Центральный металлический портал РФлучшие сервисы для Вашего бизнеса

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Полезные статьи -> Защита от коррозии металла, гальваника, ЭХО -> Оксидирование -> Оксидирование черных металлов -> Оксидирование черных металлов

Оксидирование черных металлов

Оглавление статьи Страницы статьи:  1  2  3 

Способы оксидирования и свойства оксидных покрытий

Оксидные покрытия на черных металлах могут быть получены термическим, термохимическим, химическим и электрохимическим способами. Каждый из них находит свою, наиболее целесообразную область применения. Термическую обработку можно проводить на воздухе, в среде водяного пара, минерального или растительного масла, расплавленных солей. Термовоздушное оксидирование используется для получения электроизоляционных пленок на пластинах или ленте электротехнической стали, применяемых для изготовления трансформаторов, дросселей. Обработку в масле или расплавленных солях используют для получения оксидных покрытий на инструменте. Толщина и цвет получаемых таким путем покрытий зависят в основном от состава стали и температурного режима ее обработки. Светло-желтая окраска поверхности получается прогреванием металла при температуре 225-235 °С, коричневая - 245-250 °С, красноватая - 270-280 °С, темно-синяя - 300-315 °С. Пленки черного цвета образуются при нагреве стали до 460-470 °С в льняном масле. В расплаве, содержащем 55 % нитрида натрия и 45 % нитрата натрия, на стали формируются пленки, имеющие синюю окраску, толщина которых достигает 5-10 мкм.

Для защитно-декоративного оксидирования наиболее широко используется химический способ, позволяющий получать покрытия толщиной до 3 мкм темно-синего или черного цвета. Пленки, сформированные в щелочных растворах, весьма пористы и поэтому пригодны в качестве защитных покрытий только в легких климатических условиях эксплуатации изделий. Их защитная способность может быть повышена пропиткой минеральными маслами, консистентными смазками или гидрофобизующими жидкостями. Однако такая дополнительная обработка для некоторых изделий неприемлема. Сравнительно лучшими антикоррозионными свойствами обладают пленки, полученные химическим оксидированием в бесщелочных растворах. Чаще всего для этого используют растворы, содержащие фосфорную кислоту и нитраты бария, кальция или некоторых других металлов. Формирующиеся пленки наряду с оксидами содержат фосфаты металлов, их толщина может достигать 5 мкм. Механическая прочность оксидно-фосфатных покрытий выше, чем оксидных, повышается также их термостойкость.

Продолжительность обработки изделий в бесщелочных растворах по сравнению с процессом щелочного оксидирования уменьшается в два-три раза, снижается температура рабочего раствора, что позволяет обрабатывать изделия, паянные мягкими припоями. Оксидно-фосфатный слой является хорошим грунтом под лакокрасочные покрытия.

Электрохимическое оксидирование проводится обработкой изделий на аноде в щелочном растворе, к которому в некоторых случаях добавляют окислители. Процесс идет при более низкой температуре и меньшей концентрации компонентов по сравнению с химическим оксидированием. Покрытия характеризуются лучшими защитными свойствами, чем полученные химическим способом. Однако электрохимический способ оксидирования не находит практического применения. Это связано с усложнением технологического процесса, требующего применения источников постоянного тока, специальных подвесных приспособлений, а также с низкой рассеивающей способностью электролитов, что затрудняет обработку профилированных деталей.

Основой процесса химического оксидирования стали является реакция взаимодействия металла со щелочью и окислителями. В горячем концентрированном растворе едкой щелочи железо переходит в раствор с образованием закисного соединения Fe + О + 2NaOH > Na2FeО2 + H2О. При повышении содержания в растворе окислителя образуется соединение трехвалентного железа Na2Fe2О4. Формирующаяся при этом на поверхности металла черная пленка состоит в основном из магнитной окиси железа, которая может образовываться по реакции Na2FeО2 + Na2Fe2О4 + 2Н2О > Fe3О4 + 4NaOH.

Формирование оксидной пленки начинается с возникновения на поверхности металла ее кристаллических зародышей. По мере того как оксид покрывает металл, изолируя его от воздействия раствора, уменьшается скорость растворения железа и образования пленки. Толщина пленки зависит от соотношения скоростей процессов возникновения центров кристаллизации и роста отдельных кристаллов. При большой скорости первого процесса быстро увеличивается количество кристаллических зародышей, и они смыкаются, образуя тонкую сплошную пленку. Если же скорость образования зародышей относительно невелика, создаются благоприятные условия для их роста и формирования оксидной пленки большей толщины.

