Способ защиты поверхности с использованием силикатных соединений

Способ защиты поверхности с использованием силикатных соединений

Реферат

 

Изобретение может быть использовано для формирования защитного слоя на связующей поверхности, например на металлической или деревянной. Сущность изобретения: способ включает сначала подготовку поверхности изделия. На металлических изделиях поверхность может быть подготовлена путем очистки поверхности и последующей выдержки поверхности в концентрированной фосфорной кислоте. На деревянных изделиях поверхность может быть подготовлена путем тщательной очистки поверхности с помощью горячей воды и моющего средства (только). Предпочтительнее поверхность подготавливают для того, чтобы на ней можно было сформировать равномерный сплошной слой жидкости. После того, как поверхность подготовлена, на нее наносят 10-16% (в процентном соотношении объемов) силикатсодержащий раствор в течение 20 с и дают возможность полностью высохнуть при температуре 151,7^oС для формирования слоя силикатного материала поверх поверхности. Во время процесса сушки по меньшей мере часть силиката натрия превращается в двуокись кремния. Затем на поверхность наносят кислоту для формирования на поверхности защитного слоя. Изобретение обеспечивает защиту от абразивного истирания, коррозии, тепла и огня. 4 с. и 25 з.п.ф-лы, 6 ил.

Настоящее изобретение относится к способу формирования защитного слоя жесткой поверхности изделия. Защитный слой формируется посредством нанесения слоя силикатсодержащих растворов на жесткую поверхность, высушивания слоя и нанесения кислотного слоя на высушенный слой для того, чтобы образовался защитный слой.

Предшествующий уровень техники Разрушение металлических и деревянных изделий, например, за счет абразивного износа и коррозии, имеет значительное экономическое влияние на многие отрасли промышленности.

Замедление таких разрушающих сил имеет поэтому коммерческое и практическое значение. Одним из способов замедления абразивного износа и коррозии является использование защитного слоя или покрытия на открытых, подвергаемых воздействию поверхностях.

Используются различные типы защитных барьеров или слоев. Например, с помощью органических соединений, таких как краски, лаки, олифы и подобные им могут наноситься непосредственно на поверхность изделия. Для того чтобы действовать как защитный слой, органическое соединение должно быть совместимым с обрабатываемой поверхностью. Также для некоторых органических композиций или соединений поверхность должна быть предварительно обработана перед нанесением последних, с тем, чтобы на поверхности происходило соответствующее связывание или адгезия. Например, при нанесении красок на поверхность алюминия или алюминиевого сплава поверхность должна быть тщательно очищена и "обработана до шероховатости" или "протравлена" для того, чтобы краска прилипала или приклеивалась к поверхности. Когда используется относительно тонкий покрасочный слой, то "обработанная до шероховатости" или "протравленная" нижележащая или подстилающая поверхность может просматриваться сквозь слой краски, что может быть нежелательным. К тому же для многих органических соединений полученный защитный слой может быть относительно мягким и не выдерживать воздействия абразивного истирания или коррозии.

Другой тип защитного материала использует свойства силикатных соединений, которые химически связываются с различными металлическими поверхностями. Общеизвестно, что различные силикатные соединения могут быть использованы, чтобы получить твердые гладкие поверхности, которые выдерживают воздействие абразивного истирания и коррозии. В патенте США N 3,658,662 Кассона и др. описаны литографические пластины, изготовленные из алюминия или алюминиевых сплавов, которые обработаны силикатом, чтобы получить твердый гладкий слой между поверхностью пластины и коррозионными солями диазония и другими светочувствительными покрытиями, используемыми в литографических технологических процессах. Другим преимуществом силикатных соединений является их тепло- и огнестойкие свойства. В патенте США N 4,810,741 Кима, например, описан детально проработанный процесс изготовления огнестойкого, негорючего материала, содержащего силикатные соединения. Однако такие силикатизированные материалы еще допускают недопустимо высокий уровень коррозии и склонны к растворению растворителями.

Один из типов покрытий, который использует нанесение с использованием электролитического процесса, описан в патенте США N 3,658,662 Кассона и др. Этот процесс включает использование основного электролитного раствора силиката натрия или других солей и алюминиевой детали или пластины, которая действует как анод. Между алюминиевым анодом и катодом пропускают электрический ток для того, чтобы обеспечить образование слоя силиката алюминия на поверхности алюминиевого анода. Этот процесс, однако, нельзя использовать для поверхностей, которые не проводят электрический ток, как например дерево.

