Оксидирование металла: Оксидирование. Виды оксидирования

Содержание

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.

1 Особенности химического оксидирования

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.

2 Анодное оксидирование – что оно собой представляет?

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.

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

3 Тонкости термического и плазменного оксидирования

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

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

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

  • кремниевые поверхности;
  • полупроводниковые изделия;
  • фотокатоды.

4 Как самостоятельно выполнить операцию?

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!

Оксидирование стали — основные промышленные способы и этапы

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

Промышленные способы

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

Химический способ оксидирования стали

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

Горячий метод

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

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

Холодный метод

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

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

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

Анодное оксидирование стали

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

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

Способы анодирования

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

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

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

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

Преимущества анодированного металла:

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

Термический способ

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

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

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

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

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

Плазменное электролитическое оксидирование

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

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

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

Лазерное оксидирование

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

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

Преимущества этого способа:

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

Оксидирование стали в домашних условиях

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

Подготовительные действия

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

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

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

Щелочное оксидирование

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

Этапы проведения работ:

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

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

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

Кислотное оксидирование своими руками

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

Поэтапное проведение работ.

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

После правильно выполненного оксидирования металлическая поверхность должна поменять цвет.

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

Заключение

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

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

Используемая литература и источники:

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

Что такое химическое оксидирование металлов: технология оксидации

27Ноя

Содержание статьи

  1. В чем заключается метод оксидации
  2. Методы
  3. Что дает процесс
  4. Хим оксидирование стали: преимущества
  5. Термическое оксидирование
  6. Своими руками

Воздействие окружающей среды на сталь – одно из самых пагубных после естественного износа. Именно из-за влажности и взаимодействия с кислородом происходят коррозийные процессы, теряется прочность поверхности. Чтобы это предупредить, производители-металлурги одним из завершающих этапов проводят металлообработку различными защитными составами. В этой статье мы поговорим про химическое оксидирование металлов, расскажем, что это такое и как его проводить.

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.

Методы

Каждый из них обладает определенной популярностью, большинство применяется на заводах в определенных условиях. Но есть возможность самостоятельного проведения металлообработки. При этом стоит помнить о возможном негативном воздействии на организм и средствах защиты.

Химическое оксидирование стали, технология

На поверхность металлического изделия наносится жидкий раствор, сухая смесь или расплав. Затем между этими элементами происходит реакция (в определенных условиях, например, с доступом кислорода, при выставленном температурном режиме). Ее результатом становится образование неактивного верхнего слоя – эту процедуру называют пассивацией, то есть верхний слой делают пассивным по отношению к некоторым средам. Чаще всего для этих целей применяются окислы хрома.

Заготовка закрепляется тем или иным образом и погружается в ванну с заготовленным раствором (это возможно при нескольких условиях – при соответствующих размерах объекта и резервуара и при стенках сосуда, которые не вступают в реакцию). Щелочной или кислотный состав создается заблаговременно и обладает определенным процентным соотношением. В зависимости от параметров определяется степень выдержки. Спустя необходимое время деталь достается, подвергается сушке, а затем проводятся финишные работы по металлообработке. При создании кислотной ванны с наибольшей вероятностью применяют такие кислоты, как соляная, азотная, ортофосфорная. Если добавить капсулы марганца, хрома или калия, то протекание будет ускорено. Обычно выбирается температурный режим в рамках от +30 до +100 градусов. Если в качестве основы соединения нитрата натрия и диоксида марганца, то можно говорить о применении щелочного раствора, который нагревается уже значительно сильнее – до 300 градусов. Также есть две разновидности, когда применяют дополнительные вещества, влияющие на качество полученного результата:
  • бихромат калия позволяет закрепить итоговые достижения;
  • масло – такой процесс называют оксидацией с промасливанием или химоксидированием, при котором удается не только добиться высокой устойчивости к ржавлению, но и получить черный глянцевый цвет поверхности.

Термическое оксидирование

Это аналогичный способ, в ходе которого образуется защитная оксидная пленка, но он проходит при повышенной температуре при непосредственном контакте с водяным паром или с кислородом. Для данного действия требуются специальные печи, которые могут поддерживать режим работы вплоть до 1200 градусов – для различных материалов характерны свои показатели.

Если вы хотите улучшить эффект, рекомендуем предварительно погрузить деталь в мыльный раствор на несколько минут, а после этого высушить и залить ванночку машинным или трансформаторным маслом. Если произвести нагрев до 105 градусов и выше, то можно добиться равномерной, блестящей черной поверхности.

Анодная оксидация – что это

Ее также называют электрохимическим оксидированием или анодированием. Это еще один вариант, как можно достаточно быстро получить оксидную пленку в жидкости или сухой смеси. Основной процесс, который заложен в основе технологии – это электролиз, который, как известно, может проходить и в жидких, и в твердых средах.

Элемент помещается в раствор. Между ним и жидкостью образуется разница потенциалов – у верхних слоев он изначально положительный, а у смеси – отрицательный. Следует отметить, что подача напряжения, а также использование активных реагентов приводит к тому, что процедура считается небезопасной, по крайней мере для домашнего воплощения. При анодировании достигается две задачи – декоративное оформление и создание защитного слоя. Чаще всего этому подвергается алюминий, который по своей природе не обладает достаточными характеристиками жесткости, прочности, устойчивости к механическим воздействиям. В зависимости от того, какая кислота используется, а также какие параметры напряжения выставлены, можно добиться полученной пленки различной толщины. Тонкими они будут, если применять B(OH)₃ (борную) или H₃PO₄ (ортофосфорную). Но если нужно придать интересный оттенок оксидированной стали, то следует использовать органические кислоты, например, щавелевую, малеиновую, сульфосалициловую. Используют также и слабощелочные составы, чтобы погружать в них детали и пропускать слабый переменный или импульсный ток. Данный процесс называется микродуговой обработкой и отличается тем, что можно достичь хороших результатов. Поверхность не только хорошо смотрится и не ржавеет, но и становится более теплостойкой, приобретает изоляционные качества. Особенный подход нужно применять к нержавеющей стали. Она является инертным, то есть нейтральным сплавом. Как можно понять, добиться разности потенциалов в таком случае достаточно сложно. Поэтому процедура становится двухступенчатой. Сперва проводится двойное анодирование – то есть в ванну с составом погружают не только нержавейку, но и еще один элемент, который по своим характеристикам больше подходит для процесса. Для этих целей годится никель, медь.

Второй этап – это уже самостоятельное оксидирование нержавеющей стали. Но чтобы повысить эффективность и ускорить достижение результата, рекомендовано наносить пассивирующие пасты. Их назначение – ускорение реакции.

Плазменный метод

Также его называют микродуговым. Его особенность в том, что создается плазма с большим содержанием кислорода. При этом она не нагревается, поддерживаются низкие температуры. Сама генерация потока происходит под воздействием зарядов, которые, в свою очередь, образуются под влиянием переменного или импульсного тока высокой или сверхвысокой частоты. Обычно способ применяется, когда нужно создать оксидную пленку с целью защиты на относительно небольшой поверхности изделия. Чаще всего используется технология в электронике и микроэлектронике, например, при производстве полупроводников, транзисторов, диодов, микросхем. Второе назначение – увеличение светочувствительности, поэтому применяют процедуру для повышения чувствительности в фотокатодах. Иногда все же более целесообразно делать плазму с повышенной температурой – до 430 градусов и выше. Качество при этом сильно повышается. К преимуществам микродугового оксидирования стоит отнести:

  • Слой оксида может достигать до 70% вглубь основной заготовки.
  • Толщина около 200 – 250 мкм.
  • Очень хорошо обрабатывать элементы, имеющие сложный рельеф.
  • Отличное поведение на магниевых и алюминиевых сплавах.

