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.
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.
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.
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).
Анодное оксидирование
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.
Где используются обработанные изделия
Иногда способа обработки с помощью щелочных и окислительных средств достаточно. Эстетически привлекательно смотрятся кованные ограды и заборы, которые не окрашены цветной краской, а обработаны химическим, термическим или электрохимическим способом.
Данный способ отделки металлических изделий используется для того, чтобы:
- Защитить поверхность от образования коррозии, когда изделие используется в строительных целях. Даже когда не производится прямое негативное воздействие на металлический предмет, защита такого рода просто необходима.
- Защитить поверхности от агрессивных воздействий внешней среды, например, заборы, решетки на окна, столбы и металлические детали декора зданий.
- Сформировать слой, который образует электроизоляционный щит. Это применимо в технике и постройках, которые должны обезопасить человека от воздействий электрического тока.
- Изменить эстетические или декоративные свойства, если нет желания окрашивать детали, изменяя их уникальный рельеф.
Используются такие изделия и детали в быту, строительстве, ювелирном деле. Увеличить стойкость можно с помощью вспомогательного покрытия – лакокрасящего средства.
Часто воронения становится достаточно. Деталь приобретает темные оттенки с характерным отливом. Дополнительные способы отделки позволяют варьировать цветовую гамму.
В любом случае, оксидирование металлических изделий и деталей просто необходимо для того, чтобы сохранить их положительные характеристики. Производится процедура в домашних и заводских условиях, с соблюдением специфических технологий работы. Необходимы и вспомогательные вещества: окислитель и щелочь. Правильный температурный режим и достаточное время выдержки приведут к качественному воронению металла любого сплава.
Мастер-классы по оксидированию на дому (2 видео)
Оксидированный металл (20 фото)
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
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.
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.
Плазменное оксидирование
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.
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.
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.
Лазерное оксидирование
В чем заключается метод оксидации
Большинство металлических веществ вступает в активную фазу с различными химикатами. В ряде случаев она происходит с выделением стороннего вещества, которое может стать защитой для основного изделия. В рассматриваемом способе возникает оксидная пленка после нанесения на поверхность специального раствора.
Жидкость под влиянием окислительно-восстановительной реакции приводит к созданию верхнего слоя, который увеличивает коррозийную стойкость, а также декорирует плоскость. Следует отметить, что разновидностей процесса несколько, они выбираются в зависимости от того, какого эффекта нужно добиться, а также – какой материал подвергается обработке. Посмотрим более внимательно за видами.
Сложности работы по чернению, связанные с нержавеющей сталью
Все описанные выше способы идеально подходят для черных сплавов и мало легированных сталей. Требуется особый подход, комплекс мероприятий для чернения нержавеющей стали, как условно инертного сплава. Разрозненные данные в литературе о прямом чернении нержавеющей стали противоречивы и на практике не всегда срабатывают. В производственных масштабах принято решать этот вопрос двухэтапным подходом. Первый этап анодирование нержавеющей стали другим, более склонным к оксидированию металлом. В основном это никель, реже медь. Второй этап оксидирование полученной поверхности. Химиками многих стран ведется разработка специальных пассивирующих паст, составов для чернения нержавеющих сталей, способных склонять их к оксидированию.
Для нанесения декоративной пленки, неработающей при перепаде температур, на поверхности, не испытывающей больших механических нагрузок, можно применить следующий способ оксидирования:
- Травление в 10% растворе щавелевой кислоты
- Промывка и обработка в 1% растворе сульфида натрия до необходимой степени чернения
- Промасливание образца из нержавеющей стали.
Исходя из представленной информации, можно сделать вывод, что использование чернения для нержавеющей стали носит характер коммерческого декоративного покрытия. Использование оксидирования для достижения более высоких характеристик металла неоправданно и не может быть гарантированно. Для получения пленок защитного характера, расширяющих область применения нержавеющих сталей, стоит рассматривать другие способы и методы.
Источник
Архитектурное анодирование
Архитектурное анодирование дает покрытие тверже, чем стекло, а это значит, что оно менее подвержено повреждениям, износу и при необходимости может быть очищено при помощи абразива для восстановления исходного блеска. Преимущества анодированного алюминия в архитектуре:
Эстетика
Прозрачный оксидный слой подчеркивает богатый металлический внешний вид алюминия, а не скрывает его, как краска. Оксидный слой, в отличии от порошковой покраски не отслаивается и не шелушится.
Коррозионная стойкость
Оксидный слой устойчив к коррозии и это является одним из самых главных преимуществ анодированного алюминия.
Слой оксида алюминия является стойким, твердым и самообновляющимся, потому что алюминий спонтанно образует тонкий, но эффективный защитный оксидный слой, который предотвращает дальнейшее окисление или коррозию при механическом повреждении.
