Оксидування

оксидування

- процес формування оксидних плівок на поверхні металу. Оксидування застосовується для нанесення оксидних шарів, як в цілях захисту, так і для додання металевого виробу декоративних властивостей.

Оксидування металу можна проводити декількома способами:

- хімічне оксідірованіе-

- термічне оксідірованіе-

- анодне оксидування (електрохімічне) -

- полум`яні методи (мікродуговим оксидування та ін.).

хімічне оксидування

хімічне оксидування здійснюють обробкою вироби в розчинах (розплавах) окислювачів (хромати, нітрати та ін.). За допомогою даного методу поверхню виробу пасивують або завдаючи захисні і декоративні шари. Для чорних металів хімічне оксидування проводиться при температурі від 30 до 100 ° С в лужних або кислотних складах. Для кислотного оксидування використовують, в основному, суміш декількох кислот, наприклад, азотна (або ортофосфорна) і соляна кислоти з деякими добавками (Ca (NO₃)₂, з`єднання Mn). Лужне оксидування проводиться при температурах трохи вище, близько 30 - 180 ° С. До складу вводять окислювачі. Після нанесення оксидного шару металеві вироби добре промиваються і сушаться. Іноді готове покриття промаслюється або додатково обробляють в окислювальних розчинах.

Відео: Високовольтне оксидування алюмінію

Захисні шари, отримані із застосуванням хімічної оксидування, мають менше захисними властивостями, ніж плівки, отримані анодуванням.

термічне оксидування

термічне оксидування - процес утворення оксидної плівки на металі при підвищених температурах і в кисневмісних (може бути водяна пара) атмосферах. Термічне оксидування проводять в нагрівальних печах. При термічному оксидуванні низьколегованих сталей або заліза (операція називається воронение) температуру піднімають до 300 - 350 ° С. Для легованих сталей термічне оксидування проводиться при більш високих температурах (до 700 ° С). Тривалість процесу - близько 60 хвилин. Дуже часто термічне оксидування застосовують для створення оксидного шару на поверхні виробів з кремнію. Такий процес проводиться при високих температурах (800 - 1200 ° С). Застосовуються оксидованої кремнієві вироби в електроніці.

Анодування (електрохімічне або анодне оксидування)

анодування - один із способів отримання оксидної плівки. Анодування проводять у рідких або твердих електролітах. При анодуванні поверхню металу, який окислюється, має позитивний потенціал. Анодування застосовують для отримання захисних і декоративних шарів на поверхнях різних металів і сплавів.

Анодування найбільш часто застосовують для отримання покриття на алюмінії і його сплавах. На алюмінії отримують шари з захисними, ізоляційними, зносостійкими, декоративними властивостями.

Плазмові методи нанесення оксидних шарів

плазмове оксидування проводять при низьких температурах в плазмі, яка містить кисень. Плазма для даного виду оксидування утворюється за допомогою розрядів постійного струму, СВЧ, ВЧ розрядів.

Плазмове оксидування застосовують для отримання оксидних шарів на різних напівпровідникових з`єднаннях, поверхні кремнію. Плазмовим оксидуванням можна підвищити світлочутливість секребряно-цезієвих фотокатодов.

мікродуговим оксидування

мікродуговим оксидування (МДО) - метод отримання багатофункціональних оксидних шарів. Мікродуговим оксидування - похідна від анодування. Дозволяє наносити шари з високими захисними, корозійними, теплостійкими, ізоляційними, декоративними властивостями. За зовнішнім виглядом покриття, отримане мікродуговим способом, дуже нагадує кераміку.

Зараз це один з найперспективніших і затребуваних способів нанесення оксидних шарів, тому що дозволяє наносити надміцні покриття з унікальними характеристиками.

Процес мікродугового оксидування ведеться, в більшості випадків, в слаболужних електролітах при подачі імпульсного або змінного струму. Перед нанесенням покриття не потрібно особливої підготовки поверхні. Особливістю процесу є те. Що використовується енергія від електричних мікророзрядів, які хаотично пересуваються по оброблюваної поверхні. Ці мікророзрядів надають на покриття і електроліт плазмохимическое і термічний вплив. Оксидний шар приблизно на 70% формується вглиб основного металу. Тільки 30% покриття знаходиться повністю зовні вироби.

