В процессе обработки металла большое значение имеет правильная защита материала от коррозии. Именно коррозийное разрушение приводит к тому, что металлические изделия постепенно начинают терять свою прочность и надежность, значительно уменьшается их устойчивость к внешним нагрузкам.
В промышленности создано большое количество методов, которые могли бы существенно нарастить качество защиты от коррозии. И одним из таких распространенных средств является оксидирование.
Этот материал мы посвятим рассмотрению вопроса о том, что такое оксидирование, как оно проводится и работает. Это помогает лучше понять особенности процесса, провести его в полном соответствии со всеми установленными техническими требованиями.
Что такое оксидирование
Химический состав металла отличается возможностью появления на нем специальных оксидных пленок, если оказываются созданы соответствующие условия. Это необходимо для того, чтобы исключить контакт материала с источниками окисления, затормозить постепенный процесс разрушения металла.
Кроме непосредственной задачи по защите материала, оксидирование также может использоваться и в целях изменения внешнего вида материала. Это помогает придать ему особые внешние качества, сделать значительно более красивым и эстетичным.
Сам процесс оксидирования может проводиться различными способами. В промышленности встречается электрохимическое, химическое, микродуговое и термическое оксидирование. В этом материале мы расскажем о том, чем различные средства отличаются друг от друга.
Химическое оксидирование
Существует множество средств, при помощи которых потенциально может проводиться оксидирование. И химический способ относится к категории одних из наиболее часто используемых.
Применение такого средства предполагает, что будет проводиться обработка изделия в растворе с четко продуманной рецептурой. Это могут быть как расплавы, так и окислители. В составе такого раствора часто встречаются нитраты, хроматы и другие компоненты, способные оказывать на материал аналогичное окислительное воздействие.
В процессе проводится пассивация поверхности. Это значит, что в результате химической реакции начинает формироваться декоративный или защитный слой, блокируется воздействие агрессивных внешних сред, потенциальных катализаторов коррозии.
Химическим методом можно оксидировать как черные, так и цветные металлы. В случае с черными металлами, температура раствора должна составляет 30-100 °С. Лучше всего показывают себя при проведении обработки составы с большим содержанием щелочей или кислот.
Если оксидирование планируется проводить с использованием кислот, раствор выбирается с учетом текущего состава и других особенностей металла. Чаще всего смешивается сразу несколько кислот, которые могли бы сформировать на поверхности материала специальную оксидную пленку. Больше всего распространены соляная и азотная кислоты, к которым могут добавляться различные присадки.
Не менее распространено и щелочное оксидирование. Диапазон температур при его проведении составляет 30-180 °С и чтобы добиться корректного проведения процедуры, его стоит строго соблюдать. При этом раствор создается на основании различных типов окислителей. После того, как обработка будет завершена, с поверхности удаляются все следы рабочего состава, деталь проходит просушивание. Иногда этот метод комбинируется со специальной обработкой в окислительных растворах.
Химическое оксидирование хорошо показывает себя на практике. При этом стоит учитывать, что формируемый на поверхности материала слой менее стойкий и долговечный, чем пленка, которая вырабатывается при использовании другого распространенного метода – анодирования.
Термическое оксидирование
Как можно понять по названию, такой процесс напрямую связан с использованием при обработке металла высоких температур. Но просто нагреть металл недостаточно. Требуется также поместить изделие в среду, которая сформирована с нужным уровнем содержания кислорода.
Чтобы прогреть материал до установленного уровня, требуется использовать специальную печь. Если планируется оксидировать сталь низколегированной группы, либо сделать это с железом, температура не должна превышать отметку в 350 градусов.
Когда проводится обработка легированной стали, максимальная температура увеличивается до 700 °С. Длительность обработки при этом составляет около часа.
Этот метод формирования оксидной пленки наиболее распространен при работе с кремнием. Чтобы материал получил высокий уровень защитных свойств, требуется создавать температуру, которая будет находиться в диапазоне от 800 до 1200 °С.
Анодирование
Анодированием называют оксидирование анодным либо электрохимическим методом. Потому, если вы встречаете такие обозначения процесса, можно сразу понять, что речь идет об одной и той же процедуре.
