Оксидирование стали: преимущества и методы обработки металла

Оксидирование стали

Одной из важных задач по сохранению металлических конструкций является борьба с вредным воздействием окружающей среды. Повышенная влажность, наличие в воздухе химически активных элементов, способных разрушать целостность металла, особенно стали, приводит к ухудшению таких показателей как надёжность и прочность.

Для решения этой задачи готовые изделия покрывают различными видами защитных покрытий.

Существуют различные методы повышения поверхностной устойчивости и антикоррозийности.

Одним из таких методов является создание на поверхности стали защитной плёнки, используя специальные способы обработки.

Понимание сущности назначения этого процесса требует ответа на вопрос — что такое оксидирование?

Сущность заключается в использовании свойств окислительно — восстановительной реакции, в результате чего на поверхности стали образуется защитная плёнка. Так же производится оксидирование стали.

Этот процесс позволяет решить следующие задачи:

  • Защитить стальные конструкции от образования коррозии (особенно это актуально в современном строительстве, где применяются металлические конструкции).
  • Ограничить воздействие агрессивных составляющих внешней среды (растворов кислот, щелочей, химических элементов, разрушающих целостность стали).
  • Создать поверхностный слой, обладающий хорошими электроизоляционными характеристиками.
  • Придать деталям, отдельным элементам, конструкции в целом оригинальные декоративные и эстетические свойства.

Оксидирование металла производится следующими методами:

  1. С применением химических реакций (химическое оксидирование стали).
  2. Использование электрохимических процессов (анодное оксидирование).
  3. Проведением термической обработки (термический метод).
  4. Создание низкотемпературной плазмы (плазменный метод).
  5. Лазерным (применяются специальные лазерные установки).

Рассмотрим каждый метод подробнее.

Химическое оксидирование

Этот процесс предполагает обработку металлов растворами, смесями, расплавами химических элементов (такие окислы как окислы хрома). Данное оксидирование позволяет провести так называемую пассивацию поверхности металла. Он предполагает создание в близком к поверхности слое металла неактивного (пассивного) образования. Создаётся тонкий поверхностный слой, защищающий основную часть конструкции.

Технологически этот процесс реализовывается посредством опускания подготовленной металлической детали в раствор щёлочи или кислоты, заданного процентного соотношения.

Выдерживают его там определённое время, которое позволяет полностью провести окислительно — восстановительную реакцию. Затем деталь тщательно промывают, подвергают естественной сушке, окончательной обработке.

Химическое оксидирование стали

Для создания кислотной ванны применяют три вида химически активных кислот: соляную, азотную, ортофосорную. Ускорение протекания химической реакции стимулируют добавлением в раствор кислоты соединений марганца, калия, хрома. Реакция окисления протекает при температуре раствора в интервале от 30 °С до 100 °С.

Применение растворов на основе щелочных соединений позволяет использовать добавки соединений нитрата натрия и диоксида марганца. В этом случае температура раствора необходимо повышать до 180 °С, а с добавками и до 300 °С.

После проведенной процедуры деталь промывают и просушивают. Иногда для закрепления процесса химической реакции применяют бихромат калия. Для увеличения срока сохранения образованной плёнки проводят химическое оксидирование с промасливанием. Иногда такой процесс называют химоксидирование. При окончательном покрытии маслом получается надёжное покрытие от коррозии, обладающее эффектным высоко декоративным чёрным цветом.

Анодное оксидирование

Такой вид называется – электрохимическое оксидирование стали. Иногда его называют и анодное оксидирование стали. Также применяют термин анодирование. В его основу заложен химический процесс электролиза. Его можно проводить как в твёрдых, так и в жидких электролитах. Подготовленную заготовку помещают в ёмкость с оксидным раствором.

Протекание реакции электролиза возможно при создании разности потенциалов между двумя элементами.

Поверхность окисляемого изделия характеризуется положительным потенциалом. Из раствора выделяют химически активные элементы с отрицательным потенциалом. Взаимодействие разнополярных элементов и называется реакцией электролиза (в нашем случае анодирования).

Протекание реакции анодирования можно выполнить в домашних условиях. Требуется чётко выполнять условия техники безопасности. В реакции участвуют вредные реактивные жидкости и небезопасное напряжение.

Применение анодного оксидирования позволяет создавать защитные плёнки различной толщины. Создание толстых плёнок возможно благодаря применению раствора серной кислоты.

Тонкие плёнки получают в растворах борной или ортофосфорной кислоты. С помощью анодирования можно придать поверхностному слою металла красивые декоративные оттенки. С этой целью процесс проводят в органических кислотах. В качестве таких растворов применяют щавелевую, малеиновую, сульфосалициловую

Специальным процессом анодирования считается микродуговое оксидирование. Оно позволяет получать покрытия, обладающие высокими физическими и механическими характеристиками. К ним относятся: защитные, изоляционные, декоративные, теплостойкие и антикоррозийные свойства. В этом случае оксидирование производится под действием переменного или импульсного тока в специальных ваннах заполненных электролитом. Такими электролитами являются слабощелочные составы.

Анодное оксидирование в домашних условиях

Анодирование позволяет получить поверхностный слой, обладающий следующими свойствами:

  • надёжное антикоррозионное покрытие;
  • хорошие электрические изоляторы;
  • тонкий, но стойкий поверхностный слой;
  • оригинальную цветовую гамму.

К анодированию нержавеющей стали требуется специальный подход. Это связано с тем, что такая сталь считается нейтральным (инертным) сплавом. Поэтому на производстве при анодировании большого количества деталей применяют двух этапную процедуру.

На первом этапе анодирование нержавеющей стали производят совместно с другим, более подходящим для этого процесса металлом. Это может быть никель, медь, другой металл или сплав.

На втором этапе производят оксидирование непосредственно самой нержавеющей стали. Для упрощения процесса оксидирования сегодня ведутся разработки специальных добавок, так называемых пассивирующих паст. Эти составы ускоряют процесс реакции нержавеющей стали.

Термическое оксидирование

Согласно термину оксидирование происходит при относительно высоких температурах. Величина этого показателя зависит от марки стали. Например, процесс термического оксидирование обычной стали происходит в специальных печах. Внутри создаётся температура, близкая к 350 °С. Класс легированных сталей подвергаются термическому оксидированию при более высоких температурах. Необходимо разогреть заготовку до 700 °С. Обработка продолжается в течение одного часа. Этот процесс получил название воронение стали.

Плазменное оксидирование

Такое оксидирование проводят в среде с высокой концентрацией кислорода с помощью низкотемпературной плазмы. Плазма создаётся благодаря разрядам, возникающим при подаче токов высокой или сверхвысокой частоты.

Плазменное оксидирование используют для формирования оксидированных плёнок на достаточно небольших поверхностях.

В основном его применяют в электронике и микроэлектронике. С его помощью образуют слои на поверхности полупроводниковых соединений, так называемых p-n переходах. Такие плёнки используют в транзисторах, диодах (в том числе в туннельных диодах), интегральных микросхемах. Кроме этого она используется для повышения светочувствительного эффекта в фотокатодах.

Разновидностью плазменного оксидирования является оксидирование с применением высокотемпературной плазмы. Иногда её заменяют на дуговой разряд с повышением температуры до 430 °С и выше. Применение этой технологии позволяет значительно повысить качество образуемых покрытий.

Лазерное оксидирование

Эта технология достаточно сложна и требует специального оборудования. Для проведения оксидирования используют:

  • импульсное лазерное излучение;
  • непрерывное излучение.

