Термическое оксидирование стали

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Оксидирование термическое

Оксидирование стальных изделий проводят двумя способами мокрым, или химическим, и сухим, который называется еще термическим способом. Для получения защитных пленок на изделиях из железа наиболее широко применяют химический способ. [c.185]

Физико-химические процессы на кремниевом аноде. Процесс анодного оксидирования возможен тогда, когда продукты окисления не удаляются с поверхности электрода растворением в электролите. Пассивация поверхности происходит, если образующийся оксид формируется в виде плотной малопористой пленки, достаточно прочно связанной с поверхностью подложки. Это явление наблюдается только тогда, когда электрод выступает в качестве активного компонента электрохимического взаимодействия. В присутствии кислорода по-вер.хность кремния уже покрыта тонким оксидным слоем. Эта хемо-сорбционная пленка служит барьером для диффузии кислорода и предохраняет кремний от полного окисления при комнатной температуре. Преодоление этого барьера возможно или термическим путем, поскольку коэффициент диффузии экспоненциально растет с температурой, или созданием в окисле электрического поля. Одним из путей полевого ускорения диффузии и является анодное оксидирование кремния. [c.115]

Воронение — оксидирование термическим способом применяют при отделке мелких стальных изделий. [c.705]

Опыт 4. Термическое оксидирование стали. Стальную [c.136]

Кинетика и механизм термического окисления. Общий характер процесса термического оксидирования кремния может быть представлен кинетической кривой d = /(т) при Т = onst, где d — толщина пленки оксида т —время (рис. 63). Условно кривая может быть разбита на четыре участка, для которых явный вид функции d = /(т) различен. Участок I, соответствующий начальному периоду окисления, описывается линейной функцией d = kx. Скорость роста пленки на этом этапе постоянна и определяется стадией поверхностной реакции. В реальных условиях обычно эту стадию не наблюдают, поскольку поверхность кремния уже покрыта тонким плотным слоем оксида (см. рис.62,а). По мере роста пленки все большую роль начинает играть диффузия окислителя к границе раздела Si—SiOg. Поэтому на участке И линейная зависимость к = kx сменяется линейно-параболической [c.112]

Лучшие результаты получаются при оксидировании в растворе электролитов, но ввиду длительности этого процесса предлагается ознакомиться с термическим оксидированием, требующим меньше времени [c.177]

К методам собственного окисления кремния относятся различные варианты термического оксидирования (обработка поверхности кремния в окислительной атмосфере при повышенных температурах), электродинамическое (анодное) оксидирование, а также окисление в кислородной плазме при относительно низких температурах (порядка 300—400°С) и некоторые другие. [c.110]

Термическое окисление кремния является одним из наиболее технологичных и широко применяемых на практике методов. Этот процесс проводят в ра,зли чных окислительных средах сухом и увлажненном кислороде, водяном паре при атмосферном и повышенном (до 500 атм) давлениях. Часто используют комбинированные режимы окисления, приводящие к образованию беспористых окисных слоев сравнительно большой толщины с хорошими электрическими свойствами, которые, к тому же, можно варьировать в определенных пределах. Иногда для ускорения термического окисления прибегают к использованию активаторов. Как правило, термическое окисление проводят в проточных системах, но иногда используют и оксидирование в герметичных реакторах, выдерживающих высокие давления. Однако эти способы не лишены некоторых недостатков. Так, при создании толстых (2 —3 мкм) изолирующих пленок (при изготовлении ИС с диэлектрической изоляцией) эти методы неприемлемы, поскольку уже при толщине окисла порядка 1,5 мкм скорость роста пренебрежимо мала. Методы термического окисления невозможно применить и при пассивации готовых структур из-за температурных ограничений (не более 500°С при применении алюминиевой разводки), [c.110]

Оксидирование масел При термическом (при 150 °С) окислении масел кислородом воздуха за счет окислительной полимеризации происходит его димеризация и тримеризация, что выражается в нарастании вязкости масла [c.194]

Задание. В работе предлагается 1) получить пленки ЗЮа на кремнии методами термического й анодного оксидирования 2) изу чить кинетику термического окисления во влажном кислороде, анод ного окисления в гальваностатическом и комбинированном режимах [c.129]

Неорганические защитные слои. Оксидирование металлов. Оно сводится к созданию на поверхности металла слоя оксида, через который диффузия кислорода была бы ничтожно малой. Методы нанесения оксидных слоев можно разделить на термические, химические и электрохимические. [c.524]

Термические методы оксидирования применяются редко, так как окисление металлов при высокой температуре вызывает коробление деталей. [c.524]

Издавна известен процесс воронения и синения сталей. По существу, это термический способ их оксидирования. Его проводят на воздухе при температуре 350— 360°С. Поверхность изделий предварительно покрывают тонким слоем 15—20 %-ного раствора асфальтового лака в бензине и подсушивают на воздухе. Такой же эффект может быть получен при оксидирующей обработке изделий в кипящем растворе щелочи в присутствии нитратов и нитритов щелочных металлов. [c.150]

