Для того, чтобы защитить железо от коррозии, сегодня активно используют воронение, как заводское, так и кустарное, которое делится на разные виды, в том числе чернение углеродистой и низколегированной стали в домашних условиях.
1 Что вам дает воронение металла?
Большинству марок стали свойственно ржаветь, очаги коррозии возникают при малейшем контакте с водой, если поверхность после этого не вытирается промасленной ветошью. Даже при повышенной влажности воздуха сталь может очень быстро покрыться ржавчиной. По большей части металл покрывают , путем напыления или нанося кистью. Но это не подходит для резьбовых соединений, а также для подвижных деталей. Поэтому нередко для защиты от коррозии применяют воронение, которое также называют чернением либо синением стали и, если обратиться к техническим терминам, оксидированием.
Иными словами, создаются условия для того, чтобы на поверхности металла образовалась пленка окиси железа, толщина которой может варьироваться от 1 до 10 микрометров, в зависимости от способа обработки. Воронение по типу воздействия на металл делится на термическое, кислотное и щелочное, то есть в последних двух вариантах металл погружается в соответствующий раствор . При нагреве на поверхности стали сменяются так называемые цвета побежалости, приблизительно то же происходит и при гальванической обработке в кислотной либо щелочной ванне. Нужно просто выбрать нужный цвет окисления и на нем остановить воздействие на поверхность стали.
Смена цветов побежалости связана с увеличением толщины слоя окислившегося металла. Самая тонкая пленка образуется на стадии возникновения желтого цвета, по мере того, как толщина ее будет расти, друг друга сменят бурый, вишневый, фиолетовый, а затем синий и серый цвета. Но последний вовсе не означает, что вы приблизились к тому, что называют чернением. Ведь воронение охватывает практически все цвета побежалости, начиная с бурого.
2 Синение стали – рецепты разной степени сложности
При длительном нагреве, после того, как накал металла минует белую стадию, а затем желтую, бурую и фиолетовую, поверхность стали окрасится в красивый светло-синий цвет, постепенно сменяющийся темным. Именно на термообработке основан самый простой метод синения, и именно с него мы начнем перечень существующих способов оксидирования. Для получения качественного воронения в домашних условиях вам понадобится горн, желательно с автоматическим поддувом, в крайнем случае можно использовать обычную металлическую бочку, заполненную наполовину рубленым хворостом.
Металлический ящик под размер детали наполняем мелким березовым углем и помещаем в хорошо разогретый горн или в бочку с горящими щепками. Когда уголь нагреется и начнет тлеть, укладываем в него обтертую уксусом и высушенную стальную деталь, после чего следим за этапами ее каления. В самом начале появления синевы вытаскиваем заготовку и слегка остужаем на воздухе, одновременно очищая мягким углем. Затем снова помещаем в ящик. Повторив эти манипуляции несколько раз, и в конце доведя каление до явственной синевы, вы получите прочную окисную пленку.
Другой способ – с применением специального раствора и без термообработки. Для него вам нужно раздобыть всего 2 реактива: по 2,5 грамма гексацианоферрата калия, в народе именуемого красной кровяной солью и являющийся мощным окислителем, а также полуторахлорное железо. Оба ингредиента прекрасно растворяются, поэтому смело заливаем каждый в отдельной емкости 0,5 литра воды, после чего объединяем получившиеся жидкости в единую смесь. Именно в нее и помещаем стальную деталь, которой нужно придать антикоррозийную устойчивость. Когда поверхность металла достигнет нужного окраса – извлекаем деталь из ванны и обсушиваем.
Существуют и более сложные методы синения, но мы обратимся к тем, что попроще. Оксидирование можно осуществлять не только растворами, но и расплавами различных веществ. В частности темно-синий цвет стальному изделию можно придать, погрузив его в расплавленную серу, в которую предварительно, после перехода в жидкое состояние, замешивается небольшое количество сажи. Второй вариант – расплав селитры, получаемый при ее нагреве до температуры свыше 320 градусов. Если выдержать в такой ванне стальное изделие, оно покроется равномерной темно-синей пленкой.
3 Воронение стали в буром спектре
В некоторых случаях вполне достаточно добиться образования на поверхности стальной детали окисной пленки коричневого цвета, оттенки которого могут быть различными, в зависимости от примененных веществ. Самый простой рецепт основан на все том же ингредиенте, который рассматривался нами ранее, а именно – нам нужно полуторахлорное железо в количестве 100 грамм, а также килограмм оливкового масла. Смешиваем данные компоненты и получаем пасту, которой следует равномерно покрыть стальное изделие. Затем, через несколько часов, поверхность шлифуется металлической щеткой-крацовкой. Цикл повторяется несколько раз.
Еще один вариант отчасти похож на предыдущий. Но для процесса оксидирования в домашних условиях, помимо оливкового масла в количестве 0,5 килограмма, вам понадобится столько же треххлористой сурьмы. Второй ингредиент, по сути, тоже относится к маслам, поэтому, смешав составляющие, вы получите своеобразную мазь. Покрываем ею стальное изделие и оставляем на сутки. По истечении указанного срока протираем поверхность металла шерстяным лоскутком и снова на сутки наносим мазь. Заключительным этапом снова станет протирка шерстью и полировка вощеной щеткой.
Можно еще больше упростить состав, с помощью которого на сталь наносится бурая антикоррозийная пленка. Для этого достаточно сделать раствор для погружения в него металлического изделия на определенное время. Вам необходимо запастись только полуторахлорным железом, которое добавляется в количестве 150 граммов в литр воды или же отмеряется 0,2 килограмма и смешивается с литром 90-процентного спирта. В такую ванну стальное изделие достаточно обмакнуть несколько раз, при погружении следя за изменением цвета поверхности.
4 Рецепты оксидирования стали в благородные серый и черный цвета
Сталь, которая приобретает различные оттенки серого в результате воронения, смотрится красиво, при этом получается достаточно прочная пленка окисленного металла, защищающая от возникновения ржавчины. Получить окрас в данном спектре можно простым способом, который, впрочем, доступен только для небольших изделий. Вам понадобится 70 грамм азотнокислой меди и 30 грамм денатурата, первый реактив относится к солям, второй является спиртом.
Раствор лучше делать с подогревом соли до ее расплавления с добавлением денатурата после снятия с огня емкости (желательно, чтобы это была химическая фарфоровая чашечка). Составом обмазываем стальное изделие и нагреваем над огнем, положив на лист жести. Следующий сложный рецепт подходит для оксидирования металла в серый цвет. Данный процесс, при значительной продолжительности, может перейти в холодное чернение обычной и , которое проще всего осуществлять в домашних условиях.
Компоненты нужны следующие: 24-процентная соляная кислота – 120 грамм, 90-процентный спирт и вода – по 100 грамм, сулемы – 40 грамм и в 2 раза меньше хлористого висмута с хлорной медью. Смешиваем кислоту и воду, добавляем спирт и делим получившуюся жидкость на 3 равные части. Последние 3 компонента, относящиеся к солям, высыпаем по отдельности в каждую часть раствора и потом смешиваем все в одной емкости. В получившуюся ванну погружают на полчаса стальное изделие, после чего извлекают и кипятят в чистой воде. При необходимости процесс повторить.
Внимание, для собственной безопасности вливайте кислоту в воду, но никак не наоборот, во избежание возникновения бурной реакции, сопровождающейся выплескиванием реагента.
И, наконец, рецепт непосредственно для чернения. По сути, отличного результата можно добиться, лишь обмазав стальное изделие льняным маслом, воском либо животным жиром и хорошо прокалив в огне. В результате обжига на поверхности металла образуется устойчивая черная пленка. Однако, гораздо эффективнее использовать предварительное погружение стали в ванну со следующим раствором: на литр воды кладется 100 грамм медного купороса и добавляется 10 грамм нашатыря. Обмазав очищенный и обезжиренный металл данным составом, и прокалив в огне, вы получите сначала черно-бурую пленку, а после повторного окунания и каления – черную.
Воронение или оксидирование - это способ поверхностного покрытия (отделки) металлических изделий в синий, черный, сине-черный цвет или цвета побежалости с помощью воздействия на них химическим и термическим способом.
Оно используется с целью коррозионной защиты изделий из металлов, а также придает поверхности привлекательную тонировку. Существует много способов поверхностной тонировки металлов. Основной - это создание оксидной пленки.
Самыми распространенными являются химическое (щелочное и кислотное) и термическое воздействие на поверхность. В результате такой обработки изменяется химический состав и структура поверхностного слоя. Внешне это проявляется образованием пленки в виде оксида металла.
Можно самостоятельно выполнять покрытие, используя более простые технологии.
К распространенным домашним способам защиты и декорирования металлических поверхностей относятся:
- кипячение деталей в специальных химических составах, которые можно приготовить самим;
- покрытие маслом с последующей термической обработкой;
- нанесение на поверхность готового средства с помощью кисточки.
Проведение работ при химическом воронении связано с химическими операциями травления и чистки, а также с механической шлифовкой и протиркой поверхности.
Для того чтобы применять воронение в домашних условиях с помощью химических реагентов, нужно создать определенные условия:
- обеспечить рабочее помещение вентиляцией или вытяжкой;
- приготовить емкость из нейтрального материала, не разрушающуюся под действием химреактивов. Лучше всего подойдет сосуд из термостойкого стекла, фаянса или фарфора. Если требуется длительное кипячение раствора, то можно использовать емкость из нержавеющей стали;
- емкость должна иметь достаточный объем для того, чтобы деталь полностью была покрыта составом;
- запастись средствами защиты: перчатками, защитной маской или очками, фартуками.
Особенности химического воронения и рецепты некоторых составов
Перед выполнением работ поверхность металлического изделия подвергают обработке: снятию старого окисного слоя путем ошкуривания и обезжиривания растворителем.
Стойкое вороненое покрытие в основном образуется в кипящем растворе на протяжении всего цикла окрашивания. Для получения прочной пленки процесс должен длиться от 30 минут до полутора часов, поэтому кипящий раствор периодически доливают, чтобы обеспечить полное покрытие детали.
После окончания процесса деталь тщательно моют с использованием моющих средств, а затем смазывают маслом.
Для домашних работ используют в основном щелочной способ окисления. Рассмотрим некоторые варианты химического оксидирования металлов в щелочной среде.
Способ №1:
- В емкость (фарфоровую), соответствующего размера заливается вода и в ней растворяется натриевая селитра (нитрат натрия) и каустическая сода (гидроксид натрия) в соотношении: на 100 мл 30 г натрия и 100 г соды.
- Смесь нагревается до 140 - 160оС, и в нее помещается обрабатываемая деталь, которая находится там не менее 30 минут.
При правильно проведенном процессе получится глубокое черное покрытие, иногда с синеватым оттенком.
Способ №2:
Синеватый оттенок пленки можно получить, используя кипящий насыщенный щелочной раствор, в котором растворен гидроксид калия или натрия в большой концентрации. В 1 литре воды растворяется не менее 700 грамм химического вещества.
Эти рецепты приведены в качестве примера. Существует множество других химических составов с использованием нитритов и нитратов.
Оксидирование в кислотной среде проводят при более низких температурах. Например, при использовании кислотного раствора, состоящего из:
- азотнокислого кальция - 30 ч,
- ортофосфорной кислоты - 1 ч,
- диоксида марганца - 1 ч.
Проводят оксидирование, выдерживая заготовку в растворе не меньше 30-45 минут при 100оС.
Средства для воронения металлов
К простым способам покрытия, которые можно использовать дома, относятся технологии поверхностного нанесения масла, селитры и готового средства «Клевер».
Эти средства для воронения доступны в использовании и позволяют проводить работы дома без особой подготовки.
Рассмотрим способы создания пленки с помощью каждого из них.
Покрытие маслом
Технология создания защитной пленки с помощью масла является наиболее распространенной для применения дома.
Осуществляется она так:
- ошкуренное и обезжиренное изделие покрывается машинным или подсолнечным маслом;
- затем его помещают в духовку и нагревают до 350 - 400оС;
- после остывания поверхность детали приобретает коричневый или черный цвет;
- остатки масла с детали нужно удалить тряпкой;
- для получения более насыщенного цвета процесс следует повторить несколько раз.
Использовать можно разное масло, например, оружейное, льняное или оливковое. Наносить его можно кисточкой или путем окунания детали в масляный состав.
Если требуется провести чернение на каком-либо участке детали, то для этого лучше использовать обжиг с помощью паяльной лампы. В процессе такого обжига хорошо просматривается цветовое изменение поверхности заготовки. При достижении насыщенного коричнево — черного цвета термообработку можно прекратить.
Использование селитры
Хороший результат химического воронения дает классический раствор с использованием селитры в дополнении к приведенным ранее. В результате вываривания детали в растворе натриевой селитры при температуре 130 - 150оС получается прочное оксидное покрытие блестящего черно-синего оттенка.
Рецепт состава с селитрой:
- Вода дистиллированная - 1 литр;
- Натриевая селитра (NaNO3) - 500 г;
- Едкий каустик (NaOH) - 500 г.
В продаже имеются готовые комплекты с селитрой для оксидирования.
Посмотреть процесс воронения в селитре можно в видеоролике:
Поверхность при такой обработке выглядит гладкой и не требует дополнительного полирования.
Обработка поверхности средством «Клевер»
Проводить обработку металлической поверхности можно готовым средством «Клевер». Оно имеет гелеобразную консистенцию и продается в небольших емкостях по 50 мл.
Используют его при небольших коррозионных повреждениях металла. Чтобы получить максимальное окрашивание изделия, обрабатывать «Клевером» нужно два — три раза. Перед его нанесением деталь нужно ошкурить и обезжирить.
Средство наносят кисточкой и выдерживают 2 минуты. При появлении беловато — желтого налета его нужно смыть теплой водой, а поверхность протереть насухо тканью.
Преимуществом этого средства является простота использования, поэтому его часто применяют для покрытия оружия. На стали, содержащие больше 3% Cr, оно не оказывает действия.
Холодное воронение в домашних условиях
Использование средства «Клевер» не требует дополнительного подогрева заготовки, поэтому способ такой обработки относят к холодному. Кроме него для холодного воронения в домашних условиях используют другие средства, которые также наносят на обработанную поверхность с помощью кисточки.
Например, используют отечественный препарат «Ворон-3М».
При нанесении его на металлическую поверхность образуется плотная черная пленка. Поэтому такое покрытие называют чернением металла.
Популярно также импортное средство «парижский оксид», в состав которого входит селен.
Препарат включает три флакона. Один состав предназначен для предварительной обработки поверхности, второй - действующий состав, а третий обеспечивает защиту образованного покрытия.
Раствор наносится на изделие также с помощью кисточки, после получения окраса остатки смываются с поверхности теплой водой.
Холодная обработка применяется для деталей небольших размеров. Особенно с помощью такого способа хорошо проводить воронение ружья, так как к нему нельзя применять способ горячего кипячения в химических растворах.
Воронение стали в домашних условиях
Вопрос, как сделать воронение стали в домашних условиях, интересует многих.
Большая часть деталей, которые подвергают воронению, относится к изделиям из стали. Поэтому, описанные выше способы обработки поверхности металла путем оксидирования и покрытия масляной пленкой в основном применяют для стальных сплавов.
Многие марки стали подвержены образованию ржавчины. Покрытие для стальных изделий, прежде всего, служит защитой от коррозии и одновременно придает им привлекательный вид. Степень защиты и цвет окраски оксидной пленки зависит от толщины слоя и используемых реагентов. Толщина может меняться от 1 до 10 мкм.
При воронении стальных изделий химическим способом к выбору компонентов раствора при использовании нагрева до высоких температур следует подходить с осторожностью. Например, существует запрет на такую обработку закаленных деталей, а также сталей, которые подвергать нагреву до высоких температур нельзя. Это может привести к ухудшению их технологических свойств.
Именно по этой причине при необходимости высокой термообработки рекомендуют применять растворы щелочного характера. Они более щадящие.
Оксидирование в кислотных составах проводят при более низких температурах. Например, при использовании кислотного состава, состоящего из:
- азотнокислого кальция - 30 ч,
- ортофосфорной кислоты - 1 ч,
- диоксида марганца - 1 ч,
- проводят окисление при температуре 100оС, выдерживая деталь в растворе не меньше 30-45 минут.
Чернение металла
При нагревании стальных заготовок в кислотной или щелочной среде на поверхности может образоваться пленка разного оттенка. Воронение включает все цвета, свойственные побежалости. Они меняются по мере увеличения толщины пленки от желтого, бурого, фиолетового, далее в серый, синий и черный цвет.
Техпроцесс «Ультра-Блэк 407»
ЧЕРНЕНИЕ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ
Процесс используется для химического щелочного оксидирования нержавеющих сталей с окрашиванием их в чёрный цвет
Оксидирование осуществляют в горячем щелочном растворе солевой композиции «Ультра-Блэк 407 », которая представляет собой изобретённую порошкообразную смесь солей и едкого натра – предприятию приобретать дополнительно какие-либо другие химикаты не нужно
В той же ванне можно оксидировать не тольконержавейку, но и ковкие стали, чугуны и мягкие малоуглеродистые стали с образованием на них покрытий черного цвета
Стадии обработки. Подлежащие чернению детали могут обрабатываться в корзинах, галтовочных барабанах или на крюках или подвесках, изготовленных из малоуглеродистой стали.
1. ОЧИСТКА И ОБЕЗЖИРИВАНИЕ: детали должны быть тщательно очищены и обезжирены. Для химического обезжиривания рекомендуется использовать фирменные технические моющие средства «Е-Клин 173 » (это ТМС годится также и для электрообезжиривания), «Е-Клин 163 » (обезжиривает при пониженных температурах) и другие. Можно также использовать любые другие растворы химобезжиривания, способные обеспечить адекватную подготовку поверхности перед оксидированием.
2. ПРОМЫВКА: в ванне каскадного типа с нижней подачей воды.
3. АКТИВАЦИЯ: все нержавеющие стали, из-за присутствия на их поверхности оксида хрома, находятся в пассивном состоянии, поэтому перед чернением этот оксид должен быть удален посредством активации в растворе фирменного препарата «Е-Пик 211 » 120–240 г/л, 2–5 мин, температура от цеховой до 65–85° С (подбирается).
Если пассивное состояние характеризуется высокой устойчивостью, то для активации может потребоваться дополнительно обработка в растворе соляной кислоты (180–200 г/л), 5 мин, температура – цеховая; после чего следуют промывка в холодной воде, а затем обработка в разбавленном растворе фирменного препарата «Е-Пик 211 » (7,5–15 г/л), 30 с ‒ 3 мин, 65–85 °С и более .
4. ПРОМЫВКА: в ванне каскадного типа с нижней подачей воды.
5. ЧЕРНЕНИЕ (ОКСИДИРОВАНИЕ): погрузить детали в кипящий раствор «Ультра-Блэк 407» (температура 124 ± 3 °С ) до тех пор, пока их поверхность не окрасится в насыщенный черный цвет. Требуемое время погружения может варьироваться от 2 до 15 мин в зависимости от массы деталей, а также от типа и состояния нержавеющей стали. Чрезмерное время погружения может приводить к плохой адгезии формирующегося слоя. Однако большинство неполадок при чернении могут быть следствием неправильной подготовки поверхности или отклонения температуры кипения раствора оксидирования от рекомендуемых значений.
Наличие на поверхности изделий из нержавеющей стали окалины, оксидов, сварочных швов и других дефектов ухудшает их эксплуатационные свойства, портит внешний вид предметов. При наличии такого рода дефектов требуется дополнительная обработка. Самый популярный вид обработки – травление нержавейки в домашних условиях.
Способы обработки нержавейки
Для обработки нержавеющей стали разработан ряд методов, позволяющих придать изделиям требуемые параметры и эстетичный внешний вид. В домашних условиях можно применять следующие способы:
- травление нержавеющей стали;
- покраска;
- сатинирование (шлифовка и полировка);
- воронение;
- хромирование.
Процедура травления нержавеющей стали
Основной способ очистить поверхность нержавеющей стали – травление (химическое и электрохимическое). Этот метод используется после термообработки изделия, холодной и горячей пластической деформации, а также для удаления следов сварки. Помимо очистки поверхности, травление нержавеющей стали восстанавливает пассивный слой, предохраняющий нержавеющий сплав от разрушительного воздействия высоких температур.
В основе метода лежит химическое взаимодействие поверхности металла с кислотами разной степени концентрации, в основном серной или соляной, расплавленных щелочных составов. Использование кислот предполагает двухступенчатый процесс: сначала обработка сернокислым раствором, затем – помещение в азотнокислую среду. При использовании щелочного метода используется раствор каустической соды.
При обработке нержавеющей стали необходим тщательный контроль над соблюдением технологических условий. Агрессивная среда, в которую помещают металл, должна воздействовать только на его поверхность, разрушая дефекты, не изменяя структуру самого предмета. Для предотвращения перетравливания применяются специальные присадки.
