WO1997035046A1 - Procede de traitement de surface metallique d'un materiau compose ou revetu de cuivre et/ou de zinc - Google Patents

Procede de traitement de surface metallique d'un materiau compose ou revetu de cuivre et/ou de zinc Download PDF

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Jean-Claude Brumagne
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    • C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/06—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
    • C23C22/48—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 not containing phosphates, hexavalent chromium compounds, fluorides or complex fluorides, molybdates, tungstates, vanadates or oxalates
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C22/53—Treatment of zinc or alloys based thereon

Definitions

  • the invention relates to a method for treating a metal surface of a material composed or coated with copper and / or zinc to obtain an iridescent surface state, and also to the products obtained by the method.
  • iridescent surface state is understood to mean a modification of the surface state by chemical or physical means, characterized by the appearance of heterogeneous coloring shades on the metal surface. This surface condition will be called iridescence below.
  • the object of the present invention is to provide a simple method for improving the appearance of the metal surface and thereby making the metal surface more attractive by giving it a significant iridescence.
  • the metallic surfaces of material composed or coated with copper and / or zinc find, for example, their application in the manufacture of claddings for doors, fireplaces, etc.
  • Another object of the present invention is to provide a simple method for obtaining an iridescent metallic surface of a material composed or coated with copper and / or zinc comprising a pattern (image part) not iridescent on the metallic surface in question. This process turns out to be perfectly applicable to the production of signs, paintings and, in general, decorative objects composed or coated with copper and / or zinc.
  • the method of the invention consists in successively treating, and in any order, the metal surface with the following three chemical reagents: sodium hyposulfite, lead (II) acetate and copper sulfate.
  • the three chemical reagents mentioned above produce the desired iridescence by successive reactions on the metal surface.
  • the metal surface of a material composed or coated with copper and / or zinc is first carefully polished and degreased, to allow proper application of the iridescence treatment. Indeed, it is fundamental for the precision of the work to have a perfectly polished metal surface and free from any trace of dirt, and grease in particular.
  • the conventional methods of polishing and degreasing metal surfaces are perfectly suited to the present invention.
  • the metal surface to be treated is then immersed in a soaking container containing hot water at a temperature between 50 "and 100 ° C, preferably between 70 ° and 90 ° C.
  • the metal surface must be completely covered with a few centimeters of water, preferably 3 to 10 cm.
  • the amount of water used depends on the shape and size of the metal surface to be treated, the size and shape of the soaking container, and the desired iridescence.
  • the various chemical reagents are then added one after the other above the surface of the bath. It is important to add the chemical reagents successively and not jointly to obtain the desired iridescence and to control the influence of each of the reactants on the final iridescence.
  • the chemical reagents are added in a relatively short period of time, advantageously from 3 to 15 minutes. This relatively short period of time is important in order to maintain a non-uniform concentration gradient for the various chemical reagents. In fact, a longer treatment time results in diffusion of the various chemical reagents and results in homogenization of the concentration gradient in the aqueous solution. As the iridescence is obtained by successive non-uniform reactions, the homogenization of the concentration gradient in the soaking solution is not desirable.
  • the various chemical reagents used in the process of the invention are sodium hyposulfite, lead (II) acetate and copper sulfate, the three reagents are necessary to obtain the desired iridescent surface state.
  • Each chemical reagent exhibits a characteristic reaction with the metallic surface of the material composed or coated with copper and / or zinc.
  • Said chemical reagents are used in the form of granules or powder.
  • the amounts of reagents used obviously vary depending on the size of the metal surface to be treated and the iridescent surface state that it is desired to obtain.
  • sodium hyposulfite is used in amounts in the range from 50 to 150 g / m 2 of surface to be treated, preferably from 80 to 120 g / m 2 of surface to be treated, lead acetate ( II) in the range from 50 to 150 g / m 2 of surface to be treated, preferably from 80 to 120 g / m 2 of surface to be treated, and the copper sulphate in the range from 50 to 150 g / m 2 of surface to be treated, preferably from 80 to 120 g / m 2 of surface to be treated.