На поверхности металла создают слой оксида, через который кислород воздуха почти не диффундирует. Оксидирование можно осуществлять термическим, хн-мическим и электрохимическим методами. [c.404]

Термическое оксидирование можно проводить и нагреванием металла на воздухе, в среде водяного пара или масла, в расплавах окислителен (19. 44]. [c.219]

В условиях трения качения и трения скольжения. Причем, для повышения износостойкости металлов и сплавов первой группы стихийно ведется борьба, с одной стороны, за ограничение процессов схватывания путем уменьшения возможностей пластической деформации (с этой целью производится специальная механическая, термическая, химико-термическая обработка и др.) с другой стороны, предпринимаются меры для усиления защитного действия окислов (оксидирование, фосфатирование, сульфидирование и др.). [c.74]

Продукт является термически стабильным до 600 °С, затем он несколько увеличивает свою массу, что Мансур объясняет оксидированием BiO атмосферным кислородом по схеме [c.200]

Термическое оксидирование Химическое взаимодействие титана и его сплавов с кислородом при температуре 700—800° С 30—60 700—800 Необходима смазка или антифрикционные лаки 75—100 1 [c.110]

Из всех испытанных материалов наименьшей стойкостью и наибольшей каталитической активностью обладает ВТ-1. Скорость его коррозии, а также скорость разложения перекиси водорода возрастают с концентрацией последней, так что 30 и 60% растворы разлагаются за время испытаний почти полностью. При этом 60%-ный раствор превраш,ается в прозрачный гель. Термическое оксидирование титана ВТ-1 на воздухе нри 750° С в течение 12 ч резко увеличивает его коррозионную стойкость и уменьшает каталитическую активность (ср. №№ 2 и 3), что указывает на возможность повышения совместимости титановых сплавов с перекисью водорода путем обработки их поверхности. [c.125]

При термическом оксидировании титана на его поверхности формируется оксидная пленка, стойкая в броме. Подобная термообработка была использована при изготовлении конденсаторов паров брома. Оксидированный (при 700°С) конденсатор много лет работает без коррозионных поражений [180]. [c.67]

По результатам многих исследований [483 501 506 508] термическое оксидирование на воздухе обеспечивает наилучшую защиту от наводороживания. Влияние термического оксидирования на повышение коррозионной стойкости титана к щелевой коррозии рассмотрено нами выше (см. рис. 4.25), а эффективность защиты от наводороживания посредством термического оксидирования иллюстрирует рис. 5.12. [c.197]

Эта реакция лежит в основе процесса термической обработки металлов, называемой азотированием металлов. Если азотированию подвергается железо, то этот процесс называется оксидированием. [c.227]

Оксидированное льняное масло ЛО-30 (ТУ 6-10-1204—71)— продукт термической обработки льняного масла с продувкой воздухом жидкость желто-коричневого цвета с характерным запахом. [c.232]

Измерением стационарных потенциалов сопоставлено коррозионное поведение оксидированных термически (ТО) и методом мищ)0-дугового оксидирования (МДО) электродов из титана BTI-0 (ВТ) в растворах хлорида и сульфата натрия, серной кислоты и гидроксида калия. Показано, что наиболее положительными потенциалами характеризуются ВДО-обрашда. Отмечена стабильность потенциалов во времени, выявлена взаимосвязь коррозионной стойкости, однородности поверетости изученных образцов и значений стацишарных потенциалов. [c.69]

Реже используются щелочная или кислотная абсорбция оксидов азота, термическое оксидирование, нейтрализация карб-амидными растворами. При щелочной абсорбции нитрозные газы абсорбируются содой, известковым молоком, гидроксидом натрия, смесью Mg(0H)2 и Mg Os. Щелочная абсорбция оксидов азота целесообразна, когда требуется получение дополнительно нитритов или нитратов или когда,нельзя применить другой метод очистки. [c.214]

Химические покрытия. Поверхность защищаемого металла подвергают химической обработке с целью получения на нем пленки его химического соединения, стойкой против коррозии. Сюда относятся оксидирование — получение тонких прочных пленок оксидов (алюминия АЬОз, цинка 2пО и др.) фосфатирова-ние — образование на поверхности металла защитной пленки фосфатов, например Рез(Р04)г, Мпз(Р04) азотирование — насыщение поверхности металла (стали) азотом (путем длительного нагревания в атмосфере аммиака при 500—600° С) термическое (воронение стали) — поверхностное взаимодействие металла с органическими веществами при высокой температуре (при этом получается слой Рез04) создание на поверхности металла его соединения с углеродом (цементация) и др. [c.195]

Оксидированию хвмическим, электрохимкчески-м, термическим, термохимическим и другими методами подвергают как черные, так и цветные металлы. [c.216]