В обоих случаях применяются лазерные установки инфракрасного диапазона. За счёт лазерного прогрева верхнего слоя материала удаётся получить достаточно стойкую защитную плёнку. Однако этот метод применяется только для поверхности небольшой площади.

Оксидирование своими руками

Организовать процесс оксидирования небольших металлических изделий можно в домашней лаборатории. При точном соблюдении последовательности технологических операций добиваются качественного оксидирования.

Весь процесс следует разделить на три этапа:

  1. Подготовительный этап (включает подготовку необходимого оборудования, реактивов, самой детали).
  2. Этап непосредственного оксидирования.
  3. Завершающий этап (удаление вредных следов химического процесса).

На подготовительном этапе проводят следующие работы:

  • Грубая зачистка поверхности (применяется щётка по металлу, наждачная бумага, полировочная машина с соответствующими дисками).
  • Окончательная механическая полировка поверхности.
  • Снятие жирового налёта и остатков полировки. Его называют декопирование. Он проводится в пяти процентном растворе серной кислоты. Время пребывания обрабатываемой детали в растворе равно одной минуте.
  • Промывание детали. Эту процедуру проводят в тёплой кипячёной воде. Целесообразно её провести несколько раз.
  • Завершающей операцией является так называемое пассирование. Вымытую после обработки деталь, помещают чистую кипячёную воду, в которой предварительно растворяют хозяйственное мыло. Этот раствор вместе с деталью подогревают и доводят до состояния кипения. Процедуру кипения продолжают в течение нескольких минут.

Оксидирование в домашних условиях

На этом предварительный этап заканчивается.

Основной этап оксидирования состоит из следующих операций:

  1. В нейтральную посуду (лучше с эмалированным покрытием), заливается вода. В ней растворяют около едкий натр. Объём вещества зависит от количества воды. Целесообразно получить раствор около 5 процентов.
  2. В полученный раствор полностью погружают обрабатываемую деталь.
  3. Раствор с погруженной деталью нагревают до 150 градусов. Практически это процесс кипячения. Он продолжается примерно два часа. Используя инструмент, проверяют качество процесса. Если необходимо время может быть увеличено.

На завершающем этапе с деталью производят следующие операции:

  1. Деталь извлекают из ванны с реактивом.
  2. Укладывают на ровную поверхность, дают её остыть естественным образом (без принудительного охлаждения). Желательно создать условия, ограничивающие контакт с окружающим воздухом.
  3. Визуально проверяют качество полученного оксидирования. Отсутствие непокрытых участков, плотность образованной плёнки, итоговый цвет.

Таким образом, проводить оксидирование можно и в домашних условиях. Главное, соблюдать указанные рекомендации.

Виды и способы оксидирования металла

Оксидированием стали создается защитная пленка из сложных окислов, которая препятствует образованию ржавчины. Узнайте о видах обработки, особенностях химического, анодного и термического процессов.

Ни один материал, включая сталь, не может служить вечно. Его необходимо защищать от влаги, солнечных лучей и низких температур. Оксидирование металла создает на его поверхности тонкую защитную пленку, не позволяющую кислороду из воздуха и воде разрушать материал. При этом изменяются технические характеристики сталей, алюминия и его сплавов.

С точки зрения химии оксидирование – это реакция окисления металла и образование на поверхности тонкого слоя кристаллов, связанных кислородом и другими веществами. Технология нанесения защитного покрытия имеет несколько видов различной сложности. Самая простая использовалась несколько веков назад и доступна любому желающему покрыть защитной пленкой деталь в домашних условиях. Сложная технология требует специального оборудования и осуществляется только в условиях производства.

Суть и назначение технологии

В своей основе оксидирование стали имеет окислительно-восстановительную реакцию металла при его взаимодействии с кислородом воздуха, электролитом или специальными кислотно-щелочными растворами. В результате на поверхности детали образуется защитная пленка, повышающая технические характеристики металла:

  • увеличивает твердость;
  • снижает образование задиров;
  • повышает способность деталей к прирабатыванию;
  • увеличивает срок службы;
  • создает декоративное покрытие.

Добавление в электролит растворов для окрашивания позволяет создавать изделия из металла с поверхностями разных цветов.

Покрытие оксидной пленкой применяют для различных материалов. В ювелирной промышленности и при создании бижутерии используют оксидирование многих металлов:

Сущность обработки – в увеличении прочности и придании дополнительной декоративности. Изделия из серебра хорошо держат форму. Это позволяет создавать украшения с острыми углами и тонким орнаментом. С помощью оксидов создается патина, имитирующая старину, и другие эффекты.

В зависимости от характеристик и свойств металла используют различные технологии создания сложных окислов на поверхности.

К положительным качествам оксидирования относится его распределение по поверхности тонкой пленкой в несколько микрон – тысячных долей миллиметра. При этом не меняются размеры деталей и посадочных мест сверху и на поверхности.

Виды оксидирования металла

К микродуговому относится способ нанесения оксидной пленки с помощью электролизной установки. Деталь помещается в ванну с электролитом. К ней подключается «+» постоянного тока. К ванне – провод с «–». При прохождении тока на поверхности образуются микроочаги с высокой температурой и давлением. В результате происходит окисление. Микродуговое оксидирование применяют для покрытия алюминия, серебра и их сплавов.

Процесс горячего оксидирования стали заключается в нагреве детали или раствора, в котором она находится, для ускорения процесса образования пленки сложных окислов.

К холодным технологиям относятся, в основном, методы химического покрытия и плазменного, когда поверхность насыщается кислородом под воздействием микротоков или в насыщенном растворе солей.

Химическое

Электрохимическое покрытие оксидами проводится при низких температурах – до 100 °C. Электролит представляет собой раствор нескольких нитратов и хроматов. Получают черное покрытие стали.

Пищевая нержавейка содержит много легирующих веществ, включая хром и марганец. Она требует для покрытия сложного оборудования. В домашних условиях ее можно оксидировать в растворе натриевой селитры. Поверхность приобретает яркий синий цвет.

Анодное

Анодное оксидирование небольших деталей доступно делать в домашней мастерской. Для этого надо иметь аккумулятор или выпрямитель тока. Анод подключается к детали и источнику постоянного тока. При погружении стали в раствор слабокислого электролита возникает движение электронов, и вместе с ними частицы солей и кислот проникают в верхний слой металла. В результате образуются кристаллы железа со сложными окислами. Они постепенно покрывают всю поверхность детали слоем в несколько микрон.

Регулировать скорость процесса для образования оксидной пленки нужной толщины можно изменением силы тока и повышением температуры электролита. Анодирование влияет на первоначальные характеристики стали и цветных металлов:

  • изменяет цвет;
  • увеличивает прочность;
  • пленка имеет низкую электропроводность;
  • не допускает образования простых окислов железа – коррозии.

Термическое

Достаточно нагреть поверхность до 300 ⁰C, чтобы провести термическое оксидирование. На стали появится тонкая пленка окислов желтого и светло-коричневого цвета. Чем выше содержание легирующих веществ, тем сильнее надо греть сталь.

Часто нагрев используют для более активного протекания химического и анодного оксидирования стали. Помещенный в горячий раствор натриевой селитры или смеси кислот металл быстрее вступает в реакцию.

Плазменное

Метод холодного оксидирования – плазменное покрытие деталей. Окисление происходит при низкой температуре. Деталь помещают в плазму, которую создают токи ВЧ или СВЧ, аналогичные микроволновой печи. В камере высокое содержание кислорода.

Плазменное оксидирование применяют, в основном, для повышения светочувствительности и электропроводности деталей оптических приборов и плат.