Некоторые известные защитные покрытия, в частности покрытия для металлов, также содержат ядовитые вещества, как например, хроматы и кадмий. Эти вещества оказывают вредное влияние на окружающую среду, и их утилизация является очень дорогостоящей. Процессы создания таких покрытий, как например широко используемых хроматных конверсионных покрытий, также создают другие проблемы утилизации. Кроме того, покрытия, созданные посредством таких процессов, не имеют большой стойкости к абразивному истиранию. Следовательно, существует большая нужда в улучшенных защитных покрытиях для металлов и других материалов, которые не используют вещества, которые токсичны или любым другим образом вредно воздействуют на окружающую среду и которые обладают сравнительно большой стойкостью к абразивному истиранию.

Краткое описание существа изобретения В противоположность известным защитным покрытиям защитный слой, образованный посредством способа, осуществляемого по настоящему изобретению, обеспечивает покрытие для относительно жесткой поверхности изделия, которое обладает высокой стойкостью к абразивному истиранию, коррозии, растворителям, огню и другим деструктивным воздействиям. Этот защитный слой образован из нетоксичных материалов посредством процесса, который сам по себе не создает дополнительных вредных отходов. Настоящее изобретение поэтому является значительным усовершенствованием в области защитных слоев для покрытий для жестких поверхностей.

В одном из вариантов способ обработки жестких поверхностей изделия сформированием защитного слоя на упомянутой жесткой поверхности содержит следующие этапы: /a/ формирование гидрофильной поверхности на жесткой поверхности изделия; /b/ нанесение силикатсодержащего раствора на гидрофильную поверхность, в результате чего образуется сплошной слой силикатсодержащего раствора на гидрофильной поверхности; /c/ высушивание слоя силикатсодержащего раствора на гидрофильной поверхности для создания сухого слоя силикатного материала на жесткой поверхности изделия; и /d/ воздействие на высушенный слой силикатного материала кислотой, в результате чего образуется защитный слой на жесткой поверхности.

В этом способе гидрофильная поверхность может быть создана любыми другими средствами, включая химические средства и механические средства, как например шлифование песком. Гидрофильная поверхность также может быть промыта перед тем, как ее подвергают воздействию силикатсодержащего раствора.

В этом способе силикатсодержащий раствор содержит от 10% до 100% (по объему) силикатного соединения. Предпочтительнее, чтобы силикатсодержащий раствор содержал от 20% до 40% (по объему) силикатного соединения. Силикатсодержащий раствор является также предпочтительнее раствором силиката натрия, хотя силикатным раствором также может быть силикатный раствор калия. Когда гидрофильную поверхность подвергают воздействию силикатсодержащего раствора, он может воздействовать на эту поверхность от 1 до 60 секунд для того, чтобы образовался слой силикатсодержащего раствора. Предпочтительнее, однако, чтобы гидрофильная поверхность подвергалась воздействию силикатсодержащего раствора 20 секунд и менее.

Этап сушки настоящего способа предпочтительнее включает нагревание слоя силикатсодержащего раствора на гидрофильной поверхности. Слой силикатсодержащего раствора должен быть нагрет, по крайней мере, до 150^oC. В этом способе этап нагревания может включать подвергание слоя силикатсодержащего раствора воздействию окружающей среды, имеющей исходную температуру от около 20^oC до 250^oC, с последующим увеличением температуры окружающей среды со скоростью от около - 1,1^oC до 15,6^oC в минуту до тех пор, пока не будет достигнута температура от 150^oC до 249^oC. Предпочтительнее этот этап включал воздействие на слой силикатсодержащего раствора на гидрофильной поверхности окружающей среды, имеющей исходную температуру от 48,9^oC до 65,6^oC с последующим повышением температуры окружающей среды со скоростью от около -1,1^oC до 15,6^oC в минуту до тех пор, пока не будет достигнута температура от 151,7^oC до 176,7^oC. Этап полного высушивания длится от около 2 минут до около 50 минут, предпочтительнее от 6 минут до 15 минут.