  • the order of addition of the various compounds depends on the coloration which it is desired to obtain and is in no way a limiting factor of the present invention.
  • the color or coloration obtained at a specific location on the metal surface depends above all on the local concentration of the chemical reagent used, on the temperature of the bath and naturally on the soaking time. As each reagent provides a specific coloring varying with its local concentration and its application time, the number of shades that can be obtained on the metal surface of a material composed or coated with copper and / or zinc is very high.
  • the metal surface of a material composed or coated with copper and / or zinc is then rinsed in a second container containing clean water at room temperature, to remove all the residues of the chemical reagents remaining on the metal surface.
  • the metal surface can be reprocessed, by immersing it in the bath containing the chemical reagents in solution and drying it under an ultraviolet lamp or in the open air. without prior rinsing. This post-treatment makes it possible to obtain a more uniform and darker coloration.
  • Another method for obtaining a more homogeneous and darker coloration is to leave the metal surface in the soaking bath for a period of time greater than 15 minutes. In this case, however, the amounts of chemical reagents used should be slightly reduced to avoid too dark (black) coloring. It is advantageous to allow the soaking bath to cool to room temperature before removing the metal surface from the soaking bath.
  • the iridescent metallic surface is then dried and completely covered with a finishing varnish, for example based on polyurethane, to protect the metallic surface.
  • a finishing varnish for example based on polyurethane
  • this top coat gives a shiny and smooth appearance to the metal surface and allows easier handling of the product.
  • a "orange peel" finish varnish is applied by applying a second layer of finish varnish after the application of the first layer. This second layer forming an even more effective protective barrier against various stains such as finger stains and scratches, and allows even easier handling of said product.
  • the metal surface of a material composed or coated with copper and / or zinc comprises a pattern (image part) which is not subjected to an iridescence treatment.
  • This pattern or design is applied before the iridescence treatment and acts as a mask against the attack of chemical reagents.
  • a non-iridescent pattern (image part) is thus obtained on an iridescent metallic surface (non-image part).
  • the metal surface of a material composed or coated with copper and / or zinc must first be carefully polished and degreased, to allow a clean and precise application of the pattern acting as a mask. Indeed, any imperfection of the metal surface will prevent the clean and precise application of the desired pattern.
  • the conventional methods of polishing and degreasing of metal surfaces are perfectly suitable for the present invention.
  • the methods of applying patterns or designs to metal surfaces are very widely known and the methods described below are given only by way of illustrative examples.
  • Conventional methods of applying drawings such as freehand drawing, projection drawing, drawing by sticker cut by computer or manually are commonly used and are perfectly suited to the present invention.
  • the paints used are generally paints for metals resistant to chemical reagents and to high temperatures (above 100 ° C.), while the stickers used are generally polymer films such as polyvinyls, polyesters and the like. These polymer films are necessarily products resistant to chemical reagents and to high temperatures (above 100 ° C).
  • polymer stickers are that they can be removed easily after the metal surface has been treated. Indeed, the solvents generally used to remove said stickers based on polymer films do not react with metallic surfaces and they have no effect on the metallic surface both on the iridescent parts and on the non-iridescent parts. Of course, the above methods can be used alone or together, depending on the desired effect.
  • the metal surface comprising the pattern is treated according to the iridescence method described above.
  • the mask consisting of the metal paint and / or the sticker will be removed by conventional methods, generally using polar or non-polar hydrocarbon solvents, which do not react with the surface. metallic on both the iridescent and non-iridescent parts.
  • the metal surface is then completely covered with a finishing varnish as described above. This varnishing is carried out immediately after removing the mask to avoid oxidation of the non-iridescent metal surface.
