Защитно-декоративное покрытие

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Вершина Алексей Константинович Агеев Виталий Александрович Беляев Геннадий Яковлевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Защитно-декоративное покрытие, выполненное в виде многослойной структуры,включающей контактирующий с основой электролитически осажденный слой хрома или никеля и внешний декоративный слой, осажденный плазменно-вакуумным методом и содержащий соединение титана, обеспечивающее цветовой тон, светлоту, насыщенность цвета и блеск покрытия, отличающееся тем, что между указанными слоями дополнительно введен промежуточный слой, содержащий общие с декоративным слоем компоненты, причем слои выполнены со следующим соотношением толщин (10-15)11,соответственно, а толщина контактирующего с основой слоя составляет 3-4 мкм. Изобретение относится к области декоративной отделки изделий нанесением покрытий и может быть использовано в часовой, ювелирной и легкой (мебельная фурнитура,товары народного потребления) промышленности, архитектурно-строительной практике,а также медицине (стоматология), в частности, для замены золота в традиционных областях его применения путем придания поверхности цвета и блеска золота и его соединений,стойкости к кислотам и щелочам, к температурным, абразивным и атмосферным воздействиям, солнечной радиации и т.п. Известно 1, 2, что задачей любого защитно-декоративного покрытия является реализация а) априорно заданных визуально воспринимаемых декоративных характеристик покрытия - цветовой тон, светлота, насыщенность цвета и блеска,б) защиты материала основы изделия от внешних воздействий (температурных, абразивных и атмосферных а также действия кислот и щелочей, солнечной радиации и т.п.),в) сплошности и целостности покрытия при хорошей адгезии к основе,12867 1 2010.02.28 г) экономической целесообразности при выборе компонентно-фазовоструктурной композиции защитно-декоративного покрытия и способе его формирования. Решение такой многофункциональной задачи обычно выполняется путем формирования многослойной структуры, включающей контактирующий с основой внутренний слой,который должен исключить возможность внешних воздействий на основу изделия, и обеспечить хорошую адгезию с внешним слоем, реализующим заданные визуально воспринимаемые декоративно-цветовых характеристики покрытия. Обычно в качестве слоя,контактирующего с основой изделия, применяют электролитически осажденный слой хрома или никеля 1, 5. Известно также широкое применение в качестве внешнего слоя имитирующих цвет золота соединении титана, например, нитрида, оксинитрида или оксикарбонитрида, формируемых плазменно-вакуумным методом 2. Если требуются покрытия с другим цветом, то в качестве внешнего слоя используется оксид титана 2. Известны защитно-декоративные покрытия, выполненные в виде многослойной структуры, включающей нанесенные методом ионного осаждения контактирующий с основой слой титана толщиной 0,8 мкм, и внешний (декоративный) слой толщиной 1,5 мкм, содержащий соединения титана (оксиды, карбиды, нитриды, оксинитриды, оксикарбонитриды) 3, 4. Необходимость формирования переходного, контактирующего с подложкой слоя, обусловлена тем, что вследствие неизменности свойств покрытия в пределах одного слоя на границе раздела с материалом основы происходит резкое изменение физикомеханических свойств, приводящее к образованию в покрытии высоких остаточных напряжений и, как следствие, к снижению адгезионной связи покрытия с основой, которая необходима для успешной эксплуатации изделия с покрытием. Недостатком данной структурно-компонентной конструкции покрытия является пористость и столбчатая структура слоев (как титана, так и его соединений), что приводит к ухудшению внешнего вида изделия в процессе эксплуатации вследствие точечной коррозии. Известно также защитно-декоративное покрытие, выполненное в виде многослойной структуры, включающей контактирующий с основой электролитически осажденный слой хрома, и внешний (декоративный) слой, представляющий собой нанесенный плазменновакуумными методами нитрид титана 5. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является защитно-декоративного покрытие, выполненное в виде многослойной структуры, включающей контактирующий с основой электролитически осажденный слой хрома или никеля, и внешний декоративный слой, осажденный плазменно-вакуумным методом, содержащий соединение, обеспечивающее цветовой тон, светлоту, насыщенность цвета и блеск покрытия 6. Недостатком данной структурно-компонентной конструкции покрытия является отсутствие промежуточного пластичного слоя между хромом (или никелем) и внешним слоем, что приводит к растрескиванию последнего и ухудшению внешнего вида покрытия. Технической задачей настоящего изобретения является повышение защитнодекоративных характеристик покрытия, наносимого на поверхность изделия. Поставленная задача решается тем, что защитно-декоративное покрытие, выполненное в виде многослойной структуры, включающей контактирующий с основой электролитически осажденный слоя хрома или никеля и внешний слой, осажденный плазменновакуумным методом и содержащий соединение титана, обеспечивающее цветовой тон,светлоту, насыщенность цвета и блеск покрытия, между указанными слоями дополнительно введен промежуточный слой, содержащий общие с декоративным слоем компоненты, причем слои выполнены со следующим соотношением толщин (10-15)11,соответственно, а толщина контактирующего с основой слоя составляет 3-4 мкм. В качестве материала слоя, контактирующего с основой, используются характеризующиеся хорошей пластичностью хром либо никель, которые наиболее технологично осаждать на поверхность изделия электролитическим методом, что обеспечивает хорошую адгезию последующих слоев к основе. Кроме того, слой хрома или никеля указанной 2 12867 1 2010.02.28 толщины 3-4 мкм выполняет в предлагаемом покрытии защитные функции, реализуя, в частности, повышение коррозионной стойкости изделия в процессе его эксплуатации. Уменьшение толщины слоя хрома или никеля приводит к его несплошности, что сопровождается ухудшением защитных свойств покрытия в целом, а увеличение толщины - к росту внутренних напряжений в слое, приводящих в процессе эксплуатации к саморастрескиванию покрытия. В качестве материала дополнительного промежуточного слоя толщиной 0,3-0,8 мкм,содержащего общие с внешним декоративным слоем компоненты целесообразно использовать либо титан, либо нитрид титана, либо углерод, которые нанесены плазменновакуумным методом. Этот слой выполняет функции пластичной прокладки между контактирующим с основой и декоративным слоями, обеспечивая хорошую адгезию с осажденным плазменно-вакуумным методом внешним (декоративным) слоем, содержащим соединение титана, например, оксид, оксинитрид или оксикарбонитрид, характеризующимся стойкостью к истиранию вследствие высокой твердости, но низкой пластичностью. Уменьшение толщины слоя титана вызывает рост внутренних напряжений в покрытии 7,а увеличение его толщины приводит к ухудшению декоративных характеристик покрытия в целом (снижению блеска и уменьшению коэффициента отражения). Указанная структурно-компонентная композиция покрытия только при данном соотношении толщин слоев обеспечивает достижение требуемого технико-экономического эффекта, что подтверждается результатами лабораторных испытаний, отраженными в таблице. Проявление требуемого эффекта - повышение защитной способности при хороших декоративных характеристиках (высокий блеск) - реализуется не просто вследствие формирования трехслойной композиции покрытия, а только при соблюдении указанных оптимальных соотношениях толщин слоев с указанными ингредиентами. Пример. Слой хрома осаждали электрохимически по известной технологии 8. Слой титана и соединения титана (карбонитроид титана) осаждали плазменно-вакуумным методом на установке УРМ 3.279.048. Коррозионные испытания проводили согласно требованиям часовой промышленности в следующих агрессивных средах уксусной, искусственного пота и серосодержащей. Определение спектрального коэффициента отражения осуществляли с помощью спектрофотометра СФ-18. Удовлетворительным считался коэффициент не менее 50 . Из результатов испытаний, представленных в таблице, следует, что предлагаемое изобретение обеспечивает наиболее высокое качество покрытия по сравнению с покрытиями, полученными с отклонениями от предлагаемого технического решения. Аналогичные результаты были получены при использовании в качестве промежуточного слоя нитрида титана толщиной 0,4 мкм либо углерода толщиной 0,6 мкм, наносимых плазменно-вакуумным методом путем распыления титанового катода в кислородной среде пониженного давления или мишени из углерода в вакууме. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать защитное покрытие с высокой защитной способностью и декоративными характеристиками, обеспечивающими требуемые цветовой тон, светлоту, насыщенность цвета и блеск покрытия. Использование трехслойного покрытия с предлагаемыми толщинами исключает возможность трещинообразования в слоях за счет применения оптимальной комбинации слоев и оптимального соотношения толщин. Какпоказывают данные, представленные в таблице, отсутствие одного из элементов, входящих в состав покрытия, или отклонения от толщины слоя приводит к ухудшению качества (защитной способности или блеска) покрытия. Стойкость в коррозионной среде Уксуснокислая 7 толщины сло серии слоя С,опыта ев мкм Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.