Оксидирование стали — процесс, в рамках которого на поверхности заготовки формируется тонкое покрытие. Оно защищает металл от неблагоприятных внешних факторов (кислотно-щелочных сред, резких термических перепадов, ультрафиолетового излучения), исключая образование коррозии. За счет герметичного покрытия кислород не может отрицательно влиять на структуру стали. Это сохраняет кристаллическую решетку на протяжении длительного срока.
Выделяют несколько вариантов оксидирования. Легкий способ — проведение процедуры в домашних условиях. Сложные технологии реализуются на современном оборудовании промышленными предприятиями.
Преимущества процесса
Металл обладает уникальными техническими и эксплуатационными характеристиками. При относительно недорогой цене он прочен, износостоек, способен прослужить десятилетиями без потери первоначальных качеств. Материал используется при производстве многочисленных конструкций, предметов, инструментов.
Металлические изделия имеют несколько минусов, которые ограничивают сферу применения. Они подвержены окислению, в результате чего на поверхности стали образуется ржавчина. Коррозия разъедает материал, постепенно снижая его функциональные возможности. Ржавчина портит внешний вид изделия, отрицательно сказываясь на свойствах.
Оксидирование формирует на поверхности стальных элементов герметичный защитный слой, который препятствует окислению. Решение позволяет предотвратить разрушение.
Ржавчина образуется практически на всех видах металла: стали, алюминии, чугуне и др. Метод оксидирования активно используется в промышленности, ювелирных мастерских, домашних условиях.
После процедуры наблюдаются следующие положительные изменения:
- преобразование цвета;
- повышение прочности;
- минимизация риска коррозии.
Оксидированная пленка создается за счет использования специальных веществ и термического воздействия на заготовку. Регулярное обновление слоя необходимо, поскольку со временем покрытие изнашивается, теряя защитные свойства. Периодичность процедуры зависит от эксплуатационных условий, в которых размещено металлическое изделие.
Область использования оксидированной продукции
Процедура оксидирования проводится вместо окрашивания. Способ хорошо зарекомендовал себя при обработке кованых изделий, ограждений, фиксирующих элементов, оружия и прочих предметов.
Оксидирование выполняется в следующих целях:
- предотвращение коррозии на элементах;
- создание привлекательного вида;
- защита от неблагоприятных внешних факторов (осадков);
- сокрытие мелких дефектов заготовки (неровностей, царапин, потертостей).
Процесс позволяет придать металлу неповторимую фактуру, стойкость к агрессивным средам, прочность. За счет технологии срок службы некоторых видов продукции увеличивается на 10–15 лет. Сфера применения оксидированных металлов расширяется, при этом их стоимость растет незначительно.
Методы
Выделяют несколько вариантов нанесения защитного слоя на металл. Каждый из них характеризуется преимуществами, минусами, особенностями. Выбор способа зависит от реализуемых целей и задач в процессе производства. Обозначим наиболее востребованные методы оксидирования на предприятиях.
Химический
Технология проста и доступна по цене. Она состоит в обработке металлических заготовок специальным составом. Процедура предусматривает пассивацию поверхностного слоя, что приводит к потере его химической активности. На таком металле быстро формируется защитное покрытие.
Химический метод осуществляется путем размещения заготовки в щелочном или кислотном растворе, который имеет определенную концентрацию и свойства. В течение заданного временного промежутка изделие выдерживается в жидкости. На финишной стадии происходят промывка и сушка металла. После этого он подвергается дальнейшим производственным манипуляциям.
Для приготовления кислотной ванны оксидирования применяют соляную, азотную или ортофосфорную кислоту. По требованию технологического процесса реакция ускоряется за счет добавления в состав различных веществ (например, марганца, калия, хрома). Оптимальный термический режим при окислительно-восстановительных действиях варьируется в диапазоне 30…100 °С.
Щелочной раствор готовят по специальной технологии, включая в состав нитрат натрия и диоксид марганца. Покрытие защитной пленкой заготовки осуществляется в термическом диапазоне 180…300 °С. Далее проводятся промывка и просушка металла. Для фиксации пленки применяют бихромат калия. В результате поверхность приобретает насыщенный черный цвет.
Анодный
Электрохимическое оксидирование стали осуществляется в промышленных условиях. Основой метода является химический электролиз. В реакции участвуют твердые или жидкие электролиты.
На начальной стадии проводится подготовка металла. Далее его размещают в емкости с электролитом. Главным условием становится формирование разности потенциалов между катодом и анодом.
Суть метода заключается в оседании отрицательно заряженных ионов на поверхности материала. Это позволяет создать защитный слой, противостоящий коррозии и окислительным процессам. За счет анодного способа формируется пленка требуемой толщины, в качестве агента используют серную кислоту.
