Оксидирование стали

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.

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.

Статья по теме: Популярные способы воронения стали в домашних условиях

Используются такие изделия и детали в быту, строительстве, ювелирном деле. Увеличить стойкость можно с помощью вспомогательного покрытия – лакокрасящего средства.

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.

Оксидирование металла

Процесс оксидирования применяют для создания декоративных и защитных покрытий на поверхности металла. Суть этого процесса заключается в образовании защитной пленки в результате окислительно-восстановительных химических реакций. Качество оксидирования металла можно грубо проверить «на глазок» и на ощупь. Если после оксидирования на изделии видны светлые пятна, или же при попытке протереть поверхность металла салфеткой или рукой пленка стирается, то налицо явное нарушение технологии оксидирования.

Существуют следующие разновидности оксидирования: • Термическое; • Химическое; • Электрохимическое, которое еще называют анодным оксидированием; • Плазменное.

При термическом оксидировании изделия подвергают нагреванию в присутствии кислорода или водяного пара. Одним из наиболее распространенных способов термического оксидирования является воронение низколегированных сталей и железа. Воронение производят при температуре до 350 °С. В настоящее время этот способ используют главным образом в качестве декоративной отделки. Легированные стали подвергают более сильному нагреванию (от 400 до 700 °С) на протяжении часа, а железоникелевые магнитные сплавы нагревают от 400 до 800 °С от получаса до полутора часов. Термическое оксидирование – неотъемлемый этап создания полупроводников, которые таким образом получают защиту (в виде диэлектрической пленки) от неблагоприятных внешних воздействий. Уже на протяжении трех десятков лет существует такая разновидность термического оксидирования, как термокомпрессионное. Оно применяется для кремниевых структур и осуществляется при повышенном давлении (до 107 Па) и температурах от 700 до 1200 °С.

Химическое оксидирование подразумевает использование растворов или расплавов различных окислителей (хроматов, нитратов, фторидов). В качестве примера можно привести химическое оксидирование алюминия. Трудоемкость этого метода значительно ниже, чем при анодировании, но и защитные свойства оксидной пленки тоже меньше. Процесс подготовки к химическому оксидированию состоит из следующих этапов: расконсервации; монтажа деталей на подвесках; химического обезжиривания; промывки в теплой и холодной проточной воде; травления в растворе едкого натра; отмывание в теплой и холодной водах; осветления в азотной кислоте; удаления азотной кислоты и ее солей промыванием в воде. Оксидирование алюминия химическим способом требует тщательного соблюдения технологических процессов, отклонение от которых (будь то даже незначительное изменение состава окислителей, или жесткая вода для промывки) приведет к созданию дефектов оксидной пленки. Химическое оксидирование черных металлов проводят при температуре от 30 до 100 °С с применением смесей из ортофосфорной (или азотной), соляной кислот с добавками Ca(NO3)2, Mn, а также в расплавах, состоящих из нитрата и нитрита натрия с добавлением оксида марганца (MnO2) при температурах от 250 до 300 °С. При использовании фосфорной кислоты цвет пленки получается темно-зеленый, а при использовании фторсиликатного раствора – золотистый (от желтоватого до коричневого).

Анодное оксидирование (электрохимическое оксидирование) требует применения жидких или твердых электролитов. Поверхность окисляемого металла имеет положительный заряд, то есть представляет собой анод, откуда и пошло название метода. Толстые оксидные слои получаются при использовании CrO3 и растворы серной кислоты. Для получения тонких пленок при электрохимическом оксидировании предпочтительно использование растворов Н3ВО3 и Н3РО4. Одним из наиболее перспективных видов электрохимического оксидирования является микродуговое оксидирование. При этом виде оксидирования применяется импульсный ток, в отличие от постоянного при анодном оксидировании. Напряжение доходит до 1000 В, что на порядок выше и используются не кислотные электролиты, а слабощелочные. Преимущества микродугового оксидирования перед анодным заключаются в большей экологичности электролитов, отсутствии необходимости предварительной подготовки поверхности изделия, в простоте технологии и компактности оборудования для оксидирования.

