Оксидирование металла – в чем суть процесса и для чего он нужен

Оксидирование стали представляет собой процедуру, в результате которой, изделие покрывается защитной оболочкой, препятствующей разрушительному влиянию кислорода на металл и появлению коррозии.

Оксидирование актуально для того, чтобы обезопасить металл от негативных внешних воздействий: солнечных лучей, ветра, воды, температурных изменений.

Преимущества оксидирования металла

Поскольку металл обладает массой положительных качеств, его широко используют для изготовления различных строительных конструкций, оборудования, элементов разнообразных механизмов и т.д. Однако, помимо множества положительных характеристик, стоит напомнить и о недостатках металла, важнейшим из которых является появление коррозии в результате взаимодействия металла и кислорода. Ржавчина не просто портит вид изделия, но и негативно сказывается на его качественных характеристиках.

С помощью оксидирования на металлической поверхности формируется устойчивое покрытие, предохраняющее конструкцию от окислительных процессов. Окислению подвергают изделия из разных металлов, в том числе стали, алюминия и т.д. Такой способ обработки применяют не только в промышленности, но и в ювелирном деле, производстве коллекционных образцов оружия и т.д.

После оксидирования (воронения) изделия приобретают:

• Прочность,
• измененную окраску,
• внешнюю пленку, защищающую от ржавчины.

Оксидированная пленка формируется в результате термической обработки и использовании специальных смесей.

Сфера применения оксидированных металлов

После оксидирования нередко металлы меняют свой цвет. К примеру, этот способ используют для обработки кованых изделий, решеток для оформления каминов, оружия и т.д. Увеличить срок эксплуатации обработанного предмета можно с помощью нанесения на его поверхность слоя лака.

Методы оксидирования металлов

Химическое оксидирование

Эта технология предусматривает обработку изделий из металла раствором либо расплавом определенных компонентов. Для оксидирования применяют пассивацию покрытия, которое в процессе обработки теряет химическую активность. Под влиянием пассирующего метала образуется защитный слой.

Данная технология представляет собой погружение обрабатываемого продукта в раствор щелочи либо кислоты нужной концентрации. После того, когда изделие подвергнется щелочному воздействию на протяжение определенного отрезка времени, требуемого для окончания окислительно-восстановительного процесса, изделие промывают, подвергают сушке, после чего отправляют для финишной обработки.

В качестве наполнения, кислотной ванны используют соляную, азотную и ортофосфорные кислоты. При добавлении таких химических элементов как марганец, калий либо хром, происходит ускоренная реакция. Для оптимального течения оксидирования требуется определенный температурный режим от +30 °С до +100 °С.

Для создания щелочной среды применяют особые соединения, дополнительно вводя в их раствор нитрат натрия и диоксид марганца. Эту процедуру проводят при температурном режиме от +180 °С до +300 °С.

После такой обработки, детали хорошо промывают, сушат. Для дальнейшей обработки покрытия часто применяют бихромат калия. В процессе оксидирования и дальнейшей обработки изделия приобретают прочность, увеличивается их срок службы, а сами поверхности приобретают красивый черный цвет.

Различают холодное и горячее оксидирование. Горячий способ предусматривает создание защитной пленки с помощью кислого метода (из оксида железа и фосфатов) либо с помощью щелочного метода (из щелочи и окислителя).
При холодной обработке сталь помещают в раствор, температура которого варьируется в пределах 15-25°С. Достоинство второго метода заключается в том, что им можно обрабатывать детали, изготовленные, из различных видов стали. При этом, не требуется дополнительных затрат на обеспечение режима высоких температур, да и сам процесс требует меньше времени.

Анодное оксидирование (анодирование)

Электрохимическое оксидирование стали происходит на базе химического электролиза. В процессе принимают участие твердые либо жидкие электролиты. Предварительно подготовленная конструкция помещается в ванну оксидирования стали, в которой находится раствор электролита и созданы условия разности между катодом и анодом.

Ионы с отрицательным зарядом направляются к поверхности изделий и оседают на ней, создавая защитную пленку.

Поскольку для анодного оксидирования применяют опасные реагенты и электроток, необходимо строгое соблюдение правил безопасности. Если не нарушать меры предосторожности, то обработка изделий таким способом может проводиться даже в домашних условиях.

Используя электролиз, можно создавать защитные оболочки любой толщины. Чтобы получить толстую пленку нужно использовать в роли реагента серную кислоту.

Для образования тонкого защитного слоя используют борную кислоту либо ортофосфорную. Применяя разные органические кислоты (щавелевую, сульфосалициловую), можно менять цвет покрытия.

Для получения высокопрочного защитного покрытия применяют способ микродугового оксидирования. Созданная таким путем пленка обладает не только защитными функциями, но и отличными электроизоляционными, а также декоративными характеристиками. В процессе такого окисления, воздействие на деталь осуществляется импульсным либо переменными током в ваннах, наполненных электролитом (обычно, в этом качестве выступают слабощелочные составы).

С помощью данной технологии на поверхности изделия образуется защитный слой, обладающий:

• устойчивостью к коррозии;
• электроизоляцией;
• прочностью, несмотря на то что толщина покрытия весьма незначительная;
• хорошими декоративными свойствами.