Старейшим процессом термического оксидирования является нагревание стальных или чугунных деталей до температур около 500 °С с последующим погружением в льняное масло. Операцию повторяют многократно. В настояш,ее время большое распространение получило термооксидирование горячим, воздухом и паром. [c.342]

В качестве основного метода предохранения магниевых сплавов от коррозионного растрескивания можно предложить виды термической или термомеханической обработки, снижающие уровень остаточных напряжений в сплавах. Например, для сплавов Mg—6,5А1—IZn—0,2Мп рекомендуется отжиг для снятия напряжений при температуре 125 °С в течение 8 ч. Такой же отжиг рекомендуются при обработке сварных соединений магниевых сгшавов. Отмечается положительный эффект от дробеструйной и пескоструйной обработки, обкатки поверхности деталей роликом и шлифования, применения защитных покрытий, например оксидирования поверхностей деталей. [c.79]

Среди магниевых сплавов, которые могут выпускаться в виде листов, заслуживает внимание сплав МАЗ имеющий следующие механические свойства 00,2= 16 кг/мм , 06 = 30 кг/мм-, o = 14%. Однако применению сплава МАЗ в виде листов препятствует его заметно выраженная склонность к коррозионному растрескиванию. Одна из особенностей сплава МАЗ заключается в том, что термическая обработка, представляющая действенный метод снижения склонности к коррозионному растрескиванию многих алюминиевых сплавов, практически не оказывает влияния на его чувствительность к коррозии под напряжением. Обычные методы оксидирования сплава МАЗ также не устраняют опасности коррозионного растроскпвания [c.180]

Полученные результаты пока еще не дают оснований считать исследованные титановые сплавы (даже самые коррозионностойкие), пригодными для использования в производстве пергидроля. Слишком высока их каталитическая активность. Однако, по-видимому, она может быть резко уменьшена эффективной обработкой поверхности, как это было показано на примере ВТ-1. Возможно, что термическое оксидирование поверхности сплавов Т1-А1 и Т1-А1-Зп позволит применить их для изготовления аппаратуры, работающей в условиях кратковременнного контакта с производственными растворами перекиси водорода. [c.128]

Оксидные пленки представляют из себя искусственно образованный слой окалины, т. е. магнитной окиси железа. По современной технологии оксидирование изделий из черных металлов производят двумя способами химическим и термическим. Выбор способа зависит от назначения оксидной пленки, от марки металла и от объема производства. Наибольшее распространение получил метод химического оксидирования черных металлов в щелочных растворах с добавлением сильных окислителей — селитры и нитрита натрия. Технология подготовки поверхности к оксидированию во всех случаях одинакова. Сначала детали монтируют на подвески, изготовленные из углеродистой стали. При этом крупные детали и детали с глухими внутренними полостями располагают в подвесках так, чтобы они не соприкасались между собой и не образовывали воздушных мешков. Детали простой кон Смотреть страницы где упоминается термин Оксидирование термическое: [c.367] [c.342] [c.322] [c.367] [c.207] Электроосаждение металлических покрытий (1985) — [ c.219 ]

Способы оксидирования металлов

[Оксидирование металла] в домашних условиях позволяет решить одновременно две проблемы: обновить металлическую поверхность любого изделия и дополнительно защитить ее от коррозии.

Ранее считалось, что обработка оксидированием может выполняться только в производственных условиях, используя промышленное оборудование, но интеллектуальное мышление человека доказало, что это не так.

Отличия обработки металлических изделий дома и на производстве заключаются в разнице применяемых технологий, но преследуют одну и ту же цель.

В результате промышленного процесса оксидирования в верхнем слое металла происходит изменение структуры.

В домашних условиях поверхность стали покрывают специальным веществом, которое способствует изменению оттенка и ее защите.

Особенности химического процесса

Химическая обработка металлической поверхности предусматривает применение растворов и расплавов различных окислителей, например, солей хромовой или азотной кислоты.

Их использование позволяет обеспечить антикоррозийную защиту металлу. При этом обработка может выполняться с помощью как щелочных, так и кислотных составов.

Процесс химического оксидирования щелочным методом происходит при температуре 30-1800, которая определяется типом металла.

Например, химическое оксидирование алюминия и его сплавов выполняют при температуре 80-1000, время обработки составляет 10-20 минут.

Оттенок пленки, образующейся на поверхности цветного металла, зависит от толщины и структуры сплавов.

Если химическое оксидирование алюминия выполнить в щелочном растворе слабой концентрации и при низкой температуре, можно получить тонкую защитную пленку с цветом побежалости.

И наоборот, если сделать для алюминия и его сплавов слишком концентрированный раствор щелочи и использовать высокую температуру обработки, защитное покрытие будет рыхлым.

Большой промежуток оксидирования может обернуться травлением металла.

