Химическое оксидирование алюминия и его сплавов

ЭФХМО ТХОМ Лекция 11

Химическое оксидирование алюминия и его сплавов

 

Оксидные покрытия, получаемые электрохимическим и химическим способом, существенно отличаются по составу, структуре и толщине. Но в механизме их образования существуют общие закономерности. Растворение плёнки в обоих случаях является результатом её взаимодействия с раствором. При химическом оксидировании в растворе хроматов под их влиянием на поверхности формируется тонкая, беспористая плёнка. Увеличение её толщины возможно лишь при введении в раствор активаторов – ионов F^– или SiF₆^2–. Активаторы нарушают сплошность плёнки, дают возможность проникновения раствору к поверхности и роста оксидного покрытия. Скорость роста плёнки при химическом оксидировании ниже, чем при электрохимическом, поэтому плёнки получаются на порядок меньшей толщины.

Для химического оксидирования алюминия и его сплавов используют следующие электролиты.

1) Щёлочно-хроматные. В них формируются плёнки толщиной не более 2 мкм, низкой механической прочности. Их применяют в качестве грунта под лакокрасочные покрытия.

2) Фосфатно-хроматно-фторидные. Толщина формируемых в них плёнок 3–4 мкм, они обладают лучшими свойствами. Поэтому эти плёнки можно использовать в качестве антикоррозионных покрытий.

3) Хроматно-фторидные. Формируемые в них плёнки обладают низким электросопротивлением.

Окраска плёнок зависит от их толщины, состава раствора, легирующих компонентов обрабатываемого сплава. Включение соединений шестивалентного хрома придаёт золотисто-жёлтую окраску, трёхвалентного хрома – зеленоватый оттенок. Слабо жёлтая окраска с зеленоватым оттенком характерна для плёнок малой толщины.

Составы используемых растворов, г/л:

1) 40–60 Na₂CO₃, 2–3 NaOH, 10–20 Na₂CrO₃. Температура раствора 80–100° С, продолжительность обработки 5-20 мин. Отклонение от оптимальной температуры ухудшает качество покрытия.

2) 3–4 CrO₃, 3–4 Na₂SiF₆. Температура раствора 15–25° С, продолжительность обработки 5 мин. При выработке раствора температура повышается до 80°С, продолжительность обработки увеличивается до 20 мин.

3) 5–8 CrO₃, 40–50 Н₃PO₄, 3–5 NaF. По мере выработки раствора продолжительность обработки увеличивают от 5 до 20 мин.

Недоброкачественные покрытия удаляют обработкой их в течение 5–10 мин при 90–95° С в растворе, содержащем 150–180 г/л CrO₃.

 

Оксидные покрытия чёрных, цветных и благородных металлов

Оксидные покрытия стали

 

Оксидирование чёрных металлов называется воронением. С давних пор применялось химическое оксидирование – щёлочное и кислотное. Электрохимическим способом получают более толстые и качественные покрытия, но этот способ менее распространён по сравнению с химическим.

При щёлочном оксидировании в горячих растворах гидроксида натрия (при 140–160° С) на углеродистой и низколегированной стали формируются оксидные плёнки толщиной 1–3 мкм, чёрного, с синеватым оттенком цвета; на высоколегированных сталях – от тёмно серого до тёмно-коричневого цвета. Они состоят в основном из оксида железа Fe₂O₃ и примеси оксидов легирующих компонентов обрабатываемого сплава.

Кислотное оксидирование проводят в растворах фосфорной кислоты или монофосфатов железа, цинка с добавками окислителей – нитратов бария, калия, пероксида марганца. Оно занимает промежуточное положение между процессами оксидирования и фосфатирования. Получаемые плёнки достигают толщины 5–6 мкм и состоят в основном из труднорастворимых фосфатов. Их защитные свойства лучше, чем у плёнок, полученных щелочным оксидированием. Недостаток процесса – малая стабильность растворов по сравнению со щелочными.

Перед нанесением оксидно-фосфатных покрытий проводят активирование деталей в 5–10%-ном растворе фосфорной кислоты.

Независимо от способа получения оксидные и оксидно-фосфатные покрытия после промывки для улучшения защитных свойств подвергают химической обработке в растворах хроматов, пропитке минеральным маслом, ингибированными смазками или гидрофобизации.