Для анодирования нержавеющей стали специалисты разработали специальные технологии. Процесс анодирования конструкций из нержавеющей стали осуществляют в два этапа:

• проведение оксидирования в сочетании с такими металлами как никель, медь и пр.
• оксидирование непосредственно изделий из нержавеющей стали с применением пассивирующих составов, ускоряющих реакцию.

Термическое оксидирование

Из самого названия следует, что речь идет о технологии с применением высоких температур. Известно, что для разных типов сталей применимы разные температуры. Например, оксидирование простого металла осуществляют в особых печах с температурным режимом порядка +350 °С. Для обработки легированных видов стали необходимы температуры порядка +700 °С. Продукцию при данном оксидировании обрабатывают в печи примерно час. Такое оксидирование иначе называют воронением.

Плазменное оксидирование

Суть данного способа заключается в обработке поверхностей низкотемпературной плазмой в среде, где высокое содержание кислорода. Для производства плазмы применяют разряды, образующиеся под воздействием высокочастотного и сверхвысокочастотного электротока.

Такая технология позволяет создавать оксидированные защитные оболочки на меленьких по площади изделиях.

Плазменное оксидирование широко применяется в производстве элементов для электроники и микроэлектроники. Защитные пленки, сформированные по данной технологии, нужны для эффективной работы микросхем, транзисторов и т.п.

Лазерное оксидирование

Это очень сложная технология, для проведения которой требуется использование специального оборудования. Для формирования защитной пленки необходимо использование лазерного излучения:

• импульсного,
• непрерывного.

В обоих случаях лазерное оборудование функционирует в инфракрасном диапазоне. Под воздействием лазера, верхние слои металла разогреваются, что придает защитному слою, созданному в процессе оксидирования, особую прочность и износостойкость. Использование данной технологии возможно только на участках малой площади, поэтому область применения технологии достаточно ограниченная.

Паротермическое оксидирование

Благодаря данному способу обработки металлических поверхностей можно отказаться от использования разного рода химикатов, которые ранее участвовали в подготовительном этапе деталей к окрашиванию. Соответственно, этот процесс обеспечивает более благоприятную экологию как внутри самого предприятия, так и за его пределами. Время для подготовки металлических деталей к окрашиванию уменьшается, потому что нет необходимости в проведении промывки, сушки и т.д. Сформированная оксидная пленка усиливает адгезию наносимой краски и повышает её качество. Из-за паро-термической обработки изделия не нуждаются в промывке и иных операциях, кроме того технология исключает обязательное грунтование изделий из металла.

Антикоррозийные качества оксидного слоя, созданного паротермическим способом намного лучше, в сравнении с теми, что получены любым иным методом оксидирования (к примеру, химическим либо фосфотированием), согласно категориям эксплуатационных условий «Л» и «С» ГОСТ 9.303-84.

Суть паротермического оксидирования состоит в создании защитной оболочки окиси железа на металлической поверхности детали под влиянием на неё высоких температур в виде перегретого пара.

Проведение оксидирования металла в домашних условиях

Чтобы придать металлическим изделиям прочности и иные полезные свойства, возможно проведение оксидирования дома. Надо понимать, что эффект от самостоятельного оксидирования будет несколько ниже, в сравнении с промышленными условиями.

Подготовительный этап включает в себя:

• оборудование рабочего пространства,
• подготовку необходимого инструмента,
• подготовку химических веществ и иных расходников, в том числе защитные средства.

Помещение, в котором предстоит работать, должно быть оборудованным хорошей вентиляцией. Помимо этого, понадобится рабочая емкость нужного размера, чтобы изделия было полностью погружено в раствор. Кроме того, необходима емкость из стекла, пластика либо керамики, в которой будет осуществляться смешивание составляющих кислотного либо щелочного раствора.

Работать можно только в средствах индивидуальной защиты, поскольку речь идет об использовании токсичных соединений (кислот, щелочей).

Щелочное оксидирование

Это одна из простейших технологий, с помощью которой можно формировать защитные пленки на изделиях из металла в домашних условиях. Потребуется определенное количество реагентов, из расчета: на 1 кг массы обрабатываемых деталей потребуется примерно 100 гр гидроксида натрия и 30 гр натриевой селитры. Технология включает в себя 4 этапа:

• подготовка состава: 1 кг каустической соды + 300 гр. натриевой селитры и 1 литр воды;
• детали помещают в раствор, температура которого составляет примерно +140 °С и выдерживают в нем 30 минут;
• детали вынимают из раствора и хорошо промывают;
• после просушки обрабатывают маслом, а его излишки устраняют с помощью ветоши.

Для проведения щелочного оксидирования применяют растворы каустической соды либо едкого калия. Объем реагента не может быть менее 700 г.

Заключение

Каждый из способов оксидирования применяется в зависимости от тех или иных условий, но при необходимости, имея базовые знания и опыт, можно осуществить процесс самостоятельно. Цена такого мероприятия значительно ниже готового обработанного изделия. Качественно проведенное оксидирование повышает срок службы изделий из металла. Кроме того, придать прочности изделию можно с помощью обработки поверхности лаком.