Оксидация металла что это

Способы оксидирования металлов

[Оксидирование металла] в домашних условиях позволяет решить одновременно две проблемы: обновить металлическую поверхность любого изделия и дополнительно защитить ее от коррозии.

Ранее считалось, что обработка оксидированием может выполняться только в производственных условиях, используя промышленное оборудование, но интеллектуальное мышление человека доказало, что это не так.

Отличия обработки металлических изделий дома и на производстве заключаются в разнице применяемых технологий, но преследуют одну и ту же цель.

В результате промышленного процесса оксидирования в верхнем слое металла происходит изменение структуры.

В домашних условиях поверхность стали покрывают специальным веществом, которое способствует изменению оттенка и ее защите.

Особенности химического процесса

Химическая обработка металлической поверхности предусматривает применение растворов и расплавов различных окислителей, например, солей хромовой или азотной кислоты.

Их использование позволяет обеспечить антикоррозийную защиту металлу. При этом обработка может выполняться с помощью как щелочных, так и кислотных составов.

Процесс химического оксидирования щелочным методом происходит при температуре 30-1800, которая определяется типом металла.

Например, химическое оксидирование алюминия и его сплавов выполняют при температуре 80-1000, время обработки составляет 10-20 минут.

Оттенок пленки, образующейся на поверхности цветного металла, зависит от толщины и структуры сплавов.

Если химическое оксидирование алюминия выполнить в щелочном растворе слабой концентрации и при низкой температуре, можно получить тонкую защитную пленку с цветом побежалости.

И наоборот, если сделать для алюминия и его сплавов слишком концентрированный раствор щелочи и использовать высокую температуру обработки, защитное покрытие будет рыхлым.

Большой промежуток оксидирования может обернуться травлением металла.

Обработка сложнолегированной нержавеющей стали (оксидирование стали) происходит за счет применения концентрированного раствора азотной кислоты.

При температуре 18-550 с продолжительностью 15-60 минут.

Особенности анодного оксидирования металла

Анодное окисление металлических изделий в домашних условиях выполняют с использованием электролитных составов под действием постоянного тока.

При этом посудина, в которой будет проводиться анодное оксидирование, не должна быть токопроводящей.

В роли электролита может выступать, разбавленная водой, серная кислота (H2SO4), из расчета 20% на 800 мл воды.

При этом не водой разбавляют кислоту, а кислотой воду. Заменить H2SO4 можно пищевой содой и солью.

Используя алюминиевую подвеску, к аноду прикрепляют подлежащее обработке изделие, к катоду крепят свинцовую пластину.

Если металлическое изделие имеет сложную форму, то используют больше свинцовых элементов.

Расстояние между пластинами и изделием не должно быть больше 90 мм. Температура обработки должна составлять 200, при плотности тока 2-3 Ампер на квадратный дм.

Напряжение, при котором будет осуществляться анодирование, равняется 12-15В, в течение 60 минут.

Одной из технологий анодирования считается микродуговое окисление, техническим результатом его применения является получение покрытия с выраженными декоративными характеристиками и более высокой защитной способностью.

Микродуговое оксидирование наделяет поверхность цветного металла равномерностью, антикоррозийной стойкостью и микротвердостью.

Компонентами состава служат:

По указанному списку можно сделать электролит в домашних условиях путем обычного смешивания.

Далее микродуговое оксидирование сплавов алюминия выполняют в режиме анод-катод при температуре 25-300.

При плотности тока 15-20 Ампер на квадратный дм, при продолжительности 90-120 минут.

Термическое окисление металлов

Термическое оксидирование железа, сплавов и нержавеющей стали представляет собой процесс, в результате которого на поверхности металлических изделий образуется оксидный пленочный слой.

Термическое оксидирование выполняется в условиях высокого температурного режима с использованием пара или кислорода.

Оборудование, за счет которого осуществляется термическое оксидирование, представляет собой специальные печи.

Поэтому в домашних условиях сделать термическую обработку указанным путем не получится.

Применение печей в технологии оксидирования позволяет исключить использование химикатов, травление, промывку и ряд других процессов.

Температура обработки металлических изделий в термических печах может составлять от 3500 до 7000, в зависимости от типа стали.