  • the iridescence treatment will be preceded by a treatment of the metal surface with a strong acid, such as nitric acid, picric acid or the like. These acids by attacking the non-image parts will give a certain relief to the final motif. It is obviously important in this case to use a mask which does not react with strong acids and which can be easily removed afterwards. Once the chemical attack has ended, the strong acid residues are removed by several successive rinses with water, to avoid any contamination during the iridescence treatment which follows. Said iridescence treatment is carried out according to the method of the present invention.
  • this relief effect can be further increased by working the pattern with a very fine iron wool after the iridescence treatment and after removing the mask.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement de surface métallique d'un matériau composé ou revêtu de cuivre et/ou de zinc pour obtenir un état de surface irisé. Le procédé est caractérisé en ce que l'on traite la surface métallique par des réactions successives en milieu aqueux avec de l'hyposulfite de sodium, de l'acétate de plomb (II) et du sulfate de cuivre. Ces réactions sont effectuées dans un ordre quelconque. Le traitement d'irisation peut être appliqué tout aussi bien à des surfaces métalliques vierges qu'à des surfaces métalliques comportant un motif. Le procédé permet ainsi d'obtenir des objets décoratifs pourvus d'un motif. L'invention concerne également les produits obtenus par le procédé de l'invention.

Description

PROCÉDÉ DE TRAITEMENT DE SURFACE MÉTALLIQUE D'UN MATÉRIAU COMPOSÉ OU REVÊTU DE CUIVRE ET/OU DE ZINC
L'invention concerne un procédé de traitement de surface métallique d'un matériau composé ou revêtu de cuivre et/ou de zinc pour obtenir un état de surface irisé, et également les produits obtenus par le procédé.
On entend par état de surface irisé, une modification de l'état de surface par voie chimique ou physique, caractérisée par l'apparition de teintes de coloration hétérogènes sur la surface métallique. Cet état de surface sera appelé ci-après irisation. L'objet de la présente invention consiste à fournir un procédé simple pour améliorer l'aspect de la surface métallique et rendre de ce fait la surface métallique plus attrayante en lui conférant une irisation importante. Les surfaces métalliques de matériau composé ou revêtu de cuivre et/ou de zinc trouvent par exemple leur application dans la fabrication d'habillages pour portes, cheminées, etc..
Un autre objet de la présente invention consiste à fournir un procédé simple pour obtenir une surface métallique irisée d'un matériau composé ou revêtu de cuivre et/ou de zinc comportant un motif (partie image) non irisé sur la surface métallique en question. Ce procédé s'avère être parfaitement applicable à la production d'enseignes, de tableaux et, en général, d'objets décoratifs composés ou revêtus de cuivre et/ou de zinc.
Le procédé de l'invention consiste à traiter successivement, et dans un ordre quelconque, la surface métallique avec les trois réactifs chimiques suivants: Vhyposulfite de sodium, l'acétate de plomb (II) et le sulfate de cuivre. Les trois réactifs chimiques sus-mentionnés produisent l'irisation souhaité par des réactions successives sur la surface métallique.
L'invention sera décrite plus en détail dans la description qui suit.
Avant la mise en oeuvre du procédé de la présente invention, la surface métallique d'un matériau composé ou revêtu de cuivre et/ou de zinc est d'abord soigneusement polie et dégraissée, pour permettre une application propre du traitement d'irisation. En effet, il est fondamental pour la précision du travail d'avoir une surface métallique parfaitement polie et exempte de toute trace de saleté, et de graisse en particulier. Les procédés classiques de polissage et de dégraissage de surfaces métalliques conviennent parfaitement à la présente invention. La surface métallique à traiter est ensuite immergée dans un récipient de trempage contenant de l'eau chaude à une température comprise entre 50" et 100°C, de préférence comprise entre 70° et 90°C. La surface métallique doit être entièrement recouverte de quelques centimètres d'eau, avantageusement de 3 à 10 cm.
