Пленка на металле после окисления

Обновлено: 21.09.2024

У большинства металлов при взаимодействии с окислителями поверхность покрывается пленкой окислов.

Адсорбция окислителя на металле

Когда металл попадает в коррозионную среду, начальной стадией их взаимодействия является адсорбция окислителей (CO₂, H₂O, O₂, Cl₂, SO₂) на поверхности металла. Между атомами металла и окислителем сразу возникает сильная ионная связь – атом металла передает атому кислорода два электрона. Атом кислорода находится под воздействием поля, которое создают атомы металла. На поверхности металла адсорбируется окислитель, при этом внутренняя поверхность образовавшейся адсорбционной пленки заряжена положительно, а внешняя – отрицательно.

Распределение атомов окислителя на поверхности металла очень сильно зависит от расположения на поверхности атомов металла.

Поверхность металла заполняется хемосорбированным окислителем почти мгновенно и образуется тонкий слой окисляющего вещества. При пониженных температурах после хемосорбированного окислителя за счет ванн-дер-ваальсовых сил может возникнуть и физическая адсорбция молекул окислителя.

Образование продуктов коррозии

Если между металлом и окислителем есть химическое сродство (окисел термодинамически стабильный), то пленка, состоящая с хемосорбированного окислителя, превращается в окисную пленку. Металл и окислитель в окисной пленке поддерживают ионную связь.

Продукты коррозии – химические соединения, которые образовались в результате химического взаимодействия металла и некоторых компонентов окружающей среды. Продукты коррозии формируют на поверхности металла пленку, которая может обладать защитными свойствами, затрудняя подход окислителей. Данный процесс протекает с самоторможением во времени.

Пленки продуктов коррозии очень сильно влияют на жаростойкость металлов, поэтому необходимо изучить их свойства, закономерности роста и влияние на них различных внешних и внутренних факторов.

Классификация по толщине пленок на металлах

По толщине оксидной пленки на металлах их принято разделять на три группы: толстые, тонкие, средние.

Тонкие оксидные пленки невидимы для человека невооруженным глазом. Их толщина составляет до 400 Å.

Средние оксидные пленки в толщину достигают от 400 до 5000 Å и дают цвета побежалости.

Толстые оксидные пленки хорошо видны на поверхности металла. Их толщина составляет свыше 5000 Å. Иногда они могут быть достаточно толстыми, как, например, окалина на поверхности стали.

От защитных свойств оксидных пленок зависит жаростойкость металла, законы роста толщины пленки во времени и многое другое.

При образовании окисной пленки устанавливается скорость окисления металла, которая может изменяться во времени. По этому судят о защитных свойствах окисных слоев. Также защитные свойства оксидной пленки определяют в лабораторных условиях капельным методом. На ее поверхность наносят подходящий для данного случая реагент и определяют время его проникновения к основному металлу.

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:

• серебра;
• алюминия;
• меди;
• титана;
• латуни;
• бронзы.

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

• микродуговое;
• горячее;
• холодное.

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

Химическое оксидирование проводится погружением деталей в различные растворы. Низкотемпературный процесс покрытия осуществляют при температуре 30–180 °C. Сталь погружают в раствор щелочей или кислот с добавлением марганца. Затем, после извлечения из ванны, промасливают – смазывают маслом или на несколько секунд погружают в него деталь.

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

Кто наблюдал за сваркой деталей или их нагревом в термопечах, видел на поверхности цвета побежалости: от желтого оттенка до синего тона, переходящего в черный. Они зависят от температуры, до которой нагрелась сталь в конкретной точке. Чем сильнее прогрет металл, тем больше он окислен, имеет более темный цвет.

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

Оксидировать деталь с помощью лазера можно только в условиях промышленного предприятия. Деталь устанавливается на столе или зажимается в патроне, набирается программа, и лазер прогревает узкие полоски одна возле другой по всей поверхности. Оптимальный вариант – использование станков ЧПУ.

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

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.

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

• 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.