Лазерное

С целью увеличения коррозийной стойкости можно добиться образования оксидной пленки на сталь, используя установку лазера. Особенность процесса в том, что для его совершения обязательно нужна специализированный станок. Наиболее эффективно зарекомендовало себя применение волоконного лазера в инфракрасном диапазоне свечения. Можно использовать три методики:

  • импульсное излучение;
  • непрерывный световой поток;
  • точечный нагрев материала.

Отметим, что технология требует достаточно высоких затрат, а также не подходит для больших металлических элементов конструкций. Хорошо применять для ограниченных плоскостей, используя станки с ЧПУ.

Оксидирование своими руками

Если нужно сделать оксидную пленку дома, то для хорошего результата следует строго следовать последовательности действий, а также придерживаться правил безопасности.

Ниже мы более подробно расскажем о поэтапном проведении самостоятельной оксидации, но сперва обсудим – а зачем это делать?

Что дает процесс

Производители деталей из металла знают, что основная проблема, почему их продукция быстро выходит из строя, – это образование коррозии. Дело в том, что фактически любое вещество, обладающее металлическими свойствами, достаточно сильно подвергается влиянию внешней среды. Это влажность, температурные перепады, солнечное излучение, реакции с кислородом, а также загрязнения и естественный износ. Посмотрим, что дает оксидирование для производителей.

Антикоррозийные свойства

Даже при постоянном нахождении на улице под дождем и при контакте с воздухом не происходит ржавления. Это очень актуально для элементов корпуса автомобилей и других предметов, которые преимущественно эксплуатируются вне помещения.

Ограничение воздействия внешней среды

Есть некоторые средства, которые являются агрессорами по отношению к металлу. Проще говоря, они разрушают его поверхность и даже проникают более глубоко в структуру, нарушая целостность. Это пары химикатов или жидкости, а также самый обыкновенный ультрафиолет.

Электроизоляционные характеристики

Ряд деталей должен стать диэлектриком, то есть не пропускать электричество. С такой задачей отлично справляется создаваемый диэлектрический слой.

Придание оригинального декоративного вида

Это может быть черный глянцевый блеск или более экзотический перелив различных цветов. Смотрится очень красиво, причем практичность остается такой же высокой.

Хим оксидирование стали: преимущества

Теперь перечислим особенности, которых можно добиться, если использовать технологию создания оксидной пленки с помощью химикатов.

Надежное покрытие антикор

Стальная деталь фактически становится нержавейкой.

То есть ржавление хоть и не полностью исключено, но очень значительно заторможено.

Хорошие электрические изоляторы

После химической обработки можно ожидать, что поверхность совсем или частично перестает проводить ток. Все будет зависеть от того, какой раствор был взят, в какой концентрации и пр.

Тонкий, но стойкий поверхностный слой

Интересно, что может быть достигнута пленочка, толщиной всего в 200 мкм. Но это не делает ее более восприимчивой к механическим или иным вредителям.

Оригинальная цветовая гамма

Это больше признак анодирования.

Но мы отметим, что после процедуры можно получить не только черный цвет, но и переливчатые волны от желтого к темно-синему, как на фото.

Термическое оксидирование

Представим таблицу с некоторыми сплавами, которые наиболее часто подвергают оксидации:

НазваниеТемпература, °сОсобенности, назначение, использование
Низколегированные стали или железо300-350Второе название – воронение. Очень распространенный способ, основная его задача – декоративная металлообработка, так как деталь приобретает черный (вороной) цвет. Пример применения – создание стрелкового оружия. Еще одно преимущество – исходные размеры сохраняются, потому что оксидная пленка образуется очень тонкая, не более одного-полутора микрона.
Легированные стальные элементыдо 700Нанесение состава занимает продолжительный период – не менее 1 часа.
Железоникелевые магнитные сплавы400 – 800Процесс длится на протяжении 0,5 – 1,5 часов. Возникает слой, который считается диэлектриком, поэтому от просто необходим при создании электрических полупроводников.
Кремний800 – 1200Процедура имеет название термокомпрессионной. Она проходит под большим давлением до 107 па. Подвергаемые ей изделия необходимы в электронике.

Импульсное лазерное излучение

Когда нагрев происходит не в печи, как при термическом методе, а с помощью лазера, то результат получается хороший, хоть и процесс – более трудный. До настоящего момента проводятся исследования, какие материалы как следует подвергать воздействию луча, но одним из вариантов является импульсы – то есть короткая подача потока на участок с постепенным смещением головки установки.

Непрерывное излучение

В таком случае обрабатываются только прочные стали, которые не боятся перегрева под постоянным воздействием. На зону направляется луч, который непрерывно перемещается по всей области оксидирования. Соответственно, нагрев получается очень значительный.

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 компании «Рокта» по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.

Оксидирование металла | Металлообработка | Черметком

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.

Оксидирование. Химическое оксидирование деталей из металла.

Оксидирование. Химическое оксидирование деталей из металла — один из экономичных и простых методов защиты изделий от коррозии. Наша компания предлагает услуги по химическому оксидированию изделий из металла. При химическом оксидировании, на деталях образуется оксидная пленка, которая может быть использована как подслой под лакокрасочное покрытие. Оксидная пленка характеризуется отличной прочностью сцепления с основным материалом. Оксидирование применяется для обработки изделий для точного приборостроения, инструмента, крепежных изделий и т.п. Мы предлагаем качественное выполнение работ по химическому оксидированию деталей из металла в соответствии с чертежами, конструкторской и нормативной документацией.

 

Оксидирование деталей химическим методом это процесс обработки металлов растворами и расплавами химических элементов. В результате химического оксидирования происходит пассивация поверхности металла. На поверхности металла образуется неактивное (пассивное) образование, которое характеризуется тонким поверхностным слоем. Поверхностный слой защищает основную часть деталей от коррозии. Для улучшения и увеличения сохранности слоя, дополнительно проводят химическое оксидирование с промасливанием.

Результатом оксидирования деталей из металла является:

  • защита от коррозии;
  • защита от воздействия агрессивных сред;
  • улучшение электроизоляционных свойств;
  • создание защитного слоя для изделий под покраску;
  • придания изделиям декоративных свойств

Свяжитесь с нами по телефону: +7 (812) 244-50-38, электронной почте [email protected] или оставьте заявку на нашем сайте.

Отправьте нам эскизы, чертежи деталей. Наш технический отдел рассчитает сроки выполнения заказа и его стоимость. После согласования заказы поступают в работу. Выполним ваши заказы с высоким качеством в кратчайшие сроки!

Оксидирование. Химическое оксидирование изделий из металла

Наша компания выполняет работы по химическому оксидированию деталей из стали и алюминия. Современное оборудование и квалифицированный персонал позволяют выполнить работы по оксидированию в кратчайшие сроки.