Технология оксидирования меди и ее сплавов

Оксидирование меди не сложно выполнить химическим и электрохимическим методом, в результате чего медная поверхность может приобрести разнообразное цветное покрытие.

Для получения медной пленки используют цианистую или кислую жидкость. Хорошие показатели дает оксидирование меди цианистым электролитом.

При этом медные сплавы, в структуре которых присутствуют легирующие металлы, поддаются обработке труднее.

В пример можно привести бронзу, содержащую определенный процент олова, которое способствует защите меди от окислов.

Или сплав бронзы с никелевыми и хромовыми присадками, такой металл еще сложнее обработать.

Бронза с минимальным присутствием цинка, не превышающим 20 %, хорошо поддается обработке, в то время как его большое количество осложняет процесс.

С помощью сернистых составов, чаще всего, выполняют холодное обрабатывание медных скульптур. Как правило, это серная печень, сернистый аммоний и натрий.

Сделать холодное черное с синим оттенком оксидное покрытие позволяет сернистый аммоний. Придать декоративный вид изделию из бронзы и олова можно с помощью серной печени.

Но если использовать ее для окрашивания чистой меди или бронзы и томпака, можно добиться красного оттенка пленочного слоя.

Технология оксидирования серебра

Оксидирование серебра позволяет белому металлу получить синий, черный или фиолетовый оттенок, при этом структура обрабатываемого изделия не подвергается деформации или разрушению.

В домашних условиях сделать обработку серебряных изделий можно с использованием серной печени.

Для приготовления состава в домашних условиях необходимо взять калиевую щелочь и серу (купить ее можно там, где продаются удобрения).

Затем нужно соединить вещества в железной емкости: 1 часть щелочи и 2 части серы, и выдержать состав на огне до полного расплавления.

Периодически смесь необходимо помешивать. Далее готовую серную печень снимают с огня и дают ей остыть.

Когда сплав остынет, его разбивают на кусочки и перекладывают в посуду с плотной крышкой.

Теперь, когда дома есть серная печень, можно заняться обработкой серебра. Нужно взять кусочек сплава, примерно с горошину, положить его в емкость и залить горячей водой.

После того как с помощью помешивания комок растворится, в серную воду кладут серебряное изделие.

Через полчаса серебро начнет менять свой цвет, как уже говорилось выше, белый металл может принять фиолетовый, черный или синий оттенок.

Когда изделие приобретет нужный цвет, его вынимают из жидкости и ополаскивают горячей, теплой и, в завершении, холодной водой.

Технология оксидирования титана

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

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

Чтобы провести оксидирование титана применяют чаще всего анодную обработку, так как титан плохо выдерживает воздействие химических растворов в процессе химического оксидирования.

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

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

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

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

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

Источник

Виды и способы оксидирования металла

Оксидированием стали создается защитная пленка из сложных окислов, которая препятствует образованию ржавчины. Узнайте о видах обработки, особенностях химического, анодного и термического процессов.

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.

Суть и назначение технологии

В своей основе оксидирование стали имеет окислительно-восстановительную реакцию металла при его взаимодействии с кислородом воздуха, электролитом или специальными кислотно-щелочными растворами. В результате на поверхности детали образуется защитная пленка, повышающая технические характеристики металла:

Добавление в электролит растворов для окрашивания позволяет создавать изделия из металла с поверхностями разных цветов.

Покрытие оксидной пленкой применяют для различных материалов. В ювелирной промышленности и при создании бижутерии используют оксидирование многих металлов:

Сущность обработки – в увеличении прочности и придании дополнительной декоративности. Изделия из серебра хорошо держат форму. Это позволяет создавать украшения с острыми углами и тонким орнаментом. С помощью оксидов создается патина, имитирующая старину, и другие эффекты.

В зависимости от характеристик и свойств металла используют различные технологии создания сложных окислов на поверхности.

К положительным качествам оксидирования относится его распределение по поверхности тонкой пленкой в несколько микрон – тысячных долей миллиметра. При этом не меняются размеры деталей и посадочных мест сверху и на поверхности.

Виды оксидирования металла

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

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:

Термическое

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.

Плазменное оксидирование применяют, в основном, для повышения светочувствительности и электропроводности деталей оптических приборов и плат.