Лазерное

Недостаток лазерного оксидирования сталей – в покрытии заготовок только снаружи. В отверстия малого диаметра головка лазерной установки не войдет.

Читайте также:  Патинирование металла с помощью краски и окислителей (+20 фото)

Оксидирование своими руками

Делать защитное покрытие в домашних условиях проще всего по старинному рецепту. Для этого стальной предмет следует очистить от всех видов загрязнений, протравить в слабом растворе кислоты. Любое оставшееся пятно будет препятствовать процессу оксидирования стали.

  1. Нагреть конструкционную сталь до 300 ⁰C. Легированные и углеродистые стали требуют более высоких температур. Чем больше легирующих элементов, тем сильнее следует греть.
  2. Опустить горячую заготовку в льняное масло на 8–18 минут.
  3. Для получения плотного слоя, надежно защищающего сталь от ржавчины, и создания изоляционного слоя, процедуру следует повторить 4–6 раз.

Каленые стали при нагреве до температуры выше 300 ⁰C могут отпуститься – стать мягче. Поэтому металл после закалки греют индуктором токами ТВЧ до 250–280 ⁰C. Если нет возможности нагреть только поверхность заготовки, температуру снижают до 220–250 °C, увеличив количество нагревов и погружений.

Льняное масло использовали в прошлые века. Сейчас его можно заменить веретенным, широко применяемым для закалки стали.

Оксидирование стали – интересный процесс. С его помощью можно самостоятельно защитить от коррозии небольшие изделия, крепеж в автомобиле и других устройствах.

Какой метод больше всего понравился нашим читателям и что они готовы применить на практике? Нам интересно ваше мнение.

Обзор методов оксидирования стали: в общих чертах

Под оксидированием стали понимают процедуру создания на металлических поверхностях оксидной пленки. Данная операция проводится для образования декоративных и защитных покрытий, а также специальных диэлектрических слоев на стальных изделиях.

Методы обработки металла

Оксидирование металла осуществляется несколькими способами: химическим, плазменным, термическим и электрохимическим. Каждый из них имеет свои преимущества и особенности. Некоторые методы оксидирования стали требуют специальных условий и технологий, растворов с редкими составляющими.

Химический

Химическое оксидирование стали предполагает ее покрытие оксидирующим веществом. Обычно это расплав, нитратный раствор или специальный окислитель. Химический способ обработки материала позволяет сохранить высокую сопротивляемость к коррозии и ржавчине. Такое оксидирование предполагает особенности – работа осуществляется при низких и высоких температурах. В любом случае изделие опускают в раствор из окислителя и щелочи. Потом деталь моют, сушат и маслят.

Химическое оксидирование алюминия придает данному материалу разноцветную окраску. Такие же цветовые переливы получает и сталь.

Электрохимический

Электрохимическое оксидирование по-другому называют анодирование, так как проводится по методу электролизного принципа. По электрохимическому принципу сталь обрабатывается в жидких или твердых оксидных растворах.

Электрохимическим способом можно получить покрытие с тонким слоем, электроизоляторы, защитные покрытия, эмалевидные слои. В результате электрохимического способа покрытие на поверхности детали получается прочным и долговечным.

Существует и электрохимическая процедура – микродуговое оксидирование. Используется для придания металлу декоративных характеристик.

На видео: электрохимическое оксидирование в растворе щёлочи.

Термический

Термическое оксидирование происходит за счет формирования специальной атмосферы с кислотной средой. При термическом воздействии используется специальная печь с высокой температурой. Такую обработку нельзя выполнить самостоятельно, так как для сталей используется высокая температурная черта. В результате создается прочная пленка, которая долго держится. Термический метод считается самым простым и распространенным среди всех остальных.

Плазменный

Плазменному оксидированию нет аналогов. Оно не сравнимо с термическим оксидированием, хотя и присутствуют общие технологии обработки. Термическое оксидирование выполняется при высоких температурных режимах, а плазменное при низких. Однако что термическое оксидирование, что плазменное, производятся благодаря специальному оборудованию, то есть процедуры выполняются в печи. Для нержавеющей стали – это самый подходящий вариант обработки.

Достичь оптимального уровня защиты можно при использовании правильного оксидного вещества. Если технологии отделки будут выполнены в соответствии с инструкциями, то эксплуатационный период металла увеличится в несколько раз.

Оксидирование своими руками

Делать защитное покрытие в домашних условиях проще всего по старинному рецепту. Для этого стальной предмет следует очистить от всех видов загрязнений, протравить в слабом растворе кислоты. Любое оставшееся пятно будет препятствовать процессу оксидирования стали.

  1. Нагреть конструкционную сталь до 300 ⁰C. Легированные и углеродистые стали требуют более высоких температур. Чем больше легирующих элементов, тем сильнее следует греть.
  2. Опустить горячую заготовку в льняное масло на 8–18 минут.
  3. Для получения плотного слоя, надежно защищающего сталь от ржавчины, и создания изоляционного слоя, процедуру следует повторить 4–6 раз.

Каленые стали при нагреве до температуры выше 300 ⁰C могут отпуститься – стать мягче. Поэтому металл после закалки греют индуктором токами ТВЧ до 250–280 ⁰C. Если нет возможности нагреть только поверхность заготовки, температуру снижают до 220–250 °C, увеличив количество нагревов и погружений.

Льняное масло использовали в прошлые века. Сейчас его можно заменить веретенным, широко применяемым для закалки стали.

Оксидирование стали – интересный процесс. С его помощью можно самостоятельно защитить от коррозии небольшие изделия, крепеж в автомобиле и других устройствах.

Какой метод больше всего понравился нашим читателям и что они готовы применить на практике? Нам интересно ваше мнение.

Поиск записей с помощью фильтра:

Оксидирование в домашних условиях

Процедуру можно произвести и в домашних условиях, при этом качество покрытия ничем не будет уступать заводским или фабричным аналогам. Воронением может заняться любой человек, у которого есть в наличии щелочь и окислитель. С помощью таких компонентов производится самое элементарное химическое оксидирование.

Естественно, оксидированный в домашних условиях материал будет уступать своими защитными характеристиками, но значительно повысится его устойчивость в сравнении с первоначальными условиями. Кроме основных особенностей и эстетическая составляющая может значительно пострадать.

Алгоритм домашней обработки:

  1. Сначала поверхность изделия полируется. Нужно убрать все инородные проявления и налет. Очистка должна быть тщательной и равномерной.
  2. Производится декопирование с помощью раствора серной кислоты. Лучше использовать 5%-й состав. Изделие помещается в раствор на одну минуту.
  3. Необходимо вытащить деталь из кислоты и промыть ее в кипяченой, слегка теплой воде. Процедуру при необходимости проделать несколько раз.
  4. После производится пассирование. Деталь помещается в воду с небольшим количеством хозяйственного мыла. Прокипятить изделие в течение нескольких минут.
  5. В эмалированную посуду, которая не имеет никаких нарушений поверхности, заливается вода. Сюда добавляется примерно 50 грамм едкого натра.
  6. Аккуратно уложить изделие в емкость так, чтобы она была полностью покрыта раствором. Нагреть содержимое до 150 градусов. Кипячение производится около двух часов. Может потребоваться и больше времени. Все зависит от температуры нагрева. Только потом завершается процесс обработки.
  7. Далее нужно выложить изделие на ровную поверхность и дать ему остыть. Желательно ограничить площадь соприкосновения элемента с поверхностью. Если изделие поменяло цвет, то металл поддался воронению.

Оксидированные детали существенно изменяют внешний вид и характеристики. Такое воронение соответствует химическому типу покрытия, которое наносится в заводских условиях.

