WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Николенко Светлана Владиславовна

Метод проектирования технологического обеспечения системы металл-стекло в предметной области дизайна

Специальность 17.00.06 –Техническая эстетика и дизайн

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «СанктПетербургский государственный университет технологии и дизайна» на кафедре технологии художественной обработки материалов и ювелирных изделий

Научный консультант: доктор технических наук Пирайнен Виктор Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук Галанин Сергей Ильич кандидат технических наук Захаров Александр Иванович

Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет», г. Ижевск

Защита состоится «17 » мая 2012 г. в 12:30 на заседании диссертационного совета Д 212.119.04 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики» по адресу: 107996, Москва, ул. Стромынка, д. 20, зал заседаний Учёного совета, тел. / факс: (495) 269-51-51.

Текст автореферата размещен на сайте:

http://www.mgupi.ru/postgraduate/author-abstract/

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПИ по адресу:

107996, Москва, ул. Стромынка, д. Автореферат разослан «16» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д. т. н. М. Л. Соколова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность работы Развитие любой теории, любого научного направления всегда связано с проведением определённых исследований и экспериментов в различных областях науки и техники. Эксперимент в дизайне заключается в проверке какоголибо принципа моделирования композиционного динамического темпорального образа его объектов через формообразование и цвет, создании новых технологических процессов, комбинаторном использовании искусственных и естественных материалов на основе постоянного взаимопроникновения художественных, технических и научных начал.

Научно-технический прогресс пронизывает все сферы деятельности человечества и одним из его проявлений является, внешность человека и его пространственно-временная среда обитания, при этом в дифференцированном, эксклюзивном, системном подходе.

Изменения в обществе: социальные ( появление новых конкурентов ), технические (трансформация материалов и технологии тиражирование моделей) или экономические ( коммерческий обмен, структуры распространения ) каждый раз являлись толчком для прогресса дизайна во всех его инновациях и проявлениях, в том числе и в декоративном искусстве.

Современная наука позволяет сегодня получать металл в стеклообразном состоянии, стекло с кристаллической структурой, обладающие ценными механическими, оптическими и электрическими свойствами, которые можно целенаправленно изменять в ходе решения дизайнерских задач, находя новый химический состав стекол или создавая композиты на основе адгезии и когезии, а при этом ещё получать такое современное явление в дизайне, как суперграфика, т. е. контрастное сопоставление цветографической и первоначальной формы.

Деколирование на стекле, как одна из новых динамических форм моделирования образа объектов дизайна в общей теории технологии декорирования, послужило основой для проведения научных исследований и разработки метода нанесения металла на стекло, гармонично развивая композиционные и дизайнерские тенденции в суперграфике, используя кластеры данной группы материалов, имеющих широкую область применения, особенно в репере интерьера помещений, ювелирных изделий и аксессуаров.

Одними из определяющих алгоритмов в современном процессе создания художественно-эстетических изделий на стадии проектирования объектов дизайна являются:

- моделирование предметной области объектов дизайна;

- моделирование композиционного образа и художественных стилей в тенденциях развития современного искусства;

- системный анализ свойств материалов и технологий изготовления данного покрытия, проведенный с использованием последних достижений в области информационных технологий и искусственного интеллекта;

- синтез, полученных в ходе исследования свойств и характеристик материалов и технологических процессов, для реализации поставленной задачи.

Методика получения металлических покрытий вносит значительный вклад в экономику страны, а именно, оказывает существенное влияние на национальный и международный потребительские рынки за счет улучшения эстетических свойств, экологической безопасности применяемой технологии и рачительного пользования и сбережения энергоресурсов и материалов.

В настоящее время вопросы использования металлических покрытий на стекле в художественно-декоративных целях изучены недостаточно. В большинстве периодических изданий и научных источниках информации в области получения покрытий на стекле, рассматриваются только вопросы технологии нанесения декоративных покрытий, но при этом отсутствуют исследования декоративных свойств и характеристик в процессе создания художественного произведения или объекта дизайна.

Получение металлических покрытий на стекле, задающих динамику и кинематику темпорального образа, как суммарную цветовую и пластическую его активность с определённым сюжетным эмоциональным решением, определяет ряд имеющихся художественных и технологических проблем, требующих разработки научно-методического обеспечения или алгоритма, позволяющего управлять их декоративными свойствами и характеристиками, что и показывает актуальность проведённой работы.

Объекты и предмет исследования Объектами исследования является модель предметной области состоящая из множества объектов, предметов, сущностей дизайна, их свойств, состояний, которые могут меняться под действием некоторых операторов; отношений, в которые могут вступать объекты моделируемой предметной области;

операций, действий с этими объектами через изменение их свойств и отношений между ними, которые допустимы в данной модели предметной области, представляющей собой в конкретном сюжете пастообразные препараты, содержащие благородные металлы, а также образцы металлических покрытий на стекле.

Предметом исследования являются операции, действия, процессы, изменяющие свойства и состояния данных объектов дизайна, а именно технологические и физико-химические процессы нанесения металлических покрытий на стекло.

Цели и задачи исследований Целью работы является разработка научно обоснованного метода получения декоративных металлических покрытий на стекле с заданными колористическими свойствами, используя возможности технологии деколирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Провести комплексное исследование влияния технологических параметров процесса изготовления печатных изображений посредством технологии деколирования на качество передачи изображения.

