Оксидирование стали: преимущества и методы обработки металла

Оксидирование

  • Применение оксидирования для металла
  • Технология
    • Анодное
    • Микродуговое
    • Холодное
    • Щелочное
    • Низкотемпературное
    • Электрохимическое

В современном мире имеется большое количество методов, которые используются для борьбы с образованием коррозии на поверхности металлов. Метод образования оксидной пленки является одним из самых эффективных.

Оксидирование металла

Оксидированиепредставляет собой особый вид процедуры покрытия металлического материала оксидной пленкой. В результате данного процесса на металлической поверхности появляется тонкая пленка, которая выполняет барьерную функцию. Она защищает материала от попадания воздуха и влаги.

Оксидирование металла является одним из самых действенных методов для его защиты от образования на поверхности ржавчины. Пленка покрывает его достаточно плотным слоем. После проведения процедуры все процессы окисления металла полностью прекращаются. В итоге изделия, которые обработаны методом оксидирования, служат дольше и сохраняют свои привлекательные внешние качества на долгие годы.

Данная процедура обработки разных видов изделий применяется не только для того, чтобы защитить металлические изделия от коррозии. Данная ее функция известна многим. Однако в некоторых ситуациях она используется для того, чтобы придать металлическому изделию декоративные качества.

Сегодня процедуре оксидирования подвергаются многие виды металлов.

В связи с этим выделяют:

Данная процедура встречается достаточно частою. Для нее используется:

Обратите внимание

В результате после обработки металл получает небольшой слой оксидной пленки, которая обладает отличными защитными качествами.

Сама процедура не отнимает много времени. Она проводится после предварительной подготовки металла. Его поверхность должна быть чистой и обезжиренной, чтобы оксидная пленка имела лучшее сцепление с алюминием.

Для алюминия применяется еще технология под название цветное оксидирование алюминия. Благодаря этому на поверхности металла образуется пленка определенного цвета. Этот процесс носит декоративный характер. Эффект от этого метода длится достаточно продолжительный период времени.

Сегодня не редко проводится оксидирование стальных изделий. Они являются подверженными образованию коррозийной пленки.

Химическое оксидирование стали

Для обработки стального материала применяется химический вид оксидирования. Он заключается в том, что сталь погружается в специально приготовленный кислый раствор, который способствует образованию на поверхности стали оксидную пленку. Она обладает небольшой толщиной. Однако у нее высокий уровень прочности.

Перед тем, как металл будет обработан оксидирующим веществом, его тщательным образом подготавливают. Для этого используются специальные средства для удаления загрязнений и жирной пленки.

Как известно такой металл, как титан и его сплавы обладают низким уровнем износостойкости. Для того чтобы металл приобрел прочность и твердость применяются разные методы. Одним из них является оксидирование. Благодаря нему на поверхности металла появляется защитная пленка, которая увеличивает прочность титана в разы.

Таблица 1. Оксидирование металла – подготовка поверхности

Состав и режимНомер раствора123
Состав, массовая доля, %
серная кислота (плотность 1,8 г/см3) 90—92 20—30
азотная кислота (плотность 1,4 г/см3) 95-97 5-6 40—60
фтористоводородная кислота или ее соли 3-5 0,5—1 10—12
Рабочая температура, К 290—300 290—300 290—300
Выдержка, мин 0,1—0,2 1—2 0,2—0,3

Технология оксидирования

Технология заключается в том, чтобы создать такие условия, чтобы на металлической поверхности образовалась оксидная пленка, предотвращающая проникновение кислорода и воды. Для этого используются специализированные растворы и подводится электрический ток при необходимости. Процесс может проводиться и холодным методом и горячим. Выбор метода зависит от вида металла.

Перед началом процедуры все металлы проходят подготовку. Это является первым этапом. На нем с поверхности удаляются все загрязнения. Также она обезжиривается.

Затем металл опускают в ту или иную среду и под действием внешних агрессивных условий определенного вида на них образуется плотная оксидная пленка.

Виды оксидирования

Сегодня используется большое количество видов. Они представлены следующими категориями:

Этот вид является достаточно распространенным. Он представляет собой образование на металле оксидной пленки для предотвращения появления коррозии методом их поляризации их анодов в среде, которая создается при помощи подключения электрического тока. Данный метод применяется для таких металлов, как алюминий, магний, титан.

Данная процедура заключается в том, что оксиды многих метало, которые были получены методом электрохимического окисления, подвергаются химической модификации с использованием электрического тока.

Благодаря периодически возникающим электрическим импульсам на поверхности металлов появляется плотная пленка, которая служит надежной защитой от появления коррозии. Данная процедура носит еще одно название плазменно-электролитическое оксидирование.

Оно используется лишь на небольшом количестве предприятий.

Эта процедура применяется только по отношению к стальным материалам разного типа. Ее еще называют чернением.

Сегодня не редко для обработки металлов используется щелочная среда. Для проведения данного процесса идеально подходят поверхности из стали. Технология проведения щелочного оксидирования предусматривает изготовление щелочной среды для того, чтобы при взаимодействии с металлом на его поверхности в результате взаимодействия образовалась оксидная пленка.

Данный вид процесса образования оксидной пленки является нейтральным. В процесс используется метод нагревания до невысоких температур, что обеспечивает покрытие металла слабой оксидной пленкой.

Этой процедуре подвергаются разные виды металлов. Металлы погружаются в среду электролита.