Суть и назначение технологии

В своей основе оксидирование стали имеет окислительно-восстановительную реакцию металла при его взаимодействии с кислородом воздуха, электролитом или специальными кислотно-щелочными растворами. В результате на поверхности детали образуется защитная пленка, повышающая технические характеристики металла:

  • увеличивает твердость;
  • снижает образование задиров;
  • повышает способность деталей к прирабатыванию;
  • увеличивает срок службы;
  • создает декоративное покрытие.

Добавление в электролит растворов для окрашивания позволяет создавать изделия из металла с поверхностями разных цветов.

Покрытие оксидной пленкой применяют для различных материалов. В ювелирной промышленности и при создании бижутерии используют оксидирование многих металлов:

Сущность обработки – в увеличении прочности и придании дополнительной декоративности. Изделия из серебра хорошо держат форму. Это позволяет создавать украшения с острыми углами и тонким орнаментом. С помощью оксидов создается патина, имитирующая старину, и другие эффекты.

В зависимости от характеристик и свойств металла используют различные технологии создания сложных окислов на поверхности.

К положительным качествам оксидирования относится его распределение по поверхности тонкой пленкой в несколько микрон – тысячных долей миллиметра. При этом не меняются размеры деталей и посадочных мест сверху и на поверхности.

3 Тонкости термического и плазменного оксидирования

Термический процесс подразумевает, что оксидная пленка формируется на стали в атмосфере водяного пара либо иной кислородсодержащей среде при достаточно высоких температурах. В домашних условиях такую операцию не выполняют, так как она требует использования специальных печей, в которых железо либо низколегированные стали нагревают примерно до 350 градусов.

Если же речь идет об обработке средне- и высоколегированных сталей, температура в печи и вовсе должна равняться 650–700 градусам. Общая длительность термического оксидирования, как правило, составляет около часа.

Практически нереально выполнить в домашних условиях и плазменное оксидирование. Оно производится в низкотемпературной плазме, содержащей кислород. Плазменная среда при этом создается обычно посредством ВЧ- и СВЧ-разрядов, реже применяются разряды постоянного тока. Качество получаемых защитных пленок оксидов при плазменном процессе очень высокое. Поэтому его применяют для нанесения покрытий на ответственные детали:

  • кремниевые поверхности;
  • полупроводниковые изделия;
  • фотокатоды.


5 методов оксидирования стали: можно ли применить их в домашних условиях

Оксидирование стали — процесс образования неактивной защитной пленки на поверхности металла. Подробное знакомство с тонкостями проведения процедуры, поможет разобраться какую из них можно выполнить самому.

Промышленные способы

Образование оксидной пленки на металлических поверхностях требует соблюдения определенных условий, применения специальных реагентов и растворов. В промышленных масштабах проведение работ осуществляется согласно существующим технологиям.

Химический способ оксидирования стали

Процесс основан на прохождении окислительно-восстановительной реакции. Защитный слой образуется под действием щелочей и солей кислот, выступающих в роли окислителей. Обработка изделий проводится при высоких и низких температурных режимах.

Горячий метод

Образование пленки осуществляется щелочным или кислым способом. В отсутствие щелочей процесс протекает 30 минут при температуре 98 – 100°C. Реагентом служат смеси, состоящие из фосфорной кислоты и азотнокислых солей кальция или бария. Защитная пленка, образуется из оксида железа и фосфатов.

Щелочное химическое оксидирование проводится в горячих растворах щелочей с окислителями. Изделия выдерживаются в них от 10 до 60 минут при температуре 135-145°C . Состав металла влияет на толщину оксидной пленки и скорость ее образования. Малоуглеродистые стали вступают в реакцию медленнее высокоуглеродистых сортов. Поэтому растворы для их обработки содержат большое содержание щелочи.

Холодный метод

Чернение осуществляется путем погружения стали в раствор при 15-25 °C. С развитием современных технологий в процессе холодного оксидирования стали применяться неагрессивные, водорастворимые концентраты, не имеющие запаха. Благодаря этому холодный способ приобрел ряд преимуществ.

  • Метод подходит для деталей из разных видов сталей и чугунов: углеродистых и легированных, холодного и горячего проката, после ковки или штамповки и порошковых металлов.
  • Отсутствуют затраты на разогрев ванны и поддержание температурного режима, приобретение и установку контрольно-измерительных приборов и мощной вентиляции помещений.
  • Сохраняются размеры и прочностные характеристики обрабатываемых деталей.
  • Отсутствует темный легко удаляемый налет и улучшается товарный вид. Обрабатываемые поверхности приобретают насыщенный черный цвет.
  • Высокий уровень антикоррозионной защиты.
  • Увеличивается производительность за счет сокращения времени на оксидирование с 30 минут до 55 секунд.
  • Корректировка концентрации рабочего раствора не требует остановки процесса.

После образования защитного слоя изделия хорошо промываются, сушатся и подвергаются промасливанию. Обработка маслом повышает антикоррозионные свойства, износостойкость покрытия и придает ему насыщенный черный цвет. Оксидное покрытие, не пропитанное маслами покрывают краской.

Анодное оксидирование стали

В основе метода лежит электрохимическая реакция. Образование оксидного слоя происходит благодаря анодной поляризации в жидких или твердых электролитах. В отличие от гальванической обработки при анодировании не применяются вспомогательные составы на основе цинка и хрома. Пленка образуется из элементов, входящих в состав обрабатываемой поверхности. Электрохимический способ поддается регулировке. Это позволяет создать прочное покрытие с одинаковой толщиной по всей площади.

Данная технология подходит для поверхностей с высокой адгезией. В результате анодирования получают два вида оксидных слоев. При использовании кислых электролитов образуется пористая пленка. На нее впоследствии наносят лакокрасочное покрытие. В нейтральных растворах получается барьерная защита, не требующая дополнительной обработки.

Способы анодирования

При проведении электрохимического оксидирования учитывается сорт стали и состав сплава. Создание защитного слоя проводится несколькими способами.

Теплый метод. Его можно отнести к подготовительному этапу, за которым последует дополнительная обработка. При температуре в пределах 50°C образуется пористая поверхность. Прочность и антикоррозионную стойкость она приобретает после нанесения слоя краски.

Холодный метод. Для поддержания температурного режима в пределах 5°C по всему объему электролита проводят непрерывную циркуляцию. К достоинствам способа относится высокая скорость образования оксидной пленки. На растворение металла требуется больше времени, что позволяет сохранить размеры обрабатываемых изделий.

Твердое анодирование. Особенность данного метода заключается в использовании нескольких электролитов. Состав повышает прочность пленки, стойкость стали к коррозии и к воздействию агрессивных сред.

Преимущества анодированного металла:

  • Оксидная пленка надежно защищает от воздействия влаги, кислот и щелочей.
  • Высокая прочность оксидного слоя повышает стойкость стали к механическим воздействиям
  • Анодированное покрытие обладает диэлектрическими свойствами.
  • Изделия из обработанного металла соответствуют всем нормам экологической безопасности.
  • На посуде, обработанной данным способом, образуется не пригорающее покрытие.
  • Анодирование повышает декоративные качества стали. Добавление в электролит солей позволяет изменить цвет металла. Окрашенные изделия приобретают глубокие ровные оттенки.
  • Электрохимическое оксидирование позволяет скрыть царапины, потертости и другие дефекты поверхности металла.

Термический способ

Процесс протекает в специальных печах с использованием водяного пара или кислорода. Данный метод исключает использование химикатов. Обработка деталей производится при строгом соблюдении температурных режимов. Они зависят от химического состава металла и марки стали. Толщина образовавшегося защитного слоя не превышает 2 микрона.

