Контрольные вопросы

1.Что является непременным условием совместного разряда двух катионов металлов с образованием сплава на катоде?

2.Какие сплавы наиболее широко применяются в промышленности и для каких целей?

3.В каких случаях применяются латунные покрытия?

4.Из какого электролита можно осадить сплав Cu – Sn (бронза)?

5.Какова область применения покрытий Sn – Ni и Sn – Zn?

7. Оксидирование и фосфатирование

7.1. Оксидные и оксидно – фосфатные покрытия на стали

Для улучшения некоторых свойств деталей и защиты их от коррозии достаточно широко используются оксидные и фосфатные покрытия. Усовершенствование процессов оксидирования (выбор новых растворов, электролитов и режимов обработки) позволяет получать покрытия, обладающие высокими твердостью и износостойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами, что значительно улучшает эксплуатационные характеристики деталей. Кроме оксидных и фосфатных покрытий применяются оксидно-фосфатные, для получения которых требуется меньше времени и материалов.

Для оксидирования стали наиболее широко применяется химический способ, при котором получаются пленки черного или темно-синего цвета толщиной до 3 мкм. Процесс осуществляется в концентрированных растворах гидроксида натрия с добавлением окислителей (нитратов или нитритов натрия или калия). Пленки получаются весьма пористые и пригодны для защиты изделий только в легких коррозионных условиях. Можно повысить защитные свойства покрытия, если в раствор добавить фосфорную кислоту и нитраты бария или кальция. Тогда толщина пленки составит до 5 мкм и она будет содержать не только окислы, но и фосфаты металлов. Кроме того, механическая прочность оксидно-фосфатных пленок в 10—15 раз выше, чем оксидных. Оксидно-фосфатное покрытие является хорошим грунтом под лакокрасочное покрытие.

При химическом оксидировании сталь взаимодействует с горячими концентрированными растворами гидроксида натрия и окислителей, и железо переходит в раствор с образованием закисного соединения:

Fe + 1/2О + 2NaOH → Na FeО + Н О.

При повышенном содержании в растворе окислителя образуется соединение трехвалентного железа Na2Fe204, вступающее во взаимодействие с закисным соединением с образованием магнитной окиси железа по реакции

Na FeО + Na Fe О + 2Н О → Fe O + 4NaOH.

При образовании окисной пленки, изолирующей металл от воздействия раствора, скорость растворения железа и образования пленки уменьшается.

Понижение концентрации окислителя вызывает рост толщины пленки, но при очень малом содержании окислителя пленка может быть механически непрочной. При большой концентрации окислителя увеличивается скорость образования кристаллических зародышей оксидной пленки, а значит получается пленка небольшой толщины и одновременно уменьшается количество перешедшего в раствор железа. Повышение концентрации гидроксида натрия вызывает рост толщины пленки, но снижаются защитные способности и ухудшается внешний вид покрытия из-за рыхлости осадков гидрата окиси железа. Рыхлость осадка может быть также следствием перемешивания. На низкоуглеродистых сталях образуются пленки глубокого черного цвета, на высокоуглеродистых — черного с серым оттенком, причем высокоуглеродистые стали оксидируются быстрее, чем низкоуглеродистые.

Для предотвращения образования налета гидрата окиси железа рекомендуется предварительное пассивирование стали в растворе хромата или бихромата калия или прогревание на воздухе при 220—