English German French Spanish Chinese (Simplified) Arabic Portuguese Hindi Japanese Russian

Патенты


ПЕРЕДВИЖНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ

Патент РФ №86423. Патент РФ №139561.







Разработанная установка для химической металлизации используется для нанесения методом химической металлизации, зеркальных металлических покрытий, имитирующих хромированные, позолоченные, медные покрытия, полученные резервуарным гальваническим способом. Кроме этого, возможно наносить металлические покрытия, придавая им различные цвета и цветовые оттенки.

Нанесение покрытий методом химической металлизации применяется для защиты металлов от коррозии, для декоративной отделки изделий, придания поверхности изделий специальных свойств. Этот прием позволяет получать материалы с очень ценным сочетанием физико-механических, химических и эксплуатационных свойств металла и диэлектрика на одной и той же детали.

Задача, стоящая перед авторами предлагаемой полезной модели, состояла в создании мобильной установки для химической металлизации, удобной в эксплуатации, пригодной для обработки объектов практически любых размеров и позволяющей, за счет наличия возможности контроля за важными параметрами процесса химической металлизации, получать более высокое качество конечного покрытия. Контроль за параметрами процесса осуществляется с помощью электронных датчиков, работающих на компактных аккумуляторных батареей, имеющих низкое энергопотребление (при включении устройства, на электронном табло на 2 минуты высвечиваются параметры процесса, после чего, прибор автоматически выключается).

Наиболее близким по технической сущности является «Передвижной стенд для металлизации распылением» [ патент США 7156919, опуб. 2.01. 2007, НКИ США 118/326 ; 118/313;].

Эта установка разделена на две части – нижнюю, на которой расположены баки с реагентами, и верхнюю, состоящую из решетчатой рабочей поверхности, огороженной тремя вертикальными стенками. Передняя часть спущена с образованием переднего края решетчатой поверхности, вмонтированной от передней стенки. На нее могут навешиваться распылители. Нижний поддон установки расположен на четырех колесах.

Недостатками данной установки являются небольшие размеры обрабатываемого изделия, ограничивающиеся размером ограждения (стенок) верхнего поддона, означая, что размер обрабатываемого изделия ограничен расстоянием между ними. Помимо этого, отсутствие в оборудовании встроенных электронных датчиков контроля за температурой воздуха подаваемого в пневмосистему, электропроводностью воды, используемой для промывки зеркальной металлической поверхности и температурой раствора металлизации, делает сам процесс металлизации более сложным, с точки зрения получения высокого качества конечного покрытия. Помимо этого, более длительная процедура заливки хим. реагентов в металлические баки (используемая в импортных аналогах), отсутствие контроля за количеством растворов реагентов, остающихся в металлических баках, а также необходимость (во избежание окисления и образования осадков на дне баков) периодической промывки внутренних поверхности металлических баков, делает процесс сам процесс металлизации более трудоемким для пользователя и увеличивает риск получения зеркального металлического покрытия, не соответствующего качества. Помимо этого, в отличии от импортных аналогов, в представленном оборудовании для химической металлизации "МЕТА-ХРОМ/Pro" используются прозрачные, стойкие к воздействию агрессивных сред полипропиленовые баки, позволяющие оператору видеть в процессе проведения процесса металлизации, остающийся в них объем хим. реагентов. В дополнение, все пластиковые баки имеют в нижней части герметично закрывающие сливные краны, позволяющие сливать из баков, после проведения работ, остающиеся в них растворы хим. реагентов, тем самым предотвращая риск образования окислов на внутренней поверхности баков и устраняя необходимость их снятия для промывки. В дополнение к этому, оператору, при проведении процесса металлизации и использовании установки для химической металлизации "МЕТА-ХРОМ/Pro", для заливки реагентов в баки, для снятия или подвешивания распылительных пистолетов, не приходится наклоняться или обходить для этой цели установку, и соответственно он затрачивает на это меньше времени.