Таблица 2. Составы растворов для декапирования

Декапирование алюминия и его сплавовТемператураВремя обработки
Состав 1 :
Азотная кислота 10-15% раствор (по объему) 20°С 5-15 с

Таблица 3. Составы растворов для окрашивания алюминия в черный цвет

Для окрашивания в черный цвет:г/л (воды)Температура и время обработки
Состав 1:
Молибдат аммония = молибденовокислый аммоний = ammonium molybdate = парамолибдат аммония= (NH4)6Mo7O24 10-20 90-100°С / 2-10 мин
Хлорид аммония = хлористый аммоний = NH4Cl 5- 15

Таблица 4. Составы растворов для окрашивания алюминия в серый цвет

Для окрашивания в серый цвет:г/л (воды)Температура и время обработки
Состав 1:
Оксид мышьяка (III) = триокись мышьяка = трехокись мышьяка = arsenic trioxide As2O3 70-75 Кипение / 1-2 мин
Кальцинированная сода = карбонат натрия = натрий углекислый . Химическая формула, Na2CO3 70-75

Таблица 5. Составы растворов для окрашивания алюминия в зеленый цвет

Для окрашивания в зеленый цвет:г/л (воды)Температура и время обработки
Состав 1:
Ортофосфорная кислота 40-50 20-40°С / 5-7 мин
Кислый фтористый калий = калий бифторид = калий гидрофорид = kalium bifluoratum = potassium bifluoride = kaliumbifluorid = KHF2 3-5
Хромовый ангидрид = оксид хрома(VI) = трёхокись хрома = CrO3 (весьма химически активное вещество, способен вызвать при соприкосновении с органическими веществами возгорания и взрывы) 5-7

Таблица 6. Составы растворов для окрашивания алюминия в оранжевый цвет

Для окрашивания в оранжевый цвет:г/л (воды)Температура и время обработки
Состав 1:
Хромовый ангидрид = оксид хрома(VI) = трёхокись хрома = CrO3 (весьма химически активное вещество, способен вызвать при соприкосновении с органическими веществами возгорания и взрывы) 3-5 20-40°С / 8-10 мин
Фторсиликат натрия = кремнефтористый натрий = Na2SiF6 3-5

Таблица 7. Составы растворов для окрашивания алюминия в желто-коричневый цвет

Для окрашивания в желто-коричневый цвет:г/л (воды)Температура и время обработки
Состав 1:
Кальцинированная сода = карбонат натрия = натрий углекислый . Химическая формула, Na2CO3 40-50 80-100°С / 3-20 мин
Натрия хромат = хромовокислый  натрий = Na2CrO4 10-15
Гидроксид натрия = каустическая сода = каустик = Едкий натр = едкая щёлочь. Химическая формула NaOH 2-2,5

Источник: http://lkmprom.ru/clauses/tekhnologiya/oksidirovanie-i-tekhnologiya-ego-provedeniya-/

Суть различных методов оксидирования

Оксидирование – процесс формирования оксидной пленки на поверхности металла.

Оксидирование применяется для нанесения оксидных слоев на металлическое изделие в целях защиты от

коррозии, электроизоляции и для придания металлическому изделию декоративных свойств (воронение).

Оксидная пленка на малоуглеродистой стали имеет глубокий черный цвет, а на высокоуглеродистых сталях –

черный с сероватым оттенком.

Важно

Оксидированию подвергают изделия из стали, чугуна, алюминиевых, медных, цинковых и других сплавов.

Оксидирование металла можно проводить несколькими способами:

• термическое оксидирование;

• химическое оксидирование;

• анодное оксидирование (электрохимическое);

• пламенные методы (микродуговое оксидирование и др).

Термическое оксидирование

Термическое оксидирование – процесс  образования оксидной пленки на металле при повышенных

температурах в присутствии кислорода или водяного пара.

Термическое оксидирование проводят в специальных печах.

При термическом оксидировании низколегированных  сталей или железа (воронение) температуру

устанавливают в пределах 300-350 °С. В настоящее время этот способ самый распространенный и используют

его главным образом в качестве декоративной отделки.

Почти все стрелковое оружие и ряд точных приборов подвергают воронению, в результате чего изделия

приобретают красивый черный цвет. Также воронение используют, когда необходимо сохранить исходные

размеры изделия, так как оксидная пленка составляет всего 1,0-1,5 микрона.

Для легированных сталей термическое оксидирование проводится при более высоких температурах (до 700 °

С). Продолжительность процесса при этом составит около 1 часа.

Железоникелевые магнитные сплавы нагревают от 400 до 800 °С от получаса до полутора часов.

Диэлектрическая пленка, полученная при оксидировании, считается неотъемлемым этапом создания

полупроводников.

Совет

Довольно часто термическое оксидирование применяют для создания оксидного слоя на поверхности изделий

из кремния. Такая разновидность термического оксидирования называется термокомпрессионной и происходит

при повышенном давлении (до 107 Па) и температурах 800-1200°С.

Оксидированные кремниевые изделия применяются в основном в электронике.

Для повышения антикоррозионных свойств оксидированное изделие можно погрузить на 2-3 мин в горячий 2-

3% раствор мыла, а затем на 5-10 минут в минеральное трансформаторное или машинное масло при

температуре 105-120°С. После этой операции поверхность изделия становится блестящей, с равномерной

черной окраской.

Химическое оксидирование

Химическое оксидирование осуществляются в растворах (расплавах) окислителей (хроматы, нитраты и др).

