RO107134B1 - Procedeu pentru colorarea suprafetelor materialelor metalice - Google Patents

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu pentru colorarea suprafețelor materialelor metalice, prin formarea unui film de oxizi El se aplica cu bune rezultate la colorarea produselor plate, cum sunt foile de oțel, în special oțel inoxidabil.

Colorarea suprafețelor materialelor metalice, în special a foilor sau a plăcilor din oțel inoxidabil, își are principala aplicație in domeniul construcțiilor. Componentele care sunt astfel colorate se întrebuințează pentru acoperirea sau îmbrăcarea pereților clădirilor. O colorare de acest fel se aplică de asemenea componentelor de decorațiune interioară. seturilor de vane, robinete și garnituri, la diferite articole casnice, etc.

Se știe că această colorare poate fi obținută pe baza formării unui film de oxizi pe suprafața materialului și pe baza stabilizării fenomenului de interferență a luminii. Culoarea realizată, pentru un material dat, este în funcție de grosimea filmului depus. Metodele cunoscute, utilizate în mod tradițional pentru colorarea oțelului inoxidabil, constau în crearea unui film de oxizi, prin reacție chimică, prin imersarea materialului care urmează a fi colorat într-o soluție oxidantă, cum ar fi o baie care conține ioni azotat, cromat sau permanganat (brevet US nr. 4692191). Pentru a produce această oxidare a suprafeței se pot întrebuința de asemenea metodele electrochimice. Totuși utilizarea unei astfel de băi de oxidare impune precauții deosebite pentru a garanta siguranța operatorilor și a preveni poluarea mediului înconjurător. în plus, aceste băi atacă metalul și nu întotdeauna fac posibilă -păstrarea suprafeței inițiale a materialului 1a aceeași calitate.

Este cunoscut procedeul de supunere a suprafeței materialelor metalice la un tratament de suprafață utilizând plasmă, într-o atmosferă constituită dintr-un gaz rar, cum ar fi argonul. într-un astfel de tratament suprafața materialului polarizat negativ este bombardată de ionii de plasmă, care determină ca atomii de suprafață ai materialului să fie smulși. Este cunoscută o metodă de îmbunătățire a rezistenței la coroziune a materialelor metalice, în care materialul de tratat este amplasat drept catod într-o plasmă obținută prin descărcare electroluminiscentă într-o atmosferă de presiune joasă (sub 1000 Pa). Plasma care se formează în acest fel este de tipul uzual, fiind denumită plasmă rece sau de temperatură joasă, spre deosebire de plasmele de fuziune termonucleară denumite plasme fierbinți. Gradul său de ionizare este scăzut, (10”' până la 10’^J). Energia electrică este transferată electronilor care sunt relativ puțini la număr, dar cu energie foarte mare (1 până la 10 eV). Astfel ei determină gazul să se încălzească, temperatura sa putând să varieze de la 20 până la 700°C și producând specii excitate în număr mare.

Obiectul invenției este să propună o metodă rapidă și nepoluantă de colorare a materialelor metalice, în special a foilor din oțel inoxidabil care permite materialului ce se colorează să-și păstreze aspectul inițial, cum ar fi strălucirea sau aspectul satinat

Procedeul conform invenției elimină dezavantajele procedeelor cunoscute, prin aceea că, materialul metalic care urmează a fi colorat este supus unui tratament de suprafață sub o presiune de 0,1 până la 1000 Pa, utilizând o plasmă la temperatură joasă, produsă prin descărcarea electroluminiscentă între un anod care este materialul ce trebuie colorat și un catod, plasat de preferință la o distanță de la 1 până la 50 mm de acesta, reprezentat printr-un materialsursă, cuprinzând elementele ale căror oxizi trebuie să se depună și care este polarizat negativ în raport cu materialul de colorat, descărcarea electroluminiscentă având loc într-o atmosferă, cuprinzând cel puțin un gaz a cărui moleculă conține atomi de oxigen și care poate fi ales dintre oxigen, ozon, aer, oxizi de azot, vapori de apă și amestecuri din aceștia cu un gaz neutru, tensiunea la care se lucrează fiind de preferință cuprinsă între 200 și 5000 V și densitatea de curent la anod fiind de preferință de la lja 100 niA/cm .

