Подготовка к анодированию
Своими руками анодирование может провести любой, однако нужно создать минимальные меры предосторожности, прежде чем начинать работу. Лучше всего, чтобы процесс проходил на открытом воздухе: на улице или хотя бы на балконе
Также нужно подумать о самозащите, т.к. в ходе анодирования вы будете иметь дело с кислотой, а это химическое вещество, которое способно вызвать неприятный зуд при попадании на кожу, и куда более тяжелые травмы, если попадет на слизистую оболочку глаз.
Процесс анодирования своими руками вы можете увидеть на фото.
Лучше всего заниматься анодированием в защитных очках и заранее подготовить воду или слабый содовый раствор, чтобы, в случае чего, сразу же промыть участок, на который попала кислота.
Анодирование ни в коем случае нельзя проводить в закрытом помещении, т.к. вы будете иметь дело с выделениями кислорода и водорода, которые появляются на аноде и катоде.
В результате получится электрохимическое соединение по свойствам аналогичное динамиту.
Если создавать подобное электрохимическое соединение в закрытом пространстве, то для серьезных травм и даже смерти будет достаточно одной искры, которую выделяет электрохимическое соединение.
Прежде чем приступать к работе, учитывайте размер деталей: после процесс анодирования они увеличатся в размере как минимум на 0.5 мм – такова толщина защитного слоя, который создается в ходе процесса.
Поэтому проследите, чтобы материалы свободно двигались до начала анодирования, чтобы потом не пришлось начинать заново всю работу, т.к. шлифовать анодированную поверхности практически бесполезно.
ВАЖНО ЗНАТЬ: Как выбрать жаростойкую краску по металлу?
Однако можно отполировать детали с помощью полировочного круга так, чтобы они приобрели зеркальный блеск. Это вполне можно сделать своими руками.
Благодаря этому процессу изделия будут выглядеть лучше, а также уменьшиться вероятность прогара, который нередок при анодировании.
Кроме того, технология анодирования никак не влияет на дефекты деталей – если они есть, то и после окончания работ останутся заметны.
Гальваника – необходимый этап, предшествующий основной работе. Перед ней металл нужно тщательно обезжирить. Для этого лучше использовать хозяйственное мыло и щетку.
Некоторые советуют подержать металл в натрии или калии, но от этого поверхность может испортиться. Нужно промыть изделия попеременно сначала в горячей, а затем в холодной воде.
Видео:
В пластиковую емкость нужно добавить стиральный порошок и растворить его в горячей воде, а затем засыпать туда детали и потрясти их. После промывки нужно высушить твердое тело деталей под горячим воздухом.
Чтобы провести анодирование, вам понадобится электролит, который можно сделать своими руками. Для домашнего изготовления чаще всего используют серную кислоту, которую разводят в дистиллированной воде.
Нужно только учитывать, что в магазинах кислота выпускается разбавленной, поэтому пропорции для смешивания жидкости должны быть 1:1. Процесс анодирования требует около 10 литров электролита для мелких деталей и 20 – для крупных.
Следовательно, вам понадобится 5 литров раствора и 5 литров воды, чтобы получить нужное количество.
Вливать воду в кислоту нужно постепенно, тонкой струей, т.к. жидкость моментально нагревается и при большом потоке просто закипит и начнет брызгать. Не забывайте размешивать смесь с помощью стеклянной палочки и надеть очки перед работой.
Если кислота попала на кожу или одежду, то ее нужно удалить с помощью воды, а затем промыть участок содовым раствором.
Оксидирование в домашних условиях
Процедуру можно произвести и в домашних условиях, при этом качество покрытия ничем не будет уступать заводским или фабричным аналогам. Воронением может заняться любой человек, у которого есть в наличии щелочь и окислитель. С помощью таких компонентов производится самое элементарное химическое оксидирование.
Статья по теме: Особенности железного сурика и область применения
Естественно, оксидированный в домашних условиях материал будет уступать своими защитными характеристиками, но значительно повысится его устойчивость в сравнении с первоначальными условиями. Кроме основных особенностей и эстетическая составляющая может значительно пострадать.
Алгоритм домашней обработки:
- Сначала поверхность изделия полируется. Нужно убрать все инородные проявления и налет. Очистка должна быть тщательной и равномерной.
- Производится декопирование с помощью раствора серной кислоты. Лучше использовать 5%-й состав. Изделие помещается в раствор на одну минуту.
- Необходимо вытащить деталь из кислоты и промыть ее в кипяченой, слегка теплой воде. Процедуру при необходимости проделать несколько раз.
- После производится пассирование. Деталь помещается в воду с небольшим количеством хозяйственного мыла. Прокипятить изделие в течение нескольких минут.