Обработка сложнолегированной нержавеющей стали (оксидирование стали) происходит за счет применения концентрированного раствора азотной кислоты.

При температуре 18-550 с продолжительностью 15-60 минут.

Особенности анодного оксидирования металла

Анодное окисление металлических изделий в домашних условиях выполняют с использованием электролитных составов под действием постоянного тока.

При этом посудина, в которой будет проводиться анодное оксидирование, не должна быть токопроводящей.

В роли электролита может выступать, разбавленная водой, серная кислота (H2SO4), из расчета 20% на 800 мл воды.

При этом не водой разбавляют кислоту, а кислотой воду. Заменить H2SO4 можно пищевой содой и солью.

Используя алюминиевую подвеску, к аноду прикрепляют подлежащее обработке изделие, к катоду крепят свинцовую пластину.

Если металлическое изделие имеет сложную форму, то используют больше свинцовых элементов.

Расстояние между пластинами и изделием не должно быть больше 90 мм. Температура обработки должна составлять 200, при плотности тока 2-3 Ампер на квадратный дм.

Напряжение, при котором будет осуществляться анодирование, равняется 12-15В, в течение 60 минут.

Одной из технологий анодирования считается микродуговое окисление, техническим результатом его применения является получение покрытия с выраженными декоративными характеристиками и более высокой защитной способностью.

Микродуговое оксидирование наделяет поверхность цветного металла равномерностью, антикоррозийной стойкостью и микротвердостью.

Компонентами состава служат:

• вода;
• H3BO3 (20-30 г/л);
• калиевая щелочь (4-6 г/л);
• крахмал (6-12 г/л).

По указанному списку можно сделать электролит в домашних условиях путем обычного смешивания.

Далее микродуговое оксидирование сплавов алюминия выполняют в режиме анод-катод при температуре 25-300.

При плотности тока 15-20 Ампер на квадратный дм, при продолжительности 90-120 минут.

Термическое окисление металлов

Термическое оксидирование железа, сплавов и нержавеющей стали представляет собой процесс, в результате которого на поверхности металлических изделий образуется оксидный пленочный слой.

Термическое оксидирование выполняется в условиях высокого температурного режима с использованием пара или кислорода.

Оборудование, за счет которого осуществляется термическое оксидирование, представляет собой специальные печи.

Поэтому в домашних условиях сделать термическую обработку указанным путем не получится.

Применение печей в технологии оксидирования позволяет исключить использование химикатов, травление, промывку и ряд других процессов.

Температура обработки металлических изделий в термических печах может составлять от 3500 до 7000, в зависимости от типа стали.

Технология оксидирования меди и ее сплавов

Оксидирование меди не сложно выполнить химическим и электрохимическим методом, в результате чего медная поверхность может приобрести разнообразное цветное покрытие.

Для получения медной пленки используют цианистую или кислую жидкость. Хорошие показатели дает оксидирование меди цианистым электролитом.

При этом медные сплавы, в структуре которых присутствуют легирующие металлы, поддаются обработке труднее.

В пример можно привести бронзу, содержащую определенный процент олова, которое способствует защите меди от окислов.

Или сплав бронзы с никелевыми и хромовыми присадками, такой металл еще сложнее обработать.

Бронза с минимальным присутствием цинка, не превышающим 20 %, хорошо поддается обработке, в то время как его большое количество осложняет процесс.

С помощью сернистых составов, чаще всего, выполняют холодное обрабатывание медных скульптур. Как правило, это серная печень, сернистый аммоний и натрий.

Сделать холодное черное с синим оттенком оксидное покрытие позволяет сернистый аммоний. Придать декоративный вид изделию из бронзы и олова можно с помощью серной печени.

Но если использовать ее для окрашивания чистой меди или бронзы и томпака, можно добиться красного оттенка пленочного слоя.

Технология оксидирования серебра

Оксидирование серебра позволяет белому металлу получить синий, черный или фиолетовый оттенок, при этом структура обрабатываемого изделия не подвергается деформации или разрушению.

В домашних условиях сделать обработку серебряных изделий можно с использованием серной печени.

Для приготовления состава в домашних условиях необходимо взять калиевую щелочь и серу (купить ее можно там, где продаются удобрения).

Затем нужно соединить вещества в железной емкости: 1 часть щелочи и 2 части серы, и выдержать состав на огне до полного расплавления.

Периодически смесь необходимо помешивать. Далее готовую серную печень снимают с огня и дают ей остыть.

Когда сплав остынет, его разбивают на кусочки и перекладывают в посуду с плотной крышкой.

Теперь, когда дома есть серная печень, можно заняться обработкой серебра. Нужно взять кусочек сплава, примерно с горошину, положить его в емкость и залить горячей водой.

После того как с помощью помешивания комок растворится, в серную воду кладут серебряное изделие.