Процесс оксидирования зависит от условий его проведения и состава обрабатываемой стали. При большой концентрации в растворе окислителя повышается скорость образования кристаллических зародышей оксида и, вследствие этого, формируются пленки небольшой толщины, а также уменьшается количество перешедшего в раствор металла. Понижение концентрации окислителя способствует росту толщины пленки, но при чрезмерно малом его содержании пленка получается механически непрочной и легко стирается. Увеличение концентрации окислителя приводит к повышению скорости формирования пленки в начальный период процесса. Повышение концентрации едкой щелочи способствует росту толщины пленки, но в сильно концентрированных растворах на поверхности металла могут выделяться рыхлые осадки гидрата оксида железа, что ухудшает внешний вид покрытия и снижает его защитную способность.

Перемешивание раствора способствует отводу продуктов растворения железа от поверхности металла, что приводит к уменьшению количества кристаллических зародышей оксида. При очень большой скорости перемешивания нарушаются условия получения компактной пленки, она получается рыхлой, иногда в виде порошка. Скорость формирования магнитной окиси железа падает с понижением температуры раствора, что приводит к уменьшению скорости возникновения центров кристаллизации и, следовательно, создает условия, благоприятствующие увеличению толщины оксидного покрытия.

На низкоуглеродистых сталях формируются пленки глубокого черного цвета, на высокоуглеродистых - черного, с серым оттенком. Высокоуглеродистые стали оксидируются быстрее, чем низкоуглеродистые. Поэтому при оксидировании малоуглеродистых сталей применяют растворы с повышенной концентрацией гидроксидов.

При электрохимическом оксидировании скорость растворения металла и образования оксидной пленки определяется не только составом и температурой электролита, но и режимом электролиза. Повышение анодной плотности тока ускоряет реакцию растворения железа и образование центров кристаллизации. Более толстые оксидные пленки формируются при сравнительно низких плотностях тока.

Процесс образования оксидно-фосфатных пленок имеет много общего с процессом фосфатирования. Его можно проводить в растворах, содержащих первичные фосфаты железа, марганца или цинка, с добавкой нитратов щелочноземельных металлов - кальция, стронция, бария. С увеличением концентрации в растворе нитратов уменьшаются размеры кристаллов фосфатного слоя, пленка становится гладкой, тонкой, приобретает темно-синюю окраску. На поверхности металла образуется тонкий оксидно-фосфатный слой. Аналогичные результаты достигаются при обработке стали в растворе, содержащем небольшое количество фосфорной кислоты и нитраты.

Образование оксидно-фосфатной пленки в указанных растворах определяется концентрацией их компонентов. При малом содержании нитратов и высокой концентрации кислоты происходит интенсивное травление металла и пленка не образуется. Оптимальное соотношение компонентов зависит от природы нитратов. Так, при концентрации 15-20 г/л Н3РО4 допускается содержание нитратов одновалентных металлов от 20 до 300 г/л, двухвалентных - от 20 до 100 г/л, трехвалентных - от 10 до 20 г/л. Оксидно-фосфатные пленки глубокого черного цвета образуются в растворах, содержащих нитраты щелочноземельных металлов. Окраска пленки зависит также от содержания в металле углерода и легирующих компонентов. На малолегированных сталях образуется пленка черного цвета, на стали ШХ-15 - серого цвета.

Защита стали от коррозии оксидными пленками помимо оксидных и оксидно-фосфатных покрытий может проводиться пассивированием ее в специальных растворах. При этом на поверхности металла образуется бесцветный или слегка окрашенный тонкий слой оксида, являющийся барьером против воздействия окружающей среды. Заметное повышение стойкости против коррозии в результате пассивирования наблюдается для легированных, в особенности хромоникелевых сталей. Для углеродистых сталей пассивирование является недостаточно надежным способом их защиты. Поэтому оно применяется лишь для предотвращения коррозии стальных деталей при межоперационном хранении, предохранения от появления на них следов захвата руками. Пассивирование деталей из хромоникелевых сталей используется для их защиты в условиях эксплуатации.

  

Щелочное оксидирование

Химическое оксидирование. Основным фактором, влияющим на процесс оксидирования стали, является концентрация в растворе гидроксидов, нитратов или нитритов калия или натрия. Обычно процесс идет при температуре кипения раствора или близкой к ней, которая определяется, в основном, содержанием щелочи. Так, температура кипения растворов, содержащих 800, 900, 1000 г/л NaOH, будет соответственно 142, 147, 152 °С.

