початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2118401
СПОСІБ електрохімічне осадження МЕТАЛЕВИХ покриттів
НА ПРИРОДНІ МАТЕРІАЛИ

Ім'я заявника: Інститут хімії Далекосхідного відділення РАН
Ім'я винахідника: Аржанова Тетяна Олександрівна
Ім'я патентовласника: Аржанова Тетяна Олександрівна
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1997.08.28

Використання: виготовлення ювелірних виробів, біжутерії, сувенірів. Поверхня природних матеріалів попередньо обробляють ацетоном і 3 - 5% -ним розчином гідроксиду лужного металу або водним розчином аміаку, а після формування на ній електропровідних сульфідних шарів, витриманих на повітрі, електроосаждают необхідні металеві покриття. Гальванічні покриття мають 100% -ву суцільність, міцне зчеплення з поверхнею, рівномірний блиск і не містять питтинга. Крім того, вони детально відтворюють тонкий мікрорельєф поверхні природних матеріалів.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до електрохімічної металізації діелектриків, зокрема до електрохімічної металізації природних матеріалів, переважно рослинних, з отриманням на них захисно-декоративних металевих покриттів і може бути застосоване в ювелірній промисловості, наприклад, для виготовлення ювелірних виробів, біжутерії, сувенірів, а й в інших галузях промисловості.

Відомий спосіб нанесення гальванічних покриттів на діелектрики, наприклад, пластмаса, кераміка, гіпс, скло і дерево, що складається в тому, що на їх поверхню попередньо наноситься спеціальний склад, що включає органічну смолу (типу АБС), органічний розчинник (0,5-1, 5 мас.ч. від маси смоли) і тонко диспергований порошок сажі (40 - 45% від маси смоли). Після затвердіння складу отримана електропровідна плівка піддається обробці для додання їй гідрофільних властивостей, а потім на неї осідають металеві покриття електрохімічним методом (пат. Японії N 16437, кл. 25, 1971).

Однак відомий спосіб не дозволяє відтворювати тонкий мікрорельєф поверхні природних об'єктів і отримувати гладкі дзеркально-блискучі металеві покриття.

Відомий спосіб металізації виробів з деревини, що включає нанесення на поверхню електропровідних шарів з акрилової емалі АС-588 (ВТУ НЧ 1444-68) і порошку нікелю, і електороосажденіе на неї металевих покриттів (авт.св. СРСР N 329041, кл. B 44 C 1/04, 1972) /

Однак даний спосіб і не забезпечує прояв характерних особливостей мікрорельєфу поверхні природних матеріалів, оскільки гальванічні покриття, обложені на лакофарбові верстви, мають шагреневу фактуру.

Відомий і спосіб металізації целюлозного продукту, переважно паперу, заснований на обробці поверхні в 10% -ому розчині перйодатом натрію протягом 15 хв при 17 ^{o C,} промиванні і хімічному осадженні срібла (заявка Японії N 01-294869 кл. C 23 C 18 / 20, 1989).

До причин, що перешкоджає металізації природних матеріалів, відноситься те, що відомий спосіб призначений в основному для травлення поверхні паперу і не придатний, зокрема, для ефективної обробки листя рослин і шишок хвойних дерев, оскільки не забезпечує 100% -ву суцільність і міцність зчеплення металевих покриттів з вищеназваними діелектриками. Крім того, у відомому способі застосовується стадія хімічного осадження металу, що вимагає стабілізації, постійного корегування і очищення використовуваних для цієї мети електролітів.

Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого способу є спосіб нанесення металевих покриттів на електропровідні матеріали: пластмасу, кераміку і целюлозу (патент США N 3620834, C 23 B 5/02, C 23 F 17/00, 1971). Даний спосіб полягає в обробці поверхні спочатку водним, або неводним розчином AsCl _3, SbCl ₃ або PCl _3, а потім розчином, що містить S-іони, зокрема, H ₂ S, Na ₂ S або NaHS, після чого поверхня покривається металом хімічним методом або електрохімічним методом, або послідовно хімічним і електрохімічним методами.

Відповідно до відомого способу на поверхні діелектриків формуються шари сульфідів миш'яку чи сурми, електропровідність яких недостатня для прямого отримання на них електрохімічним методом суцільних металевих покриттів рівномірної товщини. Крім того, відсутність попередньої підготовки поверхні і негативно позначається на міцності зчеплення її з гальванічним покриттям.

Завдання винаходу полягає в підвищенні суцільності і міцності зчеплення металевих покриттів з природними матеріалами.

Поставлена задача досягається тим, що в пропонованому способі електрохімічного осадження металевих покриттів на природні матеріали, поверхня природних матеріалів попередньо обробляють ацетоном і 3 - 5% -ним розчином гідроксиду лужного металу або водним розчином аміаку, потім формують електропровідні сульфідні шари шляхом обробки поверхні розчином, що містить сіль цинку і надлишок комплексоутворювача, сорбируясь на неї водорозчинні комплексні сполуки цинку, які перетворюються в гідроксид цинку, а потім в його сульфід, після чого поверхню природних матеріалів обробляють розчином солі металу більш електропозитивні, ніж цинк, і витримують на повітрі протягом 1 - 15 ч перед електроосадженням на неї металевих покриттів.