Максимальные габариты деталей для химического оксидирования
Габариты деталейСталь 1400 х 400 х 900 ммАлюминий 4200 х 450 х 900 мм

При химическом оксидировании, детали из металла приобретают высокую прочность сцепления с основным материалом. Оксидная пленка, которая образуется при оксидировании прочно держится на металле и придает ему повышенную износостойкость. Химическое оксидирование алюминия также выполняет функцию грунта перед покраской и является наиболее простым и экономичным.

Наше предприятие выполняет химическое оксидирование как мелких так и крупногабаритных деталей из стали и алюминия. Все заказы выполняются в установленные сроки согласно конструкторской и нормативной документации.

Виды и типы химического оксидирования выполняемые на нашем предприятии
Хим.окс.стали — Химическое оксидирование сталиХим.окс. ал — Химическое оксидирование алюминияХим.окс.э ал — Химическое оксидирование электропроводное алюминия

Оксидирование стали химическим или электрохимическим методом

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.



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.

Читать также: Как самому сделать точилку для ножей видео

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

Методы

Каждый из них обладает определенной популярностью, большинство применяется на заводах в определенных условиях. Но есть возможность самостоятельного проведения металлообработки. При этом стоит помнить о возможном негативном воздействии на организм и средствах защиты.

Химическое оксидирование стали, технология

На поверхность металлического изделия наносится жидкий раствор, сухая смесь или расплав. Затем между этими элементами происходит реакция (в определенных условиях, например, с доступом кислорода, при выставленном температурном режиме). Ее результатом становится образование неактивного верхнего слоя – эту процедуру называют пассивацией, то есть верхний слой делают пассивным по отношению к некоторым средам. Чаще всего для этих целей применяются окислы хрома.

Заготовка закрепляется тем или иным образом и погружается в ванну с заготовленным раствором (это возможно при нескольких условиях – при соответствующих размерах объекта и резервуара и при стенках сосуда, которые не вступают в реакцию). Щелочной или кислотный состав создается заблаговременно и обладает определенным процентным соотношением. В зависимости от параметров определяется степень выдержки. Спустя необходимое время деталь достается, подвергается сушке, а затем проводятся финишные работы по металлообработке.

При создании кислотной ванны с наибольшей вероятностью применяют такие кислоты, как соляная, азотная, ортофосфорная. Если добавить капсулы марганца, хрома или калия, то протекание будет ускорено. Обычно выбирается температурный режим в рамках от +30 до +100 градусов.

Если в качестве основы соединения нитрата натрия и диоксида марганца, то можно говорить о применении щелочного раствора, который нагревается уже значительно сильнее – до 300 градусов.

Также есть две разновидности, когда применяют дополнительные вещества, влияющие на качество полученного результата:

  • бихромат калия позволяет закрепить итоговые достижения;
  • масло – такой процесс называют оксидацией с промасливанием или химоксидированием, при котором удается не только добиться высокой устойчивости к ржавлению, но и получить черный глянцевый цвет поверхности.

Термическое оксидирование

Это аналогичный способ, в ходе которого образуется защитная оксидная пленка, но он проходит при повышенной температуре при непосредственном контакте с водяным паром или с кислородом. Для данного действия требуются специальные печи, которые могут поддерживать режим работы вплоть до 1200 градусов – для различных материалов характерны свои показатели.

Если вы хотите улучшить эффект, рекомендуем предварительно погрузить деталь в мыльный раствор на несколько минут, а после этого высушить и залить ванночку машинным или трансформаторным маслом. Если произвести нагрев до 105 градусов и выше, то можно добиться равномерной, блестящей черной поверхности.

Анодная оксидация – что это

Ее также называют электрохимическим оксидированием или анодированием. Это еще один вариант, как можно достаточно быстро получить оксидную пленку в жидкости или сухой смеси. Основной процесс, который заложен в основе технологии – это электролиз, который, как известно, может проходить и в жидких, и в твердых средах.

Элемент помещается в раствор. Между ним и жидкостью образуется разница потенциалов – у верхних слоев он изначально положительный, а у смеси – отрицательный. Следует отметить, что подача напряжения, а также использование активных реагентов приводит к тому, что процедура считается небезопасной, по крайней мере для домашнего воплощения.

При анодировании достигается две задачи – декоративное оформление и создание защитного слоя. Чаще всего этому подвергается алюминий, который по своей природе не обладает достаточными характеристиками жесткости, прочности, устойчивости к механическим воздействиям.

В зависимости от того, какая кислота используется, а также какие параметры напряжения выставлены, можно добиться полученной пленки различной толщины.

Тонкими они будут, если применять B(OH)₃ (борную) или H₃PO₄ (ортофосфорную). Но если нужно придать интересный оттенок оксидированной стали, то следует использовать органические кислоты, например, щавелевую, малеиновую, сульфосалициловую.

Используют также и слабощелочные составы, чтобы погружать в них детали и пропускать слабый переменный или импульсный ток. Данный процесс называется микродуговой обработкой и отличается тем, что можно достичь хороших результатов. Поверхность не только хорошо смотрится и не ржавеет, но и становится более теплостойкой, приобретает изоляционные качества.

Особенный подход нужно применять к нержавеющей стали. Она является инертным, то есть нейтральным сплавом. Как можно понять, добиться разности потенциалов в таком случае достаточно сложно. Поэтому процедура становится двухступенчатой.

Сперва проводится двойное анодирование – то есть в ванну с составом погружают не только нержавейку, но и еще один элемент, который по своим характеристикам больше подходит для процесса. Для этих целей годится никель, медь.

Второй этап – это уже самостоятельное оксидирование нержавеющей стали. Но чтобы повысить эффективность и ускорить достижение результата, рекомендовано наносить пассивирующие пасты. Их назначение – ускорение реакции.

Плазменный метод

Также его называют микродуговым. Его особенность в том, что создается плазма с большим содержанием кислорода. При этом она не нагревается, поддерживаются низкие температуры. Сама генерация потока происходит под воздействием зарядов, которые, в свою очередь, образуются под влиянием переменного или импульсного тока высокой или сверхвысокой частоты.

Обычно способ применяется, когда нужно создать оксидную пленку с целью защиты на относительно небольшой поверхности изделия. Чаще всего используется технология в электронике и микроэлектронике, например, при производстве полупроводников, транзисторов, диодов, микросхем. Второе назначение – увеличение светочувствительности, поэтому применяют процедуру для повышения чувствительности в фотокатодах.

Иногда все же более целесообразно делать плазму с повышенной температурой – до 430 градусов и выше. Качество при этом сильно повышается.

К преимуществам микродугового оксидирования стоит отнести:

  • Слой оксида может достигать до 70% вглубь основной заготовки.
  • Толщина около 200 – 250 мкм.
  • Очень хорошо обрабатывать элементы, имеющие сложный рельеф.
  • Отличное поведение на магниевых и алюминиевых сплавах.

Лазерное

С целью увеличения коррозийной стойкости можно добиться образования оксидной пленки на сталь, используя установку лазера. Особенность процесса в том, что для его совершения обязательно нужна специализированный станок. Наиболее эффективно зарекомендовало себя применение волоконного лазера в инфракрасном диапазоне свечения. Можно использовать три методики:

  • импульсное излучение;
  • непрерывный световой поток;
  • точечный нагрев материала.