Читайте также:  Термообработка сварных швов: технология и методы проведения

Низколегированные марки стали, и железо выдерживают в печах при 300-350 °С. Данный метод подходит для воронения стрелкового оружия и декоративной отделки металла.

Легированные стали оксидируют при температуре 700 °С. в течение 60 минут. Толщина образованной защитной пленки составляет 1 — 1,5 микрона. Способ позволяет сохранить размеры обрабатываемых изделий.

Магнитные сплавы железа и никеля прокаливают в течение полутора часов при температуре от 400 до 800°С. Таким образом происходит образование диэлектрических плёнок полупроводников.

Термическим оксидированием создают защитный слой на изделиях из кремния, используемых в электронике. Процедура проводится при повышенном давлении и температуре от 800 до 1200 °С.

Плазменное электролитическое оксидирование

Процесс заключается в поверхностной обработке металлов и сплавов при низких температурах в кислородной среде. Он основан на традиционном анодировании. Отличием способа является действие микроразрядов высокой и сверхвысокой частоты на обрабатываемую поверхность. Их термическое и плазмохимическое влияние на используемый электролит приводит к формированию оксидного слоя.

Методика позволяет получить слой с многофункциональной защитой поверхностей. В результате обработки образуются оксидные пленки с высокими декоративными показателями, повышенной изоляционной, коррозионной и тепловой стойкостью.

Толщина покрытия составляет 200 – 250 мкм. Детали, обработанные плазменным способом, применяются в полупроводниковых соединениях, диодах, транзисторах и интегральных микросхемах. Их используют для повышения чувствительности в фотокатодах.

Лазерное оксидирование

Образование защитного слоя в данном случае происходит под воздействием лазерного луча. Изделие погружается под заданный слой воды. Плотность потока, продолжительность процесса и величина энергии лазерного излучения подбирается так, чтобы в процессе оксидирования нагрев поверхности металла не превысил температуру перехода воды в пар.

При обработке используют импульсный, непрерывный и точечный режим воздействия лучей на металл. Установки, используемые для оксидации, работают в инфракрасном диапазоне.

Преимущества этого способа:

  • Метод позволяет регулировать толщину и сохранить технические характеристики деталей.
  • В результате обработки повышается коррозионная стойкость, прочность и долговечность изделий.
  • Значительно увеличиваются диэлектрические свойства и декоративные качества.
  • Снижается коробление при обработке сложных по форме, тонкостенных и труднодоступных участков.
  • Расширяется количество металлов и сплавов, пригодных для данного вида оксидирования.
  • Повышается скорость процесса без приближения к критическим значениям температур.

Оксидирование стали в домашних условиях

Повысить прочность металлических изделий и улучшить их декоративные качества можно своими руками. Стоит учитывать, что покрытие будет уступать по качеству защитным слоям, полученным при промышленном процессе.

Подготовительные действия

Перед проведением процедуры необходимо подготовить рабочее место, требуемые препараты и инструменты. Для создания безопасных условий проводятся следующие мероприятия.

  1. Обеспечивается хорошая приточно-вытяжная вентиляция. Над местом проведения работ рекомендуется установить зонд.
  2. Подготавливается рабочая емкость для полного погружения детали.
  3. Изготавливается емкость из стекла, пластика или фаянса. Она необходима для приготовления растворов, нейтрализующих кислоту и щелочь.
  4. Приобретаются защитные средства: резиновые перчатки, респиратор, очки для работы с химреактивами, брезентовые фартук.

Соблюдение правил техники безопасности поможет провести оксидирование без травм, ожогов и убережет от вредного действия паров кислот и щелочей. Приобрести предметы индивидуальной защиты можно в магазинах рабочей одежды.

Щелочное оксидирование

Использование данного метода – самый простой способ нанесения оксидного слоя в домашних условиях. Для обработки изделия массой до 1 килограмма потребуется 100 г каустической соды и 30 г натриевой селитры.

Этапы проведения работ:

  1. В 1 литре воды растворяют 1кг каустика и 300 г селитры. Пропорции меняются в зависимости от требуемого объема реагента.
  2. Обрабатываемую деталь помещают в емкость с приготовленной смесью. В растворе, разогретом до 140⁰С, выдерживают изделие в течение 30 минут.
  3. После завершения процедуры проводят промывку от остатков рабочей смеси.
  4. Очищенную деталь пропитывают машинным маслом и протирают ветошью.

Для выполнения оксидирования можно использовать растворы едкого калия или натрия. Содержание реагента в 1 литре воды должно быть не меньше 700 граммов. Процедура проводится по аналогии.

Равномерный слой оксидной пленки можно получить, если обрабатываемое изделие полностью находится в растворе. Для этого необходимо поддерживать постоянный уровень жидкости.

Кислотное оксидирование своими руками

Перед началом работ поверхность детали тщательно очищается, с нее удаляются все загрязнения и налет. После очистки проводится обезжиривание с помощью водки, чистого спирта или растворителя.

Поэтапное проведение работ.

  1. Изделие помещают на 1 минуту в емкость с серной кислотой 5% концентрации. По истечении времени деталь промывают в кипяченой воде. Процедуру повторяют 2-3 раза.
  2. Обрабатываемый материал несколько минут кипятят в растворе хозяйственного мыла.
  3. Готовое изделие промывают, сушат и протирают машинным маслом. Его излишки удаляют ветошью.

После правильно выполненного оксидирования металлическая поверхность должна поменять цвет.

При отсутствии серной кислоты можно использовать смесь лимонной и щавелевой кислот. На 1 литр раствора берут по 2 грамма того и другого реагента. Кипячение в нем продолжают 20 минут. Обработанную деталь промывают слабощелочным раствором и пропитывают машинным маслом.

Заключение

Оксидирование – один из самых действенных методов повышения антикоррозионной стойкости стали. За счет образования плотного защитного увеличивается прочность и долговечность изделий, повышаются диэлектрические свойства и декоративные качества.

Существуют доступные способы проведения работы в домашних условиях. Соблюдение правил работы с агрессивными веществами, и выполнение инструкций поможет без проблем провести процедуру самостоятельно.

Используемая литература и источники:

  • Справочник металлурга и химика цветной металлопромышленности. Часть вторая / Д. Лиддель. — М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии
  • Окрашивание полимерных материалов / А. Мюллер. — М.: Профессия, 2007.
  • Химическая технология переработки редкометального сырья Кольского полуострова. — М.: Наука
  • Статья на Википедии

Оксидирование черных металлов

Способы оксидирования и свойства оксидных покрытий

Оксидные покрытия на черных металлах могут быть получены термическим, термохимическим, химическим и электрохимическим способами. Каждый из них находит свою, наиболее целесообразную область применения. Термическую обработку можно проводить на воздухе, в среде водяного пара, минерального или растительного масла, расплавленных солей. Термовоздушное оксидирование используется для получения электроизоляционных пленок на пластинах или ленте электротехнической стали, применяемых для изготовления трансформаторов, дросселей. Обработку в масле или расплавленных солях используют для получения оксидных покрытий на инструменте. Толщина и цвет получаемых таким путем покрытий зависят в основном от состава стали и температурного режима ее обработки. Светло-желтая окраска поверхности получается прогреванием металла при температуре 225-235 °С, коричневая – 245-250 °С, красноватая – 270-280 °С, темно-синяя – 300-315 °С. Пленки черного цвета образуются при нагреве стали до 460-470 °С в льняном масле. В расплаве, содержащем 55 % нитрида натрия и 45 % нитрата натрия, на стали формируются пленки, имеющие синюю окраску, толщина которых достигает 5-10 мкм.

