RU2200769C2

RU2200769C2 - Method of forming goldish-color corrosion-resistant coatings

Info

Publication number: RU2200769C2
Application number: RU2001113983A
Authority: RU
Inventors: Б.А. Рычков; А.Д. Климов; А.В. Романов; Э.С. Апетьян
Original assignee: Рычков Борис Александрович; Климов Аркадий Дмитриевич; Романов Александр Викторович; Апетьян Эдуард Суренович
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2003-03-20

Abstract

FIELD: corrosion protection. SUBSTANCE: invention, in particular, relates to formation of corrosion-resistant ornamental coatings for out-door objects (advertising, inscriptions on edifices, roofing, etc.) and consists in mechanical treatment of substrate surface and applying thereon primary coat followed by vacuum technique-mediated laying of titanium nitride, said primary coat being 20-200 mcm thick and additionally covered with varnish to form profiled surface consisting of bulges and grooves. Arithmetical mean deviation of profile on 1.5 cm length is 0.5-2 mm and titanium nitride layer thickness is no larger than 0.5 mcm. EFFECT: increased corrosion resistance and improved ornamental expressivity (goldish-color saturation) of titanium nitride coatings of differently-shaped parts from different metals. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам нанесения покрытий и может быть использовано преимущественно для получения коррозионно-стойких декоративных покрытий золотистого цвета на изделиях, устанавливаемых на открытом воздухе: наружная реклама, надписи и отделка на зданиях, кровля и пр. The invention relates to coating methods and can be used mainly to obtain a corrosion-resistant decorative golden coatings on products installed outdoors: outdoor advertising, inscriptions and decoration on buildings, roofing, etc.

Нитрид титана сам по себе является коррозионно-стойким материалом. Однако на объектах с некоррозионно-стойкой основой, например из обычных углеродистых сталей, установленных на открытом воздухе под воздействием атмосферных осадков, появляется ржавчина. Поэтому физико-механическое состояние основы оказывает большое влияние на качественные показатели покрытия при эксплуатации - адгезионную прочность, коррозионную стойкость, декоративность, цвет и блеск покрытия. Titanium nitride itself is a corrosion resistant material. However, on objects with a non-corrosive-resistant base, for example, of ordinary carbon steels installed outdoors under the influence of precipitation, rust appears. Therefore, the physical and mechanical state of the base has a great influence on the quality indicators of the coating during operation - adhesive strength, corrosion resistance, decorativeness, color and gloss of the coating.

Известен способ получения коррозионно-стойких декоративных покрытий золотистого цвета, патент РФ 2039127, опубл. 09.07.95, бюл. 19, включающий нанесение на наружную поверхность прозрачных или непрозрачных подложек из различных материалов: металла, пластика, стекла или керамики, тонкой полупрозрачной пленки из нитрида титана в сочетании с металлическим подслоем алюминия и титана определенной толщины методом магнетронного распыления. Нанесение нитрида титана в виде полупрозрачной пленки в сочетании с металлическим слоем из алюминия позволяет получать покрытия с насыщенным золотистым цветом, благодаря высокому коэффициенту отражения. A known method of producing corrosion-resistant decorative coatings of golden color, RF patent 2039127, publ. 07/09/95, bull. 19, including applying to the outer surface of transparent or opaque substrates of various materials: metal, plastic, glass or ceramic, a thin translucent film of titanium nitride in combination with a metal sublayer of aluminum and titanium of a certain thickness by magnetron sputtering. The application of titanium nitride in the form of a translucent film in combination with a metal layer of aluminum allows to obtain coatings with a rich golden color, due to the high reflection coefficient.

Коррозионная стойкость по данному способу обеспечивается за счет слоя из нитрида титана, однако в условиях влажности между подложкой и материалом покрытия возможно протекание электрохимической коррозии, что не позволяет использовать его для получения долговечных покрытий на кровле, для отделки сооружений градостроительства, объектов культурно-исторического назначения, наружной рекламы и пр. Corrosion resistance by this method is ensured by a layer of titanium nitride, however, in conditions of humidity between the substrate and the coating material, electrochemical corrosion may occur, which does not allow using it to obtain durable coatings on the roof, for finishing urban construction, cultural and historical objects, outdoor advertising, etc.