- В эмалированную посуду, которая не имеет никаких нарушений поверхности, заливается вода. Сюда добавляется примерно 50 грамм едкого натра.
- Аккуратно уложить изделие в емкость так, чтобы она была полностью покрыта раствором. Нагреть содержимое до 150 градусов. Кипячение производится около двух часов. Может потребоваться и больше времени. Все зависит от температуры нагрева. Только потом завершается процесс обработки.
- Далее нужно выложить изделие на ровную поверхность и дать ему остыть. Желательно ограничить площадь соприкосновения элемента с поверхностью. Если изделие поменяло цвет, то металл поддался воронению.
Оксидированные детали существенно изменяют внешний вид и характеристики. Такое воронение соответствует химическому типу покрытия, которое наносится в заводских условиях.
Анодирование различных типов металла
Особенности анодирования меди и ее сплавов
Чаще всего анодирование меди и ее сплавов осуществляется химическим или электрохимическим способами. В результате поверхность материала в большинстве случаев приобретает цветное покрытия.
Для получения пленки из меди применяется кислая или цианистая жидкость. Медные сплавы, в состав которых входят легирующие металлы повергаются анодному окислению намного сложней.
Особенности анодирования серебра
Анодное окисление серебра позволяет придать изначально белому металлу черный, фиолетовый либо синий оттенок без изменения структуры и качественных характеристик обрабатываемого материала. Обработку серебряных изделий специалисты рекомендуют производить при помощи серной печени. При проведении анодирования серебро начинает менять цвет примерно через полчаса. После того, как изделие обретет необходимый цвет, его необходимо достать из жидкости и тщательно промыть сначала горячей, потом теплой и, наконец, холодной водой.
Особенности анодирования титана
Анодирование титана представляет собой обязательную процедуру, основное значение которой заключается в повышении показателя износоустойчивости данного металла. Наличие оксидной пленки придает изделию химическую прочность и изменяет цвет поверхности покрытия. Использоваться для анодного окисления титана могут хромовая, щавелевая или любая другая кислота.
Зависимость цвета оксидной пленки титана от напряжения тока при оксидировании.
Особенности анодирования алюминия
Анодное окисление алюминия требуется, независимо от того, что этот металл может отлично выглядеть и после экструзивной обработки. Связано это с тем, что алюминий в большой степени подвержен коррозии. К тому же он под воздействием целого ряда негативных внешних факторов легко разрушаться.
Технология оксидирования
Технология заключается в том, чтобы создать такие условия, чтобы на металлической поверхности образовалась оксидная пленка, предотвращающая проникновение кислорода и воды. Для этого используются специализированные растворы и подводится электрический ток при необходимости. Процесс может проводиться и холодным методом и горячим. Выбор метода зависит от вида металла.
Перед началом процедуры все металлы проходят подготовку. Это является первым этапом. На нем с поверхности удаляются все загрязнения. Также она обезжиривается.
Читать также: Как сделать простую коптилку
Затем металл опускают в ту или иную среду и под действием внешних агрессивных условий определенного вида на них образуется плотная оксидная пленка.
Особенности процесса
Поверхность алюминиевых деталей покрыта оксидной плёнкой, которая обладает высокой химической стойкостью, а также температурой плавления выше в 2 раза, чем чистого металла. В интервале от +2500С до +3000С алюминий становится неустойчивым и подплавляется. Минимальная температур плавления оксидной плёнки составляет +5000С.
При пайке соединяемые детали под наружным слоем начинают плавится. Поэтому пайщику нужно устранить негативное влияние оксидного слоя. Принцип всех способов основан на удалении плёнки, а также повышении адгезионных свойств.
Методы удаления оксидного слоя:
- механический — использование абразивных инструментов для зачистки,
- химический — применение флюсов со специальными составами,
- электрохимический — основан на процессах электролиза.
Оба способа проводятся только в среде с отсутствием доступа кислорода.
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.
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.
Нагрев заготовки
Нагрев заготовки — ответственная операция. От правильности ее проведения зависят качество изделия, производительность труда. Необходимо знать, что в процессе нагрева металл меняет свою структуру, свойства и характеристику поверхностного слоя и в результате от взаимодействия металла с воздухом атмосферы, и на поверхности образуется окалина, толщина слоя окалины зависит от температуры и продолжительности нагрева, химического состава металла. Стали окисляются наиболее интенсивно при нагреве больше 900°С, при нагреве в 1000°С окисляемость увеличивается в 2 раза, а при 1200°С — в 5 раз.
Хромоникелевые стали называют жаростойкими потому, что они практически не окисляются.