2. Провести анализ и комплексное исследование влияния содержания благородных металлов в покрытии на его цветовые характеристики.

3. Установить зависимость температуры и времени обжига на цветовые характеристики декоративных металлических покрытий.

4. Установить зависимость температуры и времени обжига на качество передачи контура изображения на металлическом покрытии.

5. Разработать методику количественной оценки цвета, использование которой на практике позволит воспроизводить покрытия требуемого оттенка.

6. Разработать рекомендации для производства по внедрению технологий с применением предложенных методик.

Методы исследования В работе использовались основные положения теории спектрофотометрии, применённые для получения количественных характеристик цвета покрытия. В основу этих методов положены принципы светотехнических измерений, в частности, основные положения теории цвета. Экспериментальные измерения для получения сравнительных характеристик выполнены с помощью спектрофотометра СФ-10, Пульсар 1 и блескомера БФО-1.

Химический состав материала покрытий определяли с использованием элетронно-микрозондового метода при помощи сканирующего электронного микроскопа CamScan с энергодисперсионным анализатором Link AN 100000, структуру изучали методом оптической микроскопии на микроскопе ZEISS Axiolab, шероховатость измеряли оптическим методом на приборе МИС 11, размеры покрытий –методом неразрушающего контроля с помощью электромагнитного толщиномера Константа-К5.

Для получения образцов использовали специальное оборудование: муфельную печь JP Selecta FN – 80 L 1100 (Испания), с погрешностью измерения температуры ± 10 °С; низкотемпературную печь с принудительной конвекцией SNOL 24 / 200 LFN (Литва); засветочный шкаф Beltron beltromat 815 (Германия); печатную машину Thieme 1010 (Германия); автоматическое оборудование для нанесения копировальных слоев Harlacher (Швейцария); пресс гидравлический Orofranco 15 тонн (Италия); принтер Canon Pixma iP 1600 (Япония);

пневматический диспенсер EFD (США).

Обработка результатов проводилась с применением методов математической статистики на ПК с использованием стандартных программ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1.Установлена зависимость между изменением цвета, блеска металлических покрытий на стекле и режимом обжига в интервале температур 480690°С.

2. Установлена зависимость между изменением цвета металлических покрытий на стекле и процентным соотношением благородных металлов, входящих в состав покрытия.

3. Выявлена зависимость между применяемой технологической оснасткой для печати деколей, режимом обжига деколей и качеством контура декоративного изображения на металлических покрытиях на стекле.

4. Определены технологические параметры печати деколи и режимы обжига, обеспечивающие заданные декоративные свойства металлических покрытий из благородных металлов.

5. Разработаны рекомендации, позволяющие расширить спектр информационных и дизайнерских решений при внедрении методики деколирования в технологический процесс нанесения декоративных металлических покрытий на стеклянные изделия.

Практическая значимость работы Разработанные в диссертации методики позволяют получать металлические покрытия на стекле с необходимыми декоративными свойствами, повышать точность воспроизведения требуемого оттенка покрытия посредством варьирования режимов обжига, минимизировать материальные затраты в процессе производства художественных изделий из стекла, а также способствовать увеличению серийности изделий, снижению трудозатрат и себестоимости продукции.

Результаты работы внедрены с положительным эффектом в ювелирные производства: ООО «Ювелирная группа» Безар» ( СПб ), ООО «Велес» ( СПб ) и ОАО «Росювелирпром» ( СПб ), в производство художественных изделий из стекла ООО «МиК» ( СПб ).

Апробация работы Материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: научно-технических конференциях и семинарах СПГУТД (СПб., 2004–2011); заседаниях кафедры технологии художественной обработки материалов и ювелирных изделий СПГУТД ( СПб., 2008–2012 );





Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современная техника и технологии» ( Томск, 2008, 2009 и 2011); Х111 и Х1V СПб Ассамблеи молодых ученых и специалистов: Фонд «ГАУДЕАМУС» ( СПб., 2008, 2009 ). Х111 Всероссийской конференции ( с Международным участием) «Технология художественной обработки материалов» ( М., 2010 г.);

11 областной научно-практической конференции «Проблемы совершенствования и перспективы развития художественного образования и эстетического воспитания в регионе» (Липецк-Елец, 2010); 1V Международной конференции: Технические университеты: интеграция с европейскими и мировыми системами образования ( Россия, Ижевск, 2010 );

Работа была поддержана Премией Министерства образования и науки РФ в рамках программы Национальный проект «Образование» (М., 2009) и Грантом (№№ 3.4 / 3.4 / 30-04 / 20 и 3.4 / 04-05 / 071) Правительства СПБ (СПб, 2008, 2009).

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, списка использованных источников из 103 наименований, 7 приложений. Текст работы изложен на 180 страницах, содержит 55 рисунков, 20 таблиц.

Достоверность результатов подтверждается научным обоснованием положений, выносимых на защиту, апробацией методики на ювелирных производствах, производствах художественных изделий из стекла и использованием современных средств и методов проведения исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, определены цели и задачи исследования, отражается научная новизна и практическая значимость работы. Приводится краткое изложение структуры диссертации.