С помощью данного метода поверхность изделия пассивируют или наносят защитные и декоративные слои.

Для черных металлов химическое оксидирование  проводится при температуре от 30 до 100 °С в щелочных или

кислотных составах.

Для кислотного оксидирования обычно используют смесь нескольких кислот, например, азотная и соляная

кислоты.

Обратите внимание

После нанесенного оксидного слоя металлические изделия хорошо промываются и сушатся.

Иногда готовое покрытие промасливают или обрабатывают в окислительных растворах.

Защитный слой, полученный химическим оксидированием, обладает меньшими защитными свойствами, чем

слой, полученный  термическим способом.

Анодирование (анодное оксидирование)

Анодирование – способ получения оксидной пленки в жидких либо твердых электролитах.

При анодировании поверхность металла, которая окисляется, имеет положительный потенциал.

Анодирование применяется для получения защитных и декоративных слоев на поверхностях различных

Читайте также:  Толщина клея для керамогранита на пол: советы и правила расчета

металлов и сплавов.

Анодное оксидирование наиболее часто применяется для получения покрытия на алюминии и его сплавах.

Слои, полученные на алюминии, обладают защитными, изоляционными, износостойкими, декоративными

свойствами.

Плазменные методы оксидирования

Плазменное оксидирование

проводят  при низких температурах в плазме, содержащей кислород.

Плазма образуется при помощи разрядов постоянного тока, СВЧ, ВЧ разрядов.

Такое оксидирование применяется для получения оксидных слоев на поверхности кремния и

полупроводниковых соединениях.

Также плазменным оксидированием повышают светочувствительность серебряно-цезиевых фотокатодов

Микродуговое оксидирование

– метод получения многофункциональных оксидных слоев.

Данный способ позволяет наносить слои с высокими защитными, коррозийными, теплостойкими,

изоляционными, декоративными  свойствами. Внешний вид покрытия напоминает керамику.

Процесс микродугового оксидирования в большинстве случаев проводится в слабощелочных электролитах при

подаче импульсного, либо переменного тока.

Оксидный слой приблизительно формируется на 70% вглубь основного металла.

Толщина покрытия составляет около 200 – 250 мкм.

Важно

Микродуговое оксидирование позволяет получать покрытия на деталях со сложным рельефом.

Применяемые электролиты экологичны и не оказывают вредного влияния на окружающую среду.

Применяется для формирования покрытий на магниевых и алюминиевых сплавах.

Источник: http://xn--80akrri9d.xn--p1ai/oxydirovanie.html

Проблематика оксидирования нержавеющей стали

Представленная в данной статье информация будет полезна для материаловедов, технологов и инженеров, задействованных в области обработки и изучения свойств металлов.

Получение декоративных покрытий все чаще находит применение в различных отраслях машиностроения, автомобилестроения, в производстве предметов быта.

Рассмотрим один из самых затребованных способов создания пленки — оксидирование нержавеющей стали.

Термины, определения, виды оксидирования нержавеющей стали

По определению под этим термином понимают создание пленки из оксидов на поверхности нержавеющей стали вследствие реакций окислительно-восстановительного характера.

Помимо защитной функции, декоративной отделки, применение этого процесса задействовано при необходимости создания диэлектрических слоев и изменения поверхностных физических процессов происходящих в среде высоких магнитных и электрических полей.

В зависимости от того каким способом было получено оксидирование различают:

  • Термический процесс
  • Химическое воздействие
  • Электрохимический процесс
  • Плазменное оксидирование

Рассмотрим эти процессы более подробно.

к содержанию ↑

Термический процесс

Термический процесс оксидирования заключается в обработке металла при определенных температурах в среде кислорода или водяного пара. Низколегированные стали и железо при таком воздействии получают пленку, называемую воронением. Температура для воронения составляет 300-350 градусов Цельсия. Для высоколегированных и высоко хромистых сталей этот показатель вырастает до 700 градусов. 

к содержанию ↑

Химическое оксидирование

Химическое оксидирование – получение защитной пленки при взаимодействии металла и расплавов, чаще растворов, оксидирующих веществ. К преимуществам такого метода относятся:

  • относительная простота
  • отсутствие высокотемпературных источников
  • простота оборудования
  • низкие трудозатраты

Единственным и самым существенным недостатком данного способа заключается в низких защитных характеристиках такой пленки и низкая стойкость при механических воздействиях. Преимущественное использование химического оксидирования заключается в нанесении подкрасочного слоя, а также для консервации механизмов и деталей в условии хранения в производственных цехах и отапливаемых складах.

Необходимость в использовании большого количества воды, ее последующая очистка, высокая стоимость воды и очищающих реагентов приводит к постепенному вытеснению с производств, в условиях ужесточения природоохранных норм. Холодное химическое оксидирование нержавеющих сталей стало доступным благодаря появлению в продаже двухкомпонентных химических реагентов.

Обратите внимание: Чем выше концентрация активных химических элементов тем быстрее скорость протекания реакции, но глубина проникновения меньше. Соответственно толщина пленки будет меньше.

к содержанию ↑

Электрохимическое оксидирование

Электрохимическое оксидирование нержавеющих сталей способ, который нашел широкое распространение в промышленности. Заключается он в том, что детали подвешиваются на специальные держатели.

На этом приспособлении они опускаются в раствор с щелочью, после чего ванна, в котором он находится, присоединяется к отрицательному катоду. Детали подсоединяются к положительному аноду.