Для защитно-декоративного оксидирования наиболее широко используется химический способ, позволяющий получать покрытия толщиной до 3 мкм темно-синего или черного цвета. Пленки, сформированные в щелочных растворах, весьма пористы и поэтому пригодны в качестве защитных покрытий только в легких климатических условиях эксплуатации изделий. Их защитная способность может быть повышена пропиткой минеральными маслами, консистентными смазками или гидрофобизующими жидкостями. Однако такая дополнительная обработка для некоторых изделий неприемлема. Сравнительно лучшими антикоррозионными свойствами обладают пленки, полученные химическим оксидированием в бесщелочных растворах. Чаще всего для этого используют растворы, содержащие фосфорную кислоту и нитраты бария, кальция или некоторых других металлов. Формирующиеся пленки наряду с оксидами содержат фосфаты металлов, их толщина может достигать 5 мкм. Механическая прочность оксидно-фосфатных покрытий выше, чем оксидных, повышается также их термостойкость.

Продолжительность обработки изделий в бесщелочных растворах по сравнению с процессом щелочного оксидирования уменьшается в два-три раза, снижается температура рабочего раствора, что позволяет обрабатывать изделия, паянные мягкими припоями. Оксидно-фосфатный слой является хорошим грунтом под лакокрасочные покрытия.

Электрохимическое оксидирование проводится обработкой изделий на аноде в щелочном растворе, к которому в некоторых случаях добавляют окислители. Процесс идет при более низкой температуре и меньшей концентрации компонентов по сравнению с химическим оксидированием. Покрытия характеризуются лучшими защитными свойствами, чем полученные химическим способом. Однако электрохимический способ оксидирования не находит практического применения. Это связано с усложнением технологического процесса, требующего применения источников постоянного тока, специальных подвесных приспособлений, а также с низкой рассеивающей способностью электролитов, что затрудняет обработку профилированных деталей.

Основой процесса химического оксидирования стали является реакция взаимодействия металла со щелочью и окислителями. В горячем концентрированном растворе едкой щелочи железо переходит в раствор с образованием закисного соединения Fe + О + 2NaOH > Na2FeО2 + H2О. При повышении содержания в растворе окислителя образуется соединение трехвалентного железа Na2Fe2О4. Формирующаяся при этом на поверхности металла черная пленка состоит в основном из магнитной окиси железа, которая может образовываться по реакции Na2FeО2 + Na2Fe2О4 + 2Н2О > Fe3О4 + 4NaOH.

Формирование оксидной пленки начинается с возникновения на поверхности металла ее кристаллических зародышей. По мере того как оксид покрывает металл, изолируя его от воздействия раствора, уменьшается скорость растворения железа и образования пленки. Толщина пленки зависит от соотношения скоростей процессов возникновения центров кристаллизации и роста отдельных кристаллов. При большой скорости первого процесса быстро увеличивается количество кристаллических зародышей, и они смыкаются, образуя тонкую сплошную пленку. Если же скорость образования зародышей относительно невелика, создаются благоприятные условия для их роста и формирования оксидной пленки большей толщины.

Процесс оксидирования зависит от условий его проведения и состава обрабатываемой стали. При большой концентрации в растворе окислителя повышается скорость образования кристаллических зародышей оксида и, вследствие этого, формируются пленки небольшой толщины, а также уменьшается количество перешедшего в раствор металла. Понижение концентрации окислителя способствует росту толщины пленки, но при чрезмерно малом его содержании пленка получается механически непрочной и легко стирается. Увеличение концентрации окислителя приводит к повышению скорости формирования пленки в начальный период процесса. Повышение концентрации едкой щелочи способствует росту толщины пленки, но в сильно концентрированных растворах на поверхности металла могут выделяться рыхлые осадки гидрата оксида железа, что ухудшает внешний вид покрытия и снижает его защитную способность.

Перемешивание раствора способствует отводу продуктов растворения железа от поверхности металла, что приводит к уменьшению количества кристаллических зародышей оксида. При очень большой скорости перемешивания нарушаются условия получения компактной пленки, она получается рыхлой, иногда в виде порошка. Скорость формирования магнитной окиси железа падает с понижением температуры раствора, что приводит к уменьшению скорости возникновения центров кристаллизации и, следовательно, создает условия, благоприятствующие увеличению толщины оксидного покрытия.

На низкоуглеродистых сталях формируются пленки глубокого черного цвета, на высокоуглеродистых – черного, с серым оттенком. Высокоуглеродистые стали оксидируются быстрее, чем низкоуглеродистые. Поэтому при оксидировании малоуглеродистых сталей применяют растворы с повышенной концентрацией гидроксидов.

При электрохимическом оксидировании скорость растворения металла и образования оксидной пленки определяется не только составом и температурой электролита, но и режимом электролиза. Повышение анодной плотности тока ускоряет реакцию растворения железа и образование центров кристаллизации. Более толстые оксидные пленки формируются при сравнительно низких плотностях тока.

Процесс образования оксидно-фосфатных пленок имеет много общего с процессом фосфатирования. Его можно проводить в растворах, содержащих первичные фосфаты железа, марганца или цинка, с добавкой нитратов щелочноземельных металлов – кальция, стронция, бария. С увеличением концентрации в растворе нитратов уменьшаются размеры кристаллов фосфатного слоя, пленка становится гладкой, тонкой, приобретает темно-синюю окраску. На поверхности металла образуется тонкий оксидно-фосфатный слой. Аналогичные результаты достигаются при обработке стали в растворе, содержащем небольшое количество фосфорной кислоты и нитраты.

Образование оксидно-фосфатной пленки в указанных растворах определяется концентрацией их компонентов. При малом содержании нитратов и высокой концентрации кислоты происходит интенсивное травление металла и пленка не образуется. Оптимальное соотношение компонентов зависит от природы нитратов. Так, при концентрации 15-20 г/л Н3РО4 допускается содержание нитратов одновалентных металлов от 20 до 300 г/л, двухвалентных – от 20 до 100 г/л, трехвалентных – от 10 до 20 г/л. Оксидно-фосфатные пленки глубокого черного цвета образуются в растворах, содержащих нитраты щелочноземельных металлов. Окраска пленки зависит также от содержания в металле углерода и легирующих компонентов. На малолегированных сталях образуется пленка черного цвета, на стали ШХ-15 – серого цвета.

Защита стали от коррозии оксидными пленками помимо оксидных и оксидно-фосфатных покрытий может проводиться пассивированием ее в специальных растворах. При этом на поверхности металла образуется бесцветный или слегка окрашенный тонкий слой оксида, являющийся барьером против воздействия окружающей среды. Заметное повышение стойкости против коррозии в результате пассивирования наблюдается для легированных, в особенности хромоникелевых сталей. Для углеродистых сталей пассивирование является недостаточно надежным способом их защиты. Поэтому оно применяется лишь для предотвращения коррозии стальных деталей при межоперационном хранении, предохранения от появления на них следов захвата руками. Пассивирование деталей из хромоникелевых сталей используется для их защиты в условиях эксплуатации.

Щелочное оксидирование

Химическое оксидирование. Основным фактором, влияющим на процесс оксидирования стали, является концентрация в растворе гидроксидов, нитратов или нитритов калия или натрия. Обычно процесс идет при температуре кипения раствора или близкой к ней, которая определяется, в основном, содержанием щелочи. Так, температура кипения растворов, содержащих 800, 900, 1000 г/л NaOH, будет соответственно 142, 147, 152 °С.