В качестве кислоты, используемой в настоящем способе, может быть кислотный раствор, содержащий от 1% до 99% (по объему) кислоты, хотя кислотный раствор предпочтительнее содержит от 10% до 30% (по объему) кислоты. Это может быть фосфорная кислота, которая является недорогой и легко доступной. Высушенный слой силикатного материала подвергают воздействию кислотного раствора от 5 секунд до 120 секунд, предпочтительнее от 20 секунд до 50 секунд. В этом варианте кислотный раствор может иметь температуру от 20^oC до 82,2^oC, когда на высушенный слой силикатного материала воздействуют кислотным раствором.

В одном из вариантов вышеупомянутые этапы от в/ до d/ повторяют много раз, чтобы получить улучшенную коррозионную стойкость и другие характеристики. В этом и других вариантах для удаления избытка кислоты защитный слой промывают.

Другой вариант настоящего изобретения включает изделие, имеющее жесткую недеформируемую поверхность, на которой должен быть образован защитный слой, при этом защитный слой образуется путем: /а/ образования гидрофильной поверхности на жесткой недеформируемой поверхности изделия ; /b/ нанесения силикатсодержащего раствора на гидрофильную поверхность, в результате чего образуется сплошной слой силикатсодержащего раствора на гидрофильной поверхности; /c/ высушивания слоя силикатсодержащего раствора на гидрофильной поверхности для создания высушенного слоя силикатного материала на жесткой недеформируемой поверхности изделия; и /d/ воздействия кислотой на высушенный слой силикатного материала, в результате чего образуется защитный слой на жесткой поверхности.

В другом альтернативном варианте настоящего изобретения способ обработки изделия, имеющего жесткую недеформируемую поверхность, для образования защитного слоя на жесткой недеформируемой поверхности включает следующие этапы: /a/ нанесение равномерного слоя силикатсодержащего раствора на жесткую недеформируемую поверхность изделия; /b/ высушивание равномерного слоя силикатсодержащего раствора для образования высушенного слоя силикатного материала на жесткой поверхности; и /c/ воздействие кислотой на твердый слой силикатного материала, в результате чего образуется защитный слой на жесткой поверхности.

Этот способ дополнительно включает этап создания гидрофильной поверхности на жесткой недеформируемой поверхности перед нанесением равномерного слоя силикатсодержащего раствора на жесткую поверхность.

В еще одном варианте настоящего изобретения описан защитный слой на жесткой недеформируемой поверхности, при этом защитный слой содержит: наружный слой, содержащий двуокись кремния, при этом наружный слой непористый; и внутренний слой, содержащий двуокись кремния и окисел металла, при этом внутренний слой является водорастворимым.

Далее эти и другие аспекты и варианты настоящего изобретения будут рассмотрены более подробно.

Краткое описание чертежей Фиг. 1 является поперечным разрезом металлического изделия, имеющего защитный слой, сформированный на нем и включающий внутренний слой силикатной соли и наружный двойной слой; Фиг. 2 - поперечный разрез металлического изделия, имеющего защитный слой, образованный на нем и включающий два внутренних слоя силикатной соли и наружный двойной слой.

Фиг. 3 - поперечный разрез металлического изделия, имеющего защитный слой, образованный на нем и включающий два двойных слоя; Фиг. 4 - поперечный разрез деревянного изделия, имеющего защитный слой, образованный на нем и состоящий из двух внутренних слоев силикатной соли и наружного двойного слоя; Фиг. 5 - поперечный разрез деревянного изделия, имеющего защитный слой, образованный на нем и состоящий из внутреннего слоя и наружного двойного слоя; Фиг. 6 - графический пример одного из аспектов упомянутого варианта настоящего способа обработки жестких недеформируемых изделий для образования на них защитного слоя.

Подробное описание изобретения Настоящее изобретение представляет собой усовершенствованный способ обработки жесткой недеформируемой поверхности изделия для создания защитного слоя на этой поверхности. Предполагается, что поверхность любого относительно жесткого материала, как например металла, может быть обработана в соответствии с настоящим изобретением для защиты поверхности этого металла. Предполагается, что защитный слой, созданный посредством настоящего способа, содержит значительное количество двуокиси кремния и, как установлено, является по существу стойким к большинству химических растворителей.