При пропускании постоянного тока, согласно курсу физики, происходят процессы электролиза, сопровождающиеся повышением температуры. Скорость нанесения и толщина появляющейся пленки зависит от множества факторов. Основные влияющие факторы:

  1. Плотность протекающего тока.
  2. Электропроводность раствора, в который помещены детали
  3. Температура электролита
  4. Геометрия и конфигурация детали

Сложная геометрия, острые углы, изогнутые формы в контурах детали приводят к различию потенциалов, возникающих на поверхности нержавеющей стали и соответственно приводят к разности толщин пленки. Для таких деталей целесообразно использование предыдущего метода оксидирования.

к содержанию ↑

Плазменное оксидирование

Оксидирование плазмой происходит при условиях подобных к гальваническому чернению. При определенном достижении критического значения поляризации происходит плазменный микроразряд на поверхность анодируемой детали.

В отличие от электрохимического азотирования в формировании образовавшейся пленки участвует не только раствор щелочи, но и материал катода.

Характерной особенностью представленного метода можно назвать глубокое проникновение в слой нержавеющего металла и возможность получения равномерного покрытия на объектах сложной геометрической конфигурации.

Покрытия, которые образуются при применении такого метода, характеризуются повышенной адгезией к основе и свойствам, приближенным к керамике.

Учитывая цену оборудования и недостаточность исследований в этой области, его трудоемкость и необходимость высокой квалификации персонала не позволяют широко применять этот процесс в промышленности, ограничиваясь дорогостоящими отраслями и штучными изделиями.

Для алюминия, титана и сплава магния плазменное оксидирование находит ниши и распространение в промышленности.

Обратите внимание: терминология этого процесса не устоялась по сегодняшний день. Поэтому встретив в литературе оксидирование в режиме искрения, анодное осаждение, режим максимального напряжения, плазменно-электролитическое оксидирование надо понимать, что это один и тот же процесс – плазменное оксидирование.

к содержанию ↑

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:

  1. Травление в 10% растворе щавелевой кислоты
  2. Промывка и обработка в 1% растворе сульфида натрия до необходимой степени чернения
  3. 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: http://solidiron.ru/steel/problematika-oksidirovaniya-nerzhaveyushhejj-stali.html

Оксидирование

Оксидирование – процесс формирования оксидных пленок на поверхности металла. Оксидирование применяется для нанесения оксидных слоев, как в целях защиты, так и для придания металлическому изделию декоративных свойств.

Оксидирование металла можно проводить несколькими способами:

– химическое оксидирование;

– термическое оксидирование;

– анодное оксидирование (электрохимическое);

– пламенные методы (микродуговое оксидирование и др.).

Химическое оксидирование

Химическое оксидирование осуществляют обработкой изделия в растворах (расплавах) окислителей (хроматы, нитраты и др.). С помощью данного метода поверхность изделия пассивируют либо нанося защитные и декоративные слои.

Для черных металлов химическое оксидирование  проводится при температуре от 30 до 100 °С в щелочных либо кислотных составах.

Для кислотного оксидирования используют, в основном, смесь нескольких кислот, например, азотная (или ортофосфорная) и соляная кислоты с некоторыми добавками (Ca(NO3)2, соединения Mn). Щелочное оксидирование проводится при температурах немного выше, около 30 – 180 °С.

Совет

В состав вводят окислители. После нанесения оксидного слоя металлические изделия хорошо промываются и сушатся. Иногда готовое покрытие промасливают или дополнительно обрабатывают в окислительных растворах.

Защитные слои, полученные с применением химического оксидирования, обладают менее защитными свойствами, чем пленки, полученные  анодированием.

Термическое оксидирование

Термическое оксидирование – процесс  образования оксидной пленки на металле при повышенных температурах и в кислородсодержащих (может быть водяной пар) атмосферах. Термическое оксидирование проводят в нагревательных печах. При термическом оксидировании низколегированных  сталей либо железа (операция называется воронение) температуру поднимают до 300 – 350 °С.

Для легированных сталей термическое оксидирование проводится при более высоких температурах ( до 700 °С). Продолжительность процесса – около 60 минут. Очень часто термическое оксидирование применяют для создания оксидного слоя на поверхности изделий из кремния. Такой процесс проводится при высоких температурах (800 – 1200 °С). Применяются оксидированные кремниевые изделия в электронике.

Анодирование (электрохимическое или анодное оксидирование)

Анодирование – один из способов  получения оксидной пленки. Анодирование проводят в жидких либо твердых электролитах. При анодировании поверхность металла, который окисляется, имеет положительный потенциал. Анодирование применяют для получения защитных и декоративных слоев на поверхностях различных металлов и сплавов.

Анодирование наиболее часто применяют для получения покрытия на алюминии и его сплавах. На алюминии получают слои с защитными, изоляционными, износостойкими, декоративными свойствами.

Плазменные методы нанесения оксидных слоев

Плазменное оксидирование проводят  при низких температурах в плазме, которая содержит кислород. Плазма для данного вида оксидирования образуется при помощи разрядов постоянного тока, СВЧ, ВЧ разрядов.

Плазменное оксидирование применяют для получения оксидных слоев на различных полупроводниковых соединениях, поверхности кремния. Плазменным оксидированием можно повысить светочувствительность секребряно-цезиевых фотокатодов.

Микродуговое оксидирование

Микродуговое оксидирование (МДО) – метод получения многофункциональных оксидных слоев. Микродуговое оксидирование – походная от анодирования. Позволяет наносить слои с высокими защитными, коррозионными, теплостойкими, изоляционными, декоративными  свойствами. По внешнему виду покрытие, полученное микродуговым способом, очень напоминает керамику.

