Формирование плёнок электрохимическим способом

 

Электрохимический способ получения цветных оксидно-солевых защитных покрытий, обладающих высокими декоративными свойствами, мало распространён из-за ограниченной цветовой гаммы получаемых плёнок. Для увеличения цветовой гаммы формируемых плёнок можно использовать импульсные токи, позволяющие гибко изменять параметры процесса.

Для исследований использовался транзисторный источник прямоугольных импульсов тока с независимой регулировкой выходных амплитудно-временных параметров. Образцы – литые цилиндры из сплава СрМ925. Катод из титана ВТ3-1. Использовались электролиты (г/л), при непрерывном перемешивании и температуре 18–20º С:

1 –гипосульфит натрия Na ₂ S ₂ O ₃ ·5 H ₂ O – 800;

2 –гипосульфит натрия – 320; кислота уксусная СН₃ООН – 60; уксуснокислый натрий СН₃ОО Na – 136;

3 – тиокарбамид SC (NH ₂)₂ – 90, кислота серная Н₂ SO ₄ – 30;

4 – перманганат калия К Mn О₄ – 0,05;

5–гипосульфит натрия – 800; перманганат калия – 0,05.

Образцы обрабатывали при следующих режимах: i _а = 15–40 А/дм²; τ _обр = 1, 3, 5, 7, 15 мин; t _и = (100, 300, 1000, 3000)×10^–6 с; q = 2, 4, 8.

В первом электролите красивая, устойчивая, равномерная плёнка формируется при t _эл = 50–60º С, i _а = 20–25 А/дм², τ _обр = 5 мин. При промывании под струей воды она не смывается, после просушивания не стирается.

Во втором электролите возможно получение цветных плёнок при следующем режиме: i _а = 30–40 А/дм², t _И = 3×10^–3с. q = 2. Цвет плёнки зависит от продолжительности обработки (табл. 5), а значит от толщины плёнки.

Зелёную и серую плёнки можно получить в том же электролите, но при незначительно отличающемся режиме: i _а = 8–10 А/дм², t _И = 3×10^–3с, q = 4, 8. Цвет плёнки также зависит от продолжительности обработки (табл. 6).

Однако эти плёнки (см. табл. 5.5, 5.6) недостаточно устойчивы и требуют дополнительной защиты бесцветными лаками.

Таблица 5.5

Зависимость цвета плёнки
от продолжительности обработки
в электролите №2

 

Таблица 5.6

Серо-зелёные цвета плёнок
в электролите №2

Цвет плёнки τ _обр, мин   Цвет плёнки τ _обр, мин Светложёлтый 5...7   Светло-серый 1...2 Жёлтый 10...15   Серо-зелёный 3...5 Жёлто-коричневый 15...20   Светло-чёрный 5...8 Коричневый 25...30       Малиновый 40...45       Бурый 50...60       Фиолетовый 60...65       Чёрный 70...80      

 

Для формирования ровной устойчивой плёнки в этом электролите необходимо обрабатывать образец при следующем режиме: i _а = 10 А/дм², q = 2, t _и = 1×10^–3с, τ _обр = 6 мин. Плёнка плохо стирается после просушивания, имеет красивый тёмно-серый, практически чёрный цвет.

В третьем электролите при относительно небольшой плотности тока i _а = 3–5 А/дм² возможно формирование белой плёнки – матовой либо с переливами, равномерной, плотной (без пор), не смываемой водой.

При обработке в катодном режиме в этом электролите формируется голубая полупрозрачная плёнки. Её декоративный вид значительно улучшается при формировании на заранее отполированной поверхности.

Четвертый электролит самый простой и самый нестабильный (требует частой корректировки). При температуре 60–80° С при различной плотности тока i _а = (1, 10, 20) А/дм² возможно получение тёмно-коричневой, тёмносиней и чёрной плёнок. Они достаточно устойчивы при промывании водой
и красиво блестят после покрытия сверху лаком.

Наилучшая по декоративным свойствам, чёрная, с металлическим отливом плёнка формируется при i _а = 1 А/дм², q = 4, t _и = 1×10^–3 с.

Пятый электролит позволяет получать ровную, плотную, красивую чёрную плёнку при i _а = 23–25 А/дм², q = 2, t _и = 3×10^–3 с, t _эл = 40° С.

Полученные результаты сведены в таблицу 7.

Таблица 5.7

Результаты формирования цветных плёнок на поверхности сплава СрМ925
с использованием импульсных токов

№эл-та	Режимы	Характеристики плёнки
1	i а = 23–25 А/дм2, q = 2, t и = 3×10–3с, τ обр = 3 мин, t эл = 60° С	Тёмно-чёрная. равномерная, плотная, не стирается и не смывается
4	i а = 1–2 А/дм2, q = 4, t и = 1×10–3 с, τ обр = 5 мин, t эл = 60° С	Тёмно-коричневая, тонкая, не стирается, не смывается
5	i а = 20 А/дм2, q = 2, t и = 1×10–3 с, τ обр = 5 мин, t эл = 50° С	Чёрная, равномерная, плотная, слегка соскабливается после просушивания
3	i а = 5 А/дм2, q = 2, t и = 1×10–3 с, τ обр = 3 мин, t эл = 18º С	Белая, матовая, равномерная, плотная, не стирается и не смывается
	i а = 5 А/дм2, q = 2, t и = 1×10–3 с, τ обр = 5 мин, t эл = 60° С	Белая плотная с красивыми переливами
	Режим катодный i к = 1–2 А/дм2, q = 2, t и = 1×10–3 с, τ обр = 1–3 мин, t эл = 60° С	Светло-голубая полупрозрачная, не стирается и не смывается

 

[1] Метамерия – свойство зрения, при котором свет различного спектрального состава может вызывать ощущение одинакового цвета

[2] МКО – CIE (International Commission on Illumination) Международная комиссия по освещению создана в 1913 году. Является наиболее авторитетным органом в мире в вопросах, входящих в компетенцию светотехнической подотрасли. МКО разрабатывает нормы, рекомендации, стандарты по технике всех видов освещения. Документы МКО являются обязательной базой для разработки национальных норм освещения.

[3] Формат. bmp (Bit Map) – один из первоначально созданных форматов для сохранения изображения, применим для использования практически во всех современных программах обработчиках. Основным недостатком является большой размер из-за отсутствия какой-либо системы сжатия. Однако превосходное качество цветопередачи и возможность работы во всех цветовых моделях с любой глубиной цвета делают его незаменимым. На практике он точно передаёт цветовые тона при получении изображений с устройств ввода, таких как сканер или цифровая фотокамера.