Авторами предлагаемой полезной модели разработана установка для химической металлизации, имеющая облегченный каркас, который установлен на платформе оборудованной колесиками для передвижения, по крайней мере одно из которых, снабжено стопором. На платформе расположены напорные баки с заливными горловинами и вентилями для слива реагентов. Баки, через гибкие трубопроводы, соединены с распылительными пистолетами. В верхней части каркаса имеется блок управления с регуляторами давления, манометрами и жидкокристаллическим дисплеем, а в боковой части каркаса расположены узел подключения к источнику сжатого воздуха и фильтр(ы), для очистки воздуха, имеющий отдельный манометр и регулятор давления.

Гибкие трубопроводы представляют собой полые витые растягивающиеся шланги, соединенные с одним концом с напорным баком, а другим - с распылительными пистолетами, которые в нерабочем состоянии вставляются в отсеки крепления.

Преимуществом установки, среди прочих, является удобство расположения регуляторов давления, манометров, кранов для сброса давления и распылительных пистолетов. Это оборудование установлено на лицевой панели в легкой досягаемости оператора, так чтобы при проведении процесса химической металлизации он мог легко перемещаться в рабочей зоне, и при этом, мог видеть показания приборов и осуществлять необходимые регулировки.

Прозрачный материал, из которого изготовлены напорные баки, обеспечивает оператору возможность наблюдать за уровнем наполнения баков. Кроме того, этот материал обеспечивает легкость всей конструкции и защищает баки от образования окислов.

Большим преимуществом разработанной установки является наличие рамной основы из облегченного сплава, а не сплошной платформы. Эта основа выполнена из конструкционного алюминиевого профиля, что позволяет снизить вес оборудования и дает возможность его разборки, например, с целью уменьшения габаритов оборудования при транспортировке. В нижней части оборудования рамная основа оборудования скреплена вместе горизонтальными профильными направляющими, что позволяет усилить жесткость рамной конструкции при поперечных нагрузках, возникающих например, при перемещении установки с полностью наполненными баками. Для удобства перемещения в рабочей зоне, рамный каркас оборудования оснащен снизу роликами с функцией блокировки.

Общая пневматическая схема имеет коллектор, использующийся для распределения потока воздуха в системы распределения. Коллектор оснащен обратным клапаном, позволяющим избежать в процессе металлизации смешения реагентов через пневматическую систему, что повышает конечное качество металлического покрытия.

На боковой стороне оборудования установлена фильтр группа с манометром и регулятором давления, которая использующаяся для очистки поступающего от компрессора воздуха от частиц масла, смазки, водоконденсата и т.д.

Наличие манометра и регулятора давления на фильтр группе позволяет видеть рабочее давление, и корректировать его в случае необходимости. На фильтр-группе имеется быстросъемное соединение, служащее для подсоединения шланга от источника сжатого воздуха (компрессора), и вентиль, использующийся для открытия подачи воздуха в систему распределения оборудования.

Преимуществом установки является и ее оснащение встроенным узлом электронных датчиков и микропроцессором, позволяющим выводить на жидкокристаллический дисплей важные для процесса химической металлизации данные о температуре воздуха в пневмосистеме, температуре воздуха в металлизируемом растворе и электропроводности воды в напорном баке.

Возможность использования автономного источника питания с системой самоотключения, позволяет обеспечить низкое энергопотребление и дает возможность обеспечить длительную работу электронного модуля контроля без необходимости замены аккумуляторной батареи.


ПЕРЕДВИЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИЕЙ

Патент РФ № 123413






Основной целью изготовителей данной полезной модели, было создание компактного, легко переносимого и не сложного в эксплуатации устройства, применяемого для нанесения металлических покрытий с использованием специально подготовленных гелеобразных электролитов. Для нанесения металлопокрытий не требуется использование габаритных гальванических ванн, нагревателей, анодных пластин и т.д., а само устройство включает в себя все необходимое, включая подогреваемые фарфоровые тигли для хим. реагентов и расположенные в непосредственной близости держатели с металлическими анодами, используемыми для процесса нанесения металлических покрытий.