Анодирование нередко осуществляют посредством микродугового оксидирования. Технология формирует на поверхности толстую защитную пленку. Она имеет привлекательный внешний вид и повышенную прочность. В процессе окисления изделие подвергается влиянию импульсного или переменного тока, который пропускается через ванны, заполненные электролитными растворами.
Анодный метод помогает создать на поверхности защитный слой, обладающий такими свойствами:
- стойкость к коррозии;
- эстетика внешнего вида;
- возможность изоляции тока;
- прочность при минимальной толщине.
Анодирование нержавеющих марок металла проводится по специальным технологиям. Процесс подразумевает два этапа. На первой стадии осуществляют совместное оксидирование, где применяются другие марки стали, медь, никель. Второй этап предусматривает оксидирование непосредственно нержавеющих марок. На них наносят пассивирующие пасты, вступающие в требуемые химические реакции.
Термический
Метод основан на влиянии высоких температур на стальные заготовки. Например, обычный металл подвергается воздействию в специальных печах.
Средняя температура в камере составляет 350 °С. Оксидирование легированной стали проводится при более значительном термическом режиме, достигающем 700…750 °С. Среднее время нахождения в печи варьируется в пределах 45–60 минут.
Плазменный
Метод основан на воздействии низкотемпературной плазмой. Для обработки используется среда, содержащая высокую концентрацию кислорода. Формирование плазмы осуществляется за счет разрядов, которые появляются при определенном напряжении электрического тока.
Плазменная технология актуальна для элементов, имеющих незначительную площадь обрабатываемой поверхности. Способ применяется при производстве компонентов электроники и микроэлектроники. Таким образом получается защитный слой полупроводников — «электронно-дырочный переход». Технология обеспечивает функциональность транзисторов, диодов, микросхем.
В качестве варианта плазменного метода используется высокотемпературная плазма. Иногда применяется дуговой разряд, при котором температура достигает 430 °С и выше. Этот способ помогает улучшить эксплуатационные характеристики заготовок.
Лазерный
Оксидирование изделий с помощью лазерного способа — технологически сложная операция. Для ее проведения требуется специальное оборудование. Формирование защитного слоя производится импульсным или непрерывным излучением.
В двух перечисленных случаях оборудование функционирует в инфракрасном спектре. Лазер увеличивает температуру металла. Это делает защитную пленку максимально устойчивой к неблагоприятным внешним факторам.
Технология имеет существенный недостаток. Он заключается в возможности обрабатывать ограниченную площадь материала.
Оксидирование дома
С целью улучшения эксплуатационных свойств металла провести процедуру можно в домашних условиях. В этом случае качество защитного слоя будет ниже, чем у пленки, нанесенной промышленным методом.
Начальный этап включает следующие действия:
- подготовка рабочего места;
- приобретение требуемых инструментов;
- покупка химических веществ, емкостей, СИЗ.
Меры безопасности предусматривают проветривание помещения. Оптимально использовать приточно-вытяжную вентиляцию.
Емкость должна быть изготовлена из стекла, пластика или керамики, чтобы предотвратить нежелательные химические реакции и гарантировать герметичность среды.
В качестве средств индивидуальной защиты рекомендуется использовать резиновые перчатки, пластиковые очки, респиратор. Соблюдение правил безопасности поможет не допустить несчастных случаев.
Щелочной метод
Простой способ нанесения защитного слоя на металл. На каждый 1 кг изделия требуется 100 гр. гидроксида натрия и 30 гр. натриевой селитры.
Обработка заготовки предусматривает четыре последовательные стадии:
- Приготовление раствора в соответствующих пропорциях.
- Размещение изделия внутри емкости. Термический режим жидкости — 140 °С.
- После 30 минут выдержки в растворе заготовка извлекается и промывается водой.
- Сухие элементы покрываются специальным маслом, после чего протираются ветошью.
Получение равномерного защитного слоя предусматривает полное погружение материала в среду. С этой целью осуществляется постоянный мониторинг уровня жидкости в емкости. При необходимости готовится и доливается новый раствор.
Кислотный метод
Основан на применении кислоты. На подготовительном этапе происходит очистка изделия от налета, пыли, грязи, обезжиривание.
Заготовка располагается в емкости с 5-процентным раствором. В течение минуты после погружения она извлекается и промывается теплой водой.
Манипуляция осуществляется 5–7 раз. На финальном этапе заготовка помещается в кипящий раствор с хозяйственным мылом. Далее она высушивается, протирается сначала маслом, затем — ветошью.
Оксидирование металлов помогает защитить поверхность от коррозии. Процесс осуществляется в промышленных или домашних условиях при соблюдении техники безопасности. За счет этой технологии материал получает стойкость к агрессивным средам, дополнительную прочность и эстетику.
16.12.2024