• 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. 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.

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.

• 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

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.

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.

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.

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.

Воронение стали Стальной пистолет после воронения

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.

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.

Особенности нанесения оксидной пленки на металлы

Сутью технологии оксидирования является принудительное окисление поверхности металла. Изделие или материал погружается в окислитель, после чего на нем образуется тонкая пленка. Состав окислителя определяется видом обрабатываемого металла. Далее я постараюсь ответить на вопросы, которые наиболее часто задают новички в металлообработке.

Назначение методы, особенности осуществления

Какова цель оксидирования?

• Придать изделию хорошие декоративные свойства.
• Защитить его от механических повреждений.
• Увеличить коррозийную стойкость металла.
• Окрасить поверхность в определенный оттенок.

Какие металлы можно подвергать оксидированию? Практически любые. Это нержавеющая сталь, чугун, алюминий, латунь, медь, бронза и серебро, никель и цинк. Для каждого металла существует собственный «рецепт» смеси для окраски. В зависимости от металла меняется не только состав, но и продолжительность обработки, температурный режим.

Существует строгая последовательность действий, указанная ниже:

После каждого этапа осуществляется промывка обрабатываемой детали в ванной с нижней подачей верхним сливом. Каждый этап оксидирования может иметь свою специфику, которая определяется видом металла.

Каким бывает оксидирование?

Технология реализуется термическим, химическим, электрохимическим и плазменным способом. Выбор того или иного метода определяется целью нанесения оксидной пленки и типом поверхности.

Например, если вам необходимо получить красивое декоративное покрытие, стоит воспользоваться термическим способом. Электрохимический метод (анодирование) чаще всего используют для алюминия и его сплавов. Плазменный метод позволяет получить покрытие, которое обладает защитными и декоративными свойствами в равной степени.Он чаще всего применяется в работе с деталями со сложными рельефами.

Видео Электрохимическое оксидирование металла в домашних условиях

Оксидные и фосфатные защитные пленки

Оксидирование стали

Естественные оксидные пленки образуются на поверхности металлов под влиянием кислорода воздуха. Такие пленки имеют незначительную тол- щину и поэтому не могут служить надежной защитой от коррозии.

Оксидные пленки большой толщины можно получить искусственным путем. Такие пленки могут защищать от коррозии. Оксидирование может осуществляться паротермическим, химическим и электрохимическим спосо- бами.

Оксидирование черных металлов нашло широкое применение в про- мышленности для защиты от атмосферной коррозии. Оксидную пленку на стали можно получить электрохимическим окислением в электролитах, пу- тем химической обработки в кислых или щелочных окислительных раство- рах, а также нагревом в атмосфере водяного пара. Наибольшее распростра- нение в промышленности получили химические методы щелочного и паро- термического оксидирования стали.

Паротермическое оксидирование производится в токе перегретого во- дяного пара при температуре 600°С. При этом образованная оксидная пленка состоит в основном из чистого магнетита Fe3O4.

Щелочное оксидирование проводят в щелочном нитрито-нитратном растворе состава (г/л):

гидроксид натрия — 700; нитрит натрия — 200; нитрат натрия — 50.

Оксидирование деталей ведут при температуре 136-142°С в течение 0,5-1,0 ч, предварительно проводят операции обезжиривания и травления по- верхности.

В растворе гидроксида натрия при достаточно высокой температуре железо на поверхности растворяется с выделением водорода и образованием гипоферрит-анионов:

Fe + 2OH– = FeO2 + H2­. В присутствии окислителей NO – и NO –
– 2–

образуются также и феррит-

анионы FeO2 . При наличии анионов FeO2

присутствуют также катионы Fe2+ и Fe3+:

и FeO2 в щелочном растворе

FeO2 + 2H2O = Fe + 4OH ; FeO2 + 2H2O = Fe + 4OH .
При достаточно высокой концентрации Fe2+ и Fe3+ образуется оксидная пленка, состоящая, главным образом, из магнетита Fe3O4.

