RU2805024C1 - Method for making optically black hybrid coating on steel - Google Patents
Method for making optically black hybrid coating on steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2805024C1 RU2805024C1 RU2023113072A RU2023113072A RU2805024C1 RU 2805024 C1 RU2805024 C1 RU 2805024C1 RU 2023113072 A RU2023113072 A RU 2023113072A RU 2023113072 A RU2023113072 A RU 2023113072A RU 2805024 C1 RU2805024 C1 RU 2805024C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hybrid coating
- cobalt
- emissivity
- steel
- coating
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области технической электрохимии и может быть использовано в химическом машиностроении, электронной и автомобильной промышленности, в теплотехнике.The invention relates to the field of technical electrochemistry and can be used in chemical engineering, electronics and automotive industries, and heat engineering.
Известен способ получения оптически черного оксидно-керамического покрытия на поверхности алюминия и его сплавах авторов Ж.И. Беспалова, И.Н. Паненко [Пат. RU №2459890, МПК C25D 11/14, C25D 15/00, опубл. 27.08.2012, Бюл. №24. Способ получения оптически черного оксидно-керамического покрытия на поверхности алюминия и его сплавах], включающий микроплазменное оксидирование в водных растворах электролита. Покрытие наносят в импульсном анодно-катодном режиме с длительностью пачек анодных импульсов 50 мс, катодных 40 мс, паузами между ними 10 мс, соотношением средних анодных и катодных токов 1,1:0,9 из водных растворов электролита при последовательном оксидировании в течение 10 мин в трех растворах, содержащих в своем составе гидроксид натрия (NaOH), метасиликат натрия (Na2SiO3⋅9H2O), тетраборат натрия (Na2B4O7⋅10Н2О), бихромат калия (K2Cr2O7), вольфрамат натрия (Na2WO4⋅2H2O), аммония парамолибдат ((NH4)6Mo7O24⋅4H2O), оксид вольфрама (WO3), при разных концентрациях первых двух компонентов. В результате оксидирования в условиях микроплазменных разрядов на поверхности алюминиевого сплава формируется равномерное интенсивное черное покрытие, имеющее соответственно коэффициенты поглощения (α) и излучения (ε), определенные в широком диапазоне световых волн 95,8 и 87,0%.There is a known method for producing an optically black oxide-ceramic coating on the surface of aluminum and its alloys by the authors Zh.I. Bespalova, I.N. Panenko [Pat. RU No. 2459890, IPC C25D 11/14, C25D 15/00, publ. 08/27/2012, Bulletin. No. 24. A method for producing an optically black oxide-ceramic coating on the surface of aluminum and its alloys], including microplasma oxidation in aqueous electrolyte solutions. The coating is applied in a pulsed anodic-cathode mode with a duration of anodic pulse trains of 50 ms, cathodic pulses of 40 ms, pauses between them of 10 ms, a ratio of average anodic and cathodic currents of 1.1:0.9 from aqueous electrolyte solutions with sequential oxidation for 10 min in three solutions containing sodium hydroxide (NaOH), sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 ⋅9H 2 O), sodium tetraborate (Na 2 B 4 O 7 ⋅10H 2 O), potassium bichromate (K 2 Cr 2 O 7 ), sodium tungstate (Na 2 WO 4 ⋅2H 2 O), ammonium paramolybdate ((NH4) 6 Mo 7 O 24 ⋅4H 2 O), tungsten oxide (WO 3 ), at different concentrations of the first two components. As a result of oxidation under microplasma discharge conditions, a uniform, intense black coating is formed on the surface of the aluminum alloy, having absorption (α) and emission (ε) coefficients, respectively, determined in a wide range of light waves of 95.8 and 87.0%.
Недостатком способа является необходимость использования сложного оборудования, а также необходимость использования трехстадийного синтеза для получения покрытий, что увеличивает трудоемкость процесса.The disadvantage of this method is the need to use complex equipment, as well as the need to use a three-stage synthesis to obtain coatings, which increases the labor intensity of the process.
