Эта статья уделит свое внимание разбору явления оксидирования металлов. Здесь мы рассмотрим общее представление о данном явлении, ознакомимся с некоторыми разновидностями и изучим их на примере со сталью. Также читатель узнает, как совершить подобный процесс самостоятельно.
Определение оксидирования
Для начала мы остановимся на понятии самого оксидирования. Это процесс, в ходе которого создается оксидная пленка на поверхностной площади изделия, а также на заготовке. Он становится возможным благодаря проведению окислительно-восстановительных реакций. Чаще всего подобные меры используют при оксидировании металлов, элементов декора и с целью сформировать диэлектрический слой. Среди главных разновидностей выделяют следующие: термическую, плазменную, химическую и электрохимическую форму.
Видовое разнообразие
Останавливаясь на описании выше перечисленных видов, про каждый из них можно сказать, что:
- Термическая форма оксидирования может осуществляться в ходе нагревания определенного изделия или инструмента в атмосферах пара воды или кислорода. Если происходит оксидирование металлов, например, железа и низколегированной стали, то процесс называют воронением.
- Химическая форма оксидирования характеризует себя, в качестве процесса обработки, посредством использования расплавов или растворов окислителей. Это могут быть представители хроматов, нитратов и т. п. Чаще всего это делается с целью придания изделию защиты от процессов коррозии.
- Оксидирование электрохимического типа характеризуется тем, что протекает внутри электролитов. Его также называют микродуговым оксидированием.
- Плазменную форму оксидирования реально осуществлять только при наличии плазмы с низкой температурой. Она должна содержать О2. Вторым условием является наличие разряда постоянного тока, а также ВЧ и/или СВЧ.
Общее понятие окисления
Чтобы лучше понять, что это – оксидирование металлов, желательно будет также ознакомиться и с общей, краткой характеристикой окисления.
Окисление – это процесс химической природы, который сопровождается увеличением показателя степени атомного окисления вещества, какое подвергается данному явлению. Это происходит посредством пересылки отрицательно заряженных частичек – электронов, от атома, который является восстановителем. Его также могут называть донором. Передача электронов совершается по отношению к окислительному атому, электронному акцептору.
Иногда в ходе окисления молекулы исходных соединений могут становиться нестабильными и распадаться на более маленькие составные фрагменты. При этом некоторая часть атомов, образовавшихся молекулярных частиц, будет обладать большей степенью окисления, чем те же виды атомов, но пребывающие в исходном, первоначальном состоянии.
На примере оксидирования стали
Что это такое – оксидирование металлов? Ответ на данный вопрос лучше будет рассмотреть на примере, для которого мы будем использовать проведение данного процесса со сталью.
Под химическим оксидированием металла – стали, понимают процесс выполнения работы, в ходе которой металлическую поверхность покроют оксидной пленкой. Эту операцию проводят, чаще всего, для образования защитного покрытия или придания новой черты элементу декора; еще это делают с целью создать диэлектрические слоя на изделиях из стали.
Говоря о химическом оксидировании, важно знать: сначала изделие подвергают обработке каким-либо сплавом или раствором хромата, нитрата или некоторого ряда других окислителей. Это придаст металлу защиту против воздействия коррозии. Процедуру можно также проводить с использованием композиций щелочной или кислотной природы.
Химическая форма оксидирования, выполняемая посредством использования щелочей, должна выполняться при температуре от 30 до 180 °С. Для таких процедур необходимо использовать щелочи с примесью небольшого количества окислителей. После того, как деталь обработали щелочным соединением, ее необходимо обязательно очень тщательно промыть, а далее высушить. Иногда заготовку, уже прошедшую через процедуру оксидирования, могут дополнительно промаслить.
Детальнее о кислотном методе
Для применения метода кислотных операций необходимо использовать несколько кислот, чаще это две-три. Основными веществами такого типа являются соляная, ортофосфорная и азотная кислоты. В них добавляются незначительное количество соединений марганца и др. Варьирование температурных показателей, в которых может происходить оксидирование металла – стали, посредством использования кислотного метода, лежит в пределах от 30 до 100 °С.
Химическое оксидирование, описанное для двух методов, дает человеку возможность получить как в производственной, так и в домашней обстановке, пленку, обуславливающую достаточно сильную защиту изделия. Однако важно будет знать, что предохранение стали и других металлов будет более надежным в случае применения электрохимической процедуры. Именно по причине преимущества электрохим. метода над химическим оксидированием, последнее используют реже по отношению к объектам из стали.
Анодная форма оксидирования
Оксидирование металлов может проходить с применением анодного процесса. Чаще всего электрохимический процесс оксидирования называют именно анодным. Он осуществляется в толще электролитов твердого или жидкого агрегатного состояния. Также применение такого метода позволит нанести на объект пленку высокого качества:
- Толщина тонкослойного покрытия лежит в пределах от 0.1 до 0.4 микрометров.
- Обеспечение электроизоляционных и износостойких свойств возможно в том случае, если толщина будет колебаться от двух-трех до трехсот мкм.