Первая глава «Состояние вопроса» посвящена анализу научной литературы по тематике диссертации.

Описаны основные существующие методы исследования свойств покрытий (В. И. Савченко, Э. Бреполь, И. А. Булавин, И. В. Пищ, Е. И. Орлов, Д.

Макграс, М. К. Никитин и др.). Приведены способы получения изображений и прогнозирования их качества в процессе трафаретной печати (С. Т. Ингрэм, В.

В. Аверьянов др.). Сделан анализ существующих методов и средств спектрофотометрического и колориметрического измерения (М. В. Домасев, М. М. Гуревич, Р. М. Ивенс, Д. Максвелл, Б. Фрезер, А. Френкель, Д. Джадд, Г. Вышецки, Й. Иттен, М. Ферчайльд, Ю. В. кузнецов и др.). Рассмотрен исторический аспект использования декоративных покрытий и их роль в системе современного проектного творчества, проанализированы декоративные функции и особенности технологий формирования декоративных металлических покрытий на стекле (А. А. Романов, А. П. Зубехин, Н. А. Ашарина, В. П. Храмкова, Н. О.

Гончукова, В. С. Бессмертный и др.).

Особенностью деколирования является возможность получения изображения методом трафаретной печати с последующим формированием металлического покрытия посредством обжига в муфельной печи. Помимо этого, технологический процесс создания покрытия характеризуется широкими возможностями применения информационных технологий, воспроизводства цветовых характеристик и мобильностью производства.

Анализ существующих литературных и патентных источников выявил отсутствие системы контроля цветовых параметров металлических покрытий на стекле в процессе производства художественных изделий. Таким образом, при рассмотрении технологии деколирования с позиций технической эстетики и оценки возможности ее внедрения в процесс производства художественных изделий была выявлена необходимость создания научно-методической базы, которая позволила бы получать заданные колористические свойства, управлять цветовыми параметрами металлических покрытий и создавать сюжетные изображения на поверхности стекла.

Основой научного подхода явилось решение ряда задач, поставленных в работе: систематизация технологических параметров формирования декоративного покрытия; установление теоретических связей и экспериментальных зависимостей между технологическими параметрами изготовления деколи и режимом обжига; создание и верификация математического аппарата, описывающего данные связи и зависимости.

Вторая глава «Методика изготовления образцов металлических покрытий на стекле методом деколирования» посвящена экспериментальным исследованиям по систематизации технологических особенностей метода печати деколи, нанесения и обжига трансфера, влияющие на цветовые характеристики металлических покрытий. Сформулированы основные принципы методики.

С целью исследования декоративных характеристик металлических покрытий была изготовлена партия образцов. В качества основы под трансферы использовались стёкла различного химического состава (кварцевое, ГОСТ 15130–86; боросиликатное марки М1 и М3, ГОСТ 111–90, СТ СЭВ 5447–85), толщиной 2, 3 и 5мм. Основная цель эксперимента – установить зависимость цвета получаемого металлического покрытия от химического состава материала основы.

Подготовка стеклянной основы заключалась в удалении масляных и других органических загрязнений путём термического обезжиривания и одновременном снятии внутренних напряжений в стеклянных образцах в муфельной печи при температуре 450 С в течение 10 минут. Скорость подъёма температуры в рабочем пространстве печи не превышала 100 С в час. Остывание образцов осуществляли вместе с печью.

Для изготовления деколей использовали блестящие препараты, представляющие собой органо-металлические комплексы, в состав которых входят благородные металлы Au, Pt, Pd и Ag, а также вещества, способствующие адгезии, такие как органические растворители, смолы и другие вспомогательные материалы.

Блестящие препараты, предлагаемые производителями содержат 7 - 12 % благородных металлов. В работе использовали готовые препараты глянцевого золота и платины (гланцпрепараты) производства фирмы Heraeus, которые приготовляются смешиванием лаковой основы с органическими соединениями благородных металлов, частично скомбинированными с флюсами на основе металлоорганики в качестве связующих и загустителей при пленкообразовании. После обжига на гладкой подложке образуется высокоглянцевая металлическая пленка. По послеобжиговому оттенку различают: гланцгольд (красновато-желтый), гланццитронгольд ( зеленовато-желтый, сплав Au / Ag ), а также гланцплатину ( оттенок белого золота, сплав Au / Pt ) или гланцпалладий (оттенок белого золота, сплав Au / Pd). Препараты благородных металлов содержатся в гомогенной пасте в растворенном виде и практически не имеют осадка.

Расход паст зависит от особенностей технологий их изготовления различными производителями и от параметров печатания (трафарета, его положения, давления ракеля). Если в результате длительного хранения возникает загустение, возможно разбавление паст 5–10-м % растворителем V 170. Паста должна быть гомогенизирована в трехвалковой мельнице.

Подготовка рисунка для образцов заключалась в изготовлении векторного макета. Итоговый макет сохранялся в формате TIFF.

Деколи изготавливались методом прямой трафаретной печати. Для печати блестящих препаратов применялись трафареты из полиэстера 100, 110 и 120Т.