Для получения более толстых оксидных пленок повышают концентрацию щелочи в растворе. Однако очень концентрированные растворы редко применяют, так как в них чаще может образоваться на поверхности деталей рыхлый налет гидрата окиси железа. В растворах щелочи с температурой кипения 150-155 °С формируются блестящие пленки глубокого черного цвета. При повышении температуры до 155-163 °С иногда образуются неравномерные пятнистые покрытия. В растворах, температура кипения которых достигает 163-165 "С, формируются серовато-черные матовые пленки. Присутствие в растворе нитритов способствует образованию блестящих покрытий с синеватым оттенком, присутствие нитратов - получению слегка матовых пленок черного цвета.

Специалистами разработан ряд добавок в щелочно-нитратные ванны оксидирования - солей щелочных металлов, хроматов. Они способствуют изменению окраски пленки, но почти не влияют на ее толщину и защитную способность и поэтому не находят практического применения. Для предотвращения образования рыхлого слоя гидроокиси железа рекомендуется вводить в раствор небольшие количества хлористого натрия, железистосинеродистого калия или перманганата калия. Но эти добавки мало используются. Обычные щелочно-нитрат-ная или щелочно-нитритная ванны стабильны в работе, а присутствие добавок других соединений требует более частого контроля и корректирования растворов.

Предотвращение образования налета гидроксида железа может быть достигнуто предварительным пассивированием стали в растворе хромата или бихромата калия или прогреванием на воздухе при 220-250 °С. При этом на поверхности металла образуется тонкая оксидная пленка, влияющая на ход последующего процесса оксидирования. Чем больше толщина этой пленки, тем меньшей толщины оксидного покрытия удается достигнуть.

Для щелочного оксидирования черных металлов используют растворы и режимы работы, приведенные в табл. 1.

Растворы 1 и 2 наиболее универсальны - в них можно обрабатывать стали различных марок, изменяя лишь температуру раствора и продолжительность выдержки в них изделий. В растворе 2 обработку высокоуглеродистых сталей и чугуна ведут при 135-140 °С в течение 10-30 мин, среднеуглеродистых- 135-145 °С, 30-50 мин, низкоуглеродистых- 145-155 °С, 40-60 мин, низко- и среднелегированных - 145-155 "С, 60-90 мин.

 

Продолжительность оксидирования при определенном температурном режиме зависит от марки обрабатываемой стали. С понижением содержания углерода она увеличивается. Например, в растворе 1 оксидирование стали, содержащей свыше 0,7 % углерода, ведут в течение 15-20 мин, 0,7-0,4 % углерода - 20-40 мин, 0,4-0,1 % углерода - 40-60 мин. Хромоникелевые стали оксидируют в течение 60-120 мин, чугун и кремнистые стали - 30-60 мин. Температурный режим работы ванны также изменяют в зависимости от состава обрабатываемого металла. При 135-145 °С оксидируют стали, содержащие 0,4-0,7 % углерода, при 145-155 °С - менее 0,4 % углерода и среднелегированные стали.

В растворе 2 формируются более блестящие, а в растворе 3 - более матовые покрытия. Замена в растворе 1 до 30 % нитрита натрия нитратом способствует некоторому повышению блеска покрытий. Растворы 5 и 6 пригодны для оксидирования углеродистых, низко-и среднелегированных сталей, а также для двухстадийной обработки с целый) получения покрытий, характеризующихся улучшенными антикоррозионными свойствами. Раствор 6 целесообразно использовать для обработки чугуна, углеродистых, низко- и среднелегированных сталей.

Для предотвращения образования красно-бурого налета гидроокиси железа на поверхности изделий при оксидировании в раствор 1 добавляют 5-10 г/л железистосинеродистого калия или перманга-ната калия. Хорошие результаты дает также применение раствора, содержащего (г/л): гидроксида натрия 600-700, нитрата натрия 30-50, нитрита натрия 15-18, хлористого натрия 18-20, при температуре 135-140° С.

Как было указано ранее, повышение концентрации едкой щелочи в растворе способствует получению более толстых оксидных покрытий, но при этом возрастает опасность возникновения на поверхности металла рыхлого налета гидроксида железа. Оксидные пленки, свободные от такого налета, формируются в растворах с меньшей концентрацией едкой щелочи.