Intr-o realizare preferată, plasma este produsă de o descărcare electroluminiscenră între un anod și un catod, catodul reprezentând materialul sursă și fiind posibil ca anodul să fie reprezentat dc materialul care urmează să fie colorat. Atmosfera constă de preferință din 20... 80% în volum amestec de oxigen și azot. Prin termenul material sursă se înțelege un articol ce formează un pat de atomi cu intenția de a constitui în forma oxidantă depozitul pe materialul de colorat După cum se înțelege, procedeul constă în așeazarea materialului într-un spațiu închis, ce conține o plasmă oxidantă. Această plasmă smulge atomi din suprafața materialului sursă. Acești atomi se combină cu oxigenul din plasmă și sc depun pe suprafața materialului decolorat Ca un rezultat al fenomenului de interferență a luminii, suprafața acestui material capătă o culoare care este în funcție de grosimea peliculei de oxizi astfel formați și în consecință, de durata tratamentului In conformitate cu invenția s-a constatat că, în cazul în care atmosfera conține un gaz oxidant, chiar și în concentrație mică, se găsește pe anod o peliculă de oxizi metalici, formată de atomii metalici proveniți din catod. Această peliculă colorează suprafața materialului în virtutea stabilirii interferențelor luminii, rezultat care este similar cu cel obținut prin metodele chimică și electrochimică uzuale întrebuințate pentru colorarea materialelor metalice. în plus, operația nu afectează aspectul suprafeței inițiale a materialului, cum ar fi aspectul strălucitor sau satinat, spre deosebire de metodele anterioare, în care se produce un atac de suprafață a materialului. Acestea constituie principalele avantaje ale procedeului conform invenției.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției.

Materialul metalic, de exemplu o placă din oțel inoxidabil care se dorește să fie colorată la suprafață, este plasată într-o incintă închisă. Aceasta conține un gaz care are în compoziție atomi de azot și este apt de a fi ionizat printr-o descărcare electroluminiscentă, stabilită între un catod și un anod așezați față în față. Anodul este reprezentat de materialul ce se va colora și catodul este în contact cu atmosfera gazoasă a incintei în care are loc procesul. Catodul constă dintr-o placă metalică, făcută dintr-un material, cum ar fi oțelul inoxidabil feritic sau austenitic, un oțel inoxidabil cromat, titan, aluminiu, și altele similare.

C2a regulă generală natura materialului catodic determină natura oxizilor care se depun pe componenta de colorat Folosind oțel inoxidabil feritic, depozitul constă din oxizi de fier și crom. Folosind un oțel cu crom, depozitul constă în principal în oxizi de crom. Dacă se folosește titan sau aluminiu pur, depozitul constă din oxizi de titan sau de aluminiu. Alegerea naturii oxizilor depuși pe componenta ce urmează să fie colorată depinde de caracteristicile urmărite pentru acel depozit, cum ar fi adezivitatea sau rezistența la coroziune.

Atmosfera din încăperea închisă în care are loc procesul este o atmosferă rarefiată, cu o presiune mai mică de 1000 Pa. Așa cum s-a arătat deja, ea conține cel puțin și chiar numai sub formă de de urme, un gaz care are putere de oxidare și care se ionizează ușor, care de aceea este ales, de exemplu, dintre oxigen, ozon, aer, bioxid de carbon, oxizi de azot și vapori de apă. Se pot întrebuința, de asemenea, amestecurile dintre unul sau mai multe dintre aceste ^gaze și un gaz neutru, cum este argonul. In practică este posibil să se întrebuințeze aer recondiționat, adică un amestec care conține 80% în volume azot și 20% în volume oxigen. Utilizarea aerului natural simplifică problema producerii presiunii joase c

în incinta închisă. Culoarea care apare pe suprafața materialului este în funcție de grosimea depozitului de oxizi. Această grosime este de ordinul a câteva sute de angstromi și ea depinde de voltajul menținut între anod și catod și care poate să varieze între 200 și 5000 V, de densitatea de curent din anod, care poate să varieze de la 1 la 100 mA/cm , de timpul cât durează efectuarea depunerii, care este până la 60 de min, de distanța dintre anod și catod, care poate să varieze de la 1 mm la câțiva centimetri și care este de preferință cuprinsă între 1 la 50 mm.