 

Оксидные покрытия серебра

 

Оксидные или смешанные оксидно-солевые плёнки тёмно-коричневого или чёрного цвета на серебре получают химической или электрохимической обработкой. В первом случае большое распространение получили растворы на основе серной печени. Этот препарат получают сплавлением в течение 20–30 мин смеси 2-х массовых частей серы и 2-х частей карбоната калия K ₂ CO ₃. Полученный однородный сплав после охлаждения измельчают и растворяют в воде. На 100 частей воды – 2–3 части серной печени. Готовый раствор необходимо использовать в течение 12 часов. Обработку серебряных деталей или покрытий ведут в этом растворе 2–3 мин при температуре 60–70° С. Серная печень легко поглощает влагу, поэтому препарат следует сохранять в закрытой посуде.

Для декоративной отделки серебряных изделий можно использовать двухкомпонентные растворы следующих составов, г/л:

1) 5 серной печени, 10 карбоната аммония (NH₄)₂CO₃;

2) 15 серной печени, 40 хлорида аммония NH₄Cl.

В этих электролитах в зависимости от продолжительности обработки формируются плёнки светло-серого или тёмно-голубого цвета.

Покрытия тёмно-синего, почти чёрного цвета получают при анодной обработке в электролите, г/л: 25-30 Na₂S, 15-20 Na₂SO₄ ×10 H₂O, 5-10 H₂SO₄. Эти компоненты в указанной последовательности вводят в воду, после чего добавляют 3-5 мл/л ацетона. Режим оксидирования: анодная плотность тока (0,1-0,5) А/дм², температура 18-25°С продолжительность 3-5 мин.

Оксидные покрытия интенсивного чёрного цвета, отличающиеся несколько бóльшей стойкостью против коррозии, можно получить с применением переменного тока плотностью (0,6-0,7) А/см² при температуре 60-80°С в электролите, содержащем 0,05 г/л перманганата калия KMnO₄.

На поверхности серебра и его сплавов возможно формирование покрытий различных цветов, но они обладают плохой механической стойкостью.

 

Фосфатные покрытия

ЭФХМО ТХОМ Лекция 11

Химическое оксидирование алюминия и его сплавов

 

Оксидные покрытия, получаемые электрохимическим и химическим способом, существенно отличаются по составу, структуре и толщине. Но в механизме их образования существуют общие закономерности. Растворение плёнки в обоих случаях является результатом её взаимодействия с раствором. При химическом оксидировании в растворе хроматов под их влиянием на поверхности формируется тонкая, беспористая плёнка. Увеличение её толщины возможно лишь при введении в раствор активаторов – ионов F^– или SiF₆^2–. Активаторы нарушают сплошность плёнки, дают возможность проникновения раствору к поверхности и роста оксидного покрытия. Скорость роста плёнки при химическом оксидировании ниже, чем при электрохимическом, поэтому плёнки получаются на порядок меньшей толщины.

Для химического оксидирования алюминия и его сплавов используют следующие электролиты.

1) Щёлочно-хроматные. В них формируются плёнки толщиной не более 2 мкм, низкой механической прочности. Их применяют в качестве грунта под лакокрасочные покрытия.

2) Фосфатно-хроматно-фторидные. Толщина формируемых в них плёнок 3–4 мкм, они обладают лучшими свойствами. Поэтому эти плёнки можно использовать в качестве антикоррозионных покрытий.

3) Хроматно-фторидные. Формируемые в них плёнки обладают низким электросопротивлением.

Окраска плёнок зависит от их толщины, состава раствора, легирующих компонентов обрабатываемого сплава. Включение соединений шестивалентного хрома придаёт золотисто-жёлтую окраску, трёхвалентного хрома – зеленоватый оттенок. Слабо жёлтая окраска с зеленоватым оттенком характерна для плёнок малой толщины.

Составы используемых растворов, г/л:

1) 40–60 Na₂CO₃, 2–3 NaOH, 10–20 Na₂CrO₃. Температура раствора 80–100° С, продолжительность обработки 5-20 мин. Отклонение от оптимальной температуры ухудшает качество покрытия.

2) 3–4 CrO₃, 3–4 Na₂SiF₆. Температура раствора 15–25° С, продолжительность обработки 5 мин. При выработке раствора температура повышается до 80°С, продолжительность обработки увеличивается до 20 мин.

3) 5–8 CrO₃, 40–50 Н₃PO₄, 3–5 NaF. По мере выработки раствора продолжительность обработки увеличивают от 5 до 20 мин.

Недоброкачественные покрытия удаляют обработкой их в течение 5–10 мин при 90–95° С в растворе, содержащем 150–180 г/л CrO₃.