Подготовка к анодированию

Своими руками анодирование может провести любой, однако нужно создать минимальные меры предосторожности, прежде чем начинать работу. Лучше всего, чтобы процесс проходил на открытом воздухе: на улице или хотя бы на балконе

Также нужно подумать о самозащите, т.к. в ходе анодирования вы будете иметь дело с кислотой, а это химическое вещество, которое способно вызвать неприятный зуд при попадании на кожу, и куда более тяжелые травмы, если попадет на слизистую оболочку глаз.

Процесс анодирования своими руками вы можете увидеть на фото.

Лучше всего заниматься анодированием в защитных очках и заранее подготовить воду или слабый содовый раствор, чтобы, в случае чего, сразу же промыть участок, на который попала кислота.

Анодирование ни в коем случае нельзя проводить в закрытом помещении, т.к. вы будете иметь дело с выделениями кислорода и водорода, которые появляются на аноде и катоде.

В результате получится электрохимическое соединение по свойствам аналогичное динамиту.

Если создавать подобное электрохимическое соединение в закрытом пространстве, то для серьезных травм и даже смерти будет достаточно одной искры, которую выделяет электрохимическое соединение.

Прежде чем приступать к работе, учитывайте размер деталей: после процесс анодирования они увеличатся в размере как минимум на 0.5 мм – такова толщина защитного слоя, который создается в ходе процесса.

Поэтому проследите, чтобы материалы свободно двигались до начала анодирования, чтобы потом не пришлось начинать заново всю работу, т.к. шлифовать анодированную поверхности практически бесполезно.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Дробеструйная обработка металла

Однако можно отполировать детали с помощью полировочного круга так, чтобы они приобрели зеркальный блеск. Это вполне можно сделать своими руками.

Благодаря этому процессу изделия будут выглядеть лучше, а также уменьшиться вероятность прогара, который нередок при анодировании.

Кроме того, технология анодирования никак не влияет на дефекты деталей – если они есть, то и после окончания работ останутся заметны.

Гальваника – необходимый этап, предшествующий основной работе. Перед ней металл нужно тщательно обезжирить. Для этого лучше использовать хозяйственное мыло и щетку.

Некоторые советуют подержать металл в натрии или калии, но от этого поверхность может испортиться. Нужно промыть изделия попеременно сначала в горячей, а затем в холодной воде.

Видео:

В пластиковую емкость нужно добавить стиральный порошок и растворить его в горячей воде, а затем засыпать туда детали и потрясти их. После промывки нужно высушить твердое тело деталей под горячим воздухом.

Чтобы провести анодирование, вам понадобится электролит, который можно сделать своими руками. Для домашнего изготовления чаще всего используют серную кислоту, которую разводят в дистиллированной воде.

Нужно только учитывать, что в магазинах кислота выпускается разбавленной, поэтому пропорции для смешивания жидкости должны быть 1:1. Процесс анодирования требует около 10 литров электролита для мелких деталей и 20 – для крупных.

Следовательно, вам понадобится 5 литров раствора и 5 литров воды, чтобы получить нужное количество.

Вливать воду в кислоту нужно постепенно, тонкой струей, т.к. жидкость моментально нагревается и при большом потоке просто закипит и начнет брызгать. Не забывайте размешивать смесь с помощью стеклянной палочки и надеть очки перед работой.

Если кислота попала на кожу или одежду, то ее нужно удалить с помощью воды, а затем промыть участок содовым раствором.

Технология оксидирования титана

Оксидирование титана обязательная необходимость по причине низкой износостойкости данного типа металла.

Получение оксидной пленки позволяет титановым изделиям приобрести химическую прочность, повысить фрикционные характеристики материала и изменить цвет поверхностного покрытия.

Анодное оксидирование титана предусматривает использование щавелевой, хромовой и прочих кислот или их смесей, а также иных добавок.

Черная оксидная пленка способствует упрочнению поверхностной структуры титановых изделий, является результатом применения технологии анодирования 18-ти % раствором серной кислотой.

В зависимости от режима обработки, защитная пленка приобретает определенную толщину.

Видео:

Например, если процесс выполняется при температуре 800С, плотность анодного тока составляет 0,5 Ампер с продолжительность обработки в течение 8 часов, пленочный слой будет составлять около 2,5 микрон.