После оксидирования изделия тщательно промывают горячей водой для удаления следов щелочи, обрабатывают в мыльном растворе для пасси- вирования, сушат и погружают в ванну с машинным или вазелиновым мас- лом, подогретым для лучшего заполнения пор до 100………-150°С…….

Оксидирование алюминия и его сплавов

Оксидирование алюминия и его сплавов осуществляют химическим или электрохимическим методами.

В результате химического оксидирования получают малопрочные пленки толщиной 1-2 мкм, поэтому этот процесс распространен в промыш- ленности недостаточно широко.

Электрохимическое оксидирование алюминия и его сплавов (анодиро- вание) применяется для защиты изделий от коррозии, для декоративной от- делки, придания электроизоляционных свойств, а также в целях подготовки под окраску. Анодирование осуществляется в сернокислых, хромовокислых и щавелевокислых электролитах. Анодирование в щавелевой кислоте при- меняется для получения оксидной пленки, обладающей электроизоляци- онными свойствами. В промышленности нашло широкое применение ано- дирование в серной кислоте с концентрацией 200 г/л. Процесс ведут при

анодной плотности тока 80-250 А/м2, комнатной температуре в течение 0,5 ч. Изделия завешивают на анодную штангу, а катодом служит листовой свинец.

Для повышения защитных свойств оксидная пленка наполняется со- единениями хрома путем обработки ее в растворе, содержащем 100 г/л хро- мата калия и 18 г/л карбоната калия, в течение 0,1-0,2 ч при температуре 90-95°С с последующей промывкой в воде и сушкой.

Для повышения качества отделки изделий применяют окрашивание оксидных пленок неорганическими соединениями или органическими краси- телями. Например, для получения синего цвета (берлинская лазурь) изделие с оксидной пленкой обрабатывается в растворе гексацианоферрата (II) калия (10-15 г/л) в течение 0,1-0,2 ч, затем в растворе хлорида железа (III). Для ок- рашивания под цвет золота применяют раствор, содержащий 1,0 г/л оранже- вого красителя, 0,1 г/л желтого и 0,1 г/л черного (кислотного). Окрашивание производят при температуре 20°C. Неорганические соединения дают более светостойкую окраску, чем органические, но при использовании органиче- ских красителей можно получить большее количество цветов и оттенков.

Фосфатирование стали

Фосфатирование – процесс получения на поверхности стали пленки фосфорнокислой соли железа и марганца. Толщина пленки, в зависимости от условий ее получения, колеблется от 5 до

15 мкм. Цвет черный или светло-серый.

Фосфатная пленка обладает высокими диэлектрическими свойствами, устойчива в керосине, смазочных маслах, жаростойка и морозостойка.

Механизм защиты железа фосфатной пленкой сводится к механичес- кому экранированию, т. е. изоляции поверхности железа от внешней корро- зионной среды. Вследствие пористости фосфатных пленок их защитное дей- ствие недостаточное, поэтому они, в основном, используются как грунт под окраску.

Для повышения защитных свойств фосфатной пленки ее обрабатывают пассивирующим хроматным раствором, содержащим 60-80 г/л хромата на- трия или калия, при температуре 70-80°С в течение 10-15с или пропитывают смазочными маслами при температуре 100-120°С.

Исходная соль для фосфатирования – препарат «мажеф» (сокращен- ное от марганца-железа-фосфата), который состоит из дигидроортофосфатов железа Fe(H2PO4)2 и марганца Mn(H2PO4)2.

В растворе дигидроортофосфатов образуются катионы этих металлов и анионы в результате диссоциации:

Me(H2PO4)2 = Me2+ + 2(H2PO4)-; (H2PO4)-= H+ + (HPO4)2-; (HPO4)2-= H+ + (PO4)3-.