Через полчаса серебро начнет менять свой цвет, как уже говорилось выше, белый металл может принять фиолетовый, черный или синий оттенок.

Когда изделие приобретет нужный цвет, его вынимают из жидкости и ополаскивают горячей, теплой и, в завершении, холодной водой.

Технология оксидирования титана

Оксидирование титана обязательная необходимость по причине низкой износостойкости данного типа металла.

Получение оксидной пленки позволяет титановым изделиям приобрести химическую прочность, повысить фрикционные характеристики материала и изменить цвет поверхностного покрытия.

Чтобы провести оксидирование титана применяют чаще всего анодную обработку, так как титан плохо выдерживает воздействие химических растворов в процессе химического оксидирования.

Анодное оксидирование титана предусматривает использование щавелевой, хромовой и прочих кислот или их смесей, а также иных добавок.

Черная оксидная пленка способствует упрочнению поверхностной структуры титановых изделий, является результатом применения технологии анодирования 18-ти % раствором серной кислотой.

В зависимости от режима обработки, защитная пленка приобретает определенную толщину.

Например, если процесс выполняется при температуре 800С, плотность анодного тока составляет 0,5 Ампер с продолжительность обработки в течение 8 часов, пленочный слой будет составлять около 2,5 микрон.

При анодировании в режиме: 100ºС, продолжительность – 2 часа, плотность тока – 1 Ампер – толщина пленки будет равняться 1 микрону.

Виды и способы оксидирования металла

Оксидированием стали создается защитная пленка из сложных окислов, которая препятствует образованию ржавчины. Узнайте о видах обработки, особенностях химического, анодного и термического процессов.

Ни один материал, включая сталь, не может служить вечно. Его необходимо защищать от влаги, солнечных лучей и низких температур. Оксидирование металла создает на его поверхности тонкую защитную пленку, не позволяющую кислороду из воздуха и воде разрушать материал. При этом изменяются технические характеристики сталей, алюминия и его сплавов.

С точки зрения химии оксидирование – это реакция окисления металла и образование на поверхности тонкого слоя кристаллов, связанных кислородом и другими веществами. Технология нанесения защитного покрытия имеет несколько видов различной сложности. Самая простая использовалась несколько веков назад и доступна любому желающему покрыть защитной пленкой деталь в домашних условиях. Сложная технология требует специального оборудования и осуществляется только в условиях производства.

Суть и назначение технологии

В своей основе оксидирование стали имеет окислительно-восстановительную реакцию металла при его взаимодействии с кислородом воздуха, электролитом или специальными кислотно-щелочными растворами. В результате на поверхности детали образуется защитная пленка, повышающая технические характеристики металла:

• увеличивает твердость;
• снижает образование задиров;
• повышает способность деталей к прирабатыванию;
• увеличивает срок службы;
• создает декоративное покрытие.

Добавление в электролит растворов для окрашивания позволяет создавать изделия из металла с поверхностями разных цветов.

Покрытие оксидной пленкой применяют для различных материалов. В ювелирной промышленности и при создании бижутерии используют оксидирование многих металлов:

Сущность обработки – в увеличении прочности и придании дополнительной декоративности. Изделия из серебра хорошо держат форму. Это позволяет создавать украшения с острыми углами и тонким орнаментом. С помощью оксидов создается патина, имитирующая старину, и другие эффекты.

В зависимости от характеристик и свойств металла используют различные технологии создания сложных окислов на поверхности.

К положительным качествам оксидирования относится его распределение по поверхности тонкой пленкой в несколько микрон – тысячных долей миллиметра. При этом не меняются размеры деталей и посадочных мест сверху и на поверхности.

Виды оксидирования металла

К микродуговому относится способ нанесения оксидной пленки с помощью электролизной установки. Деталь помещается в ванну с электролитом. К ней подключается «+» постоянного тока. К ванне – провод с «–». При прохождении тока на поверхности образуются микроочаги с высокой температурой и давлением. В результате происходит окисление. Микродуговое оксидирование применяют для покрытия алюминия, серебра и их сплавов.

Процесс горячего оксидирования стали заключается в нагреве детали или раствора, в котором она находится, для ускорения процесса образования пленки сложных окислов.

К холодным технологиям относятся, в основном, методы химического покрытия и плазменного, когда поверхность насыщается кислородом под воздействием микротоков или в насыщенном растворе солей.

Химическое

Электрохимическое покрытие оксидами проводится при низких температурах – до 100 °C. Электролит представляет собой раствор нескольких нитратов и хроматов. Получают черное покрытие стали.

Пищевая нержавейка содержит много легирующих веществ, включая хром и марганец. Она требует для покрытия сложного оборудования. В домашних условиях ее можно оксидировать в растворе натриевой селитры. Поверхность приобретает яркий синий цвет.