Товщина покриттів, отриманих мікродуговим способом, становить близько 200 - 250 мкм (досить товсте). Температура електроліту може коливатися від 15 до 400 ° С, і це не робить на процес особливого впливу.

Застосовувані електроліти не роблять шкідливого впливу на навколишнє середовище і їх термін служби дуже довгий. Устаткування - компактне, не займає багато місця і просто в експлуатації.

Розсіюючої здатність використовуваних електролітів висока, що дозволяє отримувати покриття навіть на сложнорельефних деталях.

Мікродуговим оксидування застосовується для формування покриттів в основному на магнієвих і алюмінієвих сплавах.

Оксидування алюмінію і алюмінієвих сплавів

Для ефективного захисту алюмінію від корозії найкращим способом є створення на його поверхні оксидних шарів. Для цього застосовують хімічне, електрохімічне або мікродуговим оксидування.

Анодування (анодне оксидування) алюмінію

Покриття може застосовуватися як самостійна захист від атмосферної корозії алюмінію і його сплавів, або ж, як основа під фарбування. Оксидна плівка легкий розчинна в лугах, але має досить високу стійкість в деяких мінеральних кислот і воді.

Склад захисного шару на алюмінії: аморфний оксид алюмінію, кристалічна -модифікація Al₂O₃.

Твердість оксидного шару: на технічному алюмінії - близько 5000 - 6000 МПа, на сплавах алюмінієвих від 2000 до 5000 МПа.

Шари, отримані методом оксидуванні, відрізняються хорошими електроізоляційними властивостями. Питомий електроопір становить 1014 - 1015 Ом · м.

Анодуванням можна отримувати на алюмінії шари з різними заздалегідь заданими властивостями. Можна отримувати тверді і м`які захисні шари, безпориста, пористі, еластичні, тендітні. Різні властивості отримують при варіюванні складом електроліту і режимами електролізу.

При оксидуванні алюмінію в нейтральних або кислих електролітах (в більшості розчинів) поверхню алюмінію майже моментально покривається товстим шаром оксидів.

При електрохімічному оксидуванні спочатку утворюється тонкий шар окислів, а потім кисень, проникає крізь цей шар, зміцнюючи і потовщуючи його. Окисний шар сягає товщини близько 0,01 - 0,1 мкм і припиняє своє зростання. Цей шар називається бар`єрним. Для продовження зростання оксидів необхідно збільшити напругу на ванні.

Деякі електроліти здатні розчиняти оксид алюмінію. Якщо електроліт розчиняє оксидну плівку - вона досягає товщини, що відповідає заданому напрузі. Це близько 1 - 2 мкм. Такі плівки використовуються при виробництві електричних конденсаторів, тому що вони не мають часу, мають гарні електроізоляційні властивості.

При використанні електролітів, здатних розчиняти оксидний шар, потовщення плівки залежить від двох процесів, які протікають на аноді:

- розчинення плівки під впливом електроліта-

- електрохімічного окислення металу біля основи пір.

Якщо швидкість окислення алюмінію вище швидкості розчинення окислів, то відбувається потовщення окисного шару. На початку процесу оксидування швидкість окислення більше, швидкості розчинення, але з плином процесу збільшується швидкість розчинення оксидів. Зростання плівки припиняється, коли ці дві швидкості зрівнюються.

Товщина оксидної плівки, отриманої при анодуванні алюмінію, залежить від розчинюючої здатності електроліту. А вона, в свою чергу, визначається концентрацією кислоти, температурою та іншими факторами.

Товщина оксидного покриття залежить також від складу алюмінію і його сплавів. Хімічно чистий алюміній легше анодувати, ніж його сплави. З збільшення в складі сплаву різних добавок важче отримати плівки з хорошими характеристиками. На алюмінієвих сплавах, що містять марганець, мідь, залізо, магній, покриття виходить шорстким, нерівним. Це пояснюється високою швидкістю розчинення інтерметалічних сполук, у вигляді яких ці метали присутні в алюмінієвому сплаві.