La quantité d'eau utilisée dépend de la forme et de la taille de la surface métallique à traiter, de la taille et de la forme du récipient de trempage, et de l'irisation souhaitée.
Tout en maintenant la surface métallique entièrement sous l'eau, on ajoute ensuite au-dessus de la surface du bain les différents réactifs chimiques l'un après l'autre. Il est important d'ajouter les réactifs chimiques successivement et non conjointement pour obtenir l'irisation désirée et pour contrôler l'influence de chacun des réactifs sur l'irisation finale. Les réactifs chimiques sont rajoutés dans une période de temps relativement courte, avantageusement de 3 à 15 minutes. Cette période de temps relativement courte est importante pour garder un gradient de concentration non uniforme des différents réactifs chimiques. En effet, un temps de traitement plus long résulte dans une diffusion des différents réactifs chimiques et entraîne une homogénéisation du gradient de concentration dans la solution aqueuse. Comme l'irisation est obtenue par des réactions successives non uniformes, l'homogénéisation du gradient de concentration dans la solution de trempage n'est pas souhaitable.
Les différents réactifs chimiques utilisés dans le procédé de l'invention sont l'hyposulfite de sodium, l'acétate de plomb (II) et le sulfate de cuivre, les trois réactifs sont nécessaires pour obtenir l'état de surface irisé souhaité. Chaque réactif chimique présente une réaction caractéristique avec la surface métallique du matériau composé ou revêtu de cuivre et/ou de zinc. Lesdits réactifs chimiques sont utilisés sous forme de granulés ou de poudre. Les quantités des réactifs utilisés varient bien entendu en fonction de la taille de la surface métallique à traiter et de l'état de surface irisé que l'on désire obtenir. En général Ton utilise l'hyposulfite de sodium dans des quantités dans la plage allant de 50 à 150 g/m2 de surface à traiter, de préférence de 80 à 120 g/m2 de surface à traiter, l'acétate de plomb (II) dans la plage allant de 50 à 150 g/m2 de surface à traiter, de préférence de 80 à 120 g/m2 de surface à traiter, et le sulfate de cuivre dans la plage allant de 50 à 150 g/m2 de surface à traiter, de préférence de 80 à 120 g/m2 de surface à traiter. L'ordre d'ajouté des différents composés dépend de la coloration que l'on veut obtenir est n'est nullement un facteur limitatif de la présente invention. La teinte ou coloration obtenue à un endroit précis de la surface métallique dépend avant tout de la concentration locale du réactif chimique utilisé, de la température du bain et naturellement du temps de trempage. Comme chaque réactif procure une coloration spécifique variant avec sa concentration locale et son temps d'application, le nombre de teintes pouvant être obtenues sur la surface métallique d'un matériau composé ou revêtu de cuivre et/ou de zinc est très élevé.
En faisant varier les différents paramètres tels que la concentration desdits réactifs, la température du bain de trempage et le temps de trempage, il est possible de faire varier l'état de surface irisé en conférant à la surface métallique des teintes de coloration différentes.
La surface métallique d'un matériau composé ou revêtu de cuivre et/ou de zinc est ensuite rincée dans un deuxième récipient contenant de l'eau propre à température ambiante, pour enlever tous les résidus des réactifs chimiques restants sur la surface métallique. Lorsque l'irisation de la surface métallique n'est pas telle que souhaitée, on peut retraiter la surface métallique, en la replongeant dans le bain contenant les réactifs chimiques en solution et en la séchant sous une lampe à ultraviolets ou à l'air libre sans rinçage préalable. Ce post¬ traitement permet d'obtenir une coloration plus homogène et plus foncée. Une autre méthode pour obtenir une coloration plus homogène et plus foncée consiste à laisser la surface métallique dans le bain de trempage pendant une période de temps supérieure à 15 minutes. Dans ce cas il convient, cependant, de réduire légèrement les quantités de réactifs chimiques utilisés pour éviter une coloration trop foncée (noire). Il est avantageux de laisser refroidir le bain de trempage jusqu'à température ambiante avant de retirer la surface métallique du bain de trempage.