Известен способ получения покрытия, повышающего излучательную способность металлической поверхности авторов Ю.В. Богданов, А.С.Князев, В.И. Кузеванов, Л.Г. Штейнер [Пат. RU №2368702, МПК С23С 24/00, С23С 20/06, B05D 1/02, опубл. 27.09.2009. Бюл. №27. Покрытие, нанесенное на металлическую поверхность и повышающее ее излучательную способность, и способ его нанесения], включающий распыление материала покрытия на металлическую поверхность. Материал покрытия распыляют в виде суспензии, полученной смешением минерального наполнителя и источника минерального SiO2 - связующего в виде концентрированного водного золя кремниевой кислоты при соотношении связующего и наполнителя в суспензии 10-50 и 90-50 мас. % соответственно. При этом металлическую поверхность перед распылением суспензии нагревают до температуры 100-350°С.There is a known method for producing a coating that increases the emissivity of a metal surface by the authors Yu.V. Bogdanov, A.S. Knyazev, V.I. Kuzevanov, L.G. Steiner [Pat. RU No. 2368702, IPC S23S 24/00, S23S 20/06, B05D 1/02, publ. 09/27/2009. Bull. No. 27. A coating applied to a metal surface that increases its emissivity, and a method of applying it], including spraying the coating material onto the metal surface. The coating material is sprayed in the form of a suspension obtained by mixing a mineral filler and a source of mineral SiO 2 - binder in the form of a concentrated aqueous sol of silicic acid at a ratio of binder and filler in the suspension of 10-50 and 90-50 wt. % respectively. In this case, the metal surface is heated to a temperature of 100-350°C before spraying the suspension.
Недостатком способа является предлагаемый метод нанесения покрытия - пневматическое распыление, что не позволяет получать покрытия, однородные по толщине.The disadvantage of this method is the proposed coating application method - pneumatic spraying, which does not allow obtaining coatings that are uniform in thickness.
Наиболее близким по способу получения является способ получения селективного покрытия, описанный авторами Ж.И. Беспалова, В.А. Клушин, А.С. Дьячишин [Пат. RU №2393275, МПК C25D 11/10, F24J 2/48, опубл. 27.06.2010. Бюл. №18. Способ получения селективного покрытия], с использованием переменного асимметричного тока, заключающийся в нанесении покрытия из электролита, содержащего сульфат алюминия, сульфат никеля, формалин и лимонную кислоту, при соотношении среднего катодного и анодного токов 1,5:1 и напряжении от 8 до 15 В, при температуре 25±5°С.The closest method of production is the method of producing selective coating described by the authors Zh.I. Bespalova, V.A. Klushin, A.S. Dyachishin [Pat. RU No. 2393275, IPC C25D 11/10, F24J 2/48, publ. 06/27/2010. Bull. No. 18. Method for producing selective coating], using alternating asymmetric current, which consists in applying a coating of an electrolyte containing aluminum sulfate, nickel sulfate, formaldehyde and citric acid, with an average cathode to anodic current ratio of 1.5:1 and a voltage of 8 to 15 V , at a temperature of 25±5°C.
Недостатком такого способа получения является необходимость использования токсичного соединения - формалина и низкое значение коэффициента излучения покрытия (ε=6%).The disadvantage of this production method is the need to use a toxic compound - formaldehyde and the low emissivity of the coating (ε = 6%).
Изобретение направлено на повышение коэффициента излучения (степени черноты) получаемых покрытий.The invention is aimed at increasing the emissivity (degree of emissivity) of the resulting coatings.
Задача достигается осаждением на сталь марки 08кп оптически черного гибридного покрытия при напряжении 15 В из водного раствора электролита, содержащего сульфат никеля, лимонную кислоту, дополнительно содержащего соли молибдена, кобальта, железа, борную и полиакриловую кислоты, при соотношении средних за период катодного и анодного токов 1,1:1 - 1,4:1; рН 4-5, температуре 65°С, времени электролиза 70-100 мин при следующих соотношениях компонентов электролита (г-л-1):The task is achieved by deposition of an optically black hybrid coating on steel grade 08kp at a voltage of 15 V from an aqueous electrolyte solution containing nickel sulfate, citric acid, additionally containing salts of molybdenum, cobalt, iron, boric and polyacrylic acids, with the ratio of the cathode and anodic currents averaged over the period 1.1:1 - 1.4:1; pH 4-5, temperature 65°C, electrolysis time 70-100 min at the following ratios of electrolyte components (g-l -1 ):
Оксиды молибдена, никеля, кобальта и железа характеризуются широким спектром оптических свойств благодаря незавершенной d-оболочки металлов, что является общим признаком этой группы.Oxides of molybdenum, nickel, cobalt and iron are characterized by a wide range of optical properties due to the incomplete d-shell of metals, which is a common feature of this group.