Защитный слой, созданный посредством способа по изобретению, может быть использован для улучшения сцепления краски с поверхностью, а также для доведения такой поверхности до глянцевого блеска. Установлено, однако, что защитный слой особенно полезен при защите поверхностей от разрушений, вызванных воздействием окружающей среды, например коррозии и абразивного истирания. В частности, установлено, что защитный слой, созданный посредством настоящего способа, имеет большое применение при защите металлических поверхностей от коррозии. Например, алюминиевые и стальные поверхности, обработанные в соответствии со способом по настоящему изобретению, по существу защищены от коррозии. Обработанные алюминиевые и стальные поверхности были испытаны согласно требованиям стандарта B-117 Американского общества по испытанию материалов /ASTM/ и военного стандарта C-5541 на способность краски к сцеплению с различными временами воздействия. Алюминиевые сплавы были подвергнуты таким испытаниям в течение 168 и 336 часов и, как было установлено, удовлетворяли и даже превысили требования стандарта для алюминиевых сплавов, подвергнутых таким испытаниям. Сталь и стальные сплавы с цинковым покрытием также были подвергнуты таким испытаниям в течение 1.5, 2, 4, 12, 24, 48 и 96 часов и также, как было установлено, удовлетворили и превысили требования стандартов, установленные для таких сплавов.

В одном из вариантов, описанный здесь процесс используется для формирования защитного слоя, включающего наружный слой из двуокиси кремния поверх одного или более внутренних слоев силикатной соли. Для формирования такого защитного слоя процесс начинается с подготовки связующей поверхности на изделии, например на металлическом или деревянном изделии. При подготовке связующей поверхности последняя вначале промывается моющим средством и горячей водой. На металлических изделиях поверхность затем подвергается воздействию раствора закрепляющей кислоты, который протравливает или химически взаимодействует с поверхностью, чтобы получить тонкий слой пленки на поверхности. Тонкий слой пленки содержит связующее вещество, например металлический оксидный материал, который позволяет нанесенному последним слою силикатной соли прилипнуть к поверхности. В одном из аспектов этого варианта закрепляющей кислотой является ортофосфорная кислота, которая формирует тонкий пленочный слой, содержащий окисел металла и материал ортофосфата металла. После обработки поверхности на металлическом изделии кислотой избыток кислоты, окислы или другие примеси и загрязняющие вещества, которые не сцепились плотно с поверхностью, затем принудительно удаляются путем протирания поверхности ветошью или промывания поверхности горячей водой под давлением. Для деревянных изделий не нужны дополнительные этапы по созданию связующей поверхности. После образования и подготовки связующей поверхности на изделии ее обрабатывают щелочнометаллическим или щелочноземельным металлическим силикатным раствором. Хотя в процессе могут быть использованы различные типы силикатных растворов, в предпочтительном процессе связующую поверхность обрабатывают 18 - 33% (в процентном соотношении объемов) раствором силиката натрия. После обработки связующую поверхность полностью высушивают, предпочтительнее при температуре 150^oC и выше, для формирования тонкого слоя силикатной соли на связующей поверхности. Утверждается, что в процессе операции сушки часть силикатной соли превращается в двуокись кремния. Утверждается, что для деревянных поверхностей в процессе этой первой выдержки в растворе раствор силикатной соли частично абсорбируется древесными волокнами, расположенными по всей поверхности. Количество абсорбированного раствора силикатной соли зависит от типа древесины, пористости древесины и продолжительности выдержки в растворе.

Поскольку в течение процесса в первом слое силикатной соли могут образовываться трещины и другие дефекты, весь процесс может повторяться для формирования множества слоев силикатной соли поверх нижних слоев силикатной соли. Каждый слой силикатной соли обеспечивает большую защиту изделия от абразивного истирания, коррозии, огня и тепла. После того, как последний слой сформирован и высушен, изделие затем выдерживается в сильной кислоте, как например в кислотном растворе. В процессе этой выдержки в растворе последний слой силикатной соли превращается в наружную двухслойную структуру, содержащую внутренний слой силикатной соли и наружный слой двуокиси кремния. Когда процесс полностью завершен, защитный слой включает множество внутренних слоев силикатной соли, по крайней мере, частично перешедшей в двуокись кремния, и наружный двойной слой, состоящий из внутреннего слоя силикатной соли и наружного слоя двуокиси кремния.