Известен способ нанесения вакуумного покрытия на полимеры, выбранный в качестве прототипа: Ю. В. Липни, Л.В. Рогачев и др. "Технология вакуумной металлизации полимерных материалов", Гомель: Гомельское отделение Белорусской инженерно-технологической академии, 1994 г., стр. 117 (5-ый абзац). В данном способе предложено для обеспечения надежной адгезионной прочности вакуумного покрытия проводить механическую обработку поверхности основы детали для придания ей шероховатости, а затем наносить грунтовочный лак для сглаживания неровностей под последующий вакуумный блестящий слой. Лаковый слой, толщиной 15-20 мкм, способствует образованию гладкой поверхности, которая повышает процент отражения падающего света и улучшает блеск золотистого покрытия из нитрида титана, а также обеспечивает барьерные свойства, препятствуя образованию химических соединений между материалами подложки и покрытия, вызывающих коррозию. Однако этого приема недостаточно для получения коррозионно-стойкого, декоративного покрытия на конструкциях из дешевых кородирующих материалов, используемых для строительных объектов. A known method of applying a vacuum coating on polymers, selected as a prototype: Yu. V. Lipni, L.V. Rogachev et al. "Technology of vacuum metallization of polymeric materials", Gomel: Gomel branch of the Belarusian Academy of Engineering and Technology, 1994, p. 117 (5th paragraph). In this method, to ensure reliable adhesion strength of the vacuum coating, it is proposed to mechanically process the surface of the base of the part to roughen it, and then apply a primer to smooth out irregularities under the subsequent vacuum shiny layer. The lacquer layer, with a thickness of 15-20 microns, promotes the formation of a smooth surface, which increases the percentage of reflection of incident light and improves the gloss of the gold coating of titanium nitride, and also provides barrier properties, preventing the formation of chemical compounds between the substrate and coating materials that cause corrosion. However, this technique is not enough to obtain a corrosion-resistant, decorative coating on structures made of cheap corroding materials used for construction projects.

Кроме того, общим недостатком покрытий из нитрида титана, получаемых существующими способами, является то, что если деталь имеет искривленную сферообразную поверхность, например купол собора, искривленные участки под определенным углом зрения кажутся темными, на них пропадает блеск, визуальное восприятие декоративности покрытия ухудшается. Это происходит потому, что нормали к точкам поверхности направлены в противоположную строну от глаза, и отраженный свет уходит в направлении этих нормалей, не попадая в поле зрения. In addition, a common drawback of titanium nitride coatings obtained by existing methods is that if the part has a curved sphere-shaped surface, for example, the dome of the cathedral, the curved sections appear dark at a certain angle of view, the gloss disappears on them, and the visual perception of the decorative coating is impaired. This is because the normals to the surface points are directed in the opposite direction from the eye, and the reflected light leaves in the direction of these normals without getting into the field of view.

Задачей предлагаемого способа является повышение коррозионной стойкости и улучшение декоративности - насыщенности золотистого цвета - покрытий из нитрида титана на деталях из различных, преимущественно из некоррозионно-стойких, металлов любой геометрической формы. The objective of the proposed method is to increase corrosion resistance and improve decorativeness - the saturation of the golden color - coatings of titanium nitride on parts from various, mainly from non-corrosion-resistant, metals of any geometric shape.

Поставленная задача и указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения покрытий золотистого цвета, включающий механическую обработку поверхности подложки, нанесение грунтовочного лака и последующее нанесение вакуумным методом нитрида титана, предусматривает нанесение на грунтовочный лак дополнительного слоя лака с образованием профилированной поверхности, состоящей из неровностей - выступов и впадин, причем отклонение профиля составляет 0,5-2 мм, грунтовочный слой имеет толщину от 20 до 200 мкм, а слой нитрида титана наносят толщиной до 0,5 мкм. The task and the specified technical result is achieved due to the fact that the method of producing coatings of golden color, including machining the surface of the substrate, applying a primer varnish and then applying a titanium nitride by vacuum, involves applying an additional layer of varnish to the primer to form a profiled surface consisting of irregularities - protrusions and depressions, and the deviation of the profile is 0.5-2 mm, the primer layer has a thickness of 20 to 200 microns, and the nitrile layer Yes, titanium is applied with a thickness of up to 0.5 microns.