Чтобы сформировать стойкую оксидную пленку, применяется электролит. Он может быть как твердым, так и жидким. Когда проводится анодирование, используется положительный потенциал поверхности металла.
Активно используется анодирование, если нужно изменить внешние свойства материала, сделать его более эстетичным. При этом удается комбинировать как декоративные, так и защитные свойства для достижения одной цели.
Метод отличается универсальностью. Его можно применять для разных вариантов металлов и сплавов, но с учетом их первоначального состава. Как показывает практика, более всего распространен такой метод в том случае, если требуется провести обработку алюминия.
Плазменное оксидирование
При рассмотрении особенностей такого процесса нельзя забывать про использование плазменного метода обработки. Его особенность заключается в том, что в отличие от термического оксидирования, формируется не высокая, а низкая температура. Само изделие при этом находится внутри специально созданной с учетом особенностей материала плазменной среды.
При формировании плазмы используется ток. Таким образом удается обрабатывать кремний, а также полупроводники из различных материалов. Кроме своих непосредственных задач по защите, метод востребован, потому что помогает повысить степень светочувствительности некоторых типов изделий, которые нуждаются в этом больше всего.
Микродуговое оксидирование
Еще один метод, который активно применяется в ходе работ по созданию оксидных пленок – это микродуговое оксидирование. Название этого процесса также можно встретить под кратким обозначением «МДО».
Оксидные слои, которые формируются в результате такого воздействия на материал, оказываются многофункциональными. Эта методика во многом схожа по своим особенностям с анодной обработкой. Защитные свойства, которые формируются в результате, оказываются очень высокими.
Материал отлично защищается от термического воздействия, изолируется от агрессивных сред, которые провоцируют формирование коррозии. Нельзя также забывать и про декоративные особенности. Со стороны может показаться, что изделие после микродугового оксидирования становится керамическим. Но это только внешнее впечатление, потому что все остальные центральные особенности сохраняются.
Как отмечают специалисты, если рассматривать все методы оксидирования, то именно микродуговое привлекает к себе заметный интерес. Оно помогает формировать очень стойкое и прочное покрытие, что решает распространенную проблему – стирание оксидной пленки, потенциально приводящее к развитию коррозии и другим вариантам повреждения материала.
Чтобы провести микродуговое оксидирование применяется электролит с малым уровнем концентрации щелочи. При этом в него подается переменный или импульсный ток строго заданной частоты. Специального изменения свойств и какой-либо дополнительной подготовки при этом не требуется – материал просто нужно очистить.
Во время создания оксидных пленок применяется большое количество микроразрядов. Они передвигаются по хаотичным траекториям. При этом, удается сформировать как термическое, так и плазмохимическое воздействие.
Одно из преимуществ такого метода заключается в том, что само покрытие оказывается очень глубоко проникающим. Ему удается проникнуть вглубь материала на 70%. При этом еще 30% покрытия оказывается с наружной стороны, что позволяет формировать комплексную защиту с максимальной степенью защищенности.
Стоит также обратить внимание и на толщину покрытия. Она варьируется в диапазоне от 200 до 250 кг, что позволяет говорить о по-настоящему высоких показателях. При выборе определенной температуры электролита также уделяется большое внимание тому, с каким исходным материалом предстоит работать. Температура отличается от 15 до 400 °С.
Большое значение также имеет и то, какой именно электролит применяется в процессе. Вне зависимости от того, какой состав используется, какого-либо особого влияния на окружающую среду не оказывается.
В пользу выбора такого метода говорит доступность оборудования, его компактность и тот факт, что сами электролиты отличаются повышенным уровнем рассеивающих свойств. Это помогает работать с различными деталями, в том числе теми, у которых сложная форма, есть большое количество выемок и других особенностей рельефа поверхности.
Особенности использования оксидирования в процессе работы с алюминиевыми сплавами
При рассмотрении особенностей процесса оксидирования, особенно пристальное внимание стоит уделить вопросу создания оксидных слоев непосредственно на поверхности материала. Причина заключается в том, что в этом случае допустить ошибку становится значительно проще, чем с в случае с черными металлами. Тогда вся работа пойдет насмарку.