La surface métallique irisée est ensuite séchée et entièrement recouverte d'un vernis de finition, par exemple à base de polyuréthane, pour protéger la surface métallique. De plus cette couche de finition confère un aspect brillant et lisse à la surface métallique et permet une manipulation plus aisée du produit. Si on le désire, on effectue un vernissage de finition en "pelure d'orange" en appliquant une deuxième couche de vernis de finition après l'application de la première couche. Cette deuxième couche formant une barrière de protection encore plus efficace contre les différentes taches tels que les taches de doigts et les griffures, et permet une manipulation encore plus aisée dudit produit.
Selon un mode de réalisation préféré, la surface métallique d'un matériau composé ou revêtu de cuivre et/ou de zinc comporte un motif (partie image) qui n'est pas soumis à un traitement d'irisation. Ce motif ou dessin est appliqué avant le traitement d'irisation et fait fonction de masque vis- à-vis de l'attaque des réactifs chimiques. De ce fait on obtient ainsi un motif non irisé (partie image) sur une surface métallique irisée (partie non-image).
Le procédé du mode de réalisation préféré sera expliqué plus en détail ci-dessous.
Comme décrit plus haut, la surface métallique d'un matériau composé ou revêtu de cuivre et/ou de zinc doit d'abord être soigneusement polie et dégraissée, pour permettre une application nette et précise du motif faisant fonction de masque. En effet, toute imperfection de la surface métallique empêchera l'application nette et précise du motif souhaité. Les procédés classiques de polissage et de dégraissage de surfaces métalliques conviennent parfaitement pour la présente invention.
Les procédés d'application de motifs ou de dessins sur des surfaces métalliques sont très largement connus et les méthodes décrites ci-dessous ne sont indiquées qu'à titre d'exemples illustratifs. Les méthodes classiques d'application de dessins, telles que le dessin à main levée, le dessin par projection, le dessin par autocollant découpé par ordinateur ou manuellement sont couramment utilisées et sont parfaitement adaptées à la présente invention. Les peintures utilisées sont généralement des peintures pour métaux résistantes aux réactifs chimiques et aux températures élevées (supérieures à 100°C), tandis que les autocollants utilisés sont généralement des films polymères tels que les polyvinyles, polyesters et les autre du même genre. Ces films polymères sont nécessairement des produits résistants aux réactifs chimiques et aux températures élevées (supérieures à 100°C).
Les autocollants polymères présentent l'avantage de pouvoir être enlevés facilement après le traitement de la surface métallique. En effet, les solvants généralement utilisés pour enlever lesdits autocollants à base de films polymères ne réagissent pas avec les surfaces métalliques et ils n'ont aucun effet sur la surface métallique tant sur les parties irisées que sur les parties non irisées. Bien entendu, les méthodes précitées peuvent être utilisées seules ou conjointement, en fonction de l'effet désiré.
Ensuite, la surface métallique comportant le motif est traitée selon le procédé d'irisation décrit ci-dessus.
Après le traitement d'irisation, le masque constitué par la peinture pour métaux et/ou l'autocollant sera enlevé par les méthodes classiques, généralement en utilisant des solvants polaires ou non polaires à base d'hydrocarbures, qui ne réagissent pas avec la surface métallique tant sur les parties irisées que sur les parties non irisées.
La surface métallique est ensuite recouverte entièrement avec un vernis de finition comme décrit ci-dessus. Ce vernissage est effectué immédiatement après l'enlèvement du masque pour éviter une oxydation de la surface métallique non irisée.