Заявленное устройство представляет собой устройство прямоугольной формы, состоящее из двух электронных блоков. В каждом электронном блоке имеется отдельный частотный преобразователь, выполненный по схеме "трансформатор плюс конвертор понижающего типа (мультифазный buck - конвертор", далее – «конвертор»). Трансформатор преобразует сетевое напряжение до напряжения 12 вольт и обеспечивает гальваническую "развязку". Конвертор одного преобразователя обеспечивает стабилизацию и регулировку выходного напряжения. Конвертер другого преобразователя обеспечивает стабилизацию и регулировку выходного тока. В канале стабилизации напряжения возможен реверс полярности выходного потенциала. В канале стабилизации тока возможно изменение выходного тока и преобразование данных в "ампер-минуты" и индикация. Работу и управление мультифазных преобразователей обеспечивает цифровой процессор, который за счет ПИД регулятора обеспечивает стабилизацию заданных значений. В устройстве имеется пять микроконтроллеров, три из которых отвечают за работу цифровых индикаторов, расположенных на лицевой панели оборудования. Для охлаждения преобразователей и электронных компонентов, находящихся в каждом электронном блоке, на задней стенке корпуса устройства установлен отдельный вентилятор. Помимо этого, в задней стенке установлены два дополнительных вентилятора, служащих для вентиляции пространства над фарфоровыми тиглями, и удалении испарений при проведении процесса осаждения. Верхняя горизонтальная панель, на которой располагаются фарфоровые тигли, оборудована нагревательными элементами, которые служат для подогрева тиглей с химическими реагентами. Верхняя горизонтальная панель, расположенная между электронными блоками, является также ребром жесткости, и на нее, в процессе работы, подвешиваются держатели с электродами. На дне корпуса устройства, предусмотрены пазы, которые служат для слива случайно пролитых на прибор жидких реактивов. В боковых стенках корпуса устройства имеются боковые пазы-ручки, служащие для удобства переноса устройства. В корпусе устройства предусмотрен закрывающийся отсек для хранения проводов с держателями и электродами, крышка которого является крышкой для фиксации фарфоровых тиглей.

Наиболее близким по технической сущности является устройство производства США [Патент США 5346602, НКИ 204/224R, МПК C25D 17/00, оп. 13.09. 1994].

В отличии от американского аналога, имеющего только регулируемый источник напряжения и реверсивный переключатель для изменения направления тока, данное устройство оборудовано и регулируемым источником напряжения (используемым для нанесения металлопокрытий посредством гелеобразных электролитов), и регулируемым источником тока (используемым для нанесения металлопокрытий посредством жидких электролитов). Данные источники выполнены на основе синхронных выпрямителей, имеют более высокий кпд и меньшую пульсацию тока, а само устройство использует также более надежную гальваническую "развязку" на трансформаторах, имеет лучший коэффициент мощности (за счет более синусоидального тока потребления) и лучший коэффициент электромагнитной совместимости. Помимо этого, устройство более многофункционально, имеет индикатор ампер-минут, для определения толщины покрытия, возможность нагрева тиглей с хим. реагентами, вентиляцию пространства над тиглями с хим. реагентами, особенно необходимую в случаях работы в закрытых помещениях и закрывающийся отсек для хранения анодных и катодных проводов.


ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОНАТИРАНИЯ

Патент РФ № 120969




Основной целью создания предлагаемого электрода для электронатирания было получение простого в использовании и эксплуатации инструмента, применяемого для нанесения металлических покрытий, который обеспечивает равномерность покрытия и исключает царапание поверхности изделия.

Данное устройство относится к области электрохимической обработки металлической поверхности, и в частности к устройствам, применяемым для осаждения металлических покрытий. Электрод представляет собой металлический стержень, который имеет резьбу с одного конца (для ввинчивания в держатель), и закругленный с другого конца (с которого надевается матерчатый тампон). Тампон, использующийся для нанесения металлических покрытий методом электрохимической металлизации, представляет собой сшитый из нескольких кусков хорошо впитываемой ткани.