Вышеописанный процесс может быть дополнительно модифицирован путем выдержки каждого высушенного слоя в кислоте перед формированием последующего слоя силикатной соли. Это создает множество двойных слоев, подобных описанному выше наружному двойному слою, поверх связующей поверхности, что улучшает стойкость защитных слоев к абразивному истиранию, коррозии, огню и теплу. Когда используется этот альтернативный процесс, каждый слой силикатной соли превращается во внутренний двойной слой, состоящий из внутреннего слоя силикатной соли и наружного слоя двуокиси кремния. Для большинства применений один внутренний двойной слой формируется под наружным двойным слоем для обеспечения достаточной защиты. Когда процесс полностью завершен, на металлическом или деревянном изделии сформирован защитный слой, обеспечивающий защиту изделия от абразивного истирания, коррозии, огня и тепла.

В одном из вариантов настоящий способ может быть использован для защиты металлических и деревянных поверхностей. В тексте термин "металлический", как здесь был использован, относится к поверхностям, содержащим металлические сплавы и металлы, такие как сталь, алюминий и их сплавы. В тексте термин "деревянный", как он здесь был использован, относится ко всем видам древесины и изделий из древесины. Ожидается, что этот вариант настоящего способа также может быть использован для изделий, изготовленных их других материалов.

Как показано на фиг. 1, описанный здесь способ может быть использован для формирования защитного слоя 14 на связующей поверхности 12 изделия 10, как например металлического изделия. Предполагается, что защитный слой 14 включает наружную двойную структуру 22, покрывающую внутренний слой (18) материала силикатной соли. При обработке металлических изделий в соответствии с этим вариантом осуществления настоящего способа на изделии 10 создается связующая поверхность 12. Однако создание связующей поверхности в настоящем способе является необязательным. Для создания связующей поверхности подлежащую обработке поверхность сначала очищают и сушат. Хотя не упоминается никакой особый предпочтительный способ очистки и сушки, доказано, что достаточно теплой воды и моющих средств. Затем поверхность выдерживают в растворе закрепляющей кислоты, который протравливает или химически взаимодействует с поверхностью для образования на ней тонкого слоя-пленки (16). Тонкий слой-пленка 16 предпочтительнее содержит связующее вещество, как например металлический оксидный материал, который позволяет нанесенному последним слою силикатной соли прилипнуть к поверхности. В предложенном для реализации технологическом процессе закрепляющий кислотный раствор от 20 до 25% ортофосфорной кислоты, которая остается на поверхности от 3 до 10 минут. При использовании ортофосфорной кислоты считается, что она протравливает и химически взаимодействует с поверхностью, образуя тонкий слой-пленку 16, содержащий материал ортофосфата металла и соль оксида металла. При использовании кислот более сильных, чем ортофосфорная кислота, например соляной кислоты, для обработки металлических поверхностей может происходить чрезмерное окисление поверхности.

Хотя можно воспользоваться любым способом для воздействия на подлежащую обработке поверхность раствором закрепляющей кислоты, в предложенном для реализации технологическом процессе это выполняется путем полного погружения изделия 10 в кислотную ванну. Обычно кислотная ванна подогревается до температуры 43,9^oC - 60^oC для того, чтобы ускорить взаимодействие и чтобы получить более однородную по внешнему виду поверхность. Однако при более высоких или более низких концентрациях время реакции и температуры могут быть уменьшены или увеличены соответственно.

После получения на металлической поверхности слоя-пленки 16 поверхность затем протирается ветошью или промывается теплой водой с тем, чтобы принудительно удалить любой избыток кислоты или любые примеси и загрязняющие вещества. Примеси, обычно называемые сажей, включают различные окислы и фосфатные соли (обычно соли меди и магния), которые образуются на поверхности. Операция промывки, называемая "обезсаживанием" или удалением сажи, копоти, проводится только в отношении внешнего вида, поскольку такой сажистый материал, по-видимому, не препятствует образованию и функционированию защитного слоя. В предложенном для реализации технологическом процессе обезсаживание или удаление сажи проводится путем промывания слоя-пленки 16 теплой или горячей водой, нагретой до 48,9^oC - 60^oC. Кроме того, могут быть использованы способы очистки от сажи под давлением или соскребанием скребком или другие способы очистки. Сажистый материал имеет цвет от темно-серого до черного в зависимости от типа используемого алюминиевого сплава. После очистки и промывания слоя-пленки 16 последний затем высушивается.