Подготовку стеклянной основы и нанесение на неё деколей производили в лаборатории при постоянной температуре 18-20 С. Удаление органических остатков осуществляли посредством этиловового спирта. Выдержка образцов перед обжигом составляла 24 часа при температуре 25 С.

В табл. 1 приведены используемые в работе деколи, их цвет, номенклатура и металлы, входящие в состав паст.

Таблица 1 – Цвет, номенклатура блестящих препаратов и содержание благородных металлов, применяемых для изготовления деколей* Содержание благородных металлов, % Цвет препарата Номенклатура Содержание препарата Содержание золо- платины и паллата, % дия, % Светло-жёлтый GGР 2121 Жёлтый GGP 1230 / 3 1 Жёлто-красный GGP 2096 / ТН Белый GPP 1260 2 Серый стальной GGP 2052 *В работе рассматривались препараты, имеющие после обжига одинаковый оттенок на лицевой и обратной стороне стеклянного образца.

В качестве основных факторов, влияющих на цветовые характеристики металлических покрытий, рассматривались такие показатели как состав и процентное содержание благородных металлов в пасте, максимальная температура и режим обжига деколей.

Обжиг образцов производился в муфельной печи JP Selecta S. FN – 80 L 1100, в интервале температур от 490 до 6С с шагом 30С (рис. 1). Время выдержки образцов в печи при максимальной температуре варьировалось от до 15мин с шагом 5мин.

Формирование металлического декоративного слоя осуществляется в несколько стадий (рис.2 ). На первой стадии в интервале температур от комнатной до 200 °С происходит высыхание деколи.

В процессе подъема температуры до 400 °С сгорают органические компоненты. При этом формируется металлическая пленка. Непрерывный, медленный подъем температуры, достаточное количество кислорода и эффективная вентиляция являются решающими факторами достижения качества обжига декорирования драгметаллом. Скорость подъёма температуры составляла 100– –150 С / час.

При обжиге различают две стадии: окуривание и схватывание. При окуривании с повышением температуры в печи органические составляющие дистиллируют, обугливаются и в итоге, превращаясь в CO2, уносятся потоком воздуха. Благодаря этому в интервале температур 400-500 °С (в зависимости от скорости нагрева) данная стадия завершается образованием слоя благородного металла или, в случае люстра, металлооксидного слоя (рис. 2).

1 – твёрдое стеклообразное вещество; 2 – размягчённая стекломасса; 3 – жидкая стекломасса; tg – t – интервал возникновения текучести стекломассы Рисунок 1 – Изменение агрегатного состояния боросиликатного стекла при нагревании Высыхание <200° C Разложение и сжигание <400° C органических составляющих Формирование слоя окиси металла < 500° C (люстры) Формирование пленки драгоценного < 550° C металла Взаимодействие с поверхностью > 550° C Рисунок 2– Стадии формирования металлического декоративного слоя Достижение максимальной температуры и требуемая длительность выдержки в печи являются определяющими факторами силы адгезии декоративного слоя и стеклянной основы после обжига. Как основа, так и форма объекта определяют допустимую максимальную температуру обжига.

Как правило, чем выше температура обжига, тем лучше адгезия. Скорость охлаждения не оказывает влияние в такой степени на качество металлического декорирования, как технологические параметры обжига. Тем не менее, не рекомендуется резко прерывать процесс обжига после выдержки в печи.

Исследования качественного и количественного состава препаратов драгоценных металлов до обжига и металлических покрытий, полученных из этих препаратов в процессе обжига, проводились электронно-микрозондовым методом при помощи сканирующего электронного микроскопа CamScan с энергодисперсионным анализатором Link AN10000, предназначенным для недеструктивного определения элементарного состава твёрдых, жидких и порошкообразных веществ, материалов и изделий.

Апробацию метода осуществляли на историческом образце, выполненного в технике эгломизе. Техника эгломизе /франц. eglomis/ относится к разряду «холодной» живописи «под стеклом». Но, строго говоря, её нельзя отнести к чисто живописным техникам, так как основной её составляющей является нанесение на стекло при помощи какого-либо прозрачного клея металлической фольги (чаще всего используется листовое золото, но встречаются работы с листовым серебром и даже цинковой фольгой) с последующей гравировкой по ней рисунка тонкой иглой (рис. 3).

а б а- общий вид; б- фрагмент изображения, полученного при помощи оптического микроскопа Leica DFC 320 при увеличении х Рисунок 3 – Образец, выполненный в технике эгломизе Анализ химического состава металлического покрытия проводили по стандартной методике. Результат измерения – энергодисперсионный рентгеновский спектр ( рис. 4 ). Маркерами обозначены максимальные концентрации элементов в зоне съёмки. По интенсивности пиков определили процентное соотношение элементов друг к другу. Погрешность измерений составила 0,02 %.

Рисунок 4 – Энергодисперсионный рентгеновский спектр образца в технике эгломизе Анализ результатов проведённых экспериментов показал, что:

– количество ячеек на единицу поверхности полиэстеровых трафаретов, использованных в рамках эксперимента, существенного влияния на передачу изображения не имеет;

– химический состав основ для деколирования, а также их толщина не влияют на цвет покрытий;

– химический состав паст, максимальная температура нагрева образцов и время выдержки при максимальной температуре непосредственно влияют на цветовые характеристики. На основании данных электронно-микрозондовового анализа для всей номенклатуры исследуемых препаратов можно сделать заключение, что изменение цвета образцов происходит в связи с изменением концентрации Ag при нагревании. Результаты исследования для препарата GGP1230 / 3 1 представлены в табл. 2 и на рис. 5.