Анодное оксидирование небольших деталей доступно делать в домашней мастерской. Для этого надо иметь аккумулятор или выпрямитель тока. Анод подключается к детали и источнику постоянного тока. При погружении стали в раствор слабокислого электролита возникает движение электронов, и вместе с ними частицы солей и кислот проникают в верхний слой металла. В результате образуются кристаллы железа со сложными окислами. Они постепенно покрывают всю поверхность детали слоем в несколько микрон.

Регулировать скорость процесса для образования оксидной пленки нужной толщины можно изменением силы тока и повышением температуры электролита. Анодирование влияет на первоначальные характеристики стали и цветных металлов:

• изменяет цвет;
• увеличивает прочность;
• пленка имеет низкую электропроводность;
• не допускает образования простых окислов железа – коррозии.

Термическое

Достаточно нагреть поверхность до 300 ⁰C, чтобы провести термическое оксидирование. На стали появится тонкая пленка окислов желтого и светло-коричневого цвета. Чем выше содержание легирующих веществ, тем сильнее надо греть сталь.

Часто нагрев используют для более активного протекания химического и анодного оксидирования стали. Помещенный в горячий раствор натриевой селитры или смеси кислот металл быстрее вступает в реакцию.

Плазменное

Метод холодного оксидирования – плазменное покрытие деталей. Окисление происходит при низкой температуре. Деталь помещают в плазму, которую создают токи ВЧ или СВЧ, аналогичные микроволновой печи. В камере высокое содержание кислорода.

Плазменное оксидирование применяют, в основном, для повышения светочувствительности и электропроводности деталей оптических приборов и плат.

Недостаток лазерного оксидирования сталей – в покрытии заготовок только снаружи. В отверстия малого диаметра головка лазерной установки не войдет.

Оксидирование своими руками

Делать защитное покрытие в домашних условиях проще всего по старинному рецепту. Для этого стальной предмет следует очистить от всех видов загрязнений, протравить в слабом растворе кислоты. Любое оставшееся пятно будет препятствовать процессу оксидирования стали.

1. Нагреть конструкционную сталь до 300 ⁰C. Легированные и углеродистые стали требуют более высоких температур. Чем больше легирующих элементов, тем сильнее следует греть.
2. Опустить горячую заготовку в льняное масло на 8–18 минут.
3. Для получения плотного слоя, надежно защищающего сталь от ржавчины, и создания изоляционного слоя, процедуру следует повторить 4–6 раз.

Каленые стали при нагреве до температуры выше 300 ⁰C могут отпуститься – стать мягче. Поэтому металл после закалки греют индуктором токами ТВЧ до 250–280 ⁰C. Если нет возможности нагреть только поверхность заготовки, температуру снижают до 220–250 °C, увеличив количество нагревов и погружений.

Льняное масло использовали в прошлые века. Сейчас его можно заменить веретенным, широко применяемым для закалки стали.

Оксидирование стали – интересный процесс. С его помощью можно самостоятельно защитить от коррозии небольшие изделия, крепеж в автомобиле и других устройствах.

Какой метод больше всего понравился нашим читателям и что они готовы применить на практике? Нам интересно ваше мнение.

Оксидация стали

Оксидирование — создание оксидной плёнки на поверхности изделия или заготовки в результате окислительно-восстановительной реакции. Оксидирование преимущественно используют для получения защитных и декоративных покрытий, а также для формирования диэлектрических слоёв. Различают термические, химические, электрохимические (или анодные) и плазменные методы оксидирования.

Виды оксидирования

Термическое оксидирование обычно осуществляют при нагревании изделий в атмосфере, содержащей О₂ или водяной пар. Например, термическое оксидирование железа и низколегированных сталей, называемое воронением, проводят в печах, нагретых до 300-350 °С, или при непосредственном нагревании изделий на воздухе, добиваясь необходимого цвета обрабатываемой поверхности. Легированные стали термически оксидируют при более высокой температуре (400-700 °C в течение 50-60 мин. Магнитные железоникелевые сплавы (пермаллои) оксидируют при 400-800 °С в течение 30-90 мин. Термическое оксидирование — одна из важнейших операций планарной технологии; создаваемые диэлектрические плёнки защищают готовые полупроводниковые структуры от внешних воздействий, изолируют активные области дискретных полупроводниковых приборов и интегральных схем. Наиболее часто термическое оксидирование применяют при изготовлении кремниевых структур. При этом Si окисляется на глубину около 1 мкм при 700-1200 °С. С начала 80-х гг. в производстве кремниевых больших интегральных схем оксидирование проводят при повышенном (до 107 Па) давлении O₂ или водяного пара (термокомпрессионное оксидирование).