Затем слой-пленка 16 выдерживается в щелочнометаллических и щелочноземельных металлических силикатных растворах, чтобы получить внутренний слой силикатной соли поверх связующей поверхности 12. Щелочнометаллический раствор выбирается из группы, включающей силикат калия, силикат натрия и силикат лития. Щелочноземельный металлический силикатный раствор выбирается из группы, включающей силикат бериллия, силикат магния и силикат кальция. В предложенном примере для реализации технологического процесса слой-пленка 16 выдерживается в 18 - 33% (по объему) растворе силиката натрия способом погружения или разбрызгивания. В случае использования металлических изделий 10 считается, что во время выдержки в растворе силиката натрия материал ортофосфата металла и окиси металла, находящийся в слое-пленке 16, химически связывается с силикатом натрия, имеющимся в растворе, чтобы образовать внутренний слой 18 силикатной соли. Рабочее время выдержки в растворе силиката может изменяться от 1 до 10 минут в зависимости от изделия и обрабатываемой поверхности. Например, в случае работы с гладкими поверхностями требуется меньшее время выдержки в сравнении с грубыми или изъязвленными поверхностями. Также некоторые материалы требуют большее время выдержки, чем другие. Например, для поверхностей, изготовленных из алюминия или алюминиевых сплавов, требуется меньшее время выдержки, чем поверхности из магния и магниевых сплавов.

После выдержки в растворе силиката натрия слоя-пленки 16 слой 18 силикатной соли потом нужно полностью высушить при достаточно высокой температуре. Очень важно, чтобы слой-пленка 16 полностью просох перед выполнением следующей операции технологического процесса. В предложенном примере технологического процесса операция сушки выполняется в специальном сушильном шкафу при температуре 150^oC и выше. При этой температуре вся операция сушки занимает от 2 до 10 минут. Установлено, что когда слой силиката натрия высушивается при температуре 150^oC и выше, некоторая часть слоя превращается в слой двуокиси кремния, который, оказывается, увеличивает стойкость внутреннего слоя 18 к абразивному истиранию и коррозии. Увеличивая или уменьшая температуру или время сушки, можно увеличить или уменьшить соответственно количество перешедшего в двуокись кремния силиката натрия для формирования слоев, имеющих различные износостойкие и коррозионностойкие свойства.

После того, как внутренний слой 18 полностью высушен, его выдерживают опять в 18 - 33% (по объему) растворе силиката натрия в течение от одной до трех минут и затем высушивают таким же образом, как описано выше, для формирования второго слоя 20 силикатной соли, расположенного поверх первого внутреннего слоя 18. В отличие от первой выдержки в растворе силиката натрия, используемой для получения внутреннего слоя 18, продолжительность выдержки в растворе силиката натрия для получения второго слоя 20 не имеет решающего значения. И снова, регулируя температуру высушивания и продолжительность сушки, можно селективно регулировать количество силиката натрия, перешедшего в двуокись кремния.

После того, как был полностью высушен второй слой 20, его выдерживают предпочтительнее в кислоте, как например, кислотном растворе, выбранном из группы, включающей уксусную кислоту, борную кислоту, угольную кислоту, соляную кислоту, азотную кислоту, ортофосфорную кислоту и серную кислоту. В процессе этой выдержки второй слой 20 превращается в равномерный однородный двойной слой 22. Двойной слой 22 состоит из нижней части второго слоя 20 и наружного слоя 24 из двуокиси кремния. Во время выдержки в кислотном растворе кислота химически реагирует с силикатным материалом второго слоя 20 с образованием наружного слоя 24 двуокиси кремния. В предпочтительном варианте способа второй слой 20 выдерживают в 20 - 25% (в процентном соотношении объемов) растворе ортофосфорной кислоты, нагретом до 48,9^oC - 60^oC. При нагревании кислоты до этой температуры время выдержки составляет от около 15 до 30 секунд. Например, для алюминия, если температура кислоты равна комнатной температуре (около 20^oC - 60^oC), время выдержки должно составлять от двух до семи минут. После этой выдержки наружный слой двуокиси кремния становится твердым и гладким и имеет однородный ровный внешний вид. Поскольку он тверже, чем силикат натрия, то защитный слой 14, имеющий двухслойную структуру 22, является более стойким к абразивному истиранию и коррозии, чем единичные отдельные слои силиката натрия.