Наноразмерные частицы оксидов переходных металлов, внедренные в различные матрицы, в том числе полимерные, представляют большой интерес благодаря регулируемым оптическим и физическим свойствам, что обусловлено как классическими, так и квантовыми размерными эффектами.Nanosized particles of transition metal oxides embedded in various matrices, including polymer ones, are of great interest due to their controlled optical and physical properties, which are caused by both classical and quantum size effects.
Полиакриловая кислота представляет собой полимер анионного типа и обладает способностью к комплексообразованию с ионами d-металлов. Введение в состав покрытия полиакриловой кислоты обеспечивает его матовость и более высокую однородность распределения оксидов металлов по поверхности, а также их стабильность.Polyacrylic acid is an anionic polymer and has the ability to form complexes with d-metal ions. The introduction of polyacrylic acid into the coating composition ensures its dullness and higher uniformity of distribution of metal oxides over the surface, as well as their stability.
Использование переменного асимметричного тока позволяет получать покрытия на основе оксидов металлов, в том числе оксидов молибдена, нестехиометричного состава, способных непрерывно поглощать в ИК-диапазоне, что приводит к высоким значениям не только коэффициента поглощения, но и излучения.The use of alternating asymmetric current makes it possible to obtain coatings based on metal oxides, including molybdenum oxides, of non-stoichiometric composition, capable of continuously absorbing in the IR range, which leads to high values of not only the absorption coefficient, but also the emission coefficient.
Предлагаемый способ получения оптически черного гибридного покрытия на стали позволил:The proposed method for producing an optically black hybrid coating on steel made it possible to:
- сформировать на поверхности стали 08 кп гибридное покрытие на основе оксидов молибдена, кобальта, никеля, железа и полиакриловой кислоты;- to form a hybrid coating based on oxides of molybdenum, cobalt, nickel, iron and polyacrylic acid on the surface of 08 kp steel;
- достичь повышения коэффициента теплового излучения (степени черноты);- achieve an increase in the thermal radiation coefficient (emissivity);
- обеспечить однородность распределения оксидов металлов в матрице полиакриловой кислоты.- ensure uniform distribution of metal oxides in the polyacrylic acid matrix.
Формирование оптически черных гибридных покрытий проводили на предварительно подготовленной по стандартной методике поверхности стали марки 08кп при поляризации переменным асимметричным током промышленной частоты, представляющим собой две полусинусоиды разной амплитуды из электролита, содержащего соли молибдена, никеля, кобальта, железа, лимонную и борную кислоты, полиакриловую кислоту. В качестве рабочего электрода использовали макроэлектроды из 08кп 40×40×1 мм (с обеих сторон). Противоэлектродом служил кобальт.The formation of optically black hybrid coatings was carried out on the surface of steel grade 08kp, previously prepared according to standard methods, with polarization by an alternating asymmetric current of industrial frequency, representing two half-sine waves of different amplitudes from an electrolyte containing salts of molybdenum, nickel, cobalt, iron, citric and boric acids, polyacrylic acid . Macroelectrodes made of 08kp 40×40×1 mm (on both sides) were used as the working electrode. Cobalt served as the counter electrode.
Для экспериментальной проверки предлагаемого способа были получены оптически черные гибридные покрытия на стали.To experimentally test the proposed method, optically black hybrid coatings on steel were obtained.
Способ получения оптически черного гибридного покрытия на стали осуществляется следующим образом:The method for producing an optically black hybrid coating on steel is as follows:
Оптически черное гибридное покрытие получали на поверхности стали марки 08кп размером 40×40×1 мм электроосаждением при напряжении 15 В из водного раствора электролита, содержащего сульфат никеля, лимонную кислоту, соли молибдена, кобальта, железа, борную и полиакриловую кислоты, при соотношении средних за период катодного и анодного токов 1,1:1 - 1,4:1; рН 4-5, температуре 65°С и времени электролиза 70-100 мин при следующем соотношении компонентов (г-л-1):An optically black hybrid coating was obtained on the surface of 08kp steel with dimensions of 40×40×1 mm by electrodeposition at a voltage of 15 V from an aqueous electrolyte solution containing nickel sulfate, citric acid, salts of molybdenum, cobalt, iron, boric and polyacrylic acids, at a ratio of average period of cathode and anode currents 1.1:1 - 1.4:1; pH 4-5, temperature 65°C and electrolysis time 70-100 min with the following ratio of components (g-l -1 ):
Определение коэффициентов поглощения солнечного излучения (as) проводили относительным методом на рефлектометре солнечном «РС-К» с использованием образцов сравнения, а определение коэффициентов излучения (ε) проводили относительным методом на рефлектометре инфракрасном «РИ-К». Коэффициент поглощения (as) составил 0,89-0,95; коэффициент излучения (ε) составил 0,90-0,95.The determination of solar radiation absorption coefficients (a s ) was carried out by the relative method on a solar reflectometer "RS-K" using reference samples, and the determination of emissivity coefficients (ε) was carried out by the relative method on an infrared reflectometer "RI-K". The absorption coefficient (a s ) was 0.89-0.95; the emissivity (ε) was 0.90-0.95.
