Химическое оксидирование алюминиевых сплавов

Химико-термическая обработка металлов

 

Химико-термическая обработка (ХТО) - нагрев и выдержка металлических (а в ряде случаев и неметаллических) материалов при высоких температурах в химически активных средах (твердых, жидких, газообразных).

В подавляющем большинстве случаев химико-термическую обработку проводят с целью обогащения поверхностных слоев изделий определенными элементами. Их называют, насыщающими элементами или компонентами насыщения.

В результате ХТО формируется диффузионный слой, т.е. изменяется химический состав, фазовый состав, структура и свойства поверхностных слоев. Изменение химического состава обуславливает изменения структуры и свойств диффузионного слоя.

 

В зависимости от насыщающего элемента различают следующие процессы химико-термической обработки:

· однокомпонентные: цементация - насыщение углеродом; азотирование - насыщение азотом; алитирование - насыщениеалюминием; хромирование - насыщение хромом; борирование - насыщение бором; силицирование - насыщение кремнием;

· многокомпонентные: нитроцементация (цианирование, карбонитрация) - насыщение азотом и углеродом; боро- и хромоалитирование - насыщение, бором или хромом и алюминием, соответственно; хромосилицирование – насыщение хромом и кремнием и т.д.

Широкое промышленное применение получили только традиционные процессы насыщения: азотирование, цементация, нитроцементация, цианирование. Цинкование, алитирование, борирование, хромирование, силицирование применяют значительно в меньшей мере.

На практике в подавляющем большинстве случаев ХТО подвергают сплавы на основе железа (стали и чугуны), реже - сплавы на основе тугоплавких металлов, твердые сплавы и еще реже сплавы цветных металлов, хотя практически все металлы могут образовывать диффузионные слои с подавляющим большинством химических элементов Периодической системы элементов Д.И. Менделеева.

При реализации любого процесса ХТО изделия выдерживают определенное время при температуре насыщения в окружениинасыщающей среды. Насыщающие среды могут быть твердыми, жидкими или газообразными.

Существующие методы химико-термической обработки можно разделить на три основные группы: насыщение из твердой фазы (в основном, из порошковых засыпок), насыщение из жидкой фазы и насыщение из газовой (или паровой) фазы..Особо выделяют метод ХТО в ионизированных газах (ХТО в плазме тлеющего разряда. Насыщение из паст (обмазок) занимает особое положение (в зависимости от состава, консистенции обмазки и температурно-временных условий химико-термической обработки тяготеет к одному из указанных выше методов насыщения)

В настоящее время активно изучают способы ХТО, реализующиеся при воздействии на поверхность концентрированными потоками энергии.

Применение

ХТО применяют с целью:

·поверхностного упрочнения металлов и сплавов (повышения твердости, износостойкости, усталостной и коррозионно-усталостнойпрочности, сопротивления кавитации и т.д.);

·сопротивления химической и электрохимической коррозии в различных агрессивных средах при комнатной и повышенных температурах;

·придания изделиям требуемых физических свойств (электрических, магнитных, тепловых и т.д.);

·придания изделиям соответствующего декоративного вида (преимущественно с целью окрашивания изделий в различные цвета);

·облегчения технологических операций обработки металлов (давлением, резанием и др.).

Требуемые свойства диффузионных (поверхностных) слоев могут формироваться как в процессе химико-термической обработки (азотирование, хромирование, борирование и др.), так и при последующей термообработке (цементация, нитроцементация).

Химическая обработка металла – относительно несложный в исполнении процесс, который не требует наличия сложного оборудования. Химическая обработка вместе с механической является типом металлообработки. Любой вид металлообработки нужен для обеспечения поверхности металлов требуемых эксплуатационных характеристик. Обработка химическим способом включает в себя покрытие металлом, гальванические покрытия, покраску, покрытие порошком и другие методы. Химическая обработка необходима для придания поверхности металла определенного вида, высокой степени сопротивляемости к внешней или химической коррозии, а также для сопротивляемости к механическому износу в процессе эксплуатации. Данный вид обработки включает в себя такие процессы, как оксидирование и пассивирование. Все виды оксидирования используются для защит металлов от появления ржавчины, воздействий агрессивной среды, а также для придания им декоративных свойств.

Химическое оксидированиеиспользуется для осуществления качественной грунтовки под последующее окрашивание. При химическом оксидировании изделия обрабатывают растворами или расплавами окислителей. 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. Также химическое оксидирование используют для оксидирования алюминия и сплавов на его основе (дуралюминов). Но по качеству, защитным и физико-механическим свойствам подобные пленки несколько уступают пленкам, полученным в результате электрохимического оксидирования.

Пассивирование или пассивация металлов - это переход поверхности металла в пассивное состояние, при котором резко замедляется коррозия и повышается защита металла от иных воздействий. Пассивирование – это специальная химическая обработка металла, которая повышает стойкость его исходного состояния в растворителе. Вещества, с помощью которых производится пассивирование, называются пассиваторами. Химическое пассивирование проводится после осуществления операций фосфатирования и хроматирования с целью повышения коррозионной стойкости полученных покрытий.