Сейчас  это один из самых перспективных и востребованных способов нанесения оксидных слоев, т.к. позволяет наносить сверхпрочные покрытия с уникальными характеристиками.

Процесс микродугового оксидирования ведется, в большинстве случаев, в слабощелочных электролитах при подаче импульсного либо переменного тока. Перед нанесением покрытия не требуется особой подготовки поверхности. Особенностью процесса является то.

Читайте также:  Покраска деревянных изделий: выбор лакокрасочных материалов

Что используется энергия от электрических  микроразрядов, которые хаотично передвигаются по обрабатываемой поверхности. Эти микроразряды оказывают на покрытие и электролит плазмохимическое и термическое воздействие. Оксидный слой приблизительно на 70 % формируется вглубь основного металла.

Только 30 % покрытия находится полностью снаружи изделия.

Толщина покрытий, полученных микродуговым способом, составляет около 200 – 250 мкм (достаточно толстое). Температура  электролита может колебаться от 15 до 400 °С, и это не оказывает на процесс особого влияния.

Применяемые электролиты не оказывают вредного влияния на окружающую среду и их срок службы очень долгий. Оборудование – компактное, не занимает много места и просто в эксплуатации.

Рассеивающая способность используемых электролитов высока, что позволяет получать покрытия даже на сложнорельефных деталях.

Микродуговое оксидирование применяется для формирования покрытий в основном  на магниевых и алюминиевых сплавах.

Оксидирование алюминия и алюминиевых сплавов

Для эффективной защиты алюминия от коррозии наилучшим способом является создание на его поверхности оксидных слоев. Для этого применяют химическое, электрохимическое либо микродуговое оксидирование.

Анодирование (анодное оксидирование)  алюминия

Покрытие может применяться как самостоятельная защита от атмосферной коррозии алюминия и его сплавов, или же, как основа под покраску.  Оксидная пленка легок растворима в щелочах, но обладает достаточно высокой стойкостью в некоторым минеральным кислотам и воде.

Состав защитного слоя на алюминии: аморфный оксид алюминия, кристаллическая γ-модификация Al2O3.

Твердость оксидного слоя: на техническом алюминии –  порядка 5000 – 6000 МПа, на сплавах алюминиевых от 2000 до 5000 МПа.

Обратите внимание

Слои, полученные методом оксидировании, отличаются хорошими электроизоляционными свойствами. Удельное электросопротивление составляет 1014 – 1015 Ом·м.

Анодированием можно получать на алюминии слои с различными заранее заданными свойствами. Можно получать твердые и мягкие защитные слои, безпористые, пористые, эластичные, хрупкие. Различные свойства получают при варьировании составом электролита и режимами электролиза.

При оксидировании алюминия в нейтральных или кислых электролитах (в большинстве растворов) поверхность алюминия почти моментально покрывается толстым слоем оксидов.

При электрохимическом оксидировании  сначала образуется тонкий слой окислов, а потом кислород, проникает сквозь этот слой, упрочняя и утолщая его. Окисный слой достигает толщины около 0,01 – 0,1 мкм и прекращает свой рост. Этот слой называется барьерным. Для продолжения роста окислов необходимо увеличить напряжение на ванне.

Некоторые электролиты способны растворять оксид алюминия. Если электролит не растворяет оксидную пленку – она достигает толщины, отвечающей заданному напряжению. Это около 1 – 2 мкм. Такие пленки используются  при производстве электрических конденсаторов, т.к. они не имеют пор, обладают хорошими электроизоляционными свойствами.

При использовании электролитов, способных растворять оксидный слой, утолщение пленки зависит от двух процессов, которые протекают на аноде:

– растворения пленки под воздействием электролита;

– электрохимического окисления металла у основания пор.

Если скорость окисления алюминия выше скорости растворения окислов, то происходит утолщение окисного слоя. В начале процесса оксидирования скорость окисления больше, скорости растворения, но с течением процесса увеличивается скорость растворения оксидов. Рост пленки прекращается, когда эти две скорости уравниваются.

Толщина оксидной пленки, полученной при анодировании алюминия, зависит от растворяющей способности электролита. А она, в свою очередь, определяется концентрацией кислоты, температурой и другими факторами.

Важно

Толщина оксидного покрытия зависит также от состава алюминия и его сплавов. Химически чистый алюминий легче анодировать, чем его сплавы. С увеличение в составе сплава различных добавок труднее получить пленки с хорошими характеристиками.

На алюминиевых сплавах, содержащих марганец, медь, железо, магний, покрытие получается шероховатым, неровным.

Это объясняется высокой скоростью растворения интерметаллических соединений, в виде которых эти металлы присутствуют в алюминиевом сплаве.

Оксидные пленки на алюминии, полученные методом анодирования, состоят из двух слоев: первый слой, на границе  с металлом, беспористый барьерный в толщину от 0,01 до 0,1 мкм; второй слой пористый и достаточно толстый (от 1 мкм до нескольких сотен мкм.). Рост окисного слоя происходит за счет утолщения внешнего слоя.

Химическое оксидирование алюминия

Химическое оксидирование алюминия – самый доступный, дешевый и простой способ получить оксидные пленки на алюминии и его сплавах. Метод химического оксидирования не требует подвода электрического тока.