Легированные стали образуют плотный, но не толстый слой окалины, который защищает металл от дальнейшего окисления и не растрескивается при ковке.
Углеродистые стали при нагреве теряют углерод с поверхностного слоя в 2-4 мм. Это грозит металлу уменьшением прочности, твердости стали и ухудшается закаливание. Особенно пагубно обезуглероживание для поковок небольших размеров с последующей закалкой.
Заготовки из углеродистой стали с сечением до 100 мм можно быстро нагревать и потому их кладут холодными, без предварительного прогрева, в печь, где температура 1300°С. Во избежание появлений трещин высоколегированные и высокоуглеродистые стали необходимо нагревать медленно.
При перегреве металл приобретает крупнозернистую структуру и его пластичность снижается. Поэтому необходимо обращаться к диаграмме «железо-углерод», где определены температуры для начала и конца ковки. Однако перегрев заготовки можно при необходимости исправить методом термической обработки, но на это требуется дополнительное время и энергия. Нагрев металла до еще большей температуры приводит к пережогу, от чего происходит нарушение связей между зернами и такой металл полностью разрушается при ковке.
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.
Устройства и инструменты
Прежде чем приступать к анодному окислению, следует подготовить следующее оборудование и инструменты, которые потребуются для выполнения работы:
- фольга из алюминия;
- перчатки резиновые;
- пластиковый контейнер для размещения металлического изделия;
- батареи 9В (от 1 до 8 шт.);
- изолированный кабель (около полутора метров);
- электролитный раствор;
- ложка;
- органический растворитель;
- стакан из пластика;
- клещи;
- устройство, предназначенное для зачистки кабелей.
Установки для анодирования металлов и их конструктивные особенности
Любая крупная установка для анодного окисления – это достаточно непростой комплекс, включающий в себя электрическое, химическое и механическое оборудование. При его выборе следует учитывать ряд значимых моментов:
- Самые высокие эксплуатационные затраты приходятся на процедуры разгрузки, а также загрузки. И именно это делает анодное окисление весьма трудоемкой процедурой.
- Максимальную пропускную способность установка для анодирования определяет мощность выпрямител постоянного тока, при помощи которого и производится анодное окисление. Чаще всего используется выпрямитель с мощностью 25 Ватт. Хорошо, если установка имеет бесступенчатую регулировку напряжения под нагрузкой от нуля до максимального показателя, а также автоматическую функцию возвращения напряжения по окончании цикла в ноль. Качественное анодное окисление предполагает наличие оксидной пленки на поверхности металла. В самом начале процесса анодирования пленка относительно тонкая и имеет маленькое сопротивление. Соответственно, для того, чтобы поддерживать плотность тока достаточно небольшого напряжения. В процессе наращивания толщины оксидной пленки ее сопротивление возрастает, соответственно ток падает. Для того, чтобы на протяжении всей процедуры поддерживалась одинаковая плотность тока, напряжение нужно постепенно и плавно увеличивать. И именно здесь бесступенчатая регулировка напряжения установки для анодирования окажется весьма к месту.
- Контакты между пластинами и шинами предполагают точность конструкции. Поэтому желательно по концам ванн анодирования установить гибкие контактные площадки (например, из меди)
Химическое оксидирование
Химическое оксидирование осуществляют обработкой изделия в растворах (расплавах) окислителей (хроматы, нитраты и др.). С помощью данного метода поверхность изделия пассивируют либо нанося защитные и декоративные слои. Для черных металлов химическое оксидирование проводится при температуре от 30 до 100 °С в щелочных либо кислотных составах. Для кислотного оксидирования используют, в основном, смесь нескольких кислот, например, азотная (или ортофосфорная) и соляная кислоты с некоторыми добавками (Ca(NO3)2, соединения Mn). Щелочное оксидирование проводится при температурах немного выше, около 30 – 180 °С. В состав вводят окислители. После нанесения оксидного слоя металлические изделия хорошо промываются и сушатся. Иногда готовое покрытие промасливают или дополнительно обрабатывают в окислительных растворах.
Защитные слои, полученные с применением химического оксидирования, обладают менее защитными свойствами, чем пленки, полученные анодированием.
Хим оксидирование стали: преимущества
Теперь перечислим особенности, которых можно добиться, если использовать технологию создания оксидной пленки с помощью химикатов.
Надежное покрытие антикор
Стальная деталь фактически становится нержавейкой.
То есть ржавление хоть и не полностью исключено, но очень значительно заторможено.
Хорошие электрические изоляторы
После химической обработки можно ожидать, что поверхность совсем или частично перестает проводить ток. Все будет зависеть от того, какой раствор был взят, в какой концентрации и пр.
