Воронение стали

Новосибирский государственный  технический университет

Реферат

по теме: «Воронение»

Выполнила Кадач Ю. А

группа  ТХ-901 МТФ

Проверил  Плохов А.В.

Новосибирск-2011

Содержание:

 

1. Что такое  воронение
2. Воронение в домашних условиях
3. Воронение ржавым лаком
4. Цитаты

Что такое воронение

 

     Воронение стали  — процесс получения на поверхности углеродистой или низколегированной стали или чугуна слоя окислов железа (Fe3O4 и др.) толщиной 1-10 мкм. От толщины этого слоя зависит его цвет — т. н. цвета побежалости, сменяющие друг друга по мере роста плёнки (жёлтый, бурый, вишнёвый, фиолетовый, синий, серый). Воронение является одним из видов оксидирования.

     Также воронение относят к химическому  окрашиванию. При химическом окрашивании  в качестве красителей выступают вещества, образуемые в результате химических реакций во время и в процессе самого окрашивания. При этом в реакциях может принимать участие и вещество окрашиваемого материала. При химическом окрашивании металла красителями являются сами же (цветные) металлы или же цветные химические соединения (например, окислы) металлов.

     Как правило, покрытия, получаемые химическим окрашиванием, отличаются сравнительной  стойкостью; они прочно держатся на покрытой ими металлической подложке.

Существуют следующие  виды воронения:

• щелочное — воронение в щелочных растворах с окислителями при температуре 135—150 °C;
• кислотное — воронение в кислых растворах химическим или электрохимическим способами;
• термическое — окисление стали при высоких температурах: в атмосфере перегретого водяного пара при 200—480 °C или в парах аммиачно-спиртовой смеси при 520—880 °C, в расплавленных солях при 400—600 °C, а также в воздушной атмосфере при 310—450 °C с предварительным покрытием поверхности деталей тонким слоем асфальтового или масляного лака.

   Структура покрытия мелкокристаллическая, микропористая. Для придания блеска, а также улучшения защитных свойств окисной плёнки её также пропитывают маслом (минеральным или растительным).

     Сейчас  воронение применяется преимущественно  в качестве декоративной отделки, а  раньше — в основном — для уменьшения коррозии металла.

Воронение в домашних условиях

   Известно несколько простых способов воронения стали в домашних условиях. С их помощью можно придать стальной заготовке достаточно прочную и красивую тонировку. Самый простой способ - покрытие изделия маслом с последующим нагревом. Стальную заготовку предварительно тщательным образом очищают (ошкуривают и протирают бензином или уайт-спиритом), а затем покрывают тонким слоем растительного масла или олифы. Далее изделие помещают в духовку или специальный термошкаф и нагревают до 300-400 C. Так можно получить достаточно равномерную и прочную декоративную пленку черно-коричневого цвета.

       Более интересное покрытие получается путем вываривания предварительно очищенных стальных заготовок в кипящем высококонцентрированном (насыщенном) растворе щелочи (гидроксида натрия или калия). Воронение получается не очень интенсивным, однако в некоторых случаях требуется получить именно такое декоративное покрытие; пленка имеет синеватый цвет. Такой метод наиболее применим для воронения цилиндрических поверхностей (такое воронение лучше всего смотрится именно на цилиндре); естественно, он годится для обработки деталей относительно небольших размеров. Надо соблюдать меры предосторожности при работе с высококонцентрированными щелочами!

     Еще более интересный способ воронения - кипячение деталей в растворе следующего состава: на 1 л воды берем 700 г гидроксида натрия, 250 г нитрита  натрия и 200 г нитрата натрия (натриевой  селитры). Поверхность изделия приобретает синевато-черные и синие тона. Будьте осторожны при работе с концентрированной щелочью!

    Самый сложный способ домашнего воронения стали - вываривание полированной стальной детали небольшого размера в расплаве натриевой селитры при температуре около 350 C. Получается эффектная и очень прочная пленка синеватого цвета.