Таблица 2 – Изменение соотношений химических элементов в исследуемом покрытии в зависимости от режима термической обработки № Материал Температура Время Au, масс. % Ag, масс. Ag/Au, п/п покрытия обжига, C выдержки, % масс. % мин 1 490 5 33,20 5,20 0,2 520 5 30,80 4,30 0,3 550 5 29,80 4,40 0,GGP1230/3 4 580 5 33,10 3,50 0,5 610 5 30,40 3,60 0,6 640 5 31,20 2,90 0,7 670 5 31,80 2,00 0,8 690 5 30,30 1,30 0,Анализ приведенных в табл. 2 данных позволил сделать заключение о существовании нелинейной корреляционной зависимости содержания Ag от температуры верхней границы обжига ( рис. 5). Такого типа зависимости описываются полиномиальными функциями регрессии. В данном случае квадратичная полиномиальная функция регрессии F(t), определяющая процентное содержание серебра, имеет вид F(t) = -4.7 10-5t2 + 0.038t - 2.Рисунок 5– Зависимость содержания Ag в металлическом слое от температуры обжига (для препарата GGP 1230 /3 Эксперименты подтвердили предположение о взаимозаменяемости таких процессов, как нагрев образцов до температуры верхней границы диапазона обжига и длительность их выдержки при более низкой температуре.

Третья глава «Методика измерения цвета образцов металлических покрытий на стекле» посвящена анализу результатов измерения цветовых характеристик металлических покрытий на стекле от режимов термической обработки образцов стекло-металл.

Рассмотрен традиционный спектрофотометрический метод определения цвета. Он заключается в измерении с помощью спектрофотометра коэффициентов зеркального отражения R ( ) образца в видимой области спектра (360– 750 нм) относительно стандартного образца белой поверхности с известными зеркальными коэффициентами отражения и в определении координат цвета расчётным путём при стандартном источнике света D 65.

Измерения проводились в диапазоне длин волн 360 – 750 нм и выполнялись на спектрофотометре СФ-10 по стандартным методикам. В качестве источника света использовалась ксеноновая импульсная лампа D 65.

Спектрофотометр СФ-10 является объективным регистрирующим прибором, позволяющим измерять коэффициенты пропускания, оптическую плотность и коэффициенты отражения в пределах видимого участка спектра. Измерение производится в автоматическом режиме.

Анализ полученных результатов был проведен с использованием методов математической статистики, позволяющих численно характеризовать как интенсивность и направление зависимостей, так и степень влияния различных факторов обжига на количественные цветовые показатели металлических покрытий.

В результате спектрофотометрических измерений для каждого образца препаратов, прошедших термическую обработку был получен спектр отражения, определена доминирующая длина волны ( ), координаты цветности и светлоты ( x; y; Y ).

На основании полученных данных установлены зависимости цветовых параметров металлических покрытий от режима термической обработки.

Исходя из результатов измерений и расчётов, можно сделать вывод, при увеличении температуры обжига и выдержке, цвет металлического покрытия меняется вследствие разложения и сжигания органических составляющих деколи, рекристаллизационных процессов в объёме металлического покрытия, изменения концентрации элементов при нагревании. Для рассматриваемых в работе материалов диапазон изменений длин волн представлен в табл. 3.

На рис. 6 приведена зависимость цвета металлического покрытия от температуры обжига ( материал покрытия GGP 1230 / 31). Проведенная статистическая обработка позволяет говорить о наличии статистической зависимости между цветом покрытия и температурой обжига, причем функция регрессии в данном случае линейна = 502 + 0.13t rt = 0.Коэффициент корреляции, что говорит о практически функциональной зависимости между и t в данном интервале температур.

Рисунок 6 – Зависимость цвета металлического покрытия от температуры обжига материал покрытия GGP 1230/3 Анализ результатов показал, что существенное влияние на цветовые характеристики металлических покрытий оказывает также время выдержки при максимальной температуре обжига (табл. 4).

При увеличении температуры обжига свыше 640C на образцах появл яются следы выгорания металлического покрытия.

Зависимость от близка к линейной и для образца GGP 1230 /3 1 описывается линейным уравнением регрессии = 572 + 0.61 Таблица 4 – Зависимость получаемых цветов от времени выдержки Материал по- Максимальная Время выдержки, мин крытия температура 1 5 10 нагрева, Т C , нм , нм , нм , нм GGP 1230 /3 1 550 573,0 574,3 579,0 581, 580 576,5 577,0 582,0 582,610 582,0 582,0 584,0 585,640 584,0 584,0 586,0 587,Четвертая глава «Методика измерения блеска образцов металлических покрытий на стекле. Влияние технологических параметров на оптические свойства покрытий» посвящена анализу результатов оценки блеска металлических покрытий на стекле, нанесенных методом деколирования взависимости от технологических параметров термической обработки системы стекло-металл. В результате проведенных измерений на образцах различных материалов были определены коэффициенты отражения и блеска. Сравнительные результаты позволили говорить о зависимости этих показателей от шероховатости поверхности покрытия, формирующейся вследствие обжига.