При несоблюдении доверительного интервала концентраций компонентов электролита не достигается технический результат, а именно не достигается повышение коэффициента теплового излучения (степени черноты).If the confidence interval of the concentrations of the electrolyte components is not observed, the technical result is not achieved, namely, an increase in the thermal emission coefficient (emissivity) is not achieved.
Рассмотрим пример осуществления способа с конкретными значениями компонентов электролита и режимов электролиза. Let's consider an example of the implementation of the method with specific values of the electrolyte components and electrolysis modes.
Пример 1.Example 1.
Оптически черное гибридное покрытие получали на поверхности стали марки 08кп размером 40×40×1 мм электроосаждением из электролита, при следующем соотношении компонентов (г⋅л-1):An optically black hybrid coating was obtained on the surface of 08kp steel with dimensions of 40×40×1 mm by electrodeposition from an electrolyte, with the following component ratio (g⋅l -1 ):
Время электролиза составило 70 мин, плотность среднего за период катодного тока jK=0,17 А⋅дм-2, анодного тока jA=0,12 А⋅дм-2, температура электролиза 65°С. Коэффициенты поглощения (α) и излучения (ε) составили 0,90 и 0,90 соответственно.The electrolysis time was 70 minutes, the density of the average cathode current over the period j K =0.17 A⋅dm -2 , the anodic current j A =0.12 A⋅dm -2 , electrolysis temperature 65°C. The absorption (α) and emissivity (ε) coefficients were 0.90 and 0.90, respectively.
Пример 2.Example 2.
Оптически черное гибридное покрытие получали на поверхности стали марки 08кп размером 40×40×1 мм электроосаждением из электролита, при следующем соотношении компонентов (г⋅л-1):An optically black hybrid coating was obtained on the surface of 08kp steel with dimensions of 40×40×1 mm by electrodeposition from an electrolyte, with the following component ratio (g⋅l -1 ):
Режимы электролиза отличаются от Примера 1 плотностью среднего за период катодного тока jK=0,15 А⋅дм-2, анодного тока jA=0,12 А⋅дм-2. Коэффициенты поглощения (α) и излучения (ε) составили 0,89 и 0,90 соответственно.The electrolysis modes differ from Example 1 in the density of the cathode current averaged over the period j K =0.15 A⋅dm -2 , the anodic current j A =0.12 A⋅dm -2 . The absorption (α) and emissivity (ε) coefficients were 0.89 and 0.90, respectively.
Пример 3.Example 3.
Оптически черное гибридное покрытие получали на поверхности стали марки 08кп размером 40×40×1 мм электроосаждением из электролита, при следующем соотношении компонентов(г-л-1):An optically black hybrid coating was obtained on the surface of 08kp steel with dimensions of 40×40×1 mm by electrodeposition from an electrolyte, with the following component ratio (g-l -1 ):
Режимы электролиза отличаются от Примера 2 плотностью среднего за период катодного тока jK=0,17 А⋅дм-2 анодного тока jA=0,12 А⋅дм-2, а также временем электролиза 80 мин. Коэффициенты поглощения (α) и излучения (ε) составили 0,95 и 0,95 соответственно.The electrolysis modes differ from Example 2 in the density of the cathode current averaged over the period j K =0.17 A⋅dm -2 of the anodic current j A =0.12 A⋅dm -2 , as well as the electrolysis time of 80 minutes. The absorption (α) and emissivity (ε) coefficients were 0.95 and 0.95, respectively.
Пример 4.Example 4.