Анодированный алюминий не будет патинироваться, как медь и цинк, не ржавеет как сталь. Это отличный материал для использования в морской среде и прибрежных водах.
Анодированный алюминий обладает высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям даже во многих промышленных средах, в которых часто корродируют другие металлы. Основными загрязнителями в городской среде являются окись углерода и двуокись углерода, которые не влияют на анодированную алюминиевую поверхность.
Долговечность
Обладая очень прочным и устойчивым к истиранию оксидным слоем, анодированный алюминий достаточно прочен, чтобы выдерживать суровые и неблагоприятные климатические условия.
Стойкость к механическим повреждениям
Оксид алюминия является очень твердым соединением, которое признано вторым по твердости после алмаза по шкале минеральной твердости Мооса. Поэтому поверхность анодированного алюминия обеспечивает превосходную устойчивость к царапинам и истиранию.
Без отслоения
Анодирование является электролитическим процессом, который преобразует поверхность металла в оксидный слой, интегрированный в сам металл. Это не покрытие, нанесенное на поверхности металла. Следовательно, нет рисков разрушения анодной пленки, связанных с такими процессами, как пыление, образование пузырей, трещин, сколов или отслоений.
Без выцветания
Такие оттенки как серебро, шампань, бронза, золото и черный не содержат органических элементов. Эти покрытия не выцветают в течение всего срока службы.
Без пыления
Пыление – это формирование мелкодисперсного порошка на окрашенной поверхности пленки под воздействием атмосферных явлений (песчинок, переносимых ветром). Оно может вызвать значительное ухудшение внешнего вида поверхности со снижением уровня глянца, поверхностного блеска и цвета.
Анодированный алюминий не подвержен данной проблеме: он устойчив к негативному воздействию окружающей среды, одинаково стабилен в условиях жаркого (пустынного), морского или влажного климата.
Без образования нитевидной коррозии
Нитевидная коррозия– это «атака» на скрытую область между алюминием и слоем покраски, которая приводит к распространению коррозии под покрасочным слоем.
При анодировании анодный (оксидный) слой составляет одно целое с алюминием, и межуровневый слой просто отсутствует. А это значит, что покрытие никогда не будет подвержено нитевидной коррозии.
Причем в случае повреждения поверхности от удара или прокола, алюминий просто восстановит себя путем естественного окисления.
Равномерное покрытие
При анодировании, изделие полностью погружается в ванну, что обеспечивает равномерное покрытие поверхности оксидной пленкой.
Своими руками
Представленные выше способы применяются только на производстве, но если вы готовы к самостоятельным экспериментам, то нужно создать небольшую домашнюю лабораторию.
Для эксперимента возьмите небольшую стальную деталь, которая без проблем поместится в трехлитровую банку.
Этапы работ
Выполняйте каждый из них последовательно и тщательно. Заранее подготовьте все необходимые инструменты.
Грубая зачистка
Возьмите щетку по стали или наждачку с крупным зерном. Вам нужно убрать всю ржавчину до основания, а также другие загрязнения. Лучше, если вы потом пройдетесь мелкозернистой наждачной бумаги для однородности поверхности.
Полировка
Отлично подойдут специальные пасты с мелким абразивом или диски на ручных шлифовальных машинках.
Снятие налета
Иными словам – избавьте элемент от жира, масляных следов, а также остатков полировальной пасты.
Обработка
Для этого наведите раствор серной кислоты с 5% содержанием вещества и поместите туда заготовку на 1 минуту.
Промывание
Сперва ополосните деталь в обычной проточной воде, а затем прокипятите ее в мыльном водном составе. Теперь в емкости сделайте 5% раствор едкого натра, поместите туда заготовку и нагрейте до 150 градусов, выдержите в течение 2 часов. Потом просто дайте ему остыть и оцените результат. У вас получилось оксидированное покрытие – это прекрасный эффект, достигнутый в домашних условиях. Чтобы уточнить интересующую вас информацию и приобрести ленточнопильные станки российского производства по металлу, свяжитесь с менеджерами по телефонам 8 (908) 135-59-82;;. Они ответят на все ваши вопросы.
Металлические защитные покрытия
В качестве анодных металлических покрытий выступают металлы, электрохимический потенциал которых меньше, чем у обрабатываемых материалов. У катодных он, наоборот, выше.
Катодные покрытия препятствуют проникновению агрессивных сред к основному металлу благодаря образованию механического барьера. Они лучше защищают поверхности от негативных воздействий, но только в случае неповрежденности.
В зависимости от способа нанесения металлические покрытия подразделяются на следующие виды.
Гальванические покрытия
Гальванизация – это электрохимический метод нанесения металлического защитного покрытия для защиты поверхностей от коррозии и окисления, улучшения их прочности и износостойкости, придания эстетичного внешнего вида.