Известен электрод для электронатирания, состоящий их электропроводного корпуса с торцевых сторон которого, установлены элементы для крепления тампона, расположенного вдоль электропроводного корпуса [Авт. Свид. СССР 507671, кл. С 25D 19/00].

Недостатком данного устройства является плохое натяжение тампона и ненадежность его фиксирования, медленный обмен электролита в рабочей зоне и плохие условия для выхода гелеобразных продуктов, что не обеспечивает надежной работы при возвратно-поступательном движении электрода, снижает качество покрытия и повышает его шероховатость, из за слабого воздействия тампона на покрываемую поверхность.

Более близкой по технической сущности, является конструкция электрода для электронатирания [Авт. свид. СССР 685727 МПК 25D5/04, опуб.15.09.1979]. Этот анод выполнен полым, облицован поролоном, имеет по наружной поверхности три косых среза. При работе чаша анода заполняется электролитом; свободный проход электролита и обильное смачивание адсорбирующего материала (поролона) обеспечивается за счет трех рядов отверстий в каждом секторе электрода. Плоские срезы на наружной поверхности обеспечивают прерывистость электролитического процесса при вращении анода. Недостатком данного приспособления являлось то, что поролон быстро изнашивался, крошился, оставлял частицы поролона и в процессе покрытия царапал поверхность. Помимо этого, недостатком является сложность конструкции тампона, его изготовление и трудоемкость при эксплуатации.

Задачей при создании предлагаемого устройства является создание электрода для электронатирания, используемого для нанесения металлических покрытий, простого в исполнении и эксплуатации, и обеспечивающего равномерность покрытия, и исключающего царапание поверхности покрываемого изделия.

Предложенный электрод для электронатирания, включает в себя анод (металлический электрод) и матерчатый тампон, который пропитывается электролитом, и отличается тем, что он выполнен из прямоугольных полос ткани со срезанными углами, причем первый слой находится на электроде, образуя своего рода матерчатый чехол, который надевается на электрод, и на котором с обеих сторон, прикреплены сложенные вдвое полосы ткани, по краям которых делается два продольных шва, расстояние между которыми, соответствуют диаметру рабочего электрода, а в верхней части, имеется два дополнительных шва, расстояние которых от края полос, составляет 3-10 мм и более.

При этом концы полосы материи, находящейся по центру, направлены в одну сторону (после прошивки, в нее вставляется рабочий электрод), а остальные полосы складываются пополам и располагаются с обеих сторон полосы, концами в другую сторону. Тампон выполнен, по крайней мере, из шести и более сложенных вдвое полос ткани. После прошивки внешние края материи являются контактной частью, используемой для нанесения металлопокрытия. Швы позволяют удерживать вместе "лепестки" тампона, тем самым, обеспечивает достаточную плотность рабочей поверхности тампона, предотвращает касание электродом поверхности детали и устраняет возможный риск оцарапать поверхность. Прошивка в верхней части тампона позволяет осуществлять процесс нанесения металлопокрытия не только боковыми, но и верхней кромкой тампона, например, при необходимости покрытия полостей, углублений и других труднодоступных частей детали. Наличие нескольких слоев материи, обеспечивает большую впитываемость и, тем самым, удержание достаточного количества гелеобразного электролита и, соответственно отсутствие необходимости частого макания тампона в емкость с химическим реагентом. Ширина кромки тампона между швом крепления и краем может варьироваться, в зависимости от того, какое металлопокрытие, какая основа, и каковы размеры электрода в целом.

Несмотря на кажущуюся простоту, использование данного приспособления обеспечивает высокую скорость осаждения, хорошую равномерность металлического покрытия, высокое качество его поверхностной структуры и позволяет исключить механические дефекты, царапание рабочей поверхности, способных происходить при использовании других, аналогичных по цели рабочих инструментов.