При анодировании в режиме: 100ºС, продолжительность – 2 часа, плотность тока – 1 Ампер – толщина пленки будет равняться 1 микрону.

Разные способы

Провести процесс оксидированной обработки стали в домашних условиях можно двумя способами. Каждый из них имеет свои недостатки и преимущества.

Теплый метод

Наиболее легкий процесс для проведения своими руками. Успешно протекает при комнатной температуре, при использовании органической краски, позволяет создавать удивительно красивые вещи. Для этой цели можно использовать как готовые краски, так и аптечные красители (зеленку, йод, марганец).

Твердое анодирование по такой технологии получить не удастся, оксидная пенка получается непрочная, дает слабую защиту от коррозии, легко повреждается. Но, если сделать окрашивание поверхности после такой методики, то сцепление (адгезия) покрытия с основой будет очень высокой, нитроэмали или другие краски будут держаться прочно, не облезут, обеспечат высокую степень защиты от коррозии.

Холодный метод

Эта методика при проведении в домашних условиях требует внимательного контроля за температурой, допуская ее колебания от –10 до +10°C (оптимальная температура для проведения электрохимической реакции согласно уравнению – 0°C). Именно при таком температурном режиме анодная и катодная обработка поверхности протекает наиболее полно, медленно создавая прочную защитную оксидную пленку. Это позволяет домашнему умельцу своими руками провести твердое анодирование, обеспечив стали максимальную защиту от коррозии.

По этой методике можно сделать гальваническое напыление, нанеся на изделие медь, хром или золото, рассчитав силу тока по специальным уравнениям. После такой обработки повредить деталь или диски из стали очень сложно. Защита от коррозии эффективно действует на протяжении многих лет даже при контакте с морской водой, может использоваться для продления срока службы подводного снаряжения.

Виды оксидирования

Сегодня используется большое количество видов. Они представлены следующими категориями:

Анодное оксидирование

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.

Микродуговое оксидирование

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.

Щелочное оксидирование

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.

Низкотемпературное оксидирование

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

Таблица 2. Составы растворов для декапирования.

Декапирование алюминия и его сплавов	Температура	Время 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 bifluor >	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

Антикоррозионные средства

Антикоррозионные пигменты классифицируются на: цинковые крона, алюминий три-полифосфаты и слюдянистую окись железа.

Защита трубопроводов от коррозии

Сегодня без разных видов трубопроводов невозможно представить себе жизнью Они находятся практически в каждом населенном пункте и обеспечивают коммуникации. Производств труб для прокладки под землей осуществляется из металлов самых разных типов.

Процесс коррозии

В современном мире из металлов самых разных видов производится большое количество продукции. Металлические материалы присутствуют в разных отраслях промышленности в виде станков и машин, инструментов.

Теплоемкость оксидов металлов

В таблице указаны значения истинной и средней удельных теплоемкостей оксидов металлов в зависимости от температуры. Теплоемкости (размерность кДж/(кг·град)) даны при температуре от 0 до 1500°С. Значения представлены для следующих оксидов металлов (компонентов огнеупорных материалов и шлаков): SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, MnO, CaO.

Примечание: Истинная теплоемкость соответствует указанной температуре, а значение средней теплоемкости Cm приведено для интервала температуры от 0°С до указанной в таблице. По данным таблицы видно, что удельная (массовая) теплоемкость оксидов металлов при увеличении их температуры также увеличивается.

1. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
2. Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. М.: Атомиздат, 1967 — 474 с.
3. Шелудяк Ю. Е., Кашпоров Л. Я. и др. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М.: 1992. — 184 с.
4. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.

Оксидирование стали в домашних условиях

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

Подготовительные действия

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

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

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

Щелочное оксидирование

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

Этапы проведения работ:

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

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

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

Кислотное оксидирование своими руками

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

Поэтапное проведение работ.

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

После правильно выполненного оксидирования металлическая поверхность должна поменять цвет.