Оптически черное гибридное покрытие получали на поверхности стали марки 08кп размером 40×40×1 мм электроосаждением из электролита, при следующем соотношении компонентов (г⋅л-1):An optically black hybrid coating was obtained on the surface of 08kp steel with dimensions of 40×40×1 mm by electrodeposition from an electrolyte, with the following component ratio (g⋅l -1 ):
Оптически черное гибридное покрытие получали на поверхности стали марки 08кп размером 40×40×1 мм электроосаждением из электролита, при следующем соотношении компонентов (г⋅л-1):An optically black hybrid coating was obtained on the surface of 08kp steel with dimensions of 40×40×1 mm by electrodeposition from an electrolyte, with the following component ratio (g⋅l -1 ):
Режим электролиза отличается от Примера 3 временем электролиза 100 мин. Коэффициенты поглощения (α) и излучения (ε) составили 0,92 и 0,91 соответственно.The electrolysis mode differs from Example 3 with an electrolysis time of 100 minutes. The absorption (α) and emissivity (ε) coefficients were 0.92 and 0.91, respectively.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2805024C1 true RU2805024C1 (en) | 2023-10-10 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4442829A (en) * | 1977-06-14 | 1984-04-17 | Sumitomo Aluminium Smelting Company, Ltd. | Material for selective absorption of solar energy and production thereof |
RU2096534C1 (en) * | 1996-07-18 | 1997-11-20 | Институт химии Дальневосточного отделения РАН | Method of applying optically black protective coatings onto valve metals |
RU2393275C1 (en) * | 2009-08-11 | 2010-06-27 | Жанна Ивановна Беспалова | Method of making selective coating |
RU2459890C1 (en) * | 2011-07-22 | 2012-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Method to produce optically black oxide-ceramic coating on surface of aluminium and its alloys |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4442829A (en) * | 1977-06-14 | 1984-04-17 | Sumitomo Aluminium Smelting Company, Ltd. | Material for selective absorption of solar energy and production thereof |
RU2096534C1 (en) * | 1996-07-18 | 1997-11-20 | Институт химии Дальневосточного отделения РАН | Method of applying optically black protective coatings onto valve metals |
RU2393275C1 (en) * | 2009-08-11 | 2010-06-27 | Жанна Ивановна Беспалова | Method of making selective coating |
RU2459890C1 (en) * | 2011-07-22 | 2012-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Method to produce optically black oxide-ceramic coating on surface of aluminium and its alloys |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE4139006A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING OXIDE CERAMIC LAYERS ON BARRIER-LAYING METALS | |
CN109280949A (en) | A kind of preparation method of light-alloy surface black thermal control coating | |
JPWO2017204266A1 (en) | Sn alloy plated steel sheet | |
RU2805024C1 (en) | Method for making optically black hybrid coating on steel | |
WO2019098378A1 (en) | Magnesium or aluminum metal member provided with black oxide coating, and method for manufacturing same | |
CN114318465A (en) | Micro-arc oxidation preparation method of black surface of 7-series aluminum alloy | |
CN113638025A (en) | Method suitable for coloring surface of aluminum alloy | |
CN114318459A (en) | Functional plating solution and preparation method and application thereof | |
KR20190016336A (en) | Spacer for camera lens and preparing method thereof | |
CN114540918A (en) | Electrolyte, preparation method thereof and preparation method of magnesium alloy micro-arc oxidation coating | |
RU2231581C1 (en) | Electrolyte of chromium plating and a method of chromium coatings plating on steel parts | |
JPS5916994A (en) | Formation of colored protective film on surface of aluminum material | |
US2985567A (en) | Electrodeposition of black chromium coatings | |
RU2449062C1 (en) | Method for obtaining oxide coating on steel | |
JPS59226197A (en) | Surface treatment of aluminum alloy for patterning | |
CN1276840A (en) | Method for producing hard protection coatings on articles made of aluminium alloy | |
US3909404A (en) | Composition and process for electrodepositing a black chromium deposit | |
Devyatkina et al. | Deposition of protective-decorative coatings onto aluminum alloys | |
RU2786993C1 (en) | Method for forming ceramic protective and decorative coating of camouflage of various shades on product from valve metal or its alloy and ceramic protective and decorative coating obtained by this method | |
US2771410A (en) | Method of forming an oxide coating on tin | |
CN109440142B (en) | Additive for electroplating pearl nickel, electroplating pearl nickel solution and electroplating method thereof | |
JP2706681B2 (en) | Electrolytic coloring method of aluminum material | |
US3657079A (en) | Novel process and product | |
RU2826545C1 (en) | Method of producing flexible anode material based on modified carbon fabric | |
Zemanova et al. | Effect of plating mode and complexing agent on morphology of pigmented anodic alumina coatings |