Одним из путей получения доброкачественных покрытий сравнительно большой толщины, характеризующихся улучшенными антикоррозионными свойствами, является двух- или трехстадийная обработка. При двухстадийной обработке изделия сначала обрабатывают в растворе 4 с относительно меньшей концентрацией щелочи, когда формируется тонкая, но плотная пленка, а затем - в более концентрированном растворе 5, где происходит увеличение толщины оксидной пленки. В первой ванне изделия выдерживают в течение 20-30 мин, во второй - 30-40 мин. Еще более мелкозернистые плотные оксидные покрытия сравнительно большой толщины формируются при трехстадийной обработке. Для нее предложено использовать растворы следующих составов (г/л): гидроксида натрия 400-600 при 150-175 ° С; гидроксида натрия 400-500 и нитрита натрия 70-80 при 133-137 °С; гидроксида натрия 450-550 и нитрата натрия 60-70 при 147-152 °С. Продолжительность обработки для растворов 1 и 2 - 10-15 мин, для раствора 3 - 120 мин. Получаемые покрытия имеют коричневатый оттенок. Двухстадийное оксидирование иногда используется при изготовлении фурнитуры, трехстадийное - для деталей оптических приборов.

Многостадийное оксидирование, конечно, более трудоемко, чем обычное одностадийное. Однако, если необходимо повысить качество оксидных покрытий, целесообразно прибегать к многостадийному процессу.

Улучшению качества оксидных покрытий способствует предварительная обработка стальных изделий в 10-15 %-ном растворе хромата или бихромата калия. Образующаяся при этом на поверхности металла тонкая оксидная пленка предотвращает выделение налета гидроксида железа в начальной стадии щелочного оксидирования.

Независимо от состава раствора оксидные покрытия глубокого черного цвета могут быть получены только после того, как в нем накопится небольшое количество солей железа. Для этого после приготовления раствор прорабатывают непродолжительное время, загрузив в ванну стальные полосы или случайные детали. Вместо проработки раствора в него можно ввести 3-5 г/л сернокислого железа (окисного). Интенсивность окраски оксидных пленок заметно возрастает после пропитки их минеральным маслом с последующей протиркой ветошью.

Оглавление статьи Страницы статьи:  1  2  3 

Автор: Администрация   Общая оценка статьи:    Опубликовано: 2012.11.08   

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:



запомнить  Регистрация

Металлоторговля:
Объявления
Прайсы (по торг. позициям)
Прайсы (в файлах)

Марки металлов
Калькулятор веса металла

Новости

НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ

01:21 Лист сталь 10Х23Н18 (AISI 310S)

01:20 Лист сталь 08Х17Н13М2Т (AISI 316)

01:18 Лист сталь 08Х17Т

01:17 Лист сталь 12Х13

00:43 Лист сталь 15Х5М

23:55 Лист сталь AISI 310S

23:47 Лист сталь 20Х13Н18

23:46 Лист сталь AISI 316Ti

23:37 Лист 40Х стальной горячекатаный

21:18 Уголь, кокс литейный, коксовая мелочь, графит дробленный

НОВОСТИ

11 Декабря 2017 17:06
Инновационное строительное оборудование

8 Декабря 2017 11:54
Самодельные прицепы-самосвалы для легковых автомобилей (22 фото, 1 видео)

11 Декабря 2017 17:46
Колумбийский экспорт ферроникеля за 10 месяцев упал на 17,5%

11 Декабря 2017 16:42
”ВСМПО-Ависме” снизят налог на прибыль

11 Декабря 2017 15:27
Китайский экспорт стали за 11 месяцев упал на 30,7%

11 Декабря 2017 14:22
Погрузка на ”ВСЖД” за 11 месяцев выросла на 2,6%

11 Декабря 2017 13:30
Бразильский экспорт марганцевой руды в ноябре упал на 19%

НОВЫЕ СТАТЬИ

Стили современного ремонта и отделки квартир

Акриловые и другие ванны

Спортивное оборудование металлическое

Регистрация ИП и ООО - общие аспекты

Метановая и другие кислоты в промышленной химии

Строительная экспертиза - основные направления

Бизнес с использованием франшизы

Бытовки – особенности и назначение

Хроматографы и комплектующие к ним

Автоматическое оборудование пожаротушения

Компания «МеталлСтрой» выводит сервис на новый уровень

Особенности и классификация некоторых типов металлолома

Утепление окон к зиме

Почему компании выбирают грузовые авиаперевозки

Приборы для контроля качества изделий металлообработки

Лист нержавеющий AISI 409 - особенности марки и применение

Характеристики и общие особенности марки стали 40Х13

Свойства и особенности применения проката из нержавейки марки 20Х13

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Компания "Русский металл" предлагает изготовление металлоконструкций.

Рейтинг@Mail.ru

О портале : Информация и правила : Реклама : Тарифы для компаний : Наши контакты : Связаться : Личный кабинет : Регистрация

2009-2017 © Любое копирование материалов без активной ссылки на metallicheckiy-portal.ru запрещено!
Использование материалов в печатных изданиях только с разрешения администрации портала.