Гальванические покрытия применяются в авиа- и машиностроении, радиотехнике, электронике, строительстве.
В зависимости от назначения конкретных деталей на них наносятся защитные, защитно-декоративные и специальные гальванические покрытия.
Защитные служат для изоляции металлических деталей от воздействия агрессивных сред и предотвращения механических повреждений. Защитно-декоративные предназначены для придания деталям эстетичного внешнего вида и их защиты от разрушительных внешних воздействий.
Специальные гальванические покрытия улучшают характеристики обрабатываемых поверхностей, повышают их прочность, износостойкость, электроизоляционные свойства и т.д.
Газотермическое напыление
Представляет собой перенос расплавленных частиц материала на обрабатываемую поверхность газового или плазменным потоком. Покрытия, образованные таким методом, отличаются термо- и износостойкостью, хорошими антикоррозионными, антифрикционными и противозадирными свойствами, электроизоляционной или электропроводной способностью. В качестве напыляемого материала выступают проволоки, шнуры, порошки из металлов, керамики и металлокерамики.
Выделяют следующие методы газотермическогого напыления:
- Газопламенное напыление: самый простой и недорогой метод, применяемый для защиты крупных площадей поверхности от коррозии и восстановления геометрии деталей
- Высокоскоростное газопламенное напыление: используется для образования плотных металлокерамических и металлических покрытий
- Детонационное напыление: применяется для нанесения защитных покрытий, восстановления небольших поврежденных участков поверхности
- Плазменное напыление: используется для создания тугоплавких керамических покрытий
- Электродуговая металлизация: для нанесения антикоррозионных металлических покрытий на большие площади поверхности
- Напыление с оплавлением: применяется тогда, когда риск деформации деталей отсутствует или он оправдан
Погружение в расплав
При использовании этого метода обрабатываемые детали окунаются в расплавленный металл (олово, цинк, алюминий, свинец). Перед погружением поверхности обрабатываются смесью хлорида аммония (52-56 %), глицерина (5-6 %) и хлорида покрываемого металла. Это позволяет защитить расплав от окисления, а также удалить оксидные и солевые пленки.
Данный метод нельзя назвать экономичным, так как наносимый металл расходуется в больших количествах. При этом толщина покрытия неравномерна, а наносить расплав в узкие зазоры и отверстия, например, на резьбу, не представляется возможным.
Термодиффузионное покрытие
Данное покрытие, материалом для которого выступает цинк, обеспечивает высокую электрохимическую защиту стали и черных металлов. Оно обладает высокой адгезией, стойкостью к коррозии, механическим нагрузкам и деформации.
Слой термодиффузионного покрытия имеет одинаковую толщину даже на деталях сложных форм и не отслаивается в процессе эксплуатации.
Плакирование
Метод представляет собой нанесение металла термомеханическим способом: путем пластичной деформации и сильного сжатия. Чаще всего таким образом создаются защитные, контактные или декоративные покрытия на деталях из стали, алюминия, меди и их сплавов.
Плакирование осуществляется в процессе горячей прокатки, прессования, экструзии, штамповки или сваривания взрывом.
Что дает анодирование
Чем-то анодирование похоже на гальванические процессы, возникающие во время хромирования или оцинковки стали. Но есть существенная разница: исключено использование посторонних веществ, пусть даже похожих по свойствам и химическому составу. Оксидирование ведётся на основе самого металла, подвергаемого электрохимическому воздействию.
При анодировании процесс поддаётся регуляции, оксидному слою придаются заранее заданные свойства, а результатом служит прочность оксидируемого участка.
Лучше всего защитный слой в результате анодирования образуется на таких металлах, как алюминий, титан, сталь, тантал. Главное же требование к технологии, чтобы металл имел только один оксид с высокими адгезивными свойствами.
Но для обеспечения адгезии нужна пористая структура, которая обеспечит соприкосновение рабочей смеси с чистым металлом поверхности, что значительно ускоряет процесс оксидирования.
- Первый тип – пористая поверхность оксидной плёнки. Получается при воздействии на металл кислых электролитов. Структурированная порами поверхность служит отличной основой для того, чтобы на неё легли лакокрасочные материалы, которые своей структурой, образующейся в процессе полимеризации основы, закрепляется во фракталах пор. То есть анодированная поверхность способствует повышенной адгезии.
- Барьерная. Относится ко второму типу. Это самостоятельное защитное покрытие, которое защищает металл от контактов с внешней агрессивной средой.
Впрочем, созданием защитных слоёв процесс анодирования не ограничивается. Применяя разные материалы и меняя уровень напряжения, можно получить разные оттенки анодированной плёнки. Чем активно пользуются дизайнеры при оформлении интерьеров, когда облицовочным материалом служит алюминий.