Процесс проводится в растворах хроматов и позволяет оксидировать большое количество деталей одновременно. По качеству полученные пленки уступают слоям, полученным методами, с использованием тока.

Толщина оксидных слоев – около 2 – 3 мкм.

В связи с невысокими защитными свойствами окисных слоев, полученных химическим оксидированием, метод не нашел широкого применения (используется довольно редко).

Очень важно при химическом оксидировании алюминия и его сплавов постоянно контролировать температуру и состав электролита. При уменьшении концентрации щелочи в растворе для химического оксидирования – пленки получаются тонкие, а при увеличении и высокой температуре раствора  –  имеют рыхлую структуру.

Конечная обработка анодно-окисных слоев

Очень часто полученные защитные оксидные пленки подвергаются дополнительной обработке: окрашивание, уплотнение.

Уплотнение анодно-оксидных пленок на алюминии применяют для придания окисным слоям светостойкости, высокой коррозионной стойкости и повышения диэлектрических свойств.  Процесс уплотнения основан на способности оксидных слоев впитывать влагу.

Во время уплотнения часть оксидов превращается в гидроксиды, которые заполняют полые поры, тем самым уплотняя пленку. На производствах очень часто применяют для уплотнения горячую воду (температура порядка 100 °С). Качество уплотненных окисных слоев зависит от продолжительности обработки, температуры, характеристик самой пленки.

Для того чтоб ускорить процесс, в воду добавляют ПАВ и соли. Полученная пленка может быть от светло-серого до темно-серого цвета.

Еще один способ уплотнения оксидных слоев на алюминии – обработка в растворе бихромата калия (около 40 г/л) при температуре 90 – 95 °С. Продолжительность – 20 – 25 минут. На вид пленка зеленого цвета (светлый или с желтоватым отливом).

Защитные свойства оксидных слоев, уплотненных различными способами, примерно одинаковы.

Окрашивание анодно-оксидных пленок на алюминии проводят для придания изделию декоративных свойств.

Окрашивание проводится в различного типа красителях. Оксиды алюминия очень хорошо впитывают и удерживают органические и неорганические красители.

Перед окрашиванием пленку необходимо тщательно промыть от остатков электролита. Процесс пигментации проводят методом окунания в ванну с красящими веществами. Интенсивность и насыщенность цвета зависит от пористости и толщины оксидного слоя.

Совет

При использовании органических красителей можно получить большую гамму цветов, но их светостойкость низкая. Чтобы повысить светостойкость уже окрашенные слои дополнительно обрабатывают в уксуснокислых растворах никеля, кобальта и борной кислоты.

При окрашивании с использованием органических красителей процесс ведет в два этапа. Алюминиевое изделие с готовой оксидной пленкой поочередно погружают в раствор одной, а потом другой соли. Между погружениями следует промывка. Процесс ведется при комнатной температуре. В каждом растворе обработка длится 5 – 10 минут.

Если окрашенная пленка должна эксплуатироваться в агрессивной коррозионной среде – ее дополнительно пропитывают парафином либо бесцветным лаком.

Уплотнение окисной пленки на алюминии при окрашивании не происходит.

Источник: https://www.okorrozii.com/oksidirivanie.html

Оксидирование стали – все способы нанесения защитного покрытия

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.

Интересующий нас процесс можно выполнить по нескольким технологиям. Оксидирование принято делить на:

  • химическое;
  • электрохимическое;
  • термическое;
  • плазменное.

При химическом оксидировании поверхность изделий обрабатывают расплавами либо растворами хроматов, нитратов и других окислителей, что увеличивает антикоррозионную защиту металла. Подобная процедура может выполняться посредством применения щелочных или кислотных композиций.

Химическое оксидирование щелочного типа выполняется при температурах от 30 до 180 градусов. Для него используют щелочи и небольшое количество окислителей. После обработки деталей щелочными соединениями их обязательно промывают (весьма тщательно), а затем просушивают. В некоторых случаях заготовки, прошедшие процедуру оксидирования, дополнительно промасливают.

Для кислотной операции обычно применяют композиции, состоящие из 2–3 кислот – соляной, ортофосфорной, азотной, в которые добавляют в незначительных объемах соединения марганца и другие соединения. Температура такого способа оксидирования варьируется в пределах 30–100 градусов. Используется он чаще всего для декорирования и защиты от коррозии ржавления.

Химическое оксидирование любого из двух описанных типов позволяет получать в производственных и в домашних условиях пленки с достаточно высокими защитными характеристиками. При этом электрохимическая процедура предохранения стали от коррозионных явлений считается более эффективной. Именно поэтому химическое оксидирование для стальных изделий используется реже, нежели электрохимическое.

Анодный процесс (именно так обычно называют оксидирование электрохимического вида) осуществляется в твердых либо жидких электролитах. Он обеспечивает высоконадежные пленки следующих типов:

  • тонкослойные покрытия с толщиной от 0,1 до 0,4 микрометров;
  • электроизоляционные и износостойкие слои толщиной от 2–3 до 300 микрометров;
  • защитные покрытия от 0,3 до 15 микрометров;
  • специальные эмалеподобные слои (именуются в среде специалистов эматаль-покрытиями).

При анодировании поверхность окисляемого изделия характеризуется положительным потенциалом.

Такая процедура рекомендована для защиты элементов интегральных микросхем, создания на полупроводниковых материалах, сплавах и сталях диэлектрических покрытий.

При желании анодирование можно выполнить в домашних условиях, но при четком и безоговорочном соблюдении стандартов техники безопасности, так как для операции используются агрессивные соединения.