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

Как почернить алюминий в домашних условиях — Металлы, оборудование, инструкции

Сущностью процесса анодирования является наращивание оксидного покрытия, которое на алюминии и его сплавах выполняет защитную функцию от воздействий среды. Другое название – анодное оксидирование. Кроме того, оксидирование применяют для повышения эстетичности внешнего вида изделий.

Устраняются поверхностные дефекты– небольшие царапины, мелкие сколы. Можно имитировать покрытие драгоценными металлами или повысить адгезивные свойства. Покрытие можно наносить не только на производстве, но и дома.

Анодирование алюминия в домашних условиях пользуется большой популярностью у домашних умельцев. В изделиях, подвергнутых анодному оксидированию, повышается стойкость защитного покрытия.

Анодирование алюминия

Общие сведения о технологии анодирования

Технология анодирования алюминия схожа с гальванической обработкой. Оседание ионов оксидов раствора на заготовке происходит в жидком электролите при высоких или низких температурах. Использование нагретого раствора возможно в промышленных установках, где есть возможность тщательного контроля и регулирования напряжения и силы тока в автоматическом режиме.

В домашних условиях обычно пользуются холодным методом. Данный способ достаточно прост, не требует постоянного контроля, а оборудование и расходные материалы — доступны. Для приготовления раствора можно использовать электролит, применяемый в свинцовых автомобильных аккумуляторах. Он продается в каждом автомагазине.

Высокая прочность защитной оксидной пленки зависит от ее толщины, которая в домашних условиях получается при обработке в холодном растворе. Наращивание производится ступенчатым регулированием рабочего тока.

Результат анодирования алюминияЧерное анодирование алюминия

Оксидирование алюминия в черный цвет относится к цветному анодированию. Черный цвет получают в два этапа.

Черный алюминий широко используется в строительстве и отделке.

Подготовка электролита

Растворы кислот считаются небезопасными реактивами, поэтому для проведения анодирования алюминия в домашних условиях прибегают к другому типу раствора. Для его приготовления используют соль и соду, которые всегда есть под рукой.

Для приготовления электролита берут две пластмассовые емкости. В них наводят солевой и содовый составы, соблюдая пропорцию: на порцию соли или соды 9 порций дистиллированной воды.

Анодирование в домашних условиях

После растворения компонентов раствор выдерживается с целью оседания не растворившихся частиц на дно. При переливании в емкость для анодирования его необходимо процедить.

Способы анодирования алюминия

Разработано несколько способов обработки алюминиевых сплавов, но широкое применение нашел химический способ в среде электролита. Для получения раствора используют кислоты:

• серную;
• хромовую;
• щавелевую;
• сульфосалициловую.

Для придания дополнительных свойств в раствор добавляют соли или органические кислоты. В домашних условиях в основном используют серную кислоту, но при обработке деталей сложной конфигурации предпочтительнее использовать хромовую кислоту.

Процесс происходит при температурах от 0°С до 50°С. При низких температурах на поверхности алюминия образуется твердое покрытие. При повышении температуры процесс протекает значительно быстрее, но покрытие обладает высокой мягкостью и пористостью.

Технология твердого анодирования алюминия

Кроме химического метода в некоторых случаях используются следующие методы анодирования алюминия:

• микродуговое;
• цветное:
  1. адсорбцией;
  2. опусканием в электролит;
  3. опусканием в красящий раствор;
  4. гальваникой;

• интерферентное;
• интегральное.

Теплое анодирование

Способ теплого анодирования используется для получения основы под покраску. Покрытие пористое, но за счет этого обладает высокой адгезией. Нанесенная сверху эпоксидная краска надежно защитит алюминий от внешних воздействий.

Недостатком считается низкая механическая прочность и коррозионная стойкость покрытия. Оно разрушается при контакте с морской водой и активными металлами. Данный способ можно произвести в домашних условиях.

Процесс протекает при комнатной температуре или выше (не более 50°С). После обезжиривания заготовки устанавливаются на подвесе, который удерживает их в растворе электролита.

Анодирование продолжается до тех пор, пока на поверхности не появится покрытие молочного цвета. После снятия напряжения заготовки промываются в холодной воде. Затем детали подлежат окрашиванию. Красят их путем помещения в емкость с горячим красителем. После чего полученный результат закрепляют на протяжении 1 часа.