Лазерное

Недостаток лазерного оксидирования сталей – в покрытии заготовок только снаружи. В отверстия малого диаметра головка лазерной установки не войдет.

Оксидирование своими руками

Делать защитное покрытие в домашних условиях проще всего по старинному рецепту. Для этого стальной предмет следует очистить от всех видов загрязнений, протравить в слабом растворе кислоты. Любое оставшееся пятно будет препятствовать процессу оксидирования стали.

Каленые стали при нагреве до температуры выше 300 ⁰C могут отпуститься – стать мягче. Поэтому металл после закалки греют индуктором токами ТВЧ до 250–280 ⁰C. Если нет возможности нагреть только поверхность заготовки, температуру снижают до 220–250 °C, увеличив количество нагревов и погружений.

Льняное масло использовали в прошлые века. Сейчас его можно заменить веретенным, широко применяемым для закалки стали.

Оксидирование стали – интересный процесс. С его помощью можно самостоятельно защитить от коррозии небольшие изделия, крепеж в автомобиле и других устройствах.

Какой метод больше всего понравился нашим читателям и что они готовы применить на практике? Нам интересно ваше мнение.

Источник

Оксидирование стали

Одной из важных задач по сохранению металлических конструкций является борьба с вредным воздействием окружающей среды. Повышенная влажность, наличие в воздухе химически активных элементов, способных разрушать целостность металла, особенно стали, приводит к ухудшению таких показателей как надёжность и прочность.

Для решения этой задачи готовые изделия покрывают различными видами защитных покрытий.

Существуют различные методы повышения поверхностной устойчивости и антикоррозийности.

Одним из таких методов является создание на поверхности стали защитной плёнки, используя специальные способы обработки.

Понимание сущности назначения этого процесса требует ответа на вопрос — что такое оксидирование?

Сущность заключается в использовании свойств окислительно — восстановительной реакции, в результате чего на поверхности стали образуется защитная плёнка. Так же производится оксидирование стали.

Этот процесс позволяет решить следующие задачи:

Оксидирование металла производится следующими методами:

Рассмотрим каждый метод подробнее.

Химическое оксидирование

Этот процесс предполагает обработку металлов растворами, смесями, расплавами химических элементов (такие окислы как окислы хрома). Данное оксидирование позволяет провести так называемую пассивацию поверхности металла. Он предполагает создание в близком к поверхности слое металла неактивного (пассивного) образования. Создаётся тонкий поверхностный слой, защищающий основную часть конструкции.

Технологически этот процесс реализовывается посредством опускания подготовленной металлической детали в раствор щёлочи или кислоты, заданного процентного соотношения.

Выдерживают его там определённое время, которое позволяет полностью провести окислительно — восстановительную реакцию. Затем деталь тщательно промывают, подвергают естественной сушке, окончательной обработке.

Химическое оксидирование стали

Для создания кислотной ванны применяют три вида химически активных кислот: соляную, азотную, ортофосорную. Ускорение протекания химической реакции стимулируют добавлением в раствор кислоты соединений марганца, калия, хрома. Реакция окисления протекает при температуре раствора в интервале от 30 °С до 100 °С.

Применение растворов на основе щелочных соединений позволяет использовать добавки соединений нитрата натрия и диоксида марганца. В этом случае температура раствора необходимо повышать до 180 °С, а с добавками и до 300 °С.

После проведенной процедуры деталь промывают и просушивают. Иногда для закрепления процесса химической реакции применяют бихромат калия. Для увеличения срока сохранения образованной плёнки проводят химическое оксидирование с промасливанием. Иногда такой процесс называют химоксидирование. При окончательном покрытии маслом получается надёжное покрытие от коррозии, обладающее эффектным высоко декоративным чёрным цветом.

Анодное оксидирование

Такой вид называется – электрохимическое оксидирование стали. Иногда его называют и анодное оксидирование стали. Также применяют термин анодирование. В его основу заложен химический процесс электролиза. Его можно проводить как в твёрдых, так и в жидких электролитах. Подготовленную заготовку помещают в ёмкость с оксидным раствором.

Протекание реакции электролиза возможно при создании разности потенциалов между двумя элементами.

Поверхность окисляемого изделия характеризуется положительным потенциалом. Из раствора выделяют химически активные элементы с отрицательным потенциалом. Взаимодействие разнополярных элементов и называется реакцией электролиза (в нашем случае анодирования).