Как показано на фиг. 2, вместо перевода второго слоя 20 силикатной соли в двухслойную структуру 22, можно сформировать поверх второго слоя 20 силикатной соли третий слой 26 силикатной соли для формирования второго защитного слоя 25, который обеспечивает более высокую степень защиты, чем защитный слой 14. Для того чтобы сформировать второй защитный слой 25, третий слой 26 формируют, используя этапы, упомянутые ранее и используемые для формирования второго слоя 20. Вместо того, чтобы выдерживать второй слой 20 в ортофосфорной кислоте после его полного высушивания, его выдерживают в 18 - 33% растворе силиката натрия. После высушивания образуется третий слой силикатной соли 26, который затем выдерживают в 20 - 25% ортофосфорной кислоте для образования наружного двойного слоя 28. Подобно двойному слою 22 двойной слой 28 включает нижнюю часть третьего слоя 26 из силиката натрия и наружный слой 29 из двуокиси кремния.

После завершения всего технологического процесса на поверхности изделия 10 могут быть сформированы относительно ровные, твердые защитные слои 14 и 25, состоящие из одного или двух внутренних слоев 18 и 20 силикатной соли, покрытые наружными двойными слоями 22 и 28 соответственно. Защитные слои 14 и 25 являются очень стойкими к абразивному истиранию и коррозии, вызываемой воздействием кислотных, щелочных и соляных водяных растворов, и имеют стеклообразный внешний вид. Эти слои могут быть покрыты органическими составами, как например красками, лаками и подобными им.

Было установлено, что при использовании вышеописанного способа на верхней поверхности каждого внутреннего слоя 18, 20 силиката натрия могут появиться трещины или поры. Они могут повлиять на общий результат функционирования защитных слоев 14 и 25. Такие трещины или поры могут образовываться частично вследствие термодинамических свойств нижележащих или подстилающих материалов, подлежащих обработке. Один из путей преодоления этой проблемы рассматривается ниже с точки зрения высушивания силикатсодержащих растворов при различных исходных и конечных температурах и в различные промежутки времени. Другим путем, связанным с этой проблемой, является выдержка каждого нижнего слоя 18 и 20 силикатной соли в кислоте перед формированием поверх него последующего слоя силикатной соли. Таким образом поверх связующей поверхности можно сформировать множество двойных слоев.

На фиг. 3 показан третий защитный слой 50, сформированный на выдержанной в растворе поверхности изделия 10, содержащий два двойных слоя 52 и 55, нанесенных поверх связующей поверхности 12 изделия 10. Используя этапы, упомянутые выше, для формирования защитных слоев 14 и 25, поверх связующей поверхности 12 наращиваются два двойных слоя 52 и 55. Сначала поверх связующей поверхности 12 формируют пленочный слой 16. Затем поверх связующей поверхности 12 формируют внутренний двойной слой 52, содержащий первый слой 18 силикатной соли и первый слой 54 двуокиси кремния. После того, как сформирован внутренний двойной слой 52, поверх него формируют наружный двойной слой 55, содержащий второй слой 20 силикатной соли и наружный слой 57 двуокиси кремния. Однако в некоторых случаях применения, где требуется дополнительная защита, поверх связующей поверхности 12 может быть сформирован дополнительный двойной слой (не показан).