Обробку поверхні проводять ацетоном протягом 0,5 - 300 хв і розчином гідроксиду лужного металу або водним розчином аміаку протягом 0,5 - 40 хв. Причому обробку поверхні розчином гідроксиду лужного металу або водним розчином аміаку можна проводити при 30 - 55 ^{o C.} Крім того, сорбцію водорозчинних комплексних сполук цинку на поверхню здійснюють протягом 10 - 20 с, а перетворення їх в гідроксид цинку - при 30 - 55 ^o C протягом 1 - 3 хв.

Обробка поверхні природних матеріалів ацетоном протягом часу, меншому 0,5 хв і більшому 300 хв, в першому випадку призводить до часткової її ліофілізації за рахунок неповного розчинення шкідливих речовин, що забруднюють саму поверхню і робочі розчини, а в другому випадку - до погіршення поверхневих властивостей діелектриків.

Нижні межі концентрації гідроксиду лужного металу або водного розчину аміаку і часу обробки поверхні природних матеріалів в даних розчинах визначаться початком їх ефективної дії на поверхню.

При концентрації гідроксиду лужного металу або водного розчину аміаку і часу обробки поверхні природних матеріалів в даних розчинах вище верхніх меж відбувається руйнування природних матеріалів, зокрема, на поверхні глянцевих зеленого листя рослин з'являється багато рудих плям.

Збільшення температури розчину гідроксиду лужного металу або водного розчину аміаку скорочує час обробки поверхні природних матеріалів. Однак при температурі розчину вище 55 ^{o C} зазначений процес вести екологічно небезпечно, оскільки значно збільшується концентрація лугу або концентрація аміаку в повітрі.

Сорбція водорозчинних комплексних сполук цинку на поверхню природного матеріалу залежить від часу обробки поверхні в розчині, що містить сіль цинку і надлишок комплексоутворювача. Інтервал часу, що становить 10 - 20 с, забезпечує досить повну сорбцію зазначених комплексів, що призводить в кінцевому підсумку до деформування на поверхні суцільного рівномірного електропровідного сульфідного шару. Перетворення за допомогою гідролізу водорозчинних комплексних сполук цинку в гідроксид цинку, що володіє високою адгезійною здатністю до поверхні природного матеріалу, найбільш повно відбувається при 30 - 55 ^{o C} протягом 1 - 3 хв. Наведений температурний і часовий режими гідролізу і дозволяють отримати достатню кількість гідроксиду цинку для перетворення його спочатку в сульфід цинку, а потім в електропровідний сульфідні шар.

Щоб збільшити електропровідність нанесеного сульфідного шару до величини, достатньої для його прямий електрохімічної металізації, останній витримують на повітрі протягом 1 - 15 год залежно від виду природного матеріалу.

Осадження металевих покриттів на природні матеріали з електропровідними сульфідними шарами здійснюють електрохімічним методом з найбільш застосовуваних електролітів при відомих режимах електролізу.

В якості основи для електрохімічної металізації можуть бути використані природні матеріали: шишки хвойних дерев, листя різних рослин, дерево, целюлоза і ін.

При обробці ацетоном поверхні природних матеріалів, зокрема листя, або шишок хвойних дерев, відбувається розчинення природних восків або смол, що входять до їх складу.

В результаті обробки листя рослин розчином гідроксиду натрію або водним розчином аміаку відбувається розчинення Кутіна і воску, а обробки деревини - розчинення лігніну і геміцелюлози.

Таким чином, попередня обробка природних матеріалів ацетоном і розчином гідроксиду лужного металу або водним розчином аміаку призводить до отримання ліофільної і шорсткою поверхні, а пропоновані режими процесів формування електропровідних сульфідних шарів - до збільшення їх електропровідності, що забезпечує 100% -ву суцільність і хорошу міцність зчеплення гальванічних металевих покриттів з діелектриками.

Перевага заявляється способу полягає в тому, що він дозволяє якісно і стабільно наносити електрохімічним методом металеві покриття на різні природні матеріали, відтворюючи детально їх тонкий мікрорельєф поверхні.

Спосіб здійснюють наступним чином. Поверхня природного матеріалу попередньо обробляють ацетоном протягом 0,5 - 300 хв і 3 - 5% -ним розчином гідроксиду лужного металу або водним розчином аміаку при кімнатній температурі, або температурі 30 - 55 ^{o C} протягом 0,5 - 40 хв, після чого на ній формують електропровідний сульфідні шар з сульфідів міді або свинцю за наступною схемою. Природний матеріал занурюють у водний розчин солі цинку з надлишком комплексообразователя на 10 - 20 с, піддають гідролізної промиванні водою при 30 - 55 ^{o C} протягом 1 - 3 хв і обробці розчином сульфіду натрію протягом 3 - 5 хв. Потім поверхню природного матеріалу обробляють розчином солі металу більш електропозитивні, ніж цинк, протягом 3 - 7 хв і витримують на повітрі протягом 1 - 15 год залежно від виду природного матеріалу, після чого на неї електроосаждают необхідну металеве покриття, наприклад матовий і блискучий нікель або матовий нікель і блискучу мідь.