Протекание реакции анодирования можно выполнить в домашних условиях. Требуется чётко выполнять условия техники безопасности. В реакции участвуют вредные реактивные жидкости и небезопасное напряжение.

Применение анодного оксидирования позволяет создавать защитные плёнки различной толщины. Создание толстых плёнок возможно благодаря применению раствора серной кислоты.

Тонкие плёнки получают в растворах борной или ортофосфорной кислоты. С помощью анодирования можно придать поверхностному слою металла красивые декоративные оттенки. С этой целью процесс проводят в органических кислотах. В качестве таких растворов применяют щавелевую, малеиновую, сульфосалициловую

Специальным процессом анодирования считается микродуговое оксидирование. Оно позволяет получать покрытия, обладающие высокими физическими и механическими характеристиками. К ним относятся: защитные, изоляционные, декоративные, теплостойкие и антикоррозийные свойства. В этом случае оксидирование производится под действием переменного или импульсного тока в специальных ваннах заполненных электролитом. Такими электролитами являются слабощелочные составы.

Анодное оксидирование в домашних условиях

Анодирование позволяет получить поверхностный слой, обладающий следующими свойствами:

К анодированию нержавеющей стали требуется специальный подход. Это связано с тем, что такая сталь считается нейтральным (инертным) сплавом. Поэтому на производстве при анодировании большого количества деталей применяют двух этапную процедуру.

На первом этапе анодирование нержавеющей стали производят совместно с другим, более подходящим для этого процесса металлом. Это может быть никель, медь, другой металл или сплав.

На втором этапе производят оксидирование непосредственно самой нержавеющей стали. Для упрощения процесса оксидирования сегодня ведутся разработки специальных добавок, так называемых пассивирующих паст. Эти составы ускоряют процесс реакции нержавеющей стали.

Термическое оксидирование

Согласно термину оксидирование происходит при относительно высоких температурах. Величина этого показателя зависит от марки стали. Например, процесс термического оксидирование обычной стали происходит в специальных печах. Внутри создаётся температура, близкая к 350 °С. Класс легированных сталей подвергаются термическому оксидированию при более высоких температурах. Необходимо разогреть заготовку до 700 °С. Обработка продолжается в течение одного часа. Этот процесс получил название воронение стали.

Плазменное оксидирование

Такое оксидирование проводят в среде с высокой концентрацией кислорода с помощью низкотемпературной плазмы. Плазма создаётся благодаря разрядам, возникающим при подаче токов высокой или сверхвысокой частоты.

Плазменное оксидирование используют для формирования оксидированных плёнок на достаточно небольших поверхностях.

В основном его применяют в электронике и микроэлектронике. С его помощью образуют слои на поверхности полупроводниковых соединений, так называемых p-n переходах. Такие плёнки используют в транзисторах, диодах (в том числе в туннельных диодах), интегральных микросхемах. Кроме этого она используется для повышения светочувствительного эффекта в фотокатодах.

Разновидностью плазменного оксидирования является оксидирование с применением высокотемпературной плазмы. Иногда её заменяют на дуговой разряд с повышением температуры до 430 °С и выше. Применение этой технологии позволяет значительно повысить качество образуемых покрытий.

Лазерное оксидирование

Эта технология достаточно сложна и требует специального оборудования. Для проведения оксидирования используют:

В обоих случаях применяются лазерные установки инфракрасного диапазона. За счёт лазерного прогрева верхнего слоя материала удаётся получить достаточно стойкую защитную плёнку. Однако этот метод применяется только для поверхности небольшой площади.

Оксидирование своими руками

Организовать процесс оксидирования небольших металлических изделий можно в домашней лаборатории. При точном соблюдении последовательности технологических операций добиваются качественного оксидирования.

Весь процесс следует разделить на три этапа:

На подготовительном этапе проводят следующие работы:

Оксидирование в домашних условиях

На этом предварительный этап заканчивается.

Основной этап оксидирования состоит из следующих операций:

На завершающем этапе с деталью производят следующие операции:

Таким образом, проводить оксидирование можно и в домашних условиях. Главное, соблюдать указанные рекомендации.

Источник