Шероховатость покрытий образцов определяли с помощью оптического микроскопа МИС 11.

Измерения коэффициентов отражения проводили с использованием спектрофотометра СФ - 10, дающего возможность измерения поверхности покрытия при направленном и диффузном освещении. Сравнение расчетных значений коэффициентов зеркального отражения показало, что металлические покрытия на стекле, полученные при различных температурах обжига имеют различную отражающую способность.

Измерения блеска проводили с помощью прибора Блескомер БФО-1 при углах освещения 20 и 60°. Сопоставление данных, полученных в результате спектрофотометрических измерений и при помощи блескомера с показателями шероховатости, позволило выявить зависимость параметров блеска от шероховатости.

Установлено, что с увеличением температуры обжига от 550 до 640 C, в пределах типового процесса, математическое ожидание среднеквадратичного отклонения профиля ( Rz ) покрытия уменьшается от 0,080 до 0,04 мкм.

Математическое ожидание среднеквадратичных значений коэффициента отражения ( R, % ) и коэффициента блеска ( Кб ) при измерениях с помощью спектрофотометра и блескомера увеличивается от 5,92 до 8,56 единиц; от 2,до 3,2 (при угле освещения 1–20°) и от 3,0 до 3,9 (при угле освещения 1–60 °) единиц соответственно.

Проведенный сравнительный анализ профилограмм показал, что с увеличением температуры обжига шероховатость поверхности металлического покрытия снижается до момента начала выгорания декоративного покрытия.

Увеличение величины шероховатости ( Rz ) связано с нарушением сплошности металлического покрытия.

В процессе формирования любого покрытия изменение режимов, позволяющих варьировать показатели цвета, влияет и на защитные свойства покрытий.

Пятая глава «Методика определения состояния контура изображения на образцах металлических покрытий на стекле» посвящена анализу результатов исследования состояния контура изображения на границе стекло-покрытие.

Микроскопическое исследование проводили на микроскопе ZEISS Axiolab на 10 образцах покрытий, подвергнутых различным режимам термической обработки. В результате исследования были изучены образцы покрытий, обработанных в разном температурном и временном режиме и получены цветные фотографии при увеличении Х 50. В результате исследования установлено, что с повышением температуры термической обработки в покрытии изменяется не только соотношение химических элементов, как было показано на рис. 5, но оно изменяется и визуально. При увеличении температуры обжига свыше 640 С на образцах появляются следы выгорания металлического покрытия, что особенно важно для изделий сложной формы.

При увеличении температуры обработки изменяется цвет декоративного покрытия, особенно при температуре свыше 580 С (табл. 2). Текстурные особенности также изменяются: при 520 С контуры покрытия ровные, не просвечивающие, переход от края к центру образца равномерный, поверхность гладкая без сильно выраженного рельефа.

С изменением температурного режима в сторону увеличения контур покрытия становится тоньше и уже, переход от контура к центру образца делается более резким. Цвет отличается большей насыщенностью. Поверхность менее равномерна.

При температуре свыше 600 С происходят сильные изменения. Контур приобретает неоднородность, становится еще более тонким. Переход от контура к центру – резкий. Покрытие имеет более бледный оттенок и весьма неоднородно. При микроскопическом наблюдении при увеличении Х 50 выражены следы спекания. При температуре свыше 670 С контур почти прозрачен, переход от края к середине образца резко выражен, поверхность неоднородна с хорошо образованными следами спекания, цвет менее насыщен. Влияние изменения температурного режима на физическое состояние поверхности образцов, наблюдаемое микроскопически, не определяется визуально и проявляется в изменении цвета покрытия и его плотности.

Таким образом, можно заключить, что исследуемый материал при повышении температурного режима обработки в диапазоне от 480 С до 690 С становится более тонким ( от 3 до 1 мкм) и, вероятно, менее пластичным. Характерно изменение цвета и его насыщенности. Все эти изменения объясняются нарушением пропорций первоначального химического состава покрытия в связи с изменением режима термической обработки, что также подтверждено исследованием химического состава покрытия на всех этапах изменения температурного режима. Результаты исследования показаны в табл. 2 для препарата GGP 1230/3 1, содержащего 10 % Au, время выдержки при температуре обжига 5 мин.

Шестая глава «Методика измерения адгезии образцов металлических покрытий на стекле» посвящена вопросам определения величины адгезии металлического покрытия со стеклом.

Существует ряд методов определения адгезии. Их можно классифицировать в зависимости от преобладающих нормальных или касательных нагрузок, действующих при испытании на границу раздела с подложкой. Наиболее распространёнными методами количественного определения величины адгезии являются методы вдавливания различными инденторами, прямого отрывания плёнки от подложки, а также метод склерометрии ( царапанья ).

В работе рассматривали метод склерометрии, как наиболее тонкий и быстрый способ оценки адгезионных характеристик. При определении адгезии методом царапанья происходит прорыв плёнки до обнажения подложки и отслоения покрытия. Для количественной оценки прочности сцепления необходимо точное измерение величины критической нагрузки, приводящей к разрыву плёнки.

