной кислоты на растворяющую способность по отношению к сухому ГШ. Предложен способ, обеспечивающий высокую степень извлечения катионов металлов из ГШ в процессе приготовления электролита на их основе. Подобраны нестационарные режимы для электрохимического окрашивания предварительно полученной АОП на алюминии и сплавах его основе, а также изделий из алюминия без предварительного оксидирования при совмещенном анодировании и окрашивании в электролитах, содержащих ГШ. Получены покрытия различной цветовой гаммы с высокой коррозионной стойкостью и светостойкостью. Даны рекомендации по внедрению технологии на ОАО ЭПО «Сигнал», г. Энгельс.

Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на Международных и Всероссийских конференциях: в Иваново (2008 г.), Москве (2009 г.), Новочеркасске (2008 г.), Санкт – Петербурге, Саратове, Воронеже, Кирове, Ульяновске. По результатам работы получено финансирование по программе «У.М.Н.И.К.».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 2 статьи в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методического и экспериментальных разделов, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Изложена на 160 страницах и включает 75 рисунков, 28 таблиц, список использованной литературы состоит из 145 наименований.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector