Обзор методов оксидирования стали

Метод оксидирования стали представляет собой действия, направленные на образование на поверхности металла оксидной пленки. Задача оксидирования в создании покрытий, которые будут нести декоративную и защитную функции. Кроме того, с помощью оксидирования образуются диэлектрические покрытия на конструкциях из стали.

• Особенности оксидирования
• Химический способ
• Анодное оксидирование
• Особенности плазменного и термического процессов
• Самостоятельное оксидирование
• Защита титана и его сплавов
• Защита поверхностей из серебра
• Защита поверхностей из латуни

Особенности оксидирования

Существует несколько способов оксидирования:

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

Химический способ

Химическое оксидирование означает обработку поверхностей специальными расплавами, нитратными, хроматовыми растворами, а также другими окислителями. В результате, удается повысить антикоррозийные качества металла. Такие мероприятия проводятся с использованием кислотных или щелочных составов.

Щелочное оксидирование осуществляется при температурах 30-180 градусов. Основной компонент составов — щелочи, а окислителей добавляется совсем немного. После процедуры детали промывают и высушивают. Иногда после оксидирования проводится промасливание.

Кислотное оксидирование проводится с применением нескольких кислот (ортофосфорная, соляная, азотная) и небольших количеств марганца. Температурный режим процесса — 30-100 градусов.

Холодное оксидирование (чернение) также относится к химической методике. Осуществляется окунанием детали в раствор с дальнейшей промывкой, сушкой и промасливанием. В результате, на поверхности образуется кристаллическая структура с наличием фосфатов и ионов. Особенностью технологии являются относительно низкая рабочая температура (15-25 градусов по Цельсию).

Достоинства чернения в сравнении с горячим оксидированием:

• детали лишь незначительно меняют свои размеры;
• более низкий уровень потребления энергии;
• высокий уровень безопасности;
• нет испарений;
• изделия имеют более равномерный цвет;
• методика позволяет оксидировать даже чугун.

Анодное оксидирование

Электрохимическое оксидирование (анодная методика) проводится в жидкой или твердой электролитной среде. Такой подход позволяет получить пленки высокой прочности таких видов:

• покрытия с тонким слоем (толщина — 0,1-0,4 мкм);
• устойчивые к износу электроизоляторы (толщина — 2-3 мкм);
• защитные покрытия (толщина 0,3-15 мкм);
• особые эмалевидные слои (эматаль-покрытия).

Анодирование поверхности окисляемой детали проводится на фоне положительного потенциала. Подобную обработку следует осуществлять, чтобы защитить части микросхем, а также создать на полупроводниках, стали, металлических сплавах диэлектрический слой.

Частный случай электрохимического оксидирования — микродуговое оксидирование. Методика дает возможность добиться уникальных декоративных свойств. Металл обретает дополнительную устойчивость к теплу и стойкость к коррозийным процессам.

Микродуговой метод отличается применением импульсного или переменного тока в слабощелочной электролитной среде. Таким образом, удается получить толщину покрытий в районе 200-250 мкм. Готовое изделие после обработки становится схожим по внешнему виду с керамикой.

Микродуговое оксидирование можно осуществить и самостоятельно, однако понадобится соответствующее оборудование. Особенность процесса состоит в его безопасности для здоровья человека. Именно этот факт обуславливает все большую популярность методики среди домашних умельцев.

Особенности плазменного и термического процессов

Термическое оксидирование означает возникновение оксидной пленки в среде водяного пара или другой содержащей кислоту атмосфере. При этом процесс характеризуется высокой температурой.

Самостоятельно выполнить такую операцию не представляется возможным, поскольку понадобится специальная дорогостоящая печь, где металл разогревается до 350 градусов. Однако в данном случае речь идет о низколегированных сталях. В случае же среднелегированных и высоколегированных сталей, температура должна быть еще выше — в районе 700 градусов. Общая продолжительность оксидирования по термической методике — порядка одного часа.

Также не получится воспроизвести дома и плазменный процесс. Такое оксидирование осуществляется в низкотемпературной кислородосодержащей плазме. Сама плазменная среда возникает благодаря СВЧ и ВЧ разрядам. Иногда задействуется постоянный ток. Особенность технологии — высокое качество получаемой продукции. Поэтому плазменное оксидирование используется для создания качественных покрытий на особо ответственных изделиях, к числу которых относятся:

• поверхности из кремния;
• полупроводники;
• фотокатоды.

Самостоятельное оксидирование

Описываемый здесь способ создания защитного покрытия на изделиях из стали доступен каждому. Вначале деталь зачищается и полируется. Далее с поверхности нужно убрать окислы (произвести декапирование). Декапируют деталь в течение минуты с помощью 5%-ного раствора серной кислоты. После окунания, деталь нужно промыть в теплой воде и перейти к пассивированию (5-минутное кипячение в растворе литра обычной воды с разведенными в ней 50 граммами хозяйственного мыла). Таким образом, поверхность подготовлена к процедуре оксидирования.

Последовательность дальнейших действий:

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

Защита титана и его сплавов

Как известно, титан отличается невысокой устойчивостью к износу. Оксидирование титана и сплавов на его основе повышает их антифрикционные качества, улучшает устойчивость металла к коррозии.

В результате нанесения защитного слоя, на металле образуются толстые оксидные пленки (в диапазоне 20-40 мкм), обладающие повышенными абсорбционными качествами. Конструкции из сплавов титана обрабатывают при температуре 15-25 градусов в растворе, включающем 50 граммов серной кислоты. Плотность тока составляет 1-1,5 Ампера на квадратный дециметр. Длительность процедуры — 50-60 минут. Если плотность тока превышает 2 Ампера на квадратный дециметр, продолжительность процесса уменьшается до 30-40 минут.

Во время нанесения защитного слоя, первые 3-6 минут поддерживается рекомендованная плотность тока, а напряжение в это время увеличивается до 90-110 В. По достижению данного показателя, плотность тока снижается до 0,2 Ампера на квадратный дециметр. Продолжается оксидирование без регуляции тока. В ходе процесса электролит перемешивается. Используются катоды из свинца или стали.

Защита поверхностей из серебра

Оксидирование серебра — это способ обработки серебряных изделий, в ходе которого происходит химическая обработка поверхности сернистым серебром. Толщина слоя приблизительно 1 мкм. Процедура осуществляется в растворах сернистых составов. Самым распространенным раствором считается серная печень.

В результате обработки серебро получает состаренный вид. Его цвет — от светло-серого до черного или коричневого. При этом на интенсивность цвета влияет толщина нанесенного слоя. Отрегулировать цвет можно в ходе полирования металла — выпуклости становятся светлыми, а впадины — остаются более темными. Контрастность позволяет подчеркнуть рельеф изделия. Оксидированное серебро иногда путают с черненным, хотя методика обработки поверхности в этих случаях отличается.

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.