Обратите внимание

Частным случаем анодирования считается методика микродугового оксидирования, которая позволяет получать уникальные покрытия с высокими декоративными, теплостойкими, защитными, изоляционными и антикоррозионными параметрами. Микродуговой процесс осуществляется под действием переменного или импульсного тока в электролитах, имеющих слабощелочной характер.

Рассматриваемый способ нанесения специальных слоев обеспечивает толщину покрытий на уровне 200–250 микрометров. После выполнения операции поверхность изделия внешне похоже на керамику.

Микродуговое оксидирование при наличии оборудования нередко производят в домашних условиях. Во время процесса в воздух не выделяется каких-либо опасных для человека веществ.

Читайте также:  Как получить бежевый цвет: секреты и тонкости смешивания красок

По этой причине микродуговая обработка становится все более популярной среди домашних мастеров.

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.

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.

Самый простой способ нанесения защитного покрытия на стальные изделия в домашних условиях не требует особых умений. При желании оксидирование своими руками может выполнить любой.

Сначала деталь, которую планируется обработать, полируют либо зачищают. Затем с ее поверхности удаляют окислы (декапируют), используя для этих целей раствор (пятипроцентный) серной кислоты.

Изделие помещают в него на 60 секунд.

После ванны с кислотой деталь необходимо промыть в теплой воде и подвергнуть ее пассивированию – пятиминутному кипячению, которое осуществляют в растворе водопроводной воды с 50 граммами обычного хозяйственного мыла (такое количество моющего средства рассчитано на один литр воды). Теперь поверхность полностью готова к оксидированию. Для реализации процедуры следует:

  • взять эмалированную емкость, не имеющую царапин и сколов;
  • налить в нее воду (один литр) и развести 50 граммов едкого натра;
  • поместить емкость на плиту, положить в нее изделие и подогреть смесь до 140–150 градусов.

Через полтора часа деталь можно доставать – оксидирование успешно завершено!

Источник: http://tutmet.ru/himicheskoe-jelektrohimicheskoe-oksidirovanie-stali-domashnih-uslovijah.html

Обзор методов оксидирования стали

Способ оксидирования стали являет собой действия, которые направлены на появление на металлические поверхности оксидной пленки. Задача оксидирования в разработке покрытий, которые будут нести декоративную и защитную функции. Более того, при помощи оксидирования появляются диэлектрические покрытия на конструкциях из стали.

Специфики оксидирования

Есть несколько вариантов оксидирования:

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

Химический метод

Химическое оксидирование значит отделку поверхностей специализированными расплавами, нитратными, хроматовыми растворами, а еще иными окислителями. В результате, получается увеличить антикоррозийные качества металла. Такие мероприятия проводятся с применением кислотных или щелочных составов.

Щелочное оксидирование выполняется при температуре 30-180 градусов. Главный элемент составов — щелочи, а окислителей добавляется очень мало. После процедуры детали моют и сушат. Порой после оксидирования ведется промасливание.

Кислотное оксидирование ведется с использованием нескольких кислот (ортофосфорная, соляная, азотная) и минимальных количеств марганца. Режим температур процесса — 30-100 градусов.

Химическое оксидирование указанных разновидностей даст вам возможность получить пленку неплохого качества. Хотя необходимо заметить, что электрохимический метод дает возможность получить изделия очень хорошего качества.

Важно

Холодное оксидирование (чернение) также относится к химической методике. Выполняется окунанием детали в раствор с последующей промывкой, сушкой и промасливанием. В результате, на поверхности появится кристаллическая структура с наличием фосфатов и ионов. Спецификой технологии являются практически невысокая температура работы (15-25 градусов по шкале Цельсия).

Положительные качества чернения если сравнивать с горячим оксидированием:

  • детали лишь несущественно меняют собственные размеры;
  • более невысокий уровень энергопотребления;
  • высокий параметр безопасности;
  • нет испарений;
  • изделия имеют более одинаковый цвет;
  • методика позволяет оксидировать даже чугун.

Анодное оксидирование

Электрохимическое оксидирование (анодная методика) ведется в жидкой или твёрдой электролитной обстановке. Подобный подход дает возможность получить пленки большой прочности таких видов:

  • покрытия с тоненьким слоем (толщина — 0,1-0,4 мкм);
  • износостойкие электроизоляторы (толщина — 2-3 мкм);
  • покрытия для защиты (толщина 0,3-15 мкм);
  • особенные эмалевидные слои (эматаль-покрытия).

Схема анодирования алюминия

Анодирование поверхности окисляемой детали ведется на фоне позитивного потенциала. Аналогичную отделку необходимо выполнять, чтобы обезопасить части микросхем, а еще создать на полупроводниках, стали, железных сплавах диэлектрический слой.

Необходимо обратить свое внимание! На случай необходимости, анодирование можно проводить своими силами, но нужно четко держаться правил техники безопасности, потому как в работе используются агрессивные детали.

Частный случай электрохимического оксидирования — микродуговое оксидирование. Методика помогает добиться уникальных декоративных параметров. Металл приобретает добавочную стойкость к теплу и устойчивость к процессам коррозии.

Схема микродугового оксидирования от источника питания

Микродуговой способ различается использованием импульсного или электрического тока в слабощелочной электролитной обстановке. Подобным образом, получается получить толщину покрытий в районе 200-250 мкм. Готовое изделие после обработки становится похожим по своему виду с керамикой.