При химическом оксидировании изделия обрабатывают растворами или расплавами окислителей (нитратов, хроматов и др.). Химическое оксидирование используют для пассивации металлических поверхностей с целью защиты их от коррозии, а также для нанесения декоративных покрытий на чёрные и цветные металлы и сплавы. В производстве электровакуумных приборов его применяют для чернения масок цветных кинескопов и др. деталей с целью получения поверхности с низким коэффициентом отражения света и высоким коэффициентом теплового излучения. Химическое оксидирование чёрных металлов проводят в кислотных или щелочных составах при 30-100 °С. Обычно используют смеси соляной, азотной или ортофосфорной кислот с добавками соединений Mn, Ca(NO₃)₂ и др. Щелочное оксидирование проводят в растворе щелочи с добавками окислителей при 30-180 °С. Оксидные плёнки на поверхности чёрных металлов получают также в расплавах, состоящих из щелочи, NaNO₃ и NaNO₂, MnO₂ при 250-300 °С. После оксидирования изделия промывают, сушат и иногда подвергают обработке в окислителях (K₂Cr₂O₇) или промасливают. Химическое оксидирование применяют для обработки некоторых цветных металлов. Наиболее широко распространено химическое оксидирование изделий из магния и его сплавов в растворах на основе K₂Cr₂O₇. Медные или меднёные изделия окисляют в составах, содержащих NaOH и K₂S₂O₈. Иногда химическое оксидирование используют для оксидирования алюминия и сплавов на его основе (дуралюминов). В состав раствора входят Н₃РО₄, CrO₃ и фториды. Однако по качеству оксидные плёнки, полученные химическим оксидированием, уступают плёнкам, нанесённым методом анодирования.

Электрохимическое оксидирование, или анодное оксидирование (анодирование), деталей проводят в жидких (жидкостное оксидирование), реже в твёрдых, электролитах. Поверхность окисляемого материала имеет положительный потенциал. Жидкостное оксидирование в водных и неводных растворах электролита применяют для получения защитных, декоративных покрытий и диэлектрических слоёв на поверхности металлов, сплавов и полупроводниковых материалов при изготовлении приборов со структурами металл-диэлектрик-полупроводник и СВЧ интегральных схем, оксидных конденсаторов, коммутационных плат на основе алюминия и других металлов. Наиболее широко анодное оксидирование используют для нанесения оксидных слоев на конструкции из Al и его сплавов. При этом получают защитные (толщиной 0,3-15 мкм), износостойкие и электроизоляционные (2-300 мкм), цветные и эматаль-покрытия (эмалеподобные), а также тонкослойные (0,1-0,4 мкм) оксидные плёнки. Для образования толстых оксидных слоёв применяют в основном растворы H₂SO₄ и CrO₃. Тонкие оксидные плёнки получают в растворах на основе Н₃РО₄ и Н₃ВО₃. Цветное анодирование проводят в растворах, содержащих органические кислоты (щавелевую, малеиновую, сульфосалициловую и др.). Эматаль-покрытия получают в электролитах, содержащих, как правило, CrO₃. Анодирование магния и его сплавов осуществляют в растворах, содержащих NaOH, фториды, хроматы металлов. Анодное оксидирование стали проводят в растворах щелочи или CrO₃. Методы анодного оксидирования получают распространение в полупроводниковой технологии, особенно для получения оксидных слоёв на полупроводниках типа AIIIBV, AIIBVI и т.п.

Плазменное оксидирование проводят в кислородсодержащей низкотемпературной плазме, образуемой с помощью разрядов постоянного тока, ВЧ и СВЧ разрядов. Таким способом получают оксидные слои на поверхности кремния, полупроводниковых соединений типа AIIIBV при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем, при создании туннельных переходов на основе плёнок Nb и Pb в криоэлектронных интегральных схемах, а также для повышения светочувствительности серебряно-цезиевых фотокатодов. Разновидность плазменного оксидирования — ионно-плазменное оксидирование, проводимое в высокотемпературной кислородсодержащей плазме СВЧ или дугового разряда в вакууме (около 1 Па) и температуре обрабатываемой поверхности не выше 430 °С. При таком способе оксидирования ионы плазмы достигают поверхности изделия с энергиями, достаточными для их проникновения в поверхностный слой и частичного его распыления. Качество оксидных плёнок, полученных этим методом, сравнимо с качеством плёнок, выращенных при термическом оксидировании, а по некоторым параметрам превосходит их.

Оксидирование стали – все способы нанесения защитного покрытия

Под оксидированием стали понимают процедуру создания на металлических поверхностях оксидной пленки. Данная операция проводится для образования декоративных и защитных покрытий, а также специальных диэлектрических слоев на стальных изделиях.

1 Особенности химического оксидирования

Интересующий нас процесс можно выполнить по нескольким технологиям. Оксидирование принято делить на:

• химическое;
• электрохимическое;
• термическое;
• плазменное.

При химическом оксидировании поверхность изделий обрабатывают расплавами либо растворами хроматов, нитратов и других окислителей, что увеличивает антикоррозионную защиту металла. Подобная процедура может выполняться посредством применения щелочных или кислотных композиций.

