2. Оксидные и фосфатные защитныепленки

Оксидирование стали

Естественные оксидные пленки образуются на поверхности металлов под влиянием кислорода воздуха. Такие пленки имеют незначительную тол- щину и поэтому не могут служить надежной защитой от коррозии.

Оксидные пленки большой толщины можно получить искусственным путем. Такие пленки могут защищать от коррозии. Оксидирование может осуществляться паротермическим, химическим и электрохимическим спосо- бами.

Оксидирование черных металлов нашло широкое применение в про- мышленности для защиты от атмосферной коррозии. Оксидную пленку на стали можно получить электрохимическим окислением в электролитах, пу- тем химической обработки в кислых или щелочных окислительных раство- рах, а также нагревом в атмосфере водяного пара. Наибольшее распростра- нение в промышленности получили химические методы щелочного и паро- термического оксидирования стали.

Паротермическое оксидирование производится в токе перегретого во- дяного пара при температуре 600С. При этом образованная оксидная пленка состоит в основном из чистого магнетита Fe₃O₄.

Щелочное оксидирование проводят в щелочном нитрито-нитратном растворе состава (г/л):

гидроксиднатрия - 700; нитритнатрия -200;нитратнатрия - 50.

Оксидирование деталей ведут при температуре 136-142С в течение 0,5-1,0 ч, предварительно проводят операции обезжиривания и травления по- верхности.

В растворе гидроксида натрия при достаточно высокой температуре железо на поверхности растворяется с выделением водорода и образованием гипоферрит-анионов:

2–

Fe + 2OH^–=FeO₂ +H₂.

3

2

В присутствии окислителей NO^–и NO^–

– 2–

образуются также и феррит-

–

анионы FeO₂. При наличии анионов FeO₂

присутствуют также катионы Fe²⁺и Fe³⁺:

иFeO₂ в щелочномрастворе

– 3+ –

2– 2+ –

FeO₂ + 2H₂O=Fe +4OH;FeO₂+ 2H₂O=Fe + 4OH.

При достаточно высокой концентрации Fe²⁺и Fe³⁺образуется оксидная пленка, состоящая, главным образом, из магнетита Fe₃O₄.

После оксидирования изделия тщательно промывают горячей водой для удаления следов щелочи, обрабатывают в мыльном растворе для пасси- вирования, сушат и погружают в ванну с машинным или вазелиновым мас- лом, подогретым для лучшего заполнения пор до 100………-150С…….

Оксидирование алюминия и его сплавов

Оксидирование алюминия и его сплавов осуществляют химическим или электрохимическим методами.

В результате химического оксидирования получают малопрочные пленки толщиной 1-2 мкм, поэтому этот процесс распространен в промыш- ленности недостаточно широко.

Электрохимическое оксидирование алюминия и его сплавов (анодиро- вание) применяется для защиты изделий от коррозии, для декоративной от- делки, придания электроизоляционных свойств, а также в целях подготовки под окраску. Анодирование осуществляется в сернокислых, хромовокислых и щавелевокислых электролитах. Анодирование в щавелевой кислоте при- меняется для получения оксидной пленки, обладающей электроизоляци- онными свойствами. В промышленности нашло широкое применение ано- дированиевсернойкислотесконцентрацией200г/л.Процессведутпри

анодной плотности тока 80-250 А/м², комнатной температуре в течение 0,5 ч.Изделия завешивают на анодную штангу, а катодом служит листовой свинец.

Для повышения защитных свойств оксидная пленка наполняется со- единениями хрома путем обработки ее в растворе, содержащем 100 г/л хро- мата калия и 18 г/л карбоната калия, в течение 0,1-0,2 ч при температуре 90-95°С с последующей промывкой в воде и сушкой.

Для повышения качества отделки изделий применяют окрашивание оксидных пленок неорганическими соединениями или органическими краси- телями. Например, для получения синего цвета (берлинская лазурь) изделие с оксидной пленкой обрабатывается в растворе гексацианоферрата (II) калия (10-15 г/л) в течение 0,1-0,2 ч, затем в растворе хлорида железа (III). Для ок- рашивания под цвет золота применяют раствор, содержащий 1,0 г/л оранже- вого красителя, 0,1 г/л желтого и 0,1 г/л черного (кислотного). Окрашивание производят при температуре 20C. Неорганические соединения дают более светостойкую окраску, чем органические, но при использовании органиче- ских красителей можно получить большее количество цветов иоттенков.

Фосфатирование стали

Фосфатирование – процесс получения на поверхности стали пленки фосфорнокислой соли железа и марганца. Толщина пленки, в зависимости от условий ее получения, колеблется от 5 до

15. мкм. Цвет черный илисветло-серый.

Фосфатная пленка обладает высокими диэлектрическими свойствами, устойчива в керосине, смазочных маслах, жаростойка и морозостойка.

Механизм защиты железа фосфатной пленкой сводится к механичес- кому экранированию, т. е. изоляции поверхности железа от внешней корро- зионной среды. Вследствие пористости фосфатных пленок их защитное дей- ствие недостаточное, поэтому они, в основном, используются как грунт под окраску.

Для повышения защитных свойств фосфатной пленки ее обрабатывают пассивирующим хроматным раствором, содержащим 60-80 г/л хромата на- трия или калия, при температуре 70-80С в течение 10-15с или пропитывают смазочными маслами при температуре 100-120С.

Исходная соль для фосфатирования – препарат «мажеф» (сокращен- ное от марганца-железа-фосфата), который состоит из дигидроортофосфатов железа Fe(H₂PO₄)₂и марганца Mn(H₂PO₄)₂.

В растворе дигидроортофосфатов образуются катионы этих металлов и анионы в результате диссоциации:

Me(H₂PO₄)₂= Me²⁺+ 2(H₂PO₄)^; (H₂PO₄)^{= H+}+ (HPO₄)^2; (HPO₄)^{2= H+}+ (PO₄)^3.

Соли двух- и трехзамещенных фосфатов марганца и железа малорас- творимые, поэтому в процессе диссоциации соли «мажефа» в слое, гранича- щем с поверхностью изделия, образуется пересыщенный раствор этих солей, из которого происходит кристаллизация на поверхности железа фосфатного покрытия по реакциям:

3

Me²⁺+ (HPO₄)^{2= MeHPO}₄; 3Me²⁺⁺2PO₄ =Me₃(PO₄)₂,

где Ме – железо или марганец.

Фосфатирование производят в растворе, содержащем 30 г/лпрепарата

«мажеф» при температуре 90-98С.

Процесс получения фосфатного покрытия на поверхности стальных изделий можно интенсифицировать, добавляя в раствор для фосфатирования окислители (нитрат натрия), растворы солей металлов, более благородных, чем фосфатируемые (например оксид меди). Для ускоренного фосфатирова- ния можно рекомендовать раствор, содержащий 30 г/л препарата «мажеф» и 0,3 г/л оксида меди.