Величина неровностей поверхности промежуточного слоя лака подобрана таким образом, что поверхность готового изделия после нанесения тонкой пленки нитрида титана остается профилированной, состоящей из выступов и впадин, имеющих гладкую зеркальную поверхность, и, таким образом, отражение света от покрытия по закону отражения и преломления происходит по всем направлениям диффузионно, т.е свет рассеивается равномерно, и глаз воспринимает поверхность изделия как равномерно блестящую золотистого цвета, независимо от формы изделия и угла зрения на него. Уменьшение величины отклонения профиля нарушает равномерность диффузионного отражения света, пропадает эффект зрительного восприятия золотистого блеска поверхности, появляются темные пятна. Увеличение отклонения профиля свыше 2 мм приводит к тому, что капли лака растекаются по поверхности, она сглаживается и эффект не достигается. Слой группа толщиной 20÷200 мкм обеспечивает длительную защиту (до 35 лет) от электрохимической коррозии при воздействии атмосферных факторов. Дальнейшее увеличение толщины слоя не улучшает положительного эффекта и поэтому неоправданно. Увеличение толщины слоя нитрида титана свыше 0,5 мкм экономически невыгодно в силу своей дороговизны, а очень тонкий слой снижает срок службы покрытия за счет быстрого износа. The surface roughness of the intermediate layer of varnish is selected so that the surface of the finished product after applying a thin film of titanium nitride remains profiled, consisting of protrusions and depressions having a smooth mirror surface, and thus, the reflection of light from the coating according to the law of reflection and refraction occurs according to diffusion to all directions, i.e. light is scattered evenly, and the eye perceives the surface of the product as uniformly shiny golden color, regardless of the shape of the product and the angle of eniya him. A decrease in the profile deviation violates the uniformity of diffuse reflection of light, the effect of visual perception of the golden gloss of the surface disappears, dark spots appear. An increase in the deviation of the profile over 2 mm leads to the fact that the varnish drops spread over the surface, it smoothes and the effect is not achieved. Layer group with a thickness of 20 ÷ 200 microns provides long-term protection (up to 35 years) from electrochemical corrosion when exposed to atmospheric factors. A further increase in the layer thickness does not improve the positive effect and therefore is not justified. Increasing the thickness of the titanium nitride layer above 0.5 μm is economically disadvantageous due to its high cost, and a very thin layer reduces the service life of the coating due to rapid wear.

На фиг. 1 изображена структура покрытия, полученная предлагаемым способом. In FIG. 1 shows the structure of the coating obtained by the proposed method.

На фиг.2 изображен в увеличенном виде профилированный слой покрытия, вид I. Figure 2 shows an enlarged view of the profiled coating layer, view I.

На подложке 1 (фиг.1) образован слой грунта 2 и профилированный слой лака 3, на который вакуумным напылением нанесен слой нитрида титана 4, стрелки 5 (фиг.2) поясняют диффузионное отражение падающего света. A soil layer 2 and a profiled varnish layer 3 are formed on the substrate 1 (Fig. 1), on which a titanium nitride 4 layer is applied by vacuum deposition, arrows 5 (Fig. 2) explain the diffusion reflection of the incident light.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Проводят предварительную подготовку поверхности металлическими щетками удаляют механические загрязнения, затрудняющие очистку водорастворимые соли, масло и жир смывают щелочным раствором. Ржавчину удаляют дробеструйной очисткой или шлифованием. Поверхность промывают изопропиловым спиртом, высушивают и удаляют пыль. На очищенную поверхность наносят слой двухкомпонентной эпоксидной грунтовки с отвердителем на основе полиамида с фосфатами цинка толщиной от 20 до 200 мкм, который помимо коррозионной защиты выравнивает и сглаживает поверхность. Для этого предварительно тщательно смешивают 4 части по объему эпоксидной смолы с 1 частью по объему отвердителя, разбавляют до 30% растворителем до вязкости, позволяющей наносить состав методом безвоздушного распыления при диаметре сопла безвоздушного распылителя от 0,015 до 0,021 мм. A preliminary preparation of the surface is carried out with metal brushes to remove mechanical impurities that make it difficult to clean water-soluble salts, oil and grease are washed off with an alkaline solution. Rust is removed by shot peening or grinding. The surface is washed with isopropyl alcohol, dried and dust removed. A layer of a two-component epoxy primer with a hardener based on polyamide with zinc phosphates from 20 to 200 microns thick is applied to the cleaned surface, which, in addition to corrosion protection, evens out and smoothes the surface. To do this, carefully mix 4 parts by volume of epoxy resin with 1 part by volume of hardener, dilute to 30% with a solvent to a viscosity that allows the composition to be applied by airless spraying with a nozzle diameter of airless spray from 0.015 to 0.021 mm.