- Защитное покрытие = 0.3 – 15 мкм.
- Могут наноситься слои со свойствами, подобными эмали. Специалисты такую пленку чаще всего называют эматаль-покрытием.
Характеристикой изделия, которое подвергли анодированию, является наличие положительного потенциала. Данная процедура рекомендуется с целью придания защиты элементам микросхем интегрального типа, а также при создании диэлектрического покрытия на поверхности полупроводников, сплавов и сталей.
Процесс оксидирования металлов анодированного типа может, при желании, выполнить любой человек в бытовых условиях, дома. Однако очень важно будет соблюдать все условия техники безопасности, и выполнять это необходимо безоговорочно. Это обуславливается использованием в данном методе очень агрессивных соединений.
Одним из частных случаев анодирования считают способ микродугового оксидирования. Он позволяет человеку получать ряд уникальных покрытий с высокими параметрами декоративного, теплостойкого, защитного, изоляционного и антикоррозийного типа. Микродуговая форма протекания процесса может осуществляться только под воздействием переменного или импульсного тока в толще электролитов, обладающих слабощелочным характером. Рассматриваемый способ позволяет получать толщину покрытия от двухсот до двухсот пятидесяти мкм. После выполнения операции поверхность станет похожа на керамику.
Процесс воронения
Оксидирование черных металлов в профессиональной терминологии называют воронением.
Если говорить о воронении стали, например, об оксидировании, чернении или синении, можно сказать, что это процесс, в ходе которого на чугуне или низколегированной стали образуют слой оксида железа. Как правило, толщина такой пленки лежит в пределах от одного до десяти мкм. Толщина слоя обуславливает и наличие определенного цвета побежалости. В зависимости от возрастания толщины пленочного слоя, цвета могут быть: желтым, бурым, вишневым, фиолетовым, синим и серым.
В настоящее время существует несколько типов воронения:
- Щелочной тип характеризуется использованием соответственных растворов, с добавлением окислителей, в условиях температуры от 135 до 150 градусов по Цельсию.
- Кислотный тип воронения использует кислые растворы и химические или электрохимические способы.
- Термическая форма обработки характеризуется использованием достаточно высоких температур (от 200 до 400 °С). Процесс проходит в толще атмосферы перегретого пара воды. Если используют аммиачно-спиртовую смесь, то требования к температуре возрастают до 880 °С, а в расплавленных солях - от 400 до 600 °С. Использование воздушной атмосферы требует предварительного покрытия поверхности запчасти тоненьким слоем лака, который должен быть асфальтным или масляным.
Ознакомление с термическим оксидированием
Термическое оксидирование металлов – это методика, в ходе которой оксидную пленку наносят на сталь в пространстве атмосферы водяного пара. Также могут использовать и другие кислородосодержащие среды с достаточно высокими температурами. Провести термическую обработку в домашних условиях довольно сложно, а потому, как правило, ее не выполняют. Упоминая о плазменном типе оксидирования, важно знать, что проделать это дома практически невозможно.
Самостоятельное выполнение операции
Оксидирование металла в домашних условиях можно провести самостоятельно. Проще всего подвергать подобной обработке изделия из стали. Для этого сперва необходимо отполировать или зачистить деталь, над которой будет проведена работа оксидирования. Далее следует удалить с поверхности окислы посредством использования растворов пятипроцентной H2SO4 (серной кислоты). Изделие необходимо держать в течение шестидесяти секунд в жидкости.
Дальнейшие действия
После того, как этап помещения детали в ванну с кислотой пройдет, следует ее промыть под теплой водой и провести работу по пассивированию или, другими словами, прокипятить объект в течение пяти минут. Для этого используют раствор воды из водопровода с пятьюдесятью граммами простого хозяйственного мыла. Здесь расчет идет на 1 литр жидкости. Проведя все эти действия, мы подошли к завершению оксидирования. Чтобы реализовать процедуру, необходимо:
- Использовать емкости, подверженные эмалированию и не имеющие сколов или царапин на внутренней поверхности.
- Наполнить емкость водой и развести соответствующим количеством граммов едкого натра (с расчетом на 1 литр = 50 грамм).
- Перенести сосуд с водой на плиту и сверху расположить изделие.
- Нагревать смесь, приблизительно до 135-150 °С.
Спустя 90 минут деталь можно вытягивать и созерцать собственную работу.
Некоторые данные
Читателю будет знать, что в случае потребности проведения подобной операции, но при отсутствии умения или желания, с такой просьбой можно обратиться к различным специалистам. Оксидирование металлов в Москве, например, может выполняться как специалистами в различных сферах услуг, так и на дому, людьми. Некоторые виды такого средства придания защиты детали, могут быть довольно дорогими. В столице РФ анодированный тип оксидирования будет стоить довольно дорого, однако придаст высокий показатель надежности объекту. Чтобы найти специалистов в подобном деле, достаточно набрать в запросе поиска гугла, например: «выполнение химического оксидирования в … (определенном городе или области)», или нечто подобное.