СОСТАВ ЭЛЕКТРОЛИТА ЗОЛОЧЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ

Патент РФ № 2501891

Изобретение относится к технологии гальванических покрытий, конкретно к способам получения покрытий на основе золота, и может быть использовано при производстве деталей и изделий покрытых драгоценным металлом в ювелирной, часовой, мебельной, автомобильной, медицинской, радио- и электронно-технической промышленности, а также при производстве сувениров, бижутерии и т.п.

Известны способы осаждения гальванических золотых покрытий из растворов на основе комплексной соли дицианоаурата калия KAu(CN)2 [Дасоян М. А., Пальмская И.Я., Сахарова Е.Я. Технология электрохимических покрытий. - Л.: Машиностроение, 1989. -231-237 с], которую, вместе с токопроводящими, буферными добавками вводят в раствор в эффективных концентрациях, которые способствуют лучшему блеску, однородности и другим полезным качествам золотого покрытия.

Известен способ получения композиционных металлоалмазных покрытий [патент РФ 2156838, МПК С25D 3/48., оп. 2000] из электролита, в который ультрадисперсный алмазный порошок добавляется в виде так называемой электролитной суспензии с концентрацией порошка 8-10 %. Электролитную суспензию приготавливают из 28-30 % концентрата порошка в электролите выбранной рецептуры, затем концентрат постепенно в 5-6 приемов разбавляется при перемешивании электролитом до концентрации алмаза 8-10 %. Далее расчетное количество полученной электролитной суспензии алмаза медленно небольшими порциями вводится в рабочий электролит, который перед нанесением покрытий дополнительно прорабатывают до 48 часов при заданной температуре и плотности тока. Способ характеризуется длительностью и трудоемкостью подготовительных процедур, ограничениями в выборе свойств ультрадисперсного алмаза (УДА), т.к. требуется порошок с удельной поверхностью не ниже 400 м2/г. Кроме того, заявленный диапазон концентраций УДА в электролите 2-20 г/л требует большого расхода УДА для приготовления рабочего электролита и поддержания в нем уровня концентрации алмаза, что ухудшает экономические показатели способа.

Известен способ нанесения покрытия [патент Белоруссии 10471, МПК C25D 3/02, оп. 2008.04.30], по которому в состав электролита золочения, включающий комплексную соль золота - дицианоаурат калия, а также токопроводящие, буферные и блескообразующие добавки, вводят ультрадисперсный алмаз в виде водной суспензии. Электролит перемешивают и проводят осаждение композиционных золото-алмазных покрытий при эффективных значениях температуры, формы и плотности тока, межэлектродного расстояния, условий перемешивания электролита, поддерживая соотношение скоростей соосаждения УДА и золота в пределах от 1:100 до 1:1000.

Помимо этого, известны способы получения электролитов, содержащих коллоидные частицы ультрадисперсного алмаза с удельной поверхностью частиц 400-500 м2/г и 150-390 м2/г в концентрации 1-20 г/л (патенты РФ С25D 15/00, 2156838, С25D 3/48, 2191227).

Недостатком известных электролитов золочения является способность отдельных компонентов к неравномерному осаждению, как в процессе покоя, так и при проведении процесса нанесения покрытия.

Помимо этого, все вышеуказанные электролиты, содержащие ультрадисперсную фазу, имеют ряд следующих недостатков:

  • необходимость постоянного или периодического перемешивания электролита для поддержания дисперсной фазы во взвешенном состоянии
  • при осаждении покрытия на детали сложных форм, на горизонтальных участках образуются "наносы", приводящие к дефектам покрытия
  • необходимость периодической корректировки рН электролита
  • склонность дисперсной фазы к агломерации частиц и невозможность длительного хранения электролита
  • сложность технического оформления процесса при нанесении покрытия на крупногабаритные детали

Задачей, стоящей перед авторами предлагаемого изобретения, является разработка состава электролита, в котором осаждение УДА компонентов было бы затруднено или сведено к минимуму, который не уступает по всем физико-химическим параметрам аналогам и лишен вышеперечисленных недостатков, при этом одновременно сохраняет малый расход нерастворимой в воде дисперсной фазы и простоту технологии. Помимо этого, к электролиту предъявляются следующие основные требования: он не должен расслаиваться в течение гарантированного срока хранения, должен быть технологичным в работе (обладать определенной вязкостью), и должен обеспечивать получение прочного, однородного и блестящего покрытия.