Химическое оксидирование щелочного типа выполняется при температурах от 30 до 180 градусов. Для него используют щелочи и небольшое количество окислителей. После обработки деталей щелочными соединениями их обязательно промывают (весьма тщательно), а затем просушивают. В некоторых случаях заготовки, прошедшие процедуру оксидирования, дополнительно промасливают.

Для кислотной операции обычно применяют композиции, состоящие из 2–3 кислот – соляной, ортофосфорной, азотной, в которые добавляют в незначительных объемах соединения марганца и другие соединения. Температура такого способа оксидирования варьируется в пределах 30–100 градусов. Используется он чаще всего для декорирования и защиты от коррозии ржавления.

Химическое оксидирование любого из двух описанных типов позволяет получать в производственных и в домашних условиях пленки с достаточно высокими защитными характеристиками. При этом электрохимическая процедура предохранения стали от коррозионных явлений считается более эффективной. Именно поэтому химическое оксидирование для стальных изделий используется реже, нежели электрохимическое.

2 Анодное оксидирование – что оно собой представляет?

Анодный процесс (именно так обычно называют оксидирование электрохимического вида) осуществляется в твердых либо жидких электролитах. Он обеспечивает высоконадежные пленки следующих типов:

• тонкослойные покрытия с толщиной от 0,1 до 0,4 микрометров;
• электроизоляционные и износостойкие слои толщиной от 2–3 до 300 микрометров;
• защитные покрытия от 0,3 до 15 микрометров;
• специальные эмалеподобные слои (именуются в среде специалистов эматаль-покрытиями).

При анодировании поверхность окисляемого изделия характеризуется положительным потенциалом. Такая процедура рекомендована для защиты элементов интегральных микросхем, создания на полупроводниковых материалах, сплавах и сталях диэлектрических покрытий. При желании анодирование можно выполнить в домашних условиях, но при четком и безоговорочном соблюдении стандартов техники безопасности, так как для операции используются агрессивные соединения.

Частным случаем анодирования считается методика микродугового оксидирования, которая позволяет получать уникальные покрытия с высокими декоративными, теплостойкими, защитными, изоляционными и антикоррозионными параметрами. Микродуговой процесс осуществляется под действием переменного или импульсного тока в электролитах, имеющих слабощелочной характер.

Рассматриваемый способ нанесения специальных слоев обеспечивает толщину покрытий на уровне 200–250 микрометров. После выполнения операции поверхность изделия внешне похоже на керамику. Микродуговое оксидирование при наличии оборудования нередко производят в домашних условиях. Во время процесса в воздух не выделяется каких-либо опасных для человека веществ. По этой причине микродуговая обработка становится все более популярной среди домашних мастеров.

3 Тонкости термического и плазменного оксидирования

Термический процесс подразумевает, что оксидная пленка формируется на стали в атмосфере водяного пара либо иной кислородсодержащей среде при достаточно высоких температурах. В домашних условиях такую операцию не выполняют, так как она требует использования специальных печей, в которых железо либо низколегированные стали нагревают примерно до 350 градусов.

Если же речь идет об обработке средне- и высоколегированных сталей, температура в печи и вовсе должна равняться 650–700 градусам. Общая длительность термического оксидирования, как правило, составляет около часа.

Практически нереально выполнить в домашних условиях и плазменное оксидирование. Оно производится в низкотемпературной плазме, содержащей кислород. Плазменная среда при этом создается обычно посредством ВЧ- и СВЧ-разрядов, реже применяются разряды постоянного тока. Качество получаемых защитных пленок оксидов при плазменном процессе очень высокое. Поэтому его применяют для нанесения покрытий на ответственные детали:

• кремниевые поверхности;
• полупроводниковые изделия;
• фотокатоды.

4 Как самостоятельно выполнить операцию?

Самый простой способ нанесения защитного покрытия на стальные изделия в домашних условиях не требует особых умений. При желании оксидирование своими руками может выполнить любой. Сначала деталь, которую планируется обработать, полируют либо зачищают. Затем с ее поверхности удаляют окислы (декапируют), используя для этих целей раствор (пятипроцентный) серной кислоты. Изделие помещают в него на 60 секунд.

После ванны с кислотой деталь необходимо промыть в теплой воде и подвергнуть ее пассивированию – пятиминутному кипячению, которое осуществляют в растворе водопроводной воды с 50 граммами обычного хозяйственного мыла (такое количество моющего средства рассчитано на один литр воды). Теперь поверхность полностью готова к оксидированию. Для реализации процедуры следует:

• взять эмалированную емкость, не имеющую царапин и сколов;
• налить в нее воду (один литр) и развести 50 граммов едкого натра;
• поместить емкость на плиту, положить в нее изделие и подогреть смесь до 140–150 градусов.

Через полтора часа деталь можно доставать – оксидирование успешно завершено!