Este ușor de determinat pe cale experimentală care este culoarea care se obține în anumite condiții ale procedeului. Uniformitatea culorii depinde de calitatea suprafeței materialului care urmează să se coloreze, de uniformitatea temperaturii sale și de buna stabilire a paralelismului dintre material și catod. Pe de altă parte, culoarea nu depinde de compoziția chimica a depozitului. Grosimea stratului de oxizi se mărește dacă se mărește durata procesului, densitatea de curent la anod, voltajul la electrozi, distanța dintre electrozi. Astfel, de exemplu, pe suprafața unei plăci din oțel inoxidabil cu dimensiunile de 70 x 120 mm, supusă într-o atmosferă care conține 80% azot și 20% oxigen în volume, unei intensități de curent de 300 mA, (aceasta înseamnă o densitate de curent de 3,6 mA/cm²), cu un voltaj de 1200 V între electrozi și o distanță până la catod de 10 mm, se obțin următoarele culori:

- cu tratament de 2 până la 4 min, galben până la galben roz;

- cu tratament de 5 până la 6 min, roșu-violet;

- cu tratament de 7 până la 12 min, albastru închis până la albastru pal;

- cu tratament de 18 min, galben;

- cu tratament de 22 min, roz;

- cu tratament de 27 min, albastru verzui;

- cu tratament de 30 min, verde;

- cu tratament de 60 min, roz.

Pe materialul care urmează a fi colorat se pot desena diverse modele cu ajutorul unor măști care fac posibil să se modifice timpul de expunere la plasmă a diferitelor suprafețe ale probei și deci grosimea oxizilor care le acoperă. Tonurile nuanțate se pot obține prin aranjarea catodului oblic față de probă, astfel încât să varieze distanța dintre electrozi continuu și în felul acesta și grosimea depunerii pe anod. Mai mult decât atât, dacă se dorește să se obțină o colorare uniformă a unui articol care nu are suprafețe plane, este necesar sa se întrebuințeze un catod de aceeași formă și să se amplaseze paralel cu articolul de colorat Materialul de colorat poate fi pur și simplu plasat față în față cu catodul care este materialul sursă, fără să fie el însuși inclus în circuitul pentru producerea descărcării electroluminiscente. De asemenea, plasma de temperatură joasă necesară se poate produce prin alte procedee decât prin descărcare electroluminiscentă.

De exemplu, se poate menține o excitare a atmosferei folosind microundele sau frecvența radio. însă în toate cazurile trebuie să se aplice materialului sursă un voltaj mai scăzut decât cel al materialului de colorat Este evident faptul că articolul de colorat nu se va supune în mod normal unui tratament de suprafață care ar putea acoperi culoarea obținută. Acesta este motivul pentru care invenția se aplică oțelurilor inoxidabile, în cazul cărora asemenea tratamente nu sunt indispensabile pentru o bună păstrare a obiectului într-o atmosferă înconjurătoare uzuală.

Claims (1)

1. Procedeu pentru colorarea, prin stabilirea de interferențe luminoase, a suprafețelor materialelor metalice având forma unor plăci sau a unor folii din oțel sau din oțel inoxidabil feritic, austenitic, titan, aluminiu, prin crearea pe aceaste suprafețe a unor pelicule de oxizi cu grosime controlată, caracterizat prin aceea că, materialul metalic care urmează să fie colorat, este supus unui tratament de suprafață sub o presiune de 0,1 până ia 1000 Pa, utilizând o plasmă la temperatură joasă, produsă prin descărcarea electroluminiscentă între un anod care este materialul ce trebiue colorat și un catod, plasat de preferință la o distanță de 1 până Ia 50 mm. de aceasta, reprezentat printr-un material sursă cuprinzând elementele a căror oxizi trebuie să se depună și care este polarizat negativ în raport cu materialul de colorat, descărcarea electroluminiscentă având loc într-o atmosferă cuprinzând cel puțin un gaz a 5 cărui moleculă conține atomi de oxigen și care poate fi ales, de preferință, dintre oxigen, ozon, aer, oxizi de azot, vapori de apă și amestecuri din aceștia cu un gaz neutru, tensiunea la care se lucrează 10 fiind de preferință cuprinsă între 200 și 5000 V și densitatea de curent la anod fiind d^ preferință de 1 până la 100 mA/cm“.