Воронение ржавым лаком

 

     Ржавым  лаком называют составы, вызывающие усиленное ржавление поверхности  стали, с образованием магнитной  окиси железа. Они представляют собой  кислые растворы солей железа, содержащие иногда соли ртути и некоторых других тяжелых металлов.

     Для приготовления состава «ржавый лак» вам потребуется следующие компоненты:

1. Соляная кислота  техническая 50 мл.

2. Азотная кислота  концентрированная 54 мл.

3. Стружка чугуна или углеродистой стали 30 граммов.

4. Металлическая  окалина 20-30 граммов. 

5. Вода дистиллированная  или питьевая 1 литр.

     Процесс приготовления состава можно  проводить только на открытом воздухе. Следите за тем, чтобы ветер дул  от вас к колбе, так как химический процесс воронения сопровождается бурным выделением газа, воздействие которого может оказать негативное воздействие на респираторную систему.

     В стеклянную колбу, емкостью не менее  одного литра, налейте 50 мл соляной  кислоты, добавьте туда одну треть чугунной стружки и окалины, после чего в колбу аккуратно долейте одну треть азотной кислоты. Через некоторое время, смесь немного позеленеет и начнет бурлить, сильно выделяя тепло и газ бурого цвета. Подождите, когда бурная реакция немного успокоится, и добавьте еще столько же стружки с окалиной и еще одну треть азотной кислоты. Бурное кипение возобновится, продолжаясь еще несколько минут, потом приутихнет, после чего можно добавлять остатки стружки и кислоты.

     В конце этого этапа у вас  должна получится сметанообразная масса рыжего цвета, которой необходимо дать настояться не менее 24 часов. Обмотайте горлышко колбы полиэтиленовой пленкой, закрепив ее ниткой или изоляционной лентой. Это делается для того, что, реакция в колбе будет продолжаться еще несколько часов, выделяя при этом небольшое количество газа.

     По  прошествии суток, приступайте ко второму  этапу. К полученной накануне «сметанообразной массе» добавьте в колбу один литр приготовленной чистой воды. Все, состав для оксидирования методом «ржавого лака» готов. Содержимое колбы необходимо взболтать и вылить в посуду с широким горлом, с которой вам удобно будет работать. На дне колбы может остаться лишняя стружка и окалина металла, которая оказалась избыточной и не вступила в реакцию с кислотой.

     Приготовленный  состав не нуждается в особых условиях хранения, за исключением обычных  мер безопасности, и будет служить  вам многие годы. Разведенный «ржавый  лак» не опасен для ваших рук и  легких.

Подготовка  поверхности металла  перед оксидированием

 

     Перед оксидированием, если вы желаете получить красивую блестящую поверхность  глубокого черного цвета, поверхность  металла необходимо тщательно отшлифовать  и отполировать. Для получения  максимально гладкой и ровной поверхности обрабатываемого изделия, шлифование проводится несколькими этапами. Сначала шлифование проводится наждачной бумагой, от относительно грубой до «нулевки», и заканчивается обработкой тонким абразивом. На этом подготовка металла может считаться законченной.

     Но, при желании добиться более качественного результата, можно посоветовать еще одну, добавочную операцию, называемую «отсаливание» или «матирование». Эта операция применяется перед оксидированием элитного оружия, в принципе, можете ее не делать.

     «Отсаливание» обычно проводится на круглых волосяных щетках, с применением паст, состоящих из мелкого абразива, равномерно размешанного в смеси технического сала и стеарина.

     Режущие свойства зерен наждака, смазанного салом, значительно ослабляются, а  органические кислоты, имеющиеся в  сале, способствуют удалению пленки окислов с обрабатываемо металла. В результате «отсаливания», поверхность деталей становится значительно более ровной и гладкой, что способствует более качественной полировке матерчатыми кругами, смазанными полировочными пастами. Применять «отсаливание» рекомендуется непосредственно перед полированием, для получения высокого качества отделки. Здесь необходимо отметить, что чем выше качество шлифования и полирования, тем лучше поверхность оксидируемого металла противостоит износу и обладает более высокими антикоррозионными свойствами.

Обезжиривание.