Далее образуют дополнительный профилирующий слой лака, используя двухкомпонентный акрилово-полиуретановый лак и отвердитель, содержащий алифатический изоцианат. Для этого в полиуретановый лак добавляют отвердитель в соотношении 4:1 и разбавляют на 5-30% и наносят с помощью безвоздушного распылителя с диаметром сопла 0,011-0,013 мм в 4-5 слоев с интервалом 10 мин с расстояния 1,5 м отклонение профиля полученной поверхности контролируют визуально. Next, an additional profiling varnish layer is formed using a two-component acrylic-polyurethane varnish and a hardener containing an aliphatic isocyanate. For this, a hardener is added to the polyurethane varnish in a ratio of 4: 1 and diluted by 5-30% and applied using an airless spray gun with a nozzle diameter of 0.011-0.013 mm in 4-5 layers with an interval of 10 min from a distance of 1.5 m, the profile deviation obtained surfaces control visually.

Слои грунтовки и лака наносят при температуре не ниже 5^oС и относительной влажности воздуха до 80%, произведя расчет расхода по техническим характеристикам применяемого состава, условиям нанесения, конфигурации и типа окрашиваемой поверхности. На профилированную поверхность из лака вакуумным напылением наносят слой нитрида титана толщиной до 0,5 мкм.The primer and varnish layers are applied at a temperature of at least 5 ^o C and relative air humidity up to 80%, calculating the flow rate according to the technical characteristics of the composition used, application conditions, configuration, and type of surface to be painted. A titanium nitride layer with a thickness of up to 0.5 μm is deposited on the profiled surface from varnish by vacuum spraying.

Качество полученного покрытия в зависимости от количественных характеристик предлагаемого способа представлены в таблице, из которой видно, что предложенные интервалы значений характеристик в п.4 и 5 таблицы оптимальны и дают положительный результат. The quality of the obtained coating, depending on the quantitative characteristics of the proposed method, is presented in the table, from which it can be seen that the proposed intervals of the values of the characteristics in paragraphs 4 and 5 of the table are optimal and give a positive result.

Предлагаемым способом с использованием грунтовки и лака фирмы "ТИККУ-РИЛА" и безвоздушного электростатического распылителя фирмы "BOSCH" было нанесено покрытие на детали для отделки Храма Святого Георгия Победоносца на Поклонной горе, в частности на буквы для надписей и дефлекторы для вентиляционных сооружений, а также на комплект музыкальных колоколов - карильон производства голландской фирмы "ПЕТИТ и ФРИТСЕН" для звонницы. Данный способ получения покрытий золотистого цвета обеспечивает их долговечность (около 35 лет), стойкость к атмосферным воздействиям и износу, при этом покрытие декоративно обладает равномерным блеском и насыщенным золотистым цветом. The proposed method using a primer and varnish company "TIKKU-RILA" and an airless electrostatic sprayer company "BOSCH" was coated on the details for the decoration of the Church of St. George the Victorious on Poklonnaya Hill, in particular on the letters for inscriptions and deflectors for ventilation structures, as well for a set of musical bells - a carillon produced by the Dutch company PETIT and FRITSEN for the belfry. This method of obtaining coatings of golden color ensures their durability (about 35 years), resistance to weathering and wear, while the coating decoratively has a uniform luster and a rich golden color.

Claims

A method of producing coatings of golden color, including mechanical preparation of the surface of the substrate, applying a primer varnish and subsequent vacuum deposition of titanium nitride, characterized in that the primer layer has a thickness of 20 to 200 μm, an additional varnish layer is applied to it to form a profiled surface consisting of irregularities - protrusions and depressions, and the arithmetic mean deviation of the profile over a length of 1.5 cm is 0.5-2 mm, and a layer of titanium nitride is applied with a thickness of not more than 0.5 microns.