 

Гальваника

Серебрение

Серебрение имеет своей целью для придания поверхности особых декоративных свойств, а также для защиты от коррозии.

Хромирование

Покрытие хромом выполняет как декоративную, так и практическую функцию, поскольку обеспечивает привлекательный внешний вид предмета, но и дополнительную прочность.

Меднение

Меднение – это процесс нанесения меди на поверхность металлического изделия. Целью меднения может быть образование защитной пленки или покрытия для качественной пайки.

Цинкование

Цинкование – это один из наиболее востребованных в современности способов антикоррозийной защиты металлов.

Кадмирование

Кадмирование — это нанесение тонкого слоя кадмия на поверхность металлических изделий в целях их защиты от атмосферной коррозии.

Никелирование

Никелирование широко распространено на производстве деталей химической аппаратуры, автомобилей, медицинского инструмента и деталей, эксплуатируемых в условиях сухого трения.

Олово-висмутовое покрытие

Олово-висмутовое покрытие востребовано в сфере радиоэлектроники, оно улучшает антикоррозионные и антифрикционные свойства изделий, а также обеспечивает хорошую паяемость.

Химическое оксидирование алюминиевых сплавов

Оксидирование алюминия и его сплавов производится для того, чтобы обеспечить изделию защиту в агрессивной среде и повысить его антикоррозионные свойства.

Химическое пассивирование нержавеющих сталей

Пассивирование стали представляет собой нанесение на поверхность изделия слоя солей или окислов, например, нитрата натрия.

 

Гальваническая обработка применяется при серебрении, золочении и никелировании. При обработке серебряных сплавов им придаётся цвет чистого серебра, при серебрении золотых сплавов – создаётся подложка для образования античного серебра. Гальваническая обработка золотых сплавов придаёт им однородный цвет чистого золота. При никелировании обработка защищает серебряные сплавы от почернения и создаёт основу для золочения сплава.

Для проведения гальванической обработки необходимо иметь: переменный электрический ток для получения постоянного тока и нагрева ванны; выпрямитель переменного тока; воду для промывки; маркированные ёмкости для хранения жидкостей; металлическую проволоку для связывания обрабатываемых изделий; металлические пластины, проводящие электрический ток; денатурированный спирт для сушки изделий и опилки из твёрдых древесных пород.

Перед проведением гальванической обработки необходимо подготовить материал. Если имеются паяные соединения, то производится отбеливание, убирающее шлаки окислов, оставшиеся после пайки. После проведения отбеливания поверхность необходимо отшлифовать, отполировать, промыть шампунем и сполоснуть. Только после этого можно приступать к обработке. Оборудование для гальванических работ состоит из ванн разных типов, которые и образуют гальванический цикл и изготовлены либо полностью из ПВХ, либо из металла с покрытием из ПВХ. Рабочие ванны содержат раствор с осаждаемым металлом и оснащены электродами. В промывочную ванну подаётся поточная вода, которая разбрызгивается и перемешивается при помощи воздуха. Рекуперационные ванны содержат воду и предназначены для первоначальной промывки материала, поступившего из рабочей ванны.

 

Пассивация металлов – это технологический процесс антикоррозийной защиты металлов при помощи специальных растворов. Как правило, пассивация производится при помощи солей или окислов (в том числе нитрата натрия). Целью пассивации является сделать металлическую поверхность неактивной к атмосферному воздуху. Пассивация может производиться двумя основными способами – химическим и электрохимическим. При химической пассивации детали погружаются в раствор с нужным химическим веществом, в результате чего при определенной температуре образуется защитная пленка. Электрохимическая пассивация производится следующим образом. Вещества, которые необходимо нанести на поверхность, смешиваются с электролитом. Далее при пропускании электрического тока они оседают на поверхности изделия. Защитный слой, нанесенный электрохимическим путем, является более равномерным, но данный метод по материальным затратам значительно дороже химического.

Пассивация металлических деталейподразумевает образование фазовых слоев (пленок) при взаимодействии металлов с компонентами растворов в определенных условиях. Пленка представляет собой плотный водонепроницаемый барьер, который и препятствует появлению ржавчины. Растворы, применяемые для пассивации, изготавливаются на основе окисляющих агентов, которые образуют труднорастворимые в воде соединения. К ним относятся хроматы, молибдаты, нитраты в среде щелочи. Как правило, пассивированная деталь или изделие подвергается дополнительной обработке. На них могут быть нанесены ингибиторы (вещества, которые замедляют или останавливают течение нежелательных химических реакций и процессов), грунты, краски и/или лаки.

 

Окрашивание цветных металлов-это химическая обработка, то есть покрытие их (химически или электрохимически) тонким слоем цветных оксидов или солей, прочно сцеплённых с поверхностью.