В процессе работы с алюминием используется несколько описанных ранее методов. Это химический, микродуговой и электрохимический. Рассмотрим их подробнее далее.
Анодное оксидирование алюминия и его сплавов
Во время работы с алюминием часто применяется его анодирование. Этот метод помогает значительно повысить степень защищенности от атмосферной коррозии, как для самого материала, так и для сплавов, которые формируются на его основе. Создание стойкой оксидной пленки таким методом также помогает подготовить поверхность для последующего успешного выполнения окрашивания выбранным типом состава.
Во время подобного метода обработки, с внешней стороны материала удается получить стойкое покрытие, которое будет отличаться повышенным уровнем защиты как от контакта с водой, так и кислот. Если рассматривать состав пленки, то больше всего в ней будет именно оксида алюминия. При этом стоит также обратить внимание на то, что основные характеристики твердости будут меняться в зависимости от того, какой состав у исходного материала:
- Технический алюминий – от 5000 до 6000 Мпа.
- Алюминиевые сплавы – от 2000 до 5000 Мпа.
Еще один важный показатель слоя, который формируется при использовании анодного оксидирования составляет 1014 – 1015 Ом·м.
Важная особенность анодного оксидирования заключается в том, что оно позволяет гибко формировать особенности каждого конкретного слоя. Он может иметь разную твердость, степень пористости, эластичность и другие ключевые показатели, которые стоит учитывать. Все что нужно при выполнении обработки для изменения характеристик конкретного слоя – отрегулировать состав электролита или сменить характеристики проводимого в конкретном случае электролиза.
Если электролит, который применяется в конкретном случае, создает кислую или нейтральную среду, на поверхности защитный слой создается очень быстро. При этом происходит стремительное твердение до заданных ранее показателей.
Электрохимическое оксидирование алюминия
Если в рамках выполняемой обработки выполняется электрохимическое оксидирование, то первичная пленка оказывается очень тонкой. Чтобы сделать ее значительно более толстой, требуется применять кислород.
На практике доказано, что рост пленки прекращается в том случае, если она достигает толщины 0,1 мкм. Чтобы спровоцировать дальнейшее разрастание защитного слоя, нужно использовать повышение напряжения строго в первоначально заданном диапазоне.
Стоит также обратить внимание на способность электролита к постепенному растворению формирующегося оксида алюминия и пленки, которую он способен создавать на поверхности материала. Потому нужно контролировать параметры проведения процедуры для того, чтобы пленка не растворялась, а наращивалась до уровня толщины до 2 мкм. Покрытие в таком случае будет отличаться как хорошими защитными показателями, так и низким уровнем пористости.
Если во время процедуры используется электролит, он может быстро растворить оксидный слой, либо сделать пленку значительно более толстой. Это зависит от состава, температуры и других условий.
В ряде случаев наблюдается ситуация, при которой скорость окисления значительно превышает скорость процесса, с которым на материале формируются окислы. В таком случае нужно контролировать ее стандартными методами.
Также стоит обратить внимание на степень толщины оксидной пленки. На этот параметр напрямую влияет то, насколько хорошо электролит может растворять конкретные варианты оксидов, как ведет себя материал, который оказывается погружен в него.
Еще один параметр, на который стоит обратить внимание – это непосредственно сама толщина оксидного покрытия. Во многом на нее влияет состав алюминия и сплавов, которые создаются на его основе. Считается, что обработка чистого алюминия значительно проще, чем работа с его сплавами – при анодировании слой удается сформировать значительно быстрее.
Если в сплаве есть большое количество различных добавок, пленка будет образовываться медленнее, значительно сложнее будет сформировать пленку, которая по своим характеристикам полностью подходит под ваши требования. Особенно сильное негативное влияние на качество оксидирования оказывает наличие в составе сплава таких компонентов, как медь, железо, марганец и магний. Если они есть, велика вероятность того, что защитная прослойка станет менее качественной и ровной. Такой дефект провоцируется тем, что при формировании пленки происходит формирование соединений, которые затем растворяются, создают пленки и пустоты.