Тонкий, но стойкий поверхностный слой
Интересно, что может быть достигнута пленочка, толщиной всего в 200 мкм. Но это не делает ее более восприимчивой к механическим или иным вредителям.
Оригинальная цветовая гамма
Это больше признак анодирования.
Но мы отметим, что после процедуры можно получить не только черный цвет, но и переливчатые волны от желтого к темно-синему, как на фото.
Виды оксидирования металла
Процесс оксидирования стали имеет несколько разновидностей:
- микродуговое;
- горячее;
- холодное.
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
Химическое оксидирование проводится погружением деталей в различные растворы. Низкотемпературный процесс покрытия осуществляют при температуре 30–180 °C. Сталь погружают в раствор щелочей или кислот с добавлением марганца. Затем, после извлечения из ванны, промасливают – смазывают маслом или на несколько секунд погружают в него деталь. Электрохимическое покрытие оксидами проводится при низких температурах – до 100 °C. Электролит представляет собой раствор нескольких нитратов и хроматов. Получают черное покрытие стали.
Анодное
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
Кто наблюдал за сваркой деталей или их нагревом в термопечах, видел на поверхности цвета побежалости: от желтого оттенка до синего тона, переходящего в черный. Они зависят от температуры, до которой нагрелась сталь в конкретной точке. Чем сильнее прогрет металл, тем больше он окислен, имеет более темный цвет. 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.
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.
Лазерное
Оксидировать деталь с помощью лазера можно только в условиях промышленного предприятия. Деталь устанавливается на столе или зажимается в патроне, набирается программа, и лазер прогревает узкие полоски одна возле другой по всей поверхности. Оптимальный вариант – использование станков ЧПУ. Недостаток лазерного оксидирования сталей – в покрытии заготовок только снаружи. В отверстия малого диаметра головка лазерной установки не войдет.
Достоинства оксидирования нержавеющей стали
О стойкости покрытия свидетельствуют факты. Обработанные конструкции устанавливают на берегах водоемов, изделия применяют на производствах с агрессивной средой: в энергетике, нефтехимической и газовой отрасли.
Клиенты ООО «Металл Клинер» при заказе оксидирования получают следующие преимущества:
- защищают нержавейку от коррозии;
- продлевают срок эксплуатации деталей;
- применяют конструкции в агрессивной среде: с повышенной влажностью, кислотами, щелочами.
Клиенты «Металл Клинер», которые заказывают оксидировку, экономят бюджет. Меньше простоев из-за ремонта, Вы не платите сторонним организациям за восстановление изношенных частей, а также не тратите деньги на закупку дорогих деталей, изготовленных из редких металлов.
ООО «Металл Клинер» специализируется на оксидировании нержавеющей стали в черный цвет.
Потребители данной услуги открывают новые возможности нержавейки, ведь анодное покрытие обладает электроизоляционными свойствами.
Общие принципы
Суть данной технологии состоит в преобразовании внешнего слоя материала насыщением. Химико-термическая обработка металлов и сплавов осуществляется путем выдерживания при нагреве обрабатываемых материалов в средах конкретного состава различного фазового состояния. То есть, это совмещение пластической деформации и температурного воздействия.
Это ведет к изменению параметров стали, в чем состоит цель химико-термической обработки. Таким образом, назначение данной технологии — улучшение твердости, износостойкости, коррозионной устойчивости. В сравнении с прочими технологиями химико-термическая обработка выгодно отличается тем, что при значительном росте прочности пластичность снижается не так сильно. Основные ее параметры — температура и длительность выдержки.
Рассматриваемый процесс включает три этапа:
- диссоциацию;
- адсорбцию;
- диффузию.
Интенсивность диффузии увеличивается в случае формирования растворов внедрения и снижается, если вместо них формируются растворы замещения.
На размер диффузионного слоя влияют температура и длительность выдержки. Данные параметры связаны прямой зависимостью. То есть с ростом концентрации насыщающего элемента возрастает толщина слоя, а повышение интенсивности теплового воздействия приводит к ускорению диффузии, следовательно, за тот же промежуток времени она распространится на большую глубину.
Большое значение для протекания процесса диффузии имеет растворимость в материале обрабатываемой детали насыщающего элемента. В данном случае играют роль пограничные слои. Это объясняется тем, что ввиду наличия у границ зерен множества кристаллических дефектов диффузия происходит более интенсивно. Особенно это проявляется в случае малой растворимости насыщающего элемента в материале. При хорошей растворимости это менее заметно. Кроме того, диффузия ускоряется при фазовых превращениях.