Соли двух- и трехзамещенных фосфатов марганца и железа малорас- творимые, поэтому в процессе диссоциации соли «мажефа» в слое, гранича- щем с поверхностью изделия, образуется пересыщенный раствор этих солей, из которого происходит кристаллизация на поверхности железа фосфатного покрытия по реакциям:

Me2+ + (HPO4)2-= MeHPO4¯; 3Me2+ + 2PO4 = Me3(PO4)2¯,
где Ме – железо или марганец.

Фосфатирование производят в растворе, содержащем 30 г/л препарата

«мажеф» при температуре 90-98°С.

Процесс получения фосфатного покрытия на поверхности стальных изделий можно интенсифицировать, добавляя в раствор для фосфатирования окислители (нитрат натрия), растворы солей металлов, более благородных, чем фосфатируемые (например оксид меди). Для ускоренного фосфатирова- ния можно рекомендовать раствор, содержащий 30 г/л препарата «мажеф» и 0,3 г/л оксида меди.

Эмалевые покрытия

Эмаль представляет собой стекловидную массу, жаростойкую, устой- чивую во всех органических и минеральных кислотах, за исключением фто- ристоводородной кислоты и ее солей. Этот вид покрытия распространен в производстве аппаратов для химической промышленности и изделий до- машнего обихода.

Эмаль состоит из стеклообразующих и вспомогательных компонентов. Стеклообразующими материалами являются диоксид кремния в виде квар- цитов или речного песка, борный ангидрид, оксиды свинца, цинка, алюми- ния. К вспомогательным материалам относятся: окислители (нитраты натрия или калия, оксид марганца), оксиды, способствующие лучшему сцеплению эмали с металлом (оксиды натрия и никеля), глушители (фторид кальция, криолит), красящие вещества, приводящие эмаль в непрозрачное состояние (сульфид кадмия, оксиды кальция, алюминия, хрома и др.).

Высокая химическая стойкость эмалей обусловлена присутствием бу- ры и кремнезема, термостойкость обеспечивается близостью температурных коэффициентов линейного расширения покрытия и металла.

В химически агрессивной среде применяют покрытия кислотоупорной эмалью с содержанием диоксида кремния до 60% или щелочеупорной эма- лью с содержанием 50………-60% диоксида титана.

В таблице приведен примерный состав кислотоупорной эмали.

Наименование компонентов	Содержание, %	Наименование компонентов	Содержание, %
SiO2	67,0	K2O	4,0
Al2O3	9,3	B2O3	2,1
Na2O	10,2	BaO	2,0
CaO	5,1	MgO	0,3

Эмалевую суспензию наносят на очищенную поверхность изделия по- гружением в расплав или пульверизацией. Затем производят сушку покры- тия и обжиг слоя эмали в муфельных или электрических печах при темпера- туре 880-1050°С.

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала…

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор…

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры…

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? — задался я вопросом…

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

ПОКРЫТИЕ ОКСИД­НЫМИ ПЛЕНКАМИ

Анодизация. Как известно, алюминий спосо­бен быстро окисляться даже в естественных условиях, вследствие чего на поверхности образуется сплошной слой окиси алюминия (ALOs). Это — оксидная пленка, которая предохраняет алюминий от дальнейшего разрушения.

Алюминиевые сплавы в естественных условиях не образуют доста­точного слоя оксидной пленки, поэтому на деталях из алюминиевых сплавов создают оксидную пленку искусственно — химическим, чаще электролитическим. методом (анодизация).

Для анодизация детали из алюминиевого сплава помещают в электролитическую ванну на аноде (фиг. 158), через электролит (обычно 3%-ный раствор хромовой кислоты) пропускают электричес-

кий ток, под действием которого на поверхности деталей выделяются атомы кислорода, активно окисляющие металл. Вследствие этого образуется оксидная пленка светлосерого цвета, составляющая одно целое с металлом и надежно защищающая его от коррозии. Защитная способность пленки значительно увеличивается после покрытия ее жировыми веществами (раствор ланолина в бензине), которые запол­няют все поры и прочно в них удерживаются. Имеется несколько методов анодизации. Один из них — технологический процесс ано — дизации по методу Бенгоу— приведен в табл. 46.