В основе выбранной методики лежит предположение, что сцепление с подложкой обеспечивает слой покрытия, непосредственно прилегающий к ней.

В связи с этим определяются следующие силы при движении индентора через покрытие.

F общ – сила, необходимая для перемещения индентора через покрытие при такой вертикальной нагрузке на индентор (Р1), когда на следе от последнего остаётся чистое стекло (наличие остатков покрытия 5 % от площади следа);

Fси – сила, необходимая для перемещения индентора через покрытие при такой вертикальной нагрузке (Р2), когда на следе от индентора чистое стекло составляет менее 5%от площади следа;

Fст – сила, необходимая для деформации стекла при вертикальной нагрузке, равной Р1 – Р2.

При соблюдении этих условий сила сцепления покрытия со стеклом может быть найдена из уравнения:

Fсц = F общ – Fси – Fст Прочность сцепления покрытия с подложкой определяется из формулы:

Рсц = Fсц / s, где s – площадь, освобождаемая индентором на стекле при прохождении по нему за 1с.

s = d · l / t, где d – ширина следа индентора на стекле, l - общая длина передвижения, t - время перемещения.

После установки образца на платформу динамометром определяли необходимое значение вертикальной нагрузки на индентор. Во время передвижения индентора происходит сцарапывание плёнки. Горизонтальная сила, возникающая при сцарапывании, определяется динамометром. Ширина царапины измерялась на микроскопе Leica DFC 320. В качестве царапывающего острия использовался индентор с радиусом закругления острия ~ 60 мкм, изготовленный из твёрдого сплава ВК-6. Определение адгезионных свойств покрытий проводилось при нагрузках на индентор от 20 до 150 г и скорости перемещения индентора 0,2 мм / с.

Полученные методом деколирования металлические покрытия визуально имеют бездефектную поверхность разного цвета от серебристо-серого до красновато-жёлтого взависимости от содержания благородного металла, температуры обжига и его продолжительности.

После испытания след от индентора на покрытии характеризует наличием зоны потери сцепления между покрытием и подложкой шириной d и зоны повышенной толщины покрытия вблизи следа.

При малых нагрузках полного отслоения покрытия не происходит. Нагрузки индентора порядка 100–150 г дают полное отслоение металлического покрытия от стекла с образованием следа от индентора постоянной ширины.

На рис. 7 приведена полученная зависимость адгезии от температуры обжига деколей.

Рисунок 7 – Зависимость адгезии металлического покрытия и стекла от температуры обжига Анализируя полученные данные, можно сделать следующие выводы:

- величина адгезии с увеличением температуры обжига от 540 до 590 C резко возрастает;

- увеличение адгезии металлического покрытия со стеклянной основой связано с увеличением пластических свойств стеклянной основы;

- сцепление металлического покрытия со стеклянной основой имеет механический (адсорбционный) характер.

Седьмая глава «Разработка базы данных для автоматизированного выбора режима обжига и получение декорированных металлических покрытий в дизайне изделий из стекла с использованием метода деколирования» посвящена созданию информационной системы «Цвет металлических покрытий на стекле» с использованием Microsoft Access 2007 для управления цветом металлических покрытий в зависимости от режимов термической обработки.

Были разработаны базовые таблицы информационной системы: номенклатура препаратов, диапазон температур обжига и время выдержки при температуре обжига, цвет покрытий, а также разработан интерфейс пользователя и программное обеспечение информационной состемы.

В заключении отражены основные результаты работы, сформулированы общие выводы и перспективные направления развития темы:

1. Решена проблема создания сюжетных металлических покрытий для художественных изделиях из стекла. Систематизация параметров технологии изготовления деколи и проведённый комплексный анализ влияния режимов обжига на декоративные показатели позволили создавать металлические покрытия с заранее спроектированным цветом.

2. Установлено, что:

- увеличение температуры обжига наиболее интенсивно влияет на цветовые характеристики металлических покрытий в интервале температур от 5до 630 С, вследствие уменьшения концентрации Ag;

- нагрев образцов до температуры верхней границы диапазона обжига и длительность их выдержки при более низкой температуре являются взаимозаменяемыми процессами, т.к. дают похожие результаты цветовых параметров металлических покрытий, что особенно важно для изделий сложной конфигурации;

- увеличение содержания благородных металлов в препаратах, используемых для изготовления деколи влияет на цвет металлического покрытия: с увеличением содержания Au длина волны возрастает, с увеличением содержания Pt, Pd и Ag – убывает.

3. Разработанная методика, позволяет получать покрытия с необходимыми декоративными свойствами и повышает точность воспроизведения требуемого оттенка покрытия посредством варьирования режимов обжига.

4. Увеличение температуры обжига в начале интервала возникновения текучести стекломассы до 640 C – начало выгорания металлического покрытия, увеличивает адгезию от 170 до 350 МПа.

5. Создана информационная система «Цвет металлических покрытий на стекле» с использованием Microsoft Access 2007 для управления цветом металлических покрытий в зависимости от режимов термической обработки. Разработаны базовые таблицы, интерфейс и программное обеспечение.