Для того чтобы сформировать защитный слой 50 поверх изделия 10, на изделии 10, используя упомянутый выше технологический процесс, сначала формируют связующую поверхность 12, пленочный слой 16 и первый слой 18 силикатной соли. После того, как первый слой 18 полностью просох и частично преобразовался в двуокись кремния, его затем погружают в ортофосфорную кислоту, нагретую до температуры от около 48,9^oC - 60^oC на время от 15 до 30 секунд для получения внутреннего слоя 54 двуокиси кремния. Внутренний слой 54 аналогичен наружному слою 24, созданному при формировании защитного слоя 14. После охлаждения внутренний двойной слой затем выдерживают в 18 - 33% (в процентном соотношении объемов) растворе силиката натрия в течение от одной до трех минут и высушивают для формирования второго слоя 20 силиката натрия поверх этого слоя. Второй слой 20 затем погружают в горячую ортофосфорную кислоту на время от 15 до 30 секунд для получения наружного слоя 57 диоксида кремния поверх этого слоя. После завершения технологического процесса на изделии 10 сформированы внутренний и наружный двойные слои 52 и 55 соответственно.

Этот вариант настоящего способа также может быть использован для различных деревянных поверхностей, чтобы обеспечить защиту от истирания на износ, коррозии, тепла и огня. Как видно из фиг. 4, в этом альтернативном варианте защитный слой 34 может быть сформирован на подверженных воздействию поверхностях изделия 30, изготовленного из дерева. Как и для металлических изделий, в этом варианте сначала на изделии 30 необходимо сформировать связующую поверхность 32 для того, чтобы защитный слой 34 должным образом прилип к изделию 30. Связующую поверхность 32 формируют путем очистки и промывки ее теплой водой и моющим средством в течение нескольких минут, чтобы удалить все частицы грязи и посторонних веществ из пор дерева. Поскольку дерево имеет более пористую структуру, чем металлические изделия, промывка деревянных поверхностей и удаление посторонних веществ является более важным делом, чем для металлических поверхностей. В отличие от технологического процесса, используемого при работе с металлическими поверхностями, для формирования связующей поверхности 32 не используют кислоту.

После того, как приготовлена связующая поверхность 32, ее затем выдерживают в силикатсодержащем растворе, как описано выше. В предпочтительном варианте связующую поверхность 32 выдерживают в 18 - 33% (в процентном соотношении объемов) растворе силиката натрия в течение от одной до трех минут. Во время этого этапа раствор силиката натрия должен пропитать поры дерева и поверхностные трещины для формирования первого слоя 36 силикатной соли. После выдержки первый слой 36 из силиката натрия затем высушивают при или почти при комнатной температуре. Могут быть использованы более высокие температуры, допустимые для деревянных изделий. Считается, что во время погружения в раствор силиката натрия этот раствор абсорбируется волокнами дерева, и как только силикатный материал высыхает, он затвердевает с образованием кристаллических структур между волокнами древесины. Также считается, что небольшая часть силиката натрия превращается в двуокись кремния в процессе сушки. В результате первый слой 36 силикатной соли является относительно твердым и плотно связан или сцеплен со связующей поверхностью 32. После того, как сформирован первый слой 36, поверх этого первого слоя 36 затем формируют последующие второй и третий слои 38 и 40, силикатной соли соответственно. При обработке металлических согласно настоящему способу важно, чтобы второй и третий слои 38 и 40 силикатной соли были в достаточной степени высушены для формирования соответствующего количества двуокиси кремния перед выполнением следующего этапа.

После того, как третий слой 40 силикатной соли высушен, его выдерживают в кислоте, как при обработке изделия 10. В предпочтительном варианте используют ортофосфорную кислоту с концентрацией от 20% до 25%, при температуре 48,9^oC - 82,2^oC в течение трех минут. Считают, что наружный слой 40 преобразуется в двойной слой 41, содержащий наружный слой 42 из двуокиси кремния, и внутренний слой, выполненный из внутреннего слоя 40. После того, как наружный слой 42 из двуокиси кремния высушен, поверх связующей поверхности 32 изделия 30 образуется твердый, гладкий защитный слой 34, содержащий два внутренних слоя 36, 38 силикатной соли, которые покрывает двойной слой 41.

Как показано на фиг. 5, в некоторых случаях практического применения возможно потребуется сформировать еще один защитный слой 45, содержащий один внутренний слой 36 силикатного материала, и наружный двойной слой 41.

Для иллюстрации вышеописанного способа приведены следующие примеры.

Пример 1 Типовой способ обработки поверхности алюминия и алюминиевых сплавов, использующий вышеописанный вариант настояще