Микродуговое оксидирование можно реализовать и своими силами, однако потребуется специальное оборудование. Характерность процесса находится в его безопасности для человеческого здоровья. Конкретно данный факт обуславливает очень большую популярность методики среди домашних мастеров.

Специфики плазменного и термического процессов

Термическое оксидирование значит появление оксидной пленки в обстановке пара перегретого или остальной содержащей кислоту атмосфере. При этом процесс отличается большой температурой.

Своими силами сделать подобную операцию не возможно, потому как потребуется специализированная дорогая печь, где металл разогревается до 350 градусов.

Но в этом случае идет речь о низколегированных сталях. На случай же среднелегированных и высоколегированных сталей, температура обязана быть еще больше — в районе 700 градусов.

Общая длительность оксидирования по термической методике — порядка одного часа.

Совет

Также не выйдет воссоздать дома и плазменный процесс. Такое оксидирование выполняется в низкотемпературной кислородосодержащей плазме. Сама плазменная среда появляется благодаря СВЧ и ВЧ разрядам.

Порой задействуется постоянный ток. Характерность технологии — хорошее качество получаемой продукции.

Благодаря этому плазменное оксидирование применяется для создания хороших покрытий на очень ответственных изделиях, к числу которых относятся:

  • поверхности из кремния;
  • полупроводники;
  • фотокатоды.

Самостоятельное оксидирование

Описываемый тут метод создания покрытия с защитным эффектом на изделиях из стали каждый может себе позволить. Вначале деталь зачищается и полируется. Дальше с поверхности необходимо удалить окислы (сделать декапирование).

Декапируют деталь на протяжении минуты при помощи 5%-ного раствора серной кислоты. После окунания, деталь необходимо вымыть в тёплой воде и перейти к пассивированию (5-минутное кипячение в растворе литра обыкновенной воды с разведенными в ней 50 граммами простого мыла).

Подобным образом, поверхность готова к процедуре оксидирования.

Очередность дальнейших действий:

  1. Берем емкость покрытые эмалью. Она не обязана быть поцарапана, на ней не должно быть сколов.
  2. Льем в емкость литр воды и добавляем в нее 50 граммов едкого натра.
  3. Ставим емкость на огонь и нагреваем раствор ориентировочно до 150 градусов.

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

Защита титана и его сплавов

Как всем известно, титан различается низкой износоустойчивостью. Оксидирование титана и сплавов на его основе увеличивает их антифрикционные качества, делает лучше стойкость металла к ржавчине.

В результате нанесения слоя для защиты, на металле появляются толстые оксидные пленки (в диапазоне 20-40 мкм), обладающие очень высокими поглощательными 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. Продолжительность процедуры — 50-60 минут.

Если плотность тока превосходит 2 Ампера на квадратный дециметр, длительность процесса уменьшается до 30-40 минут.

Во время нанесения слоя для защиты, первые 3-6 минут поддерживается рекомендованная плотность тока, а напряжение в данное время становится больше до 90-110 В. По достижению этого показателя, плотность тока уменьшается до 0,2 Ампера на квадратный дециметр. Длится оксидирование без регуляции тока. В ходе процесса электролит смешивается. Применяются катоды из свинца или стали.

Защита поверхности из серебра

Оксидирование серебра — это метод обработки изделий из серебра, в ходе которого происходит химическая поверхностная обработка сернистым серебром. Толщина слоя примерно 1 мкм. Процедура выполняется в растворах сернистых составов. Наиболее популярным 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 действует толщина нанесённого слоя.

Настроить цвет можно в ходе полирования металла — выпуклости становятся яркими, а впадины — остаются более темными. Контрастность позволяет выделить рельеф изделия.

Оксидированное серебро порой путают с черненным, хотя методика обработки поверхности в этих обстоятельствах различается.

Защита поверхности из латуни

Оксидирование изделий из латуни и бронзы указывает на то, что параметры оксидных пленок и цветовая палитра поверхностей в большинстве случаев зависят от составляющих данных сплавов.

К примеру, при равных количествах в бронзовом металле цинка и олова, оксидная пленка появится с огромным трудом, но при добавлении свинца качестве оксидной пленки резко увеличивается.

Во время обработки латуни сульфидом аммония сплавы с высоким уровнем цинка поддаются оксидированию сложнее, чем латунь, содержащая меньше 10% цинка.

Применяемая с давних пор рецептура на основе, так именуемой серной печени, сейчас видоизменена: сейчас после растворения кристаллов в нее добавляют сульфид аммония.

Обратите внимание

Исходя из количества раствора можно получить разнообразный цвет оксидной пленки: от светло-коричневого до темного коричневого либо даже черного.

Причем пленка получается отменного качества и одинаковой расцветки.

Также, для обработки сплавов может применяться 10% раствор тиокарбоната. Однако применяется раствор исключительно для латуней и бронз с невысоким содержанием цинка.

Еще 1 метод защиты поверхности бронзы и придания ей привлекательного вида — обработка тиоантимонатом натрия. В результате, получается одинаково покрытая пленка с оттенком красного цвета.

Оксидирование — процесс, требующий глубокого знания химико-физических процессов и, в основном, дорогого оборудования. Однако самая простая методика нанесения пленки для защиты доступна каждому, нужно только выполнить несложную инструкцию, описанную в данной публикации.

Источник: http://versace-promo.ru/kraski-klei-gruntovki/obzor-metodov-oksidirovanija-stali/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector