Оксидирование стали | Воронение стали | Чернение | Механизм и технология химического процесса
Содержание
1. Общие способы воронения металла
2. Механизм горячего химического оксидирования стали
1. Общие способы воронения металла. Обозначение и свойства холодного химического оксидирования стали.
Оксидирование (черное воронение) стали производится термическим, химическим и электрохимическим методом.
Химическое можно разделить еще на два способа:
• холодное чернение;
• горячее - высокотемпературное и низкотемпературное.
Сегодня предпочтение часто отдается холодному химическому способу. Составы для него запатентованы, а растворы продаются в виде готовых, обычно двухкомпонентных, композиций.
Мы же рассмотрим подробнее второй вариант, являющийся классическим. Его часто используют при воронении стволов охотничьего ружья в домашних условиях.
|
Обозначение |
Хим.окс - химическое оксидирование Хим.окс.прм - химическое оксидирование с промасливанием. |
|
Толщина |
2-4 мкм (не нормируется) |
|
Микротвердость |
Нет точных данных, зависит от марки сплава материала-основы |
|
Допустимая рабочая температура |
180оC |
2. Механизм горячего химического оксидирования стали.
Горячее химическое оксидирование делается в щелочных и не щелочных составах. Щелочное воронение производится в смеси щелочи с окислителями. В результатепроцесса на стали образуется пленка магнитной окиси железа Fe3O4.
Безщелочное воронение производится при более низких температурах и за меньшее время. Используется раствор, состоящий из фосфорной кислоты и окислителей - азотнокислых соединений кальция или бария. Такое оксидное покрытие состоит уже из фосфатов и оксида железа (оксидно-фосфатное).
Главной реакцией процесса воронения стали является ее взаимодействие со щелочью и окислителями. Растворяясь в горячем концентрированном щелочном растворе, железо дает соединение Na2FeO2. Под воздействием окислителей в растворе образуется соединение трехвалентного железа Na2Fe2O4. В итоге при химическом оксидировании на поверхности металла возникает оксидная пленка по реакции:
Na2FeO2 + Na2Fe2O4 + 2H2O -> Fe3O4 + 4NaOH
Формирование оксидной пленки начинается с появления на поверхности металла кристаллических зародышей. По мере того как оксид покрывает металл, изолируя его от взаимодействия с раствором, уменьшается скорость растворения железа и формирования пленки.
Скорость роста покрытия и его толщина зависят от соотношения скоростей образования центров кристаллизации и роста отдельных кристаллов:
• При большой скорости образования зародышей их количество на поверхности металла быстро растет. Кристаллы смыкаются, образуя тонкую сплошную пленку.
• Если же скорость формирования зародышей относительно невелика, то до того, как они соединятся, создаются благоприятные условия для их роста и получения оксидной пленки большой толщины.
При химическом воронении стали процесс образования оксидной пленки определяется в первую очередь составом стали, составом раствора и температурой.
Стали, более легированные, чем 40Х, оксидируются труднее не в чисто черный цвет. Нержавеющие стали описанным способом не оксидируются в принципе. Скорость растворения железа зависит от ее химического состава и микроструктуры. Высокоуглеродистые стали оксидируются быстрее, чем малоуглеродистые. Поэтому при оксидировании малоуглеродистой стали применяются растворы с увеличенным содержанием щелочи. Состав стали оказывает влияние и на цвет оксидной пленки: на малоуглеродистых сталях она получается глубоко черного цвета, в то время как на высокоуглеродистых - черного с серым отливом.
При большой концентрации в растворе окислителя возрастает скорость образования зародышей оксида и, следовательно, уменьшается толщина формирующейся оксидной пленки. Уменьшение концентрации окислителя в растворе способствует росту толщины пленки, но в сильно концентрированных растворах на поверхности стали может выделиться рыхлый осадок гидроксида железа и защитные свойства покрытия уменьшаться.
Воронение без промасливания применяется редко ввиду значительной пористости, малой толщины и, следовательно, низкой коррозионной стойкости покрытия. Промасливание, впитываясь в поры, обеспечивает улучшение антикоррозионных характеристик, повышенную износостойкость и более глубокий черный цвет.
Промасленное покрытие на стали применяется для защиты деталей от коррозии, декоративной отделки, как антибликовое покрытие на инструменте.
Горячее высокотемператрное и низкотемпературное химическое воронение без промасливания может использоваться как грунт под покраску. Заметим, что холодное чернение применять как грунт нежелательно.
Читайте также:
Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО "НПП Электрохимия" Любое копирование без прямой ссылки на сайт www.zctc.ru преследуется по закону. Текст статьи обработан сервисом Яндекс "Оригинальные тексты"