Отметим, что технология требует достаточно высоких затрат, а также не подходит для больших металлических элементов конструкций. Хорошо применять для ограниченных плоскостей, используя станки с ЧПУ.

Оксидирование своими руками

Если нужно сделать оксидную пленку дома, то для хорошего результата следует строго следовать последовательности действий, а также придерживаться правил безопасности.

Ниже мы более подробно расскажем о поэтапном проведении самостоятельной оксидации, но сперва обсудим – а зачем это делать?

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. 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.

Что дает процесс

Производители деталей из металла знают, что основная проблема, почему их продукция быстро выходит из строя, – это образование коррозии. Дело в том, что фактически любое вещество, обладающее металлическими свойствами, достаточно сильно подвергается влиянию внешней среды. Это влажность, температурные перепады, солнечное излучение, реакции с кислородом, а также загрязнения и естественный износ. Посмотрим, что дает оксидирование для производителей.

Антикоррозийные свойства

Даже при постоянном нахождении на улице под дождем и при контакте с воздухом не происходит ржавления. Это очень актуально для элементов корпуса автомобилей и других предметов, которые преимущественно эксплуатируются вне помещения.

Ограничение воздействия внешней среды

Есть некоторые средства, которые являются агрессорами по отношению к металлу. Проще говоря, они разрушают его поверхность и даже проникают более глубоко в структуру, нарушая целостность. Это пары химикатов или жидкости, а также самый обыкновенный ультрафиолет.

Электроизоляционные характеристики

Ряд деталей должен стать диэлектриком, то есть не пропускать электричество. С такой задачей отлично справляется создаваемый диэлектрический слой.

Придание оригинального декоративного вида

Это может быть черный глянцевый блеск или более экзотический перелив различных цветов. Смотрится очень красиво, причем практичность остается такой же высокой.

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.

Хим оксидирование стали: преимущества

Теперь перечислим особенности, которых можно добиться, если использовать технологию создания оксидной пленки с помощью химикатов.

Надежное покрытие антикор

Стальная деталь фактически становится нержавейкой.

То есть ржавление хоть и не полностью исключено, но очень значительно заторможено.

Хорошие электрические изоляторы

После химической обработки можно ожидать, что поверхность совсем или частично перестает проводить ток. Все будет зависеть от того, какой раствор был взят, в какой концентрации и пр.

Тонкий, но стойкий поверхностный слой

Интересно, что может быть достигнута пленочка, толщиной всего в 200 мкм. Но это не делает ее более восприимчивой к механическим или иным вредителям.

Оригинальная цветовая гамма

Это больше признак анодирования.

Но мы отметим, что после процедуры можно получить не только черный цвет, но и переливчатые волны от желтого к темно-синему, как на фото.

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. 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.

Термическое оксидирование

Представим таблицу с некоторыми сплавами, которые наиболее часто подвергают оксидации:

НазваниеТемпература, °сОсобенности, назначение, использование
Низколегированные стали или железо300-350Второе название – воронение. Очень распространенный способ, основная его задача – декоративная металлообработка, так как деталь приобретает черный (вороной) цвет. Пример применения – создание стрелкового оружия. Еще одно преимущество – исходные размеры сохраняются, потому что оксидная пленка образуется очень тонкая, не более одного-полутора микрона.
Легированные стальные элементыдо 700Нанесение состава занимает продолжительный период – не менее 1 часа.
Железоникелевые магнитные сплавы400 – 800Процесс длится на протяжении 0,5 – 1,5 часов. Возникает слой, который считается диэлектриком, поэтому от просто необходим при создании электрических полупроводников.
Кремний800 – 1200Процедура имеет название термокомпрессионной. Она проходит под большим давлением до 107 па. Подвергаемые ей изделия необходимы в электронике.

Импульсное лазерное излучение

Когда нагрев происходит не в печи, как при термическом методе, а с помощью лазера, то результат получается хороший, хоть и процесс – более трудный. До настоящего момента проводятся исследования, какие материалы как следует подвергать воздействию луча, но одним из вариантов является импульсы – то есть короткая подача потока на участок с постепенным смещением головки установки.

Непрерывное излучение

В таком случае обрабатываются только прочные стали, которые не боятся перегрева под постоянным воздействием. На зону направляется луч, который непрерывно перемещается по всей области оксидирования. Соответственно, нагрев получается очень значительный.

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.

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.

Читать также: Токарно винторезные станки jet

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.

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.

Содержание статьи

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.

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.

Виды и способы оксидирования металла

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.

Виды оксидирования металла

Процесс оксидирования стали имеет несколько разновидностей:

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

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

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

Химическое

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

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

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

Анодное

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

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

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

Термическое

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

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

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

Плазменное

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

Оксидирование изделий из металла

Оксидированием называют реакцию принудительного окисления изделий из металлов в среде окислителя с образованием на их поверхности надёжно сцепленного с основанием тонкого покрытия из труднорастворимых химических соединений (окислов).

 

Металлические изделия оксидируют с намерением:

 

• увеличить их коррозионную устойчивость изделий в агрессивных средах;
• окрасить в определённый цвет (химическое окрашивание).

 

Оксидирование железа в насыщенной азотной кислоте приводит к образованию на его поверхности плёнки закиси-окиси железа Fe3O4, предотвращающей ржавление металла и делающей изделие стойким к разбавленным кислотам.

 

Но гораздо чаще оксидируют медные и алюминиевые изделия, а также изделия из их сплавов, магния и прочих цветных металлов. Сначала выполняют очистку изделий, обезжиривание и травление. Для очистки может применяться в одних случаях пескоструйная обработка деталей, в других – механическая при помощи щёток или круга. Так же в металлообработке существует еще и токарные работы.

 

Собственно процесс оксидирования может проходить в двух окислительных средах:

 

• кислотное окисление – в среде из смеси азотной, соляной и ортофосфорной кислот в разных сочетаниях с добавлением соединений кальция и магния;
• щелочное окисление – в щелочной среде с добавлением различных окислителей.

 

Процесс оксидирования производится в специальных ваннах при температуре окисляющей среды от 30 до 100оС. Толщина и плотность защитных слоёв, образующихся на поверхности обрабатываемых металлов, зависят от температуры окислителя и времени выдержки. Оперируя этими параметрами, удаётся получить на одном изделии по несколько оксидных слоёв разной плотности и толщины.

 

Химическое окрашивание металлических изделий также осуществляется путём оксидирования. Особенно широко этот способ применяется для изделий из цветных металлов, изготовленных художественным литьём. Изменяя условия технологического процесса (способ подготовки поверхности, состав и температуру окислителя, время выдержки, количество оксидных слоёв), добиваются разнообразной гаммы цветов и оттенков покрытий изделий, придавая им привлекательный внешний вид.

фактов и способы снижения риска — Sandvik Materials Technology

Окисление на воздухе

При нагревании сплава на воздухе на его поверхности образуется оксидный слой. Этот слой может состоять из оксидов железа, хрома и других элементов в зависимости от состава материала.

До определенной температуры, известной как температура образования накипи или максимальная рабочая температура, оксидный слой является сплошным и плотным и защищает основной материал от высокотемпературной коррозии.Выше температуры окалины слой имеет тенденцию к растрескиванию и, следовательно, теряет свою защитную способность. В этом случае материал быстро изнашивается. Быстрые изменения температуры ускоряют коррозионное воздействие.

Влияние легирующих элементов

Повышенное содержание хрома (Cr), кремния (Si) и алюминия (Al) повышает стойкость к окислению. Добавление редкоземельных металлов и реактивных элементов, таких как титан (Ti), цирконий (Zr) и иттрий (Y), оказывает очень положительное влияние на стойкость к окислению.

Окисление в присутствии водяного пара или водяного пара

Материал, подвергающийся воздействию чистого пара, также подвергается окислению, поскольку кислород присутствует в форме H 2 O. Как правило, пар вызывает более быстрое окисление, чем воздух. Оксидные слои, образующиеся в паре, более богаты железом и пористы, поэтому обеспечивают меньшую защиту. Воздух с высоким содержанием воды также вызывает более быстрое окисление.

Стойкость к окислению паром увеличивается с увеличением содержания хрома (Cr) в стали.Кремний (Si) и алюминий (Al) также оказывают положительное воздействие.

Марки с высокой стойкостью к окислению

Следующие марки обладают очень высокой или отличной стойкостью к окислению:

  • Сандвик 4C54
  • Сандвик 253 МА*
  • Сандвик 353 МА*
  • Сандвик 7RE10
  • Саникро 31HT
  • Саникро 70
  • Сандвик АПМТ

Спецификации материалов для марок Sandvik

Кратко об окислении
  • Окисление – это реакция между металлом и кислородом (либо как O 2 , либо как H 2 O)
  • Окисление может быть как полезным, так и вредным, в зависимости от свойств оксидного слоя, образующегося в результате реакции
  • Оксиды хрома, кремния и алюминия защитные

металлов, которые окисляются.Коррозия металлов


Железо ржавеет, в то время как большинство других металлов окисляются. Что такое окисление и чем оно отличается от коррозии? Какие металлы склонны к окислению и можно ли его предотвратить? Читай дальше что бы узнать.

Что такое окисление?

Окисление является частью ряда химических реакций, называемых окислительно-восстановительными реакциями. Другая половина называется редукцией. Под воздействием кислорода большинство металлов обмениваются электронами с кислородом — кислород получает электрон, а металл теряет электрон.Этот обмен приводит к образованию продуктов окисления, таких как ржавчина в железе и патина в меди. Патина — это зеленый налет, который со временем образуется на меди.

Во время реакции окисления электрон, который теряет металл, также может быть атомом водорода. Когда это происходит, ион металла реагирует с кислородом с образованием оксида металла. В железе мы называем это ржавчиной. Как правило, это плохо для металлов, поскольку ослабляет структурную целостность металлов. Вот почему металлы, которые не ржавеют, предпочтительны для конкретных применений, таких как производство медицинского оборудования, точных механических часов, электронных компонентов и т. д.

Окисление и коррозия

Окисление и коррозия идут рука об руку и очень похожи. В то время как окисление может происходить где угодно, даже в живых тканях, коррозия затрагивает только металлы. В металлах влажная погода (дождь, снег, туман) действует как катализатор коррозии, ухудшая целостность металла. Чем выше воздействие влажных погодных условий, тем быстрее коррозия. При добавлении соли, например, в морских условиях, процесс коррозии еще больше ускоряется.

Окисление разрушает металл электрохимически посредством окислительно-восстановительных реакций.Хотя это может быть частью коррозии, это может произойти в любом месте и в любое время, независимо от погодных условий.

Список распространенных металлов, которые могут окисляться

Литий

Наверное, первый вопрос, который приходит вам на ум, какой металл легче всего окисляется? Металлический литий окисляется легче всего.
В процессе окисления литий теряет электрон с образованием иона Li+.

Железо

Когда железо окисляется, мы называем это ржавчиной.Здесь железо реагирует с кислородом воздуха во влажных условиях с образованием оксида железа (III) или ржавчины. Железо окисляется намного быстрее, чем большинство других металлов, особенно при воздействии влаги или высоких температур.

Алюминий

Хотя алюминий может окисляться, это не так просто, особенно во влажных условиях. В то время как вода обычно усиливает окисление других металлов, она оказывает противоположное действие на алюминий, что объясняет его широкое применение в морских условиях. Когда алюминий вступает в контакт с водой, атомы кислорода, присутствующие в металле, отдаляются от атомов алюминия, что делает металл химически инертным.

Под воздействием атмосферного кислорода алюминий вступает в реакцию с образованием тонкого слоя оксида алюминия на поверхности металла. Этот слой химически инертен, защищая металл от дальнейшей коррозии двумя способами: во-первых, физический барьер предотвращает доступ кислорода к металлу под ним. Во-вторых, поскольку этот слой инертен, он не вступает в реакцию с другими химическими веществами, предотвращая дальнейшее окисление и коррозию. Алюминий
имеет широкое применение, поскольку это легкий металл, обладающий способностью предотвращать коррозию.Единственным недостатком является более низкая температура плавления по сравнению с другими металлами.

Медь и медные сплавы (красные металлы)

Медь и ее сплавы известны как красные металлы. Они известны своей надежностью и подходят для морских применений. Однако они все еще могут окисляться.

Медь

Медь относительно инертна и требует много времени для окисления. При воздействии кислорода на поверхности образуется зеленый налет – его еще называют патиной. Полировка меди легко удаляет эту патину снова, и это не влияет на структурную целостность металла.Медь обычно подвергается коррозии в проточной турбулентной воде, а не в результате химических реакций.

Латунь

Под воздействием кислорода латунь окисляется, образуя на поверхности черный, зеленый или синий слой. Этот слой также известен как патина и действует как защитный барьер для дальнейшего окисления. Хотя окисление не оказывает негативного влияния на целостность металла, обычно оно выглядит некрасиво. К счастью, патина легко удаляется полировкой, возвращая латунному изделию его первоначальную красоту.

Однако латунь

подвергается коррозии. Здесь процесс, известный как «децинкификация», вызывает коррозию цинкового железа в металлическом сплаве, оставляя после себя в основном медь. Это состояние ставит под угрозу структурную целостность меди, в результате чего получается слабый металл, непригодный ни для чего, кроме декоративных целей.

Бронза
Бронза

обладает высокой устойчивостью к коррозии и окислению. Однако со временем в результате окисления на поверхности металла образуется слой потускнения. Этот слой может сильно различаться по цвету: от коричневого, черного, красного и синего до зеленого.Хотя этот слой и защищает металл от дальнейшего окисления, он непригляден и легко удаляется полировкой.

Бронзовая болезнь, однако, является серьезной формой коррозии, которая может уничтожить ваш бронзовый предмет. Эта коррозия возникает при воздействии на бронзу солей, таких как хлориды (морской воздух) и аммиак, и ее следует избегать.

Что вызывает коррозию?

Коррозия проявляется в различных формах и, следовательно, имеет множество причин. Обычно коррозия имеет химическую природу, возникающую в результате реакции металлов с химическими веществами в их непосредственной среде.Наиболее распространенной причиной коррозии является окисление, о котором говорилось во вступлении.

Другие формы химической коррозии возникают при воздействии на металлы вредных химических веществ, особенно кислот и солей. Вот почему большинство металлов не подходят для морских применений — высокая концентрация хлоридов в морской воде усиливает коррозию металлов. Эта коррозия нарушает структурную целостность металла, делая его непригодным для использования по назначению.

При контакте с электрическим током большинство металлов подвергаются гальванической коррозии.Эта форма коррозии возникает при соблюдении двух условий: во-первых, два разных металла должны находиться в непосредственном контакте или быть соединены электрическим током. Во-вторых, эти металлы должны быть погружены в общий раствор электролита, например, в соленую воду. Здесь металлы образуют анод и катод или положительные и отрицательные стороны гальванического элемента. Анод или более активный металл подвержен коррозии преимущественно, эффективно защищая катод от коррозии.

Гальваническая коррозия часто используется для защиты определенных металлов от коррозии.Цинкование, используемое в оцинкованной стали, является формой этого. Поскольку цинк более реактивен, чем сталь, покрытие стали тонким слоем цинка вызывает коррозию цинка преимущественно по сравнению со сталью. Пока этот слой цинка на месте, коррозия стали маловероятна.

Методы предотвращения коррозии

Поскольку коррозия проявляется во многих формах, предотвращение коррозии также является широкой областью. Вот несколько основных принципов:

Устранить причину

Коррозия обычно возникает, когда металлы подвергаются воздействию вредных химических веществ или атмосферного воздуха.Удаление этих причин из окружающей среды защитит металл от коррозии и продлит срок его службы.

Иногда этот процесс прост: не оставляйте свои металлы на улице в сырую погоду и не подвергайте их воздействию морской воды.

Сопоставьте металл с приложением

Использование подходящего металла для каждого применения значительно снижает риск коррозии. Для морских применений выбирайте морские металлы, так как они менее подвержены ржавчине и коррозии. Для химически агрессивных сред выбирайте химически инертные металлы.

Та же логика применима к поверхностным условиям. Гладкие поверхности менее подвержены износу и коррозии, чем шероховатые поверхности с ямками. При этом потенциально вредные вещества смываются с гладких поверхностей гораздо легче, чем с шероховатых.

Гальванизация

Как объяснялось в предыдущем разделе, гальваническая защита покрывает металл тонким слоем более реактивного металла. Здесь слой покрытия вступает в реакцию предпочтительно со всеми коррозионно-активными химическими веществами, эффективно защищая металл под ним.

Ингибиторы коррозии

Ингибиторы коррозии — это химические вещества, которые вступают в реакцию с коррозионными веществами до того, как они достигнут металла. Здесь слой химических ингибиторов, нанесенный на поверхность металла, истощает коррозионные химические вещества в непосредственной близости от металла, эффективно предотвращая коррозию металла.

Физические барьеры

Некоторые вещества образуют физический барьер на поверхности металла, препятствуя доступу агрессивных химикатов к металлу. Эти барьеры включают краску, некоторые твердые вещества и множество других покрытий.

Заключение

Большинство металлов подвержены коррозии или окислению. Железо, как правило, наиболее восприимчиво к этому, в то время как другие металлы, такие как медь, окисляются медленно. Неблагоприятное воздействие этих химических реакций легко смягчить, если применять правильные методы профилактики.

типов ржавчины | Как предотвратить окисление?

23 июня 2020 г.

Во-первых, окисление и ржавчина это одно и то же?

Окисление — это общая химическая реакция потери одного или нескольких электронов в атоме, молекуле или ионе, однако ржавчина — это реакция окисления только тогда, когда железо реагирует с водой и кислородом.Существуют разные цвета ржавчины, и важно знать разницу, чтобы правильно с ней обращаться.

Виды ржавчины:

Красная ржавчина

Гидратированный оксид Fe2O3•h3O (высокое воздействие кислорода/воды)

Наиболее распространенным типом коррозии является равномерная коррозия. Именно здесь на поверхности материала появляется ровный слой окисления. Когда металл подвергается воздействию больших объемов воды и кислорода, железо окисляется с загрязнителем, что создает «красную» ржавчину.

Желтая ржавчина

Оксид-гидроксид железа FeO(OH)h3O (высокая влажность)

Желтая ржавчина присутствует в металлах, находящихся в больших количествах стоячей воды. Этот тип ржавчины обычно находится в сольватированном состоянии, обычно рядом с раковинами и ваннами.

Бурая ржавчина

Оксид Fe2O3 (высокое содержание кислорода/низкое содержание влаги)

Бурая ржавчина может реагировать даже при недостатке влаги, в отличие от других, выделенных выше. В отличие от красной ржавчины, коричневая ржавчина может образовываться как неравномерная коррозия, появляющаяся на определенных участках материала, а не на всей поверхности.Производственный процесс обычно может быть результатом бурой ржавчины, когда загрязнения обнаруживаются на металлических поверхностях.

Черная ржавчина

Оксид железа (II) – Fe3O4 (с ограниченным содержанием кислорода)

Черная ржавчина может образовываться, когда кислород не может достичь материала, возможно, он захватывается и покрывается другим материалом, что приводит к реакции, похожей на пятно. В отличие от других видов ржавчины, черная ржавчина не возникает так быстро и не так распространена, что облегчает борьбу с ней.

Что происходит, когда материал не обрабатывается?

Преждевременный отказ может привести ко многим проблемам; коррозия, коррозионное растрескивание под напряжением, истирание среди прочего.

CWST предоставляет широкий спектр услуг по обработке поверхности, которые могут помочь смягчить окисление материала и помочь увеличить срок службы и надежность продукта.

1) Термоплазменное покрытие и напыление HVOF Напыление

HVOF и термоплазменные покрытия обычно используются в аэрокосмической, автомобильной, энергетической и нефтегазовой промышленности. Это связано со способностью покрытий противостоять окислению и эрозии. Использование покрытий Thermal Plasma и HVOF Spray имеет широкий спектр преимуществ, о которых вы можете узнать больше, посетив нашу страницу обработки поверхности материала.

2) Дробеструйная обработка

Отказ компонента часто связан с остаточным растягивающим напряжением, возникающим на этапе производства. Наши услуги по контролируемому дробеструйному упрочнению являются очень экономичным методом снижения коррозионной усталости и износа. Узнайте больше о контролируемой дробеструйной обработке сегодня, посетив нашу страницу услуг дробеструйной обработки.

3) Everlube ® продукты

CWST предлагает ряд продуктов Everlube®, которые помогают смазывать и защищать низкое сопротивление трения между двумя сопрягаемыми деталями.Продукты Everlube ® представляют собой форму сухого смазочного покрытия. В зависимости от применения материала существует ряд различных продуктов, которые можно использовать для защиты от окисления и износа. Узнайте больше о покрытиях Everlube ®, посетив нашу страницу покрытий материалов.

<< Назад к новостям

Окисление металлов, контролируемое атомарными поверхностными ступенями

(вверху) Схема поверхности сплава Ni-Al со ступенями на поверхности атомной высоты, присутствующими на всех кристаллических материалах.Оксид алюминия (Al 2 O 3 ) растет за счет включения атомов алюминия, высвобождающихся на ступенях. Когда оксид встречает ступеньку, его дальнейший рост тормозится. (внизу) Последовательность изображений микроскопии in-situ, иллюстрирующая столкновение полосы Al 2 O 3 («A») со ступеньками на поверхности (слабые черные линии).

Rust никогда не спит. Будь то ссылка на альбом Нила Янга 1979 года или продукт, предназначенный для защиты металлических поверхностей, эта фраза наводит на мысль о том, что коррозия от окисления — более общее химическое название ржавчины и других реакций металла с кислородом — является неизбежным и постоянным процессом.Но новое исследование, проведенное в Центре функциональных наноматериалов (CFN) в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США, показывает, что определенные особенности металлических поверхностей могут остановить процесс окисления в их следах.

Выводы, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences , могут иметь отношение к пониманию и, возможно, контролю окисления в широком диапазоне материалов — от катализаторов до суперсплавов, используемых в турбинах реактивных двигателей, и оксидов в микроэлектронике.

Команда использовала низкоэнергетический электронный микроскоп (LEEM), чтобы зафиксировать изменения в структуре поверхности никель-алюминиевого сплава, когда «полосы» оксида металла образуются и растут в диапазоне повышенных температур. Металл, который хотел изучить Чжоу, никель-алюминий, имеет общую для всех кристаллических поверхностей характеристику: ступенчатая структура, состоящая из ряда плоских террас на разной высоте. Ступени между террасами имеют высоту всего один атом, но они могут оказывать существенное влияние на свойства материала.Возможность видеть шаги и то, как они меняются, имеет важное значение для понимания того, как поверхность будет вести себя в различных средах, в данном случае в ответ на воздействие кислорода.

В то время как образование более толстых оксидных слоев широко изучалось, начальные стадии окисления поверхности остаются плохо изученными, особенно для сложных материалов, таких как металлические сплавы. Результаты этого исследования демонстрируют, что ступени атомной высоты могут играть ключевую роль в ограничении начала окисления. Это указывает на новые возможности для контроля окисления металлов в приложениях, начиная от катализа и заканчивая защитой от коррозии и микроэлектроникой.

Возможности CFN

Уникальные возможности микроскопии поверхности in-situ в Центре проксимальных зондов CFN сыграли важную роль в прямом наблюдении за взаимодействием оксидных полосок с поверхностными ступеньками на NiAl(100). Микроскопия с комбинированным высоким пространственным и временным разрешением позволила измерить в атмосфере газообразного кислорода, как скорость окисления снижается, когда растущий оксид сталкивается со ступенями атомной высоты на поверхности.


Микроскопия показывает, как ступени высотой в один атом препятствуют окислению металлических поверхностей
Дополнительная информация: «Динамика поверхности NiAl(100) под влиянием окисления» Proc.Нац. акад. Наука . США 112, E103-E109 (2015). DOI: 10.1073/pnas.14206 Предоставлено Брукхейвенская национальная лаборатория

Цитата : Окисление металлов, контролируемое атомарными поверхностными ступенями (2015, 19 марта) получено 25 апреля 2022 г. с https://физ.org/news/2015-03-metal-oxidation-atomic-surface.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Какие марки нержавеющей стали устойчивы к окислению при каких температурах?

 

Резка нержавеющей стали 304 для Marlin Steel

Инженеры-технологи, которым нужны изделия из нержавеющей стали, хотят знать, какой тип нержавеющей стали устойчив к коррозии при различных температурах.

Нержавеющая сталь технически не подвержена окрашиванию или ржавчине. В условиях низкого содержания кислорода или высокой солености (соленая вода) он подвержен коррозии. Различные марки нержавеющей стали реагируют по-разному, в зависимости от их химического состава — количества углерода, хрома или никеля, которое они содержат. Хром в нержавеющей стали образует пленку, которая не позволяет кислороду разъедать стальную поверхность. Результатом является «пассивация», что означает, что материал пассивен, а не так активен, когда сталкивается с такими веществами, как воздух и вода.

Температура, жидкости и нагрузка на конструкцию могут спровоцировать коррозию. Согласно веб-сайту Института Макнелли, скорость коррозии удваивается с каждым повышением температуры на 18 F (10 °C). Это также может быть вызвано трением между деталями.

В следующей таблице от ASM (Американского общества металлов) показаны приблизительные максимальные рабочие температуры, при которых различные марки нержавеющей стали устойчивы к окислению в сухом воздухе. Температуры зависят от реальных условий окружающей среды; в некоторых случаях даже более низкие температуры приведут к образованию оксидных отложений.

МАРКА ПЕРИОДИЧЕСКИЙ (°C) НЕПРЕРЫВНЫЙ (°C)
304 870 925
309 980 1095
310 1035 1150
316 870 925
321 870 925
410 815 705
416 760 675
420 735 620
430 870 815
2111HTR 1150 1150

Таблица предоставлена: ASM Metals Handbook

Новое исследование раскрывает тайну образования полых наночастиц во время окисления металлов

-современные батареи или технологии доставки лекарств.

Чтобы добиться такого контроля, ученые должны сначала понять, как именно работает процесс окисления. С помощью синхротронов и суперкомпьютеров исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и Университета Темпл иллюстрируют процесс в более мелком масштабе, чем когда-либо прежде.

Сяобин Цзо, научный сотрудник Advanced Photon Source, руководил экспериментальной частью исследования, в котором сочеталось рассеяние рентгеновских лучей под малыми и широкими углами, чтобы охарактеризовать структуру наночастиц и отверстий, образовавшихся во время окисления.(Изображение предоставлено Wes Agresta/Argonne National Laboratory.)

В статье, опубликованной сегодня в журнале Science , исследователи из Аргоннского и Темплского университетов описывают поведение металлических наночастиц, наблюдая за их окислением в режиме реального времени. Используя комбинацию рассеяния рентгеновских лучей и вычислительного моделирования, исследователи смогли наблюдать и моделировать изменения в геометрии наночастиц по мере их возникновения.

Эти знания дополняют наше понимание фундаментальных повседневных реакций, таких как коррозия, и закладывают основу для разработки новых методов визуализации, манипулирования и контроля таких реакций в атомном масштабе.

«Во время окисления металлов происходит направленный поток материала через границу раздела, что иногда может привести к образованию дыр в атомной решетке. Этот процесс известен как эффект Киркендалла. Если его хорошо понять, его можно использовать для разработки экзотических материалов в наномасштабе», — сказал ученый-вычислитель Субраманиан Санкаранараянан, один из главных исследователей исследования и научный сотрудник Аргоннского центра наноразмерных материалов.

В своем исследовании исследователи стремились понять эффект Киркендалла в малых частицах железа во время окисления на наноуровне, особенно в диапазоне 10 нанометров.

Ученые из Аргонны Бадри Нараянан (слева) и Субраманиан Санкаранараянан (справа) являются соавторами научной статьи под названием «Количественная трехмерная эволюция окисления коллоидных наночастиц в растворе» вместе со следующими исследователями (не на фото): Юган Сан, Сяобин Цзо, Шэн Пэн и Ганеш Камат. (Изображение Wes Agresta/Argonne National Laboratory.)

В таком масштабе, примерно в 10 000 раз тоньше листа бумаги, наночастицы железа, находящиеся в кислородной среде, проявляют уникальное свойство – они образуют экзотические структуры, такие как полые наночастицы или нанооболочки, которые уже использовались в качестве электродов в батареях и в качестве средств доставки лекарств в медицине.Форма, структура и распределение отверстий в этих нанооболочках зависят от того, как протекает окисление во времени.