Selon un autre aspect de la présente invention, il est possible d'augmenter l'impression de profondeur du motif sur la surface métallique d'un matériau composé ou revêtu de cuivre et/ou de zinc. A cet effet, le traitement d'irisation sera précédé par un traitement de la surface métallique par un acide fort, tel que l'acide nitrique, l'acide picrique ou les autres du même genre. Ces acides de par leur attaque des parties non image procureront un certain relief au motif final. Il est important dans ce cas évidemment d'utiliser un masque ne réagissant pas avec les acides forts et pouvant être enlevé facilement par après. Une fois l'attaque chimique terminée, les résidus d'acide fort sont enlevés par plusieurs rinçages successifs à l'eau, pour éviter toute contamination lors du traitement d'irisation qui suit. Ledit traitement d'irisation est effectué selon le procédé de la présente invention.
Si on le désire, cet effet de relief peut encore être augmenté en travaillant le motif avec une très fine paille de fer après le traitement d'irisation et après avoir enlevé le masque.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement de surface métallique d'un matériau composé ou revêtu de cuivre et/ou de zinc pour obtenir un état de surface irisé, caractérisé en ce que l'on traite la surface métallique par des réactions successives en milieu aqueux avec l'hyposulfite de sodium, l'acétate de plomb (II) et le sulfate de cuivre, ces réactions étant effectuées dans un ordre quelconque.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface à traiter est immergée en la disposant horizontalement dans un bain aqueux et en ce que l'hyposulfite de sodium, l'acétate de plomb (II) et le sulfate de cuivre sont rajoutés de façon non uniforme à la surface du bain.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'hyposulfite de sodium, l'acétate de plomb (II) et le sulfate de cuivre sont rajoutés à la surface du bain sous forme de poudre ou de granulés.
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la surface à traiter est immergée à une distance de 3 à 10 cm en-dessous de le surface du bain.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'hyposulfite de sodium, l'acétate de plomb (II) et le sulfate de cuivre sont rajoutés successivement, dans un ordre quelconque, dans un intervalle de temps allant de 3 à 15 minutes.
6. Procédé selon Tune quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la concentration dudit hyposulfite de sodium varie de 50 à 150 g/m2 de surface à traiter, de préférence de 80 à 120 g/m2 de surface à traiter.
7. Procédé selon Tune quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la concentration dudit acétate de plomb (II) varie de 50 à 150 g/m2 de surface à traiter, de préférence de 80 à 120 g/m2 de surface à traiter.
8. Procédé selon Tune quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la concentration dudit sulfate de cuivre varie de 50 à 150 g/m2 de surface à traiter, de préférence de 80 à 120 g/m2 de surface à traiter.
9. Procédé selon Tune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement de surface métallique est effectué dans une solution aqueuse à une température comprise entre 50" et 100°C, de préférence entre 70° et 90°C.
10. Procédé de traitement de surface métallique selon Tune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface métallique comprend un motif (partie image) et en ce que le traitement de surface n'est effectué que sur les parties de surface qui ne constituent pas le motif (partie non-image).
11. Procédé de traitement de surface métallique selon la revendication 10 caractérisé en ce que le motif (partie image) est un masque constitué d'une matière qui n'entre pas en réaction avec l'hyposulfite de sodium, l'acétate de plomb (II) et le sulfate de cuivre.
12. Procédé de traitement de surface métallique selon la revendication 11 caractérisé en ce que le masque est constitué de vinyle.
13. Procédé de traitement de surface métallique selon la revendication 11 caractérisé en ce que le masque est constitué d'une peinture pour métaux.
14. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le traitement de surface métallique est précédé d'un traitement à l'acide nitrique ou à 1 'acide picrique.
15. Produit composé ou revêtu de cuivre et/ou de zinc, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé tel que revendiqué dans Tune quelconque des revendications précédentes.
16. Produit selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il est recouvert d'un vernis de finition.
PCT/IB1997/000244 1996-03-15 1997-03-12 Procede de traitement de surface metallique d'un materiau compose ou revetu de cuivre et/ou de zinc WO1997035046A1 (fr)

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LU88726 1996-03-15

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