Электрохимическое (гальваническое) травление
Для его проведения необходимо выполнить ряд процедур.
Приготовление раствора . Подготовить водный раствор кислоты, выбранный для травления. Необходимо тщательно рассчитать его процентное содержание.
Подготовка поверхности. Необходимо выполнить обезжиривание любым методом, чтобы защитный лак качественно закрепился на нержавейке. После обработки касаться заготовки не рекомендуется, чтобы не вызвать отслоение лака и, как следствие, неоднородную обработку поверхности.
Создание защитного слоя . Нужно нанести защитный слой на участки, не нуждающиеся в травлении. В промышленности для этого используют специальные составы, которые можно применять и при домашней обработке (при соблюдении техники безопасности). Также в домашних условиях можно сварить защитный лак, состоящий из гудрона и канифоли, растворенных в скипидаре.
Травление . При проведении электрохимического травления нержавеющей стали заготовка опускается в ранее подготовленный раствор, после чего в созданную электрическую цепь подается напряжение. В этой цепи анодом является заготовка с подключенным положительным электродом, в качестве катода используют любую стальную пластину.
Продолжительность определяют по виду детали, внимательно наблюдая за состоянием заготовки, но не больше нескольких минут. После этого отключают напряжение, вынимают протравленную деталь из раствора и тщательно нейтрализуют кислоту с помощью реактивов.
Очистка нержавейки . Очищают нержавейку от остатков растворов специальными средствами, не влияющими на характеристики металла.
Химическое травление
Оно основано только на химических реакциях, без дополнительного воздействия электрического тока. Для травления нержавеющей стали в домашних условиях используются специально разработанные составы – травильные пасты. Они безопаснее реактивов, используемых в промышленных условиях. В состав таких паст не включается соляная кислота (из-за повышенного риска для здоровья).
От промышленных веществ домашние составы отличаются пониженным содержанием вредных хлоридов. Пасты изготавливаются на основе азотной и плавиковой (фтористоводородной) кислоты. Это жидкая желеобразная прозрачная субстанция, требующая осторожности при использовании.
Перед использованием пасты заготовку из нержавеющего сплава необходимо тщательно очистить и обезжирить. Для нанесения пасты на нержавейку используются специальные инструменты: пластиковые лопатки и кисти из кислотоустойчивых материалов.
Время выдержки пасты зависит от используемой марки, указано в инструкции к пасте. Возможный временной интервал – от 10 мин. до часа. Паста смывается большим количеством проточной воды (с соблюдением мер предосторожности).
При работе с крупными изделиями, большая площадь которых делает нанесение паст затруднительным, используют метод струйного напыления при помощи травильных спреев для обработки нержавейки.
Травильный спрей для нержавеющей стали
Средства для травления
Из большого количества выпускаемых травильных паст можно выделить наиболее популярные марки.
Avesta Blue On e (Швеция) . Надежная травильная паста шведского производства Avesta BlueOne. Удаляет коррозийные проявления, мелкие дефекты сварки, придает блеск изделиям. Время обработки зависит от температуры окружающей среды: от 90 мин. при 100 о С до 20 мин. при 300 о С. Время травления нержавеющей стали зависит от состояния поверхности.
Очищает нержавейку от окалин и других дефектов, обеспечивая прекрасный вид сварочного шва. Благодаря высокой густоте гелеобразная паста эффективна даже для вертикальных поверхностей. Время обработки составляет 10 мин.
Stain Clean от ESAB (Швеция ) . Качественная марка, восстанавливающая антикоррозионные свойства нержавеющих сплавов. Не нуждается в перемешивании. Может применяться на вертикальных поверхностях. Отличается низким содержанием вредных азотных газов. Не применяется при t ниже +5 о С.
Другие методы обработки
Для отделочной обработки изделий из нержавеющей стали могут применяться и альтернативные способы.
Покраска
Самый доступный по цене и простой по выполнению метод, позволяющий быстро создать защитную пленку.
Сатинирование (полировка и шлифовка)
Этот метод обработки нержавейки сочетает практичность и эффективность. Поверхность нержавейки после обработки приобретает гладкость сатина. В домашних условиях для шлифования нержавейки используют малогабаритные инструменты: шлифовальную машинку, пневмонапильник и др. Маленькие площади сатинируются вручную, шлифовальными листами или ручным станком. Для получения качественного результата шлифовку начинают с применением листов зернистостью 180 грит, затем переходят на зерно 320, 600 грит. В заключение – полируют войлоком.
Воронение (чернение)
Поверхность нержавеющей стали покрывается защитной оксидной пленкой иссиня-черного цвета. Применяется три способа создания пленки: кислотный, щелочной и тепловой. Последний метод доступен только в промышленных условиях, когда нержавеющую сталь при температуре от 250 до 850 0 С обрабатывают одним из трех способов:
- в растопленных солях;
- в парообразном растворе спирта и аммиака;
- в перегретом пару.
В быту применяют чернение нержавеющей стали в растворах кислот либо щелочей электрохимическим или химическим методом.
Хромирование
Этот способ обработки нержавейки надежно защищает поверхность изделий от механических и других повреждений. Но его выполнение требует знаний технологии и опыта работы. Поэтому в домашних условиях хромирование практически не применяется.
Представленная в данной статье информация будет полезна для материаловедов, технологов и инженеров, задействованных в области обработки и изучения свойств металлов. Получение декоративных покрытий все чаще находит применение в различных отраслях машиностроения, автомобилестроения, в производстве предметов быта. Рассмотрим один из самых затребованных способов создания пленки — оксидирование нержавеющей стали.
Термины, определения, виды оксидирования нержавеющей стали
По определению под этим термином понимают создание пленки из оксидов на поверхности нержавеющей стали вследствие реакций окислительно-восстановительного характера. Помимо защитной функции, декоративной отделки, применение этого процесса задействовано при необходимости создания диэлектрических слоев и изменения поверхностных физических процессов происходящих в среде высоких магнитных и электрических полей. В зависимости от того каким способом было получено оксидирование различают:
- Термический процесс
- Химическое воздействие
- Электрохимический процесс
- Плазменное оксидирование
Рассмотрим эти процессы более подробно.
Термический процесс
Термический процесс оксидирования заключается в обработке металла при определенных температурах в среде кислорода или водяного пара. Низколегированные стали и железо при таком воздействии получают пленку, называемую воронением. Температура для воронения составляет 300-350 градусов Цельсия. Для высоколегированных и высоко хромистых сталей этот показатель вырастает до 700 градусов.
Интересная информация: воронение нержавеющей стали в домашних условиях вполне под силу каждому. Для этого существует несколько способов. Любому способу должны предшествовать шлифовка металла и его обезжиривание. Окунаем деталь или изделие в масло. Оно может быть оливковым, машинным, а лучше всего оружейным. Убедившись в равномерности нанесения и попадания масла в труднодоступные места, вынимаем заготовку и даем стечь маслу. После этого начинаем нагрев паяльной лампой. Чем ниже скорость нагрева, тем выше вероятность полного удаления легких фракций, получения равномерного слоя воронения. После преодоления порога в 400 градусов на поверхности появляется характерный черный окрас. По окончании необходимо произвести полировку мягкими войлоками и пастой.
Химическое оксидирование
Химическое оксидирование – получение защитной пленки при взаимодействии металла и расплавов, чаще растворов, оксидирующих веществ. К преимуществам такого метода относятся:
- относительная простота
- отсутствие высокотемпературных источников
- простота оборудования
- низкие трудозатраты
Единственным и самым существенным недостатком данного способа заключается в низких защитных характеристиках такой пленки и низкая стойкость при механических воздействиях. Преимущественное использование химического оксидирования заключается в нанесении подкрасочного слоя, а также для консервации механизмов и деталей в условии хранения в производственных цехах и отапливаемых складах.
Необходимость в использовании большого количества воды, ее последующая очистка, высокая стоимость воды и очищающих реагентов приводит к постепенному вытеснению с производств, в условиях ужесточения природоохранных норм. Холодное химическое оксидирование нержавеющих сталей стало доступным благодаря появлению в продаже двухкомпонентных химических реагентов.
Обратите внимание: Чем выше концентрация активных химических элементов тем быстрее скорость протекания реакции, но глубина проникновения меньше. Соответственно толщина пленки будет меньше.