6. Предложен перечень рекомендаций по разработке и внедрению технологии в процесс производства и реставрацию. Апробация результатов работы в производственных условиях подтвердила эффективность предлагаемой методики проектирования цвета покрытий.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ Статьи в журналах, входящих в «Перечень…» ВАК РФ:

1. Николенко, С. В. Неразрушающие методы контроля объектов дизайна [Текст] / С. В. Николенко // Дизайн. Материалы. Технология. -2009.

- № 3 (10). – С. 38–39.

2. Николенко, С. В. Методика получения металлических покрытий для декорирования художественных изделий из стекла [Текст] / С. В. Николенко // Дизайн. Материалы. Технология. – 2011. – № 1 (16). – С. 75–81.

3. Николенко, С. В. Влияние режимов термической обработки на качество декоративно-художественных изображений на стекле, полученных нанесением металлического покрытия на поверхность методом деколирования [Текст] / С. В. Николенко // Дизайн. Материалы. Технология. – 2011.

– № 2 (17). – С. 54–56.

4. Николенко, С. В. Разработка базы данных для автоматизированного выбора режима обжига и получение декорированных металлических покрытий в дизайне изделий из стекла с использованием метода деколирования [Текст] / С. В. Николенко // Дизайн. Материалы. Технология. – 2011. – № 3 (18). – С. 45–48.

5. Николенко, С. В. Исследование зависимости адгезии металлического покрытия и стекла от температуры обжига [Текст] / С. В. Николенко, В Ю. Пирайнен // Дизайн. Материалы. Технология. – 2011. – № (19). –С. 45–48.

Статьи, опубликованные в сборниках научных трудов:

6. Николенко, С. В. (Жукова, С. В.) Процессы полихромии в художественной обработке камня. Новые аспекты [Текст] /С. В. Жукова // Сб. научн. тр.

Всерос. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической пром-ти. – СПб.: СПГУТД, 2004. – C. 185.

7. Николенко, С. В. (Жукова, С. В.) Научная концепция реконструкции уникального памятника истории и культуры - монументальной мозаики из драгоценных камней, экспоната ЦНИГР музея им. акад. Ф. Н. Чернышева [Текст] / С. В. Николенко, В.П. Любовицкий, В. П. Ерцев и др. // Межвуз. сб. научн.метод. тр.: Дизайн и технология художественной обработки материалов, вып.

14. – М.: МГУПИ, 2005. – С. 5–9.

8. Николенко, С. В. (Жукова, С. В.) Компьютерное моделирование ювелирных изделий [Текст] /С. В. Жукова // Cб. научн. тр. XIY Междунар. научн.практ. конф. «СТС». – Томск:ТПУ, 2008, С.56–57.

9. Николенко, С. В. (Жукова, С. В.) Оптимизация процесса изготовления оснастки и разработка технологического процесса для полуавтоматического нанесения орнамента на лицевые поверхности тел вращения сложного профиля методом пластической деформации [Текст] / С. В. Жукова // Сб. науч.тр. Х1СПб Ассамблеи молодых ученых и специалистов. – Спб.: Фонд «ГАУДЕАМУС», 2008. – С. 121.

10. Николенко, С. В. (Жукова, С. В.) Основные закономерности процесса нанесения сложного орнамента методом пластического деформирования деталей сложной формы [Текст] / С. В. Жукова // Cб. научн. тр. XY Междунар. научн.-практ. конф. «СТС». – Томск: ТПУ, 2009 С. 406–407.

11. Николенко, С. В. (Жукова, С. В.) Разработка методики процесса нанесения сложного орнамента методом пластической деформации при изготовлении деталей художественных изделий сложной [Текст] / С. В. Жукова // Сб.

научн. тр. Всерос. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов, Спб.: СПГУТД, 2009, – С. 685–687.

12. Николенко, С. В. (Жукова, С. В.) Основные закономерности процесса нанесения сложного орнамента методом пластического деформирования деталей сложной формы [Текст] / С. В. Жукова // XV International scientific conference materials «Modern texnique and technologies» (4 – 8 may 2009). – Toмcк:

TПУ. – 2009. – т. 4. – C. 539–540.

13. Николенко, С. В. (Жукова, С. В.) Разработка методики дистанционного зондирования полихромных объектов дизайна [Текст] / С. В. Жукова // Сб.

науч.тр. Х111 СПб Ассамблеи молодых ученых и специалистов. – Спб.: Фонд «ГАУДЕАМУС», 2009. – С.99.

14. Николенко, С. В. Технология нанесения сложного орнамента методом пластического деформирования деталей сложной формы [Текст] / С. В. Николенко // Материалы 1V Международной конференции: Технические университеты: интеграция с европейскими и мировыми системами образования (Россия, Ижевск, 21-23 апреля 2010). В 3 т. – Т. 3. – Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2010. – С.

42–44.

15. Николенко, С. В. Декорирование художественных изделий из стекла [Текст] / С. В. Николенко // Cб. научн. тр. XIY Междунар. научн.-практ. конф.

«СТС». Томск: – НИТПУ, 2011, С.275–276.

Оригинал подготовлен автором.

Подписано в печать 12.01.2012. Печать трафаретная.

Усл. печ. л. 1,0. Формат 6084 1/16. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии СПГУТД 191028, Санкт-Петербург, ул. Моховая, 26.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.