Анодизация по методу Бенгоу наиболее распространена для всех деталей из алюминиевых сплавов. Другие методы отличаются составом электролита, ходом процесса и окраской слоя.

Анодное оксидирование является основным и наиболее рентабель­ным антикоррозийным .методом покрытия алюминиевых изделий из листов и труб, механических деталей, заклепок. Даже после терми­ческой обработки и расклепывания оксидная пленка на заклепках остается достаточно прочной и устойчивой против коррозии.

Д и х р о м и з а ц и я. Для защиты магниевых сплавов от корро­зии их погружают в двухромовокислые соли. При этом различают медленный и быстрый методы обработки. При медленной обработке ванна состоит из 1,5% двухромовокислого калия, 0,5% каустической соды и 1% квасцов. При приготовлении этого раствора в первую очередь делают сильно концентрированный раствор квасцов и каусти­ческой соды, а затем добавляют крепкий раствор двухромовокислого калия.

Ванну подогревают до температуры кипения раствора и погружают в нее детали на 6 часов. Чтобы устранить повышение концентрации раствора вследствие испарения воды, нужно проверять концентрацию ванны. Концентрация водородных ионов должна поддерживаться в пределах pH = 6,6 — 7,2. Если концентрация повышается, в ванну добавляют серной кислоты. Этот способ особенно пригоден для де­талей, подлежащих в дальнейшем окраске.

При быстром методе обработки применяют раствор, содержащий 3% сернокислого аммония, 1,5% двухромовокислого аммония, 1,5% хромовокислого калия и 0,5% аммиака. Аммиак добавляют к концен­трированному раствору солей, смесь разбавляют водой до требуемой концентрации и нагревают ее до температуры кипения. Детали погру­жают в кипящий раствор и выдерживают в нем 30мин. Концентрация водородных ионов в растворе должна быть pH = 5,6—6,7.

Для сохранения требуемой концентрации добавляют хромовую и серную кислоту.

Наилучшим, но очень дорогим антикоррозийным покрытием для магниевых сплавов является селеновая пленка. Для образования этой пленки детали погружают на 15 мин. в холодный 10%-ный рас­твор селеновой кислоты, к которому добавляют 0,1—0,5% хлористого натрия. После обработки селеном на поверхности получается порош­кообразное отложение пурпурного цвета, после удаления которого получается блестящее, хорошо приставшее к металлу покрытие.

1% NaOH, 3% жидкого стекла

Для стали антикоррозийными покрытиями этой группы являются: фосфатирование, пассивирование и воронение.

Фосфатирование (паркеризация) является одним из наи­более простых, экономичных и широко распространенных способов. Оно состоит в химической обработке поверхности детали растворами фосфорной кислоты, после чего на поверхности образуется плотная пленка фосфатов железа и марганца.

При фосфатировании происходит не простое наложение слоя, а как бы въедание фосфатов в металл, что обеспечивает прочность и стойкость пленки. Перед фосфатированием детали обезжиривают в кипящем растворе соды (поташа) и едкого натра, промывают в горя­чей воде, сушат и обрабатывают на пескоструйном аппарате. После этого их помещают в ванну, содержащую 27,5 г дигофата (порошок Паркера) на 1 л воды, нагретую до 96—98°. Процесс фосфатирования, происходящий с бурным выделением водорода, длится 30 мин. Обра­ботанные детали промывают в горячей воде, сушат, а затем покры­вают маслом или лаком.

Фосфатированные изделия получают черный блестящий цвет. Иногда фосфатирование применяют в качестве грунтовки перед окраской.

Читайте также:

  
• Узоры из металла профиля
  
• Шкаф для ключей металлический
  
• Струбцина лоток для архивного переплета документов формата а4 металл до 100 мм 950 л 531083
  
• Осаждение белков солями тяжелых металлов вывод
  
• Металлический петух весы мужчина характеристика