Оксидні плівки на алюмінії, отримані методом анодування, складаються з двох шарів: перший шар, на кордоні з металом, безпористого бар`єрний в товщину від 0,01 до 0,1 мкм- другий шар пористий і досить товстий (від 1 мкм до декількох сотень мкм .). Зростання окисного шару відбувається за рахунок потовщення зовнішнього шару.

Хімічне оксидування алюмінію

Хімічне оксидування алюмінію - найдоступніший, найдешевший і простий спосіб отримати оксидні плівки на алюмінії і його сплавах. Метод хімічного оксидування не вимагає підведення електричного струму. Процес проводиться в розчинах хроматів і дозволяє оксидувати велику кількість деталей одночасно. За якістю отримані плівки поступаються верствам, отриманим методами, з використанням струму. Товщина оксидних шарів - близько 2 - 3 мкм.

У зв`язку з невисокими захисними властивостями окисних шарів, отриманих хімічним оксидуванням, метод не знайшов широкого застосування (використовується досить рідко).

Дуже важливо при хімічному оксидуванні алюмінію і його сплавів постійно контролювати температуру і склад електроліту. При зменшенні концентрації лугу в розчині для хімічного оксидування - плівки виходять тонкі, а при збільшенні і високій температурі розчину - мають пухку структуру.

Кінцева обробка анодно-окисних шарів

Дуже часто отримані захисні оксидні плівки піддаються додатковій обробці: фарбування, ущільнення.

Ущільнення анодно-оксидних плівок на алюмінії застосовують для додання окісним верствам світлостійкості, високої корозійної стійкості і підвищення діелектричних властивостей. Процес ущільнення заснований на здатності оксидних шарів вбирати вологу. Під час ущільнення частина оксидів перетворюється в гідроксид, які заповнюють порожні пори, тим самим зміцнюючи плівку. На виробництвах дуже часто застосовують для ущільнення гарячу воду (температура близько 100 ° С). Якість ущільнених окисних шарів залежить від тривалості обробки, температури, характеристик самої плівки. Для того щоб прискорити процес, в воду додають ПАР і солі. Отримана плівка може бути від світло-сірого до темно-сірого кольору.

Ще один спосіб ущільнення оксидних шарів на алюмінії - обробка в розчині біхромату калію (близько 40 г / л) при температурі 90 - 95 ° С. Тривалість - 20 - 25 хвилин. На вигляд плівка зеленого кольору (світлий або з жовтуватим відтінком).

Захисні властивості оксидних шарів, ущільнених різними способами, приблизно однакові.

Фарбування анодно-оксидних плівок на алюмінії проводять для додання виробу декоративних властивостей.

Фарбування проводиться в різного типу кристалах. Оксиди алюмінію дуже добре вбирають і утримують органічні і неорганічні барвники.

Перед фарбуванням плівку необхідно ретельно промити від залишків електроліту. Процес пігментації проводять методом занурення в ванну з барвниками. Інтенсивність і насиченість кольору залежить від пористості і товщини оксидного шару.

Відео: Електро-оксидування + Титанові кліпси

При використанні органічних барвників можна отримати велику гаму кольорів, але їх світлостійкість низька. Щоб підвищити світлостійкість вже пофарбовані шари додатково обробляють в оцтовокислих розчинах нікелю, кобальту і борної кислоти.

При фарбуванні з використанням органічних барвників процес веде в два етапи. Алюмінієве виріб з готовою оксидною плівкою по черзі занурюють в розчин однієї, а потім іншої солі. Між зануреннями слід промивка. Процес ведеться при кімнатній температурі. У кожному розчині обробка триває 5 - 10 хвилин.

Якщо пофарбована плівка повинна експлуатуватися в агресивному корозійному середовищі - її додатково просочують парафіном або безбарвним лаком.

Ущільнення окисної плівки на алюмінії при фарбуванні не відбувається.