При проведении процесса нанесения покрытия методом электронатирания, для обеспечения соотношения скоростей осаждения УДА и золота в диапазоне от 1:100 до 1:1200, при которых обеспечивается формирование упорядоченной не напряженной структуры металлического покрытия, с улучшенными физико-химическими свойствами, требуется определенная вязкость электролита. Это достигается введением гелеобразующего компонента – высокодисперсного диоксида кремния (аэросила), получаемого в результате взаимодействия газообразного четыреххлористого кремния высокой химической очистки с парами воды. Аэросил – химическая инертная высокодисперсная двуокись кремния высокой чистоты с удельной поверхностью 300м2/г. Было проведено исследование, которое показало, какое количество высокодисперсного диоксида кремния необходимо вводить в электролит, чтобы обеспечить необходимые скорости осаждения и в то же время получать покрытия высокого качества.

Было установлено, что введение 80-90 массовых частей (масс ч) ультрадисперсного оксида кремния, марки "Аэросил А-300" (ГОСТ 149222-70), на 1000 масс ч электролита удовлетворяет таким требованиям. При концентрации менее 80 г/л происходит агломерация и коагуляция оксида кремния, а при концентрации более 90 г/л электролит становится нестабильным и со временем происходит его расслоение.

В отличие от известных составов, в которых осаждение композиционных покрытий осуществляется из жидких электролитов, осаждение покрытий по заявленному способу производится из гелеобразного электролита, что позволяет нивелировать недостатки жидких электролитов с сохранением достигнутых в прототипах ранее физико-химических свойств композиционных покрытий на основе золота.

В результате решения поставленной задачи получен гелеобразный электролит, в котором практически не возможно осаждение и агломерация ультрадисперсного алмаза, и который по истечении установленного срока хранения (5 лет) не терял своих свойств и, в нем не наблюдалось оседания компонентов состава. Покрытия, нанесенные с применением гелеобразного электролита после нескольких лет правильной эксплуатации (в отсутствии постоянного трения поверхности), удовлетворяли требованиям по прочности и износостойкости, и сохраняли блеск.

Формула изобретения

Гелеобразный электролит золочения, включающий дицианоаурат калия, буферную добавку (лимонно-кислый калий), блескообразующую добавку (сульфат никеля или кобальта), ультрадисперсный алмаз в виде водной суспензии и ультра дисперсный оксид кремния, при следующем содержании компонентов на 1000 мас. ч. cостава:

  1. Калий дицианоаурат: 5 - 27
  2. Калий лимоннокислый: 30 - 95
  3. Блескообразующая добавка: 0,5 - 5
  4. Ультрадисперсный алмаз: 10 - 42
  5. Ультрадисперсный оксид кремния: 80 - 90
  6. Вода: остальное

Для приготовления гелеобразного электролита исходные реагенты 1, 2 и 3 в определенной последовательности растворяют в половине расчетного количества дистиллированной воды, затем в определенной последовательности добавляют компоненты 4 и 5, и к раствору добавляют водную суспензию ультрадисперсного алмаза, после этого, доводят объем электролита до рабочего объема, при необходимости корректируют pH, и затем, перемешивая, вводят ультрадисперсный оксид кремния.

При нанесении покрытия в качестве анода используют нержавеющую сталь. Осаждение ведут при температуре 20-40°С и катодной плотности тока 0,1 - 7 А/дм2. Полученное покрытие характеризуется низкой пористостью, отсутствием микротрещин, и ярким блеском. Тесты на истирание показали, что оно обладает повышенной износостойкостью (более чем в 1,5 раза прочнее, чем покрытие, нанесенное ранее известным способом).