Для получения более толстых оксидных пленок повышают концентрацию щелочи в растворе. Однако очень концентрированные растворы редко применяют, так как в них чаще может образоваться на поверхности деталей рыхлый налет гидрата окиси железа. В растворах щелочи с температурой кипения 150-155 °С формируются блестящие пленки глубокого черного цвета. При повышении температуры до 155-163 °С иногда образуются неравномерные пятнистые покрытия. В растворах, температура кипения которых достигает 163-165 “С, формируются серовато-черные матовые пленки. Присутствие в растворе нитритов способствует образованию блестящих покрытий с синеватым оттенком, присутствие нитратов – получению слегка матовых пленок черного цвета.

Специалистами разработан ряд добавок в щелочно-нитратные ванны оксидирования – солей щелочных металлов, хроматов. Они способствуют изменению окраски пленки, но почти не влияют на ее толщину и защитную способность и поэтому не находят практического применения. Для предотвращения образования рыхлого слоя гидроокиси железа рекомендуется вводить в раствор небольшие количества хлористого натрия, железистосинеродистого калия или перманганата калия. Но эти добавки мало используются. Обычные щелочно-нитрат-ная или щелочно-нитритная ванны стабильны в работе, а присутствие добавок других соединений требует более частого контроля и корректирования растворов.

Предотвращение образования налета гидроксида железа может быть достигнуто предварительным пассивированием стали в растворе хромата или бихромата калия или прогреванием на воздухе при 220-250 °С. При этом на поверхности металла образуется тонкая оксидная пленка, влияющая на ход последующего процесса оксидирования. Чем больше толщина этой пленки, тем меньшей толщины оксидного покрытия удается достигнуть.

Для щелочного оксидирования черных металлов используют растворы и режимы работы, приведенные в табл. 1.

Растворы 1 и 2 наиболее универсальны – в них можно обрабатывать стали различных марок, изменяя лишь температуру раствора и продолжительность выдержки в них изделий. В растворе 2 обработку высокоуглеродистых сталей и чугуна ведут при 135-140 °С в течение 10-30 мин, среднеуглеродистых- 135-145 °С, 30-50 мин, низкоуглеродистых- 145-155 °С, 40-60 мин, низко- и среднелегированных – 145-155 “С, 60-90 мин.

Продолжительность оксидирования при определенном температурном режиме зависит от марки обрабатываемой стали. С понижением содержания углерода она увеличивается. Например, в растворе 1 оксидирование стали, содержащей свыше 0,7 % углерода, ведут в течение 15-20 мин, 0,7-0,4 % углерода – 20-40 мин, 0,4-0,1 % углерода – 40-60 мин. Хромоникелевые стали оксидируют в течение 60-120 мин, чугун и кремнистые стали – 30-60 мин. Температурный режим работы ванны также изменяют в зависимости от состава обрабатываемого металла. При 135-145 °С оксидируют стали, содержащие 0,4-0,7 % углерода, при 145-155 °С – менее 0,4 % углерода и среднелегированные стали.

В растворе 2 формируются более блестящие, а в растворе 3 – более матовые покрытия. Замена в растворе 1 до 30 % нитрита натрия нитратом способствует некоторому повышению блеска покрытий. Растворы 5 и 6 пригодны для оксидирования углеродистых, низко-и среднелегированных сталей, а также для двухстадийной обработки с целый) получения покрытий, характеризующихся улучшенными антикоррозионными свойствами. Раствор 6 целесообразно использовать для обработки чугуна, углеродистых, низко- и среднелегированных сталей.

Для предотвращения образования красно-бурого налета гидроокиси железа на поверхности изделий при оксидировании в раствор 1 добавляют 5-10 г/л железистосинеродистого калия или перманга-ната калия. Хорошие результаты дает также применение раствора, содержащего (г/л): гидроксида натрия 600-700, нитрата натрия 30-50, нитрита натрия 15-18, хлористого натрия 18-20, при температуре 135-140° С.

Как было указано ранее, повышение концентрации едкой щелочи в растворе способствует получению более толстых оксидных покрытий, но при этом возрастает опасность возникновения на поверхности металла рыхлого налета гидроксида железа. Оксидные пленки, свободные от такого налета, формируются в растворах с меньшей концентрацией едкой щелочи.

Одним из путей получения доброкачественных покрытий сравнительно большой толщины, характеризующихся улучшенными антикоррозионными свойствами, является двух- или трехстадийная обработка. При двухстадийной обработке изделия сначала обрабатывают в растворе 4 с относительно меньшей концентрацией щелочи, когда формируется тонкая, но плотная пленка, а затем – в более концентрированном растворе 5, где происходит увеличение толщины оксидной пленки. В первой ванне изделия выдерживают в течение 20-30 мин, во второй – 30-40 мин. Еще более мелкозернистые плотные оксидные покрытия сравнительно большой толщины формируются при трехстадийной обработке. Для нее предложено использовать растворы следующих составов (г/л): гидроксида натрия 400-600 при 150-175 ° С; гидроксида натрия 400-500 и нитрита натрия 70-80 при 133-137 °С; гидроксида натрия 450-550 и нитрата натрия 60-70 при 147-152 °С. Продолжительность обработки для растворов 1 и 2 – 10-15 мин, для раствора 3 – 120 мин. Получаемые покрытия имеют коричневатый оттенок. Двухстадийное оксидирование иногда используется при изготовлении фурнитуры, трехстадийное – для деталей оптических приборов.

Многостадийное оксидирование, конечно, более трудоемко, чем обычное одностадийное. Однако, если необходимо повысить качество оксидных покрытий, целесообразно прибегать к многостадийному процессу.

Улучшению качества оксидных покрытий способствует предварительная обработка стальных изделий в 10-15 %-ном растворе хромата или бихромата калия. Образующаяся при этом на поверхности металла тонкая оксидная пленка предотвращает выделение налета гидроксида железа в начальной стадии щелочного оксидирования.

Независимо от состава раствора оксидные покрытия глубокого черного цвета могут быть получены только после того, как в нем накопится небольшое количество солей железа. Для этого после приготовления раствор прорабатывают непродолжительное время, загрузив в ванну стальные полосы или случайные детали. Вместо проработки раствора в него можно ввести 3-5 г/л сернокислого железа (окисного). Интенсивность окраски оксидных пленок заметно возрастает после пропитки их минеральным маслом с последующей протиркой ветошью.

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.11.08 Обновлено: 2020.03.04

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Обзор методов оксидирования стали

Метод оксидирования стали представляет собой действия, направленные на образование на поверхности металла оксидной пленки. Задача оксидирования в создании покрытий, которые будут нести декоративную и защитную функции. Кроме того, с помощью оксидирования образуются диэлектрические покрытия на конструкциях из стали.

Особенности оксидирования

Существует несколько способов оксидирования:

  • химический;
  • плазменный;
  • термический;
  • электрохимический.

Химический способ

Химическое оксидирование означает обработку поверхностей специальными расплавами, нитратными, хроматовыми растворами, а также другими окислителями. В результате, удается повысить антикоррозийные качества металла. Такие мероприятия проводятся с использованием кислотных или щелочных составов.

Щелочное оксидирование осуществляется при температурах 30-180 градусов. Основной компонент составов — щелочи, а окислителей добавляется совсем немного. После процедуры детали промывают и высушивают. Иногда после оксидирования проводится промасливание.

Кислотное оксидирование проводится с применением нескольких кислот (ортофосфорная, соляная, азотная) и небольших количеств марганца. Температурный режим процесса — 30-100 градусов.

Химическое оксидирование перечисленных разновидностей дает возможность получить пленку неплохого качества. Хотя нужно заметить, что электрохимический способ позволяет получить изделия более высокого качества.

Холодное оксидирование (чернение) также относится к химической методике. Осуществляется окунанием детали в раствор с дальнейшей промывкой, сушкой и промасливанием. В результате, на поверхности образуется кристаллическая структура с наличием фосфатов и ионов. Особенностью технологии являются относительно низкая рабочая температура (15-25 градусов по Цельсию).

Достоинства чернения в сравнении с горячим оксидированием:

  • детали лишь незначительно меняют свои размеры;
  • более низкий уровень потребления энергии;
  • высокий уровень безопасности;
  • нет испарений;
  • изделия имеют более равномерный цвет;
  • методика позволяет оксидировать даже чугун.

к содержанию ↑

Анодное оксидирование

Электрохимическое оксидирование (анодная методика) проводится в жидкой или твердой электролитной среде. Такой подход позволяет получить пленки высокой прочности таких видов:

  • покрытия с тонким слоем (толщина — 0,1-0,4 мкм);
  • устойчивые к износу электроизоляторы (толщина — 2-3 мкм);
  • защитные покрытия (толщина 0,3-15 мкм);
  • особые эмалевидные слои (эматаль-покрытия).

Схема анодирования алюминия

Анодирование поверхности окисляемой детали проводится на фоне положительного потенциала. Подобную обработку следует осуществлять, чтобы защитить части микросхем, а также создать на полупроводниках, стали, металлических сплавах диэлектрический слой.

Обратите внимание! В случае надобности, анодирование можно провести самостоятельно, однако необходимо четко придерживаться правил техники безопасности, поскольку в работе применяются агрессивные элементы.

Частный случай электрохимического оксидирования — микродуговое оксидирование. Методика дает возможность добиться уникальных декоративных свойств. Металл обретает дополнительную устойчивость к теплу и стойкость к коррозийным процессам.

Схема микродугового оксидирования от источника питания

Микродуговой метод отличается применением импульсного или переменного тока в слабощелочной электролитной среде. Таким образом, удается получить толщину покрытий в районе 200-250 мкм. Готовое изделие после обработки становится схожим по внешнему виду с керамикой.

Микродуговое оксидирование можно осуществить и самостоятельно, однако понадобится соответствующее оборудование. Особенность процесса состоит в его безопасности для здоровья человека. Именно этот факт обуславливает все большую популярность методики среди домашних умельцев.

Особенности плазменного и термического процессов

Термическое оксидирование означает возникновение оксидной пленки в среде водяного пара или другой содержащей кислоту атмосфере. При этом процесс характеризуется высокой температурой.

Самостоятельно выполнить такую операцию не представляется возможным, поскольку понадобится специальная дорогостоящая печь, где металл разогревается до 350 градусов. Однако в данном случае речь идет о низколегированных сталях. В случае же среднелегированных и высоколегированных сталей, температура должна быть еще выше — в районе 700 градусов. Общая продолжительность оксидирования по термической методике — порядка одного часа.

Также не получится воспроизвести дома и плазменный процесс. Такое оксидирование осуществляется в низкотемпературной кислородосодержащей плазме. Сама плазменная среда возникает благодаря СВЧ и ВЧ разрядам. Иногда задействуется постоянный ток. Особенность технологии — высокое качество получаемой продукции. Поэтому плазменное оксидирование используется для создания качественных покрытий на особо ответственных изделиях, к числу которых относятся:

Самостоятельное оксидирование

Описываемый здесь способ создания защитного покрытия на изделиях из стали доступен каждому. Вначале деталь зачищается и полируется. Далее с поверхности нужно убрать окислы (произвести декапирование). Декапируют деталь в течение минуты с помощью 5%-ного раствора серной кислоты. После окунания, деталь нужно промыть в теплой воде и перейти к пассивированию (5-минутное кипячение в растворе литра обычной воды с разведенными в ней 50 граммами хозяйственного мыла). Таким образом, поверхность подготовлена к процедуре оксидирования.

Последовательность дальнейших действий:

  1. Берем емкость с эмалевым покрытием. Она не должна быть поцарапана, на ней не должно быть сколов.
  2. Наливаем в емкость литр воды и добавляем в нее 50 граммов едкого натра.
  3. Ставим емкость на огонь и нагреваем раствор примерно до 150 градусов.

Через 1,5 часа деталь можно извлекать — оксидирование закончено.

Защита титана и его сплавов

Как известно, титан отличается невысокой устойчивостью к износу. Оксидирование титана и сплавов на его основе повышает их антифрикционные качества, улучшает устойчивость металла к коррозии.

В результате нанесения защитного слоя, на металле образуются толстые оксидные пленки (в диапазоне 20-40 мкм), обладающие повышенными абсорбционными качествами.
Конструкции из сплавов титана обрабатывают при температуре 15-25 градусов в растворе, включающем 50 граммов серной кислоты. Плотность тока составляет 1-1,5 Ампера на квадратный дециметр. Длительность процедуры — 50-60 минут. Если плотность тока превышает 2 Ампера на квадратный дециметр, продолжительность процесса уменьшается до 30-40 минут.

Во время нанесения защитного слоя, первые 3-6 минут поддерживается рекомендованная плотность тока, а напряжение в это время увеличивается до 90-110 В. По достижению данного показателя, плотность тока снижается до 0,2 Ампера на квадратный дециметр. Продолжается оксидирование без регуляции тока. В ходе процесса электролит перемешивается. Используются катоды из свинца или стали.

Защита поверхностей из серебра

Оксидирование серебра — это способ обработки серебряных изделий, в ходе которого происходит химическая обработка поверхности сернистым серебром. Толщина слоя приблизительно 1 мкм. Процедура осуществляется в растворах сернистых составов. Самым распространенным раствором считается серная печень.

В результате обработки серебро получает состаренный вид. Его цвет — от светло-серого до черного или коричневого. При этом на интенсивность цвета влияет толщина нанесенного слоя. Отрегулировать цвет можно в ходе полирования металла — выпуклости становятся светлыми, а впадины — остаются более темными. Контрастность позволяет подчеркнуть рельеф изделия. Оксидированное серебро иногда путают с черненным, хотя методика обработки поверхности в этих случаях отличается.

Защита поверхностей из латуни

Оксидирование изделий из латуни и бронзы указывает на то, что параметры оксидных пленок и расцветка поверхностей во многом зависят от составляющих этих сплавов. Например, при равных количествах в бронзовом металле цинка и олова, оксидная пленка образуется с трудом, однако при добавлении свинца качестве оксидной пленки резко возрастает. При обработке латуни сульфидом аммония сплавы с большим уровнем цинка поддаются оксидированию труднее, чем латунь, содержащая не больше 10% цинка.

Используемая издавна рецептура на основе, так называемой серной печени, ныне видоизменена: теперь после растворения кристаллов в нее добавляют сульфид аммония. Исходя из количества раствора можно получить разный цвет оксидной пленки: от светло-коричневого до темного коричневого или даже черного. Причем пленка получается отменного качества и равномерной расцветки.

Также, для обработки сплавов может использоваться 10% раствор тиокарбоната. Однако используется раствор только для латуней и бронз с низким содержанием цинка.

Еще один способ защиты поверхности бронзы и придания ей привлекательного вида — обработка тиоантимонатом натрия. В результате, получается равномерно покрытая пленка с красноватым оттенком.

Оксидирование — процесс, требующий глубокого знания химико-физических процессов и, как правило, дорогостоящего оборудования. Однако наиболее простая технология нанесения защитной пленки доступна каждому, достаточно выполнить несложную инструкцию, описанную в этой статье.

Добавить комментарий