«Просвечивающая электронная микроскопия широко используется в исследованиях наноматериалов; однако обычная микроскопия не позволяет исследовать структурную эволюцию наночастиц в реальных условиях реакции. По этой причине мы использовали мощные источники рентгеновского излучения в усовершенствованном источнике фотонов для проведения характеристики in situ или «на месте», — сказал Сяобин Зуо, ученый, работающий с лучами в усовершенствованном источнике фотонов и один из главные исследователи в исследовании.«Рентгеновские лучи не разрушают наночастицы и обеспечивают трехмерные структуры с высоким разрешением».

Визуализация проводилась на наночастицах, которые были синтезированы, чтобы иметь одинаковый размер и форму. «Высокая однородность выборки — еще один ключевой успех этого исследования; наличие частиц одинаковой структуры и размера было критически важным для получения трехмерной структуры», — сказал Цзо

.

Рентгеновские лучи помогли ученым проследить структурную эволюцию по мере окисления наночастиц. Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей помогло охарактеризовать морфологию частиц, включая пустоты внутри, в то время как широкоугольное рассеяние рентгеновских лучей предоставило информацию об атомной решетке наночастиц; сочетание этих двух факторов позволило исследователям экспериментально исследовать как металлическую решетку, так и структуру пор.

С помощью этих экспериментальных методов исследователи смогли увидеть, как образуются пустоты с относительно высоким пространственным разрешением, но не достигающим уровня отдельных атомов. Для этого исследователи обратились к суперкомпьютерным ресурсам Аргоннского вычислительного центра.

Компьютерное моделирование дополнило экспериментальные наблюдения и позволило исследователям моделировать окисление наночастиц железа атом за атомом, то есть исследователи могли визуализировать образование и разрыв связей и отслеживать движение отдельных атомов.

Рентгеновские эксперименты и многомиллионное реактивное моделирование были выполнены на частицах аналогичного размера, чтобы облегчить прямое сравнение эволюционирующей структуры.

«Нам требовалась огромная вычислительная мощность 10-петафлопного суперкомпьютера Mira, принадлежащего Argonne Leadership Computing Facility, для выполнения этих крупномасштабных реактивных симуляций», — сказал соавтор Бадри Нараянан, штатный научный сотрудник из Аргонны, который в то время был докторантом. учебы. «Моделирование дало более детальное представление о превращении наночастиц в нанооболочки и процессах атомного масштаба, управляющих их эволюцией.

Способность интегрировать синтетические и экспериментальные методы (рентгеновское изображение в Advanced Photon Source, синтез наночастиц и просвечивающую электронную микроскопию в Центре наноразмерных материалов) с компьютерным моделированием и симуляцией для получения новых знаний является одним из наиболее ценных аспектов исследование, — говорят авторы.

«Полная трехмерная эволюция морфологии наночастиц в реальных условиях реакции с разрешением от субнанометрового до атомистического не была реализована до этого исследования», — сказал Санкаранараянан.«Это действительно пример того, как сумма может быть больше, чем части — как теория и визуализация вместе дают нам информацию, которая лучше, чем та, которую можно получить, когда эти методы используются независимо».

Исследование под названием «Количественная трехмерная эволюция окисления коллоидных наночастиц в растворе» опубликовано в журнале Science .

Среди других авторов этого исследования Юган Сунь из Университета Темпл, а также Шэн Пэн и Ганеш Камат из Центра наноразмерных материалов.Исследование было поддержано Университетом Темпл.

Работа была завершена с использованием ресурсов Усовершенствованного источника фотонов, Центра наноразмерных материалов и Аргоннского вычислительного центра, а также Национального научно-вычислительного центра энергетических исследований в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли — все объекты пользователей Управления науки Министерства энергетики США. Время вычислений в Argonne Leadership Computing Facility было присуждено в рамках программы Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment (INCITE) и ASCR Leadership Computing Challenge.

Аргоннская национальная лаборатория занимается поиском решений насущных национальных проблем в области науки и техники. Первая в стране национальная лаборатория, Аргонн, проводит передовые фундаментальные и прикладные научные исследования практически во всех научных дисциплинах. Исследователи Аргонны тесно сотрудничают с исследователями из сотен компаний, университетов, а также федеральных, государственных и муниципальных учреждений, чтобы помочь им решить их конкретные проблемы, укрепить научное лидерство Америки и подготовить нацию к лучшему будущему.Компания Argonne, в которой работают сотрудники из более чем 60 стран, находится под управлением UChicago Argonne, LLC для Управления науки Министерства энергетики США.

Управление науки Министерства энергетики США является крупнейшим сторонником фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из самых насущных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт Управления науки.

Окисление — Rolled Alloys, Inc.

Окисление – это реакция кислорода с элементом в стали. Наиболее распространенной формой окисления является ржавчина. Сама ржавчина представляет собой накопление тысяч молекул оксида железа, образующих красноватую пленку на поверхности стали. В нержавеющих сталях происходит аналогичный процесс, только не в железе. Вместо этого хром в основном материале нержавеющей стали соединяется с кислородом воздуха, образуя стабильный слой оксида хрома, который защищает основной материал от внешней среды.

Оксидный слой, образованный нержавеющей сталью, намного плотнее и прочнее, чем ржавчина, образующаяся в других сталях, и не позволяет большему количеству кислорода реагировать с элементами в основном металле. Ржавчина пористая и позволяет проникать большему количеству кислорода для продолжения реакции.

Хотя оксид хрома намного лучше, чем его аналог из ржавчины, он ни в коем случае не является непроницаемым. Механические напряжения, удары или другие пустоты могут обнажить основной металл, что позволит кислороду глубже проникнуть в материал.Пока материал содержит больше хрома в основном металле и имеет источник кислорода, оксидный слой обычно может восстанавливаться.

Хром — не единственный элемент, который играет роль в окислении нержавеющих сталей. Другие элементы, такие как алюминий, кремний и редкоземельные элементы, такие как церий, также играют роль в процессе окисления. Кремний и алюминий помогают индивидуально создавать вторичный оксидный слой под первичным оксидом хрома. При достаточно большом количестве этих элементов сплавы типа RA 602 CA (2.2 % Al) и РА 253 МА (1,7 % Si) могут образовывать вторичные оксидные слои, резко повышающие стойкость сплава к окислению. Хотя церий помогает в окислении, он действует по-другому. Вместо того, чтобы непосредственно добавляться к образованию оксида, он помогает оксиду прилипать к основному металлу и способствует более тонкой окалине. Хорошая аналогия того, как церий работает в нержавеющих сталях, состоит в том, чтобы думать о нем как о анкерных болтах для защитного слоя оксида хрома.

В таблице максимальных рекомендуемых температур для жаропрочных сплавов указаны некоторые жаропрочные сплавы, имеющиеся на складе Rolled Alloys.В сплавах, выделенных зеленым цветом, используется комбинация хрома и кремния для защиты от окисления. В сплавах, выделенных красным цветом, помимо хрома используется алюминий. а сплав, выделенный синим цветом, использует комбинацию церия и кремния в дополнение к хрому для его стойкости к окислению.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.