       Цель этой операции заключается  в удалении с поверхности металла  жиров, различных загрязнений  и остатков минеральных масел,  так как оксидная пленка образуется  только на чистой металлической поверхности.

     Для правильного выбора метода обезжиривания  нужно иметь в виду, что по своей  химической природе жировые вещества делятся на две группы: омыляемые  и не омыляемые.

     Минеральные масла (например, смазочные масла) не образуют мыла при взаимодействии с  щелочью, т.е. не омыляются, и действие щелочей в этом случае основано на образовании эмульсии; при этом частички жира отделяются от поверхности изделия  и остаются в обезжиривающем растворе в мелко раздробленном взвешенном состоянии. Чтобы облегчить и улучшить процесс обезжиривания и образования эмульсии, в раствор нужно добавлять эмульгаторы. Одним из таких веществ является «жидкое стекло».

     Животные  и растительные жиры, при действии на них горячих растворов щелочи, например, каустической соды, разрушаются, образуя мыло, которое легко смывается водой.

     При нагревании щелочных обезжиривающих растворов, скорость обезжиривания повышается и улучшается степень очистки  поверхности металла.

     Для обезжиривания применяются следующие  растворы.

1. Едкий натр (каустическая сода) Na OH 10-15 г/л 

Тринатрийфосфат 50-70 г/л 

Кальцинированная  сода 30-40 г/л 

Жидкое стекло 3 – 5 г/л 

     Если  оксидируемые вами стволы спаяны оловянным  припоем, то лучше будет применить следующий состав:

2. Кальцинированная  сода 100-150 г/л 

Жидкое стекло 20-30 г/л 

     При обоих способах обезжиривания, температура  раствора должна достигать 90-100 градусов. Время выдержки деталей в растворе - около 15-30 минут. Когда, после нахождения деталей в обезжиривающем растворе указанное время, приподнимете стволы на поверхность и увидите, что жидкость будет равномерно покрывать поверхность металла, не собираясь в капли, можно перевести дух – полное обезжиривание завершено.

     Обезжиренные детали необходимо тщательно прополоскать в воде. Теперь можно приступать к нанесению на поверхность обезжиренных деталей приготовленного заранее «ржавого лака». Постарайтесь сократить до минимума время между этими операциями, для того, чтобы не образовалась окисная пленка во время нахождения металла на воздухе.

Нанесение «ржавого лака» 

     Этот  процесс проводится в два последовательных этапа:

     1. На поверхность стволов и остальных  деталей, при помощи кисти,  нанесите «ржавый лак», тонким, ровным  слоем, избегая подтеков. Особенно тщательно необходимо покрыть концы стволов. Излишки раствора, капли в нижних частях деталей, в различных пазах и отверстиях, необходимо аккуратно удалить кистью. Прикосновения к металлу голыми руками крайне не желательны, т.к. в местах контакта вы не сможете получить качественного воронения.  

После нанесения  состава, стволы и остальные детали необходимо поместить в теплое место, с температурой воздуха 40-60 градусов. Это может быть место около  печки, батареи, место в сушильном  шкафу. Металл по мере высыхания будет становиться светло-рыжего цвета. В процессе сушки цвет из светло желтого перейдет в темно-оранжевый.

     2. Второй этап. Вторично покрываем  детали и стволы тонким, ровным  слоем «ржавого лака» и повторяем  процедуру сушки. В итоге, поверхность стволов должна быть равномерного темно-оранжевого цвета.

Выварка

Приготовление выварочного раствора.

     В выварочную ванну (как вариант - использование 100 мм трубы, с приваренным дном и  смонтированным около дна полученной емкости нагревательным элементом от электрочайника) налейте воду, только не водопроводную, а чистую питьевую, можно использовать и дождевую. Водопроводная вода содержит различные добавки, из-за которых процесс выварки не получится. В воду, для окисления органических веществ, находящихся в воде, необходимо добавить азотную кислоту, из расчета 1-1,5 мл кислоты на литр воды. Потом необходимо прокипятить воду в емкости несколько минут, после чего ванна для выварки стволов готова к работе.