Применение оксидирования помогает получить пленку, которая состоит сразу из двух слоев. Один располагается непосредственно на границе с металлом. Именно он отвечает за формирование стабильной барьерной среды. Второй слой более толстый, в нем больше пор, выше мягкость. Он эффективно проникает в сам материал и делает его значительно более защищенным от большинства потенциальных внешних угроз.
Химическое оксидирование алюминия
Рассматривая процесс формирования на алюминии и его сплавах специальной оксидной пленки, стоит обратить внимание и на методы химического оксидирования. Эта технология востребована в промышленности, потому что отличается доступной стоимостью, сравнительной простой в реализации подготовкой изделия и рядом других преимуществ.
Важная особенность такого процесса заключается в том, что он не использует во время работы электрического тока. Изделие из алюминия или одного из сплавов помещается непосредственно в раствор хроматов. Это стимулирует постепенное появление оксидных пленок, помогает значительно ускорить процесс работы с крупными партиями – доступна одновременная параллельная обработка деталей.
Стоит отметить высокий уровень качества пленок, который, тем не менее, уступает анодированию и электрохимическим пленкам. Толщина подобного покрытия будет составлять до 3 мкм. Подобного оксидного слоя на практике вполне хватает для того, чтобы устранить большинство потенциальных угроз и оградить заготовку от негативного воздействия внешних агрессивных сред.
Именно при проведении химического оксидирования на первый план выходит контроль температуры. Большое значение имеет также и сам состав электролита, который активно будет использоваться в процессе.
Если в растворе, который применяется при подобной обработке детали, слишком мало щелочи, пленка будет слишком тонкой. Когда наблюдается перегрев есть вероятность получения рыхлой прослойки, которая не сможет выдержать значительного механического давления, сотрется и откроет путь для формирования коррозии.
Финишная обработка оксидных пленок
Наконец, стоит обратить внимание на проведение качественной финишной обработки оксидного слоя, который успел сформироваться на поверхности материала.
Существует два основных метода, которые могут использоваться в процессе:
- Проведение уплотнения. Средство направлено на то, чтобы слой оксидов стал заметно более стойким к коррозии, воздействию света. Это также помогает существенно нарастить его диэлектрические свойства – такая особенность проверена на практике. При проведении уплотнения хорошо показывает себя прогретая до температуры кипения вода. В нее могут добавляться соли, поверхностно-активные вещества. Все это помогает заметно увеличить скорость проведения такого процесса.
- Окрашивание. Пленки также могут окрашиваться – это позволяет сделать изделие более привлекательным внешне, а также сформировать дополнительный защитный слой, который ограничит потенциальный контакт с агрессивными средами. Чтобы краска легла ровно и без дефектов, пленка качественно промывается, с нее удаляются все посторонние загрязнения. Потом начинается непосредственное окрашивание. При этом стоит обратить внимание на то, что показатели пористости созданного ранее активного слоя напрямую влияют на то, какой цвет получит покрытие и насколько стойким оно в итоге окажется.
Оцинковка как средство защиты от коррозии
Еще один метод, который помогает надежно защитить материал от контакта с внешними агрессивными средами – проведение цинкования. Наша компания предоставляет клиентам профессиональное горячее цинкование с применением передового современного оборудования.
Есть сразу несколько причин обратиться к нам:
- Большие производственные мощности. У нас есть три крупных цеха для выполнения горячего цинкования. Мощность предприятия составляет до 120 тысяч тонн продукции в год.
- Высокий уровень качества. Мы строго следим за требованиями ГОСТ 9.307-89. Также на предприятии используется лучшее оборудование немецко-австрийской фирмы KVK KOERNER и чешской фирмы EKOMOR. Это позволяет нам быть уверенными в высоком уровне работы и предоставлять официальные гарантии.
- Большой опыт. Мы успешно работаем на рынке с 2007 года. За это время было реализовано множество проектов.
Чтобы связаться с нами, получить дополнительные консультации по всем вопросам, касающимся сроков выполнения вашего заказа и других задач, достаточно просто оставить заявку на сайте или позвонить по указанным телефонам.