Электрохимическое оксидирование
Электрохимическое оксидирование нержавеющих сталей способ, который нашел широкое распространение в промышленности. Заключается он в том, что детали подвешиваются на специальные держатели. На этом приспособлении они опускаются в раствор с щелочью, после чего ванна, в котором он находится, присоединяется к отрицательному катоду. Детали подсоединяются к положительному аноду. При пропускании постоянного тока, согласно курсу физики, происходят процессы электролиза, сопровождающиеся повышением температуры. Скорость нанесения и толщина появляющейся пленки зависит от множества факторов. Основные влияющие факторы:
- Плотность протекающего тока.
- Электропроводность раствора, в который помещены детали
- Температура электролита
- Геометрия и конфигурация детали
Интересный факт: в конце предыдущего десятилетия один из гигантов японского автопроизводителя использовал гальваническое чернение нержавеющей стали кузова своих авто. Исследования показали, что в районе перегибов крыши в стойки оксидированный слой имел недостаточную толщину. Долгие изыскания по изменению места крепления электродов к кузову, изменение плотности тока, времени воздействия не приводили к ожидаемому результату. Лишь поменяв электропроводность щелочного раствора, внеся специальные добавки, слой стал равномерным и достаточным для уровня качества предприятия.
Сложная геометрия, острые углы, изогнутые формы в контурах детали приводят к различию потенциалов, возникающих на поверхности нержавеющей стали и соответственно приводят к разности толщин пленки. Для таких деталей целесообразно использование предыдущего метода оксидирования.
Плазменное оксидирование
Оксидирование плазмой происходит при условиях подобных к гальваническому чернению. При определенном достижении критического значения поляризации происходит плазменный микроразряд на поверхность анодируемой детали. В отличие от электрохимического азотирования в формировании образовавшейся пленки участвует не только раствор щелочи, но и материал катода. Характерной особенностью представленного метода можно назвать глубокое проникновение в слой нержавеющего металла и возможность получения равномерного покрытия на объектах сложной геометрической конфигурации.
Интересный факт: в месте пробоя искры при плазменном оксидировании температура составляет порядка 10000К., а давление сопоставимо с величиной 10 2 МПа. После прекращения действия искры происходит резкое охлаждение поверхности, которые приводят к появлению новых физических свойств и исследованию их как элементов нанотехнологий.
Покрытия, которые образуются при применении такого метода, характеризуются повышенной адгезией к основе и свойствам, приближенным к керамике. Учитывая цену оборудования и недостаточность исследований в этой области, его трудоемкость и необходимость высокой квалификации персонала не позволяют широко применять этот процесс в промышленности, ограничиваясь дорогостоящими отраслями и штучными изделиями. Для алюминия, титана и сплава магния плазменное оксидирование находит ниши и распространение в промышленности.
Обратите внимание: терминология этого процесса не устоялась по сегодняшний день. Поэтому встретив в литературе оксидирование в режиме искрения, анодное осаждение, режим максимального напряжения, плазменно-электролитическое оксидирование надо понимать, что это один и тот же процесс – плазменное оксидирование.
Сложности работы по чернению, связанные с нержавеющей сталью
Все описанные выше способы идеально подходят для черных сплавов и мало легированных сталей. Требуется особый подход, комплекс мероприятий для чернения нержавеющей стали, как условно инертного сплава. Разрозненные данные в литературе о прямом чернении нержавеющей стали противоречивы и на практике не всегда срабатывают. В производственных масштабах принято решать этот вопрос двухэтапным подходом. Первый этап анодирование нержавеющей стали другим, более склонным к оксидированию металлом. В основном это никель, реже медь. Второй этап оксидирование полученной поверхности. Химиками многих стран ведется разработка специальных пассивирующих паст, составов для чернения нержавеющих сталей, способных склонять их к оксидированию.
Для нанесения декоративной пленки, неработающей при перепаде температур, на поверхности, не испытывающей больших механических нагрузок, можно применить следующий способ оксидирования:
- Травление в 10% растворе щавелевой кислоты
- Промывка и обработка в 1% растворе сульфида натрия до необходимой степени чернения
- Промасливание образца из нержавеющей стали.
Исходя из представленной информации, можно сделать вывод, что использование чернения для нержавеющей стали носит характер коммерческого декоративного покрытия. Использование оксидирования для достижения более высоких характеристик металла неоправданно и не может быть гарантированно. Для получения пленок защитного характера, расширяющих область применения нержавеющих сталей, стоит рассматривать другие способы и методы.