Приклад 1. Глянцевий лист рослини попередньо обробляють ацетоном протягом 0,5 хв, 5% -ним розчином гідроксиду натрію протягом 4 хв і промивають водою. Потім його занурюють на 20 с в розчин (pH 8 - 10), що містить хлорид цинку (100 г / л) і водний аміак (25%), проводять теплу (при температурі 40-45 ^{o C)} і холодну гідролізні водні промивання протягом 2 хв, обробляють розчином сульфіду натрію (100 г / л) протягом 5 хв і промивають водою. Потім лист рослини занурюють в розчин нітрату свинцю (100 г / л) на 7 хв і промивають водою, після чого його витримують на повітрі протягом однієї години і на нього хімічно осаджують тонкий нікелевий подслой з електроліту складу, г / л:

Ni (SO ₃ NH ₂₎₂ · 4H ₂ O - 600,0

NiCl ₂ · 6H ₂ O - 10,0

H ₃ BO ₃ - 30,0

pH - 3,6 - 4,5

Електроліз проводять в перемішувати розчині при температурі 50 - 60 ^{o C} і катодного щільності струму 3 - 4 А / дм ^2. Потім на промиту водою поверхню електрохімічно осаджують блискуче нікелеве покриття з електроліту складу, г / л:

NiSO ₄ · 7H ₂ O - 250,00

NiCl ₂ · 6H ₂ O - 30,00

H ₃ BO ₃ - 30,00

Хлорамін - 2,00

1,4-бутіндіол (35%) - 1,00 мл / л

Формалін (20%) - 0,16 мл / л

pH - 4,50 - 5,50 Електроліз здійснюють в перемішувати розчині при 45 - 55 ^{o C} і катодного щільності струму 2,5 - 3,5 А / дм ^2.

Отримане гальванічне металеве покриття має міцне зчеплення з поверхнею природного листа, рівномірний блиск і без питтинга. Суцільність даного покриття становить 100%.

Приклад 2. Шишку хвойного дерева попередньо обробляють ацетоном протягом 300 хв і 5% -ним розчином гідроксиду натрію протягом 20 хв. Формування електропровідного шару сульфідів свинцю на поверхні шишки здійснюють, як в прикладі 1. Потім шишку з нанесеним шаром сульфідів свинцю витримують на повітрі протягом 15 год, після чого на її поверхню електрохімічно осаджують нікель з наведених в прикладі 2 складів розчинів.

Отримане гальванічне металеве покриття має 100% -ву суцільність, рівномірний блиск і міцне зчеплення з поверхнею шишки.

Якість покриттів оцінюють візуально.

Таким чином, заявляється спосіб дозволяє отримувати не тільки якісні гальванічні металеві покриття на різних природних матеріалах, а й відтворювати їх тонкий мікрорельєф поверхні, причому в даному способі для активації поверхні не використовуються дорогі і дефіцитні солі дорогоцінних металів, а й не застосовується "примхлива" стадія хімічного осадження металу.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб електрохімічного осадження металевих покриттів на природні матеріали, що включає створення на їх поверхні електропровідних сульфідних шарів з подальшим нанесенням гальванічних металевих покриттів, що відрізняється тим, що поверхня природних матеріалів попередньо обробляють ацетоном і 3 - 5% -ним розчином гідроксиду лужного металу або водним розчином аміаку, а формування електропровідних сульфідних шарів здійснюють шляхом обробки поверхні розчином, що містить сіль цинку і надлишок комплексоутворювача, з сорбцією на ній водорозчинних комплексних сполук цинку, які перетворюють в гідроксид цинку, а потім в його сульфід, після чого поверхню природних матеріалів обробляють розчином солі металу більш електропозитивні, ніж цинк, і витримують на повітрі протягом 1 - 15 год перед електроосадженням на неї металевих покриттів.

2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що обробку поверхні ацетоном проводять протягом 0,5 - 300 хв.

3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що обробку поверхні розчином гідроксиду лужного металу або водним розчином аміаку проводять протягом 0,5 - 40 хв.

4. Спосіб за пп. 1 і 3, що відрізняється тим, що обробку поверхні розчином гідроксиду лужного металу або водним розчином аміаку проводять при 30 - 55ºC.

5. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що сорбцію водорозчинних комплексних сполук цинку на поверхню здійснюють протягом 10 - 20 с, а перетворення їх в гідроксид цинку при 30 - 55ºC протягом 1 - 3 хв.

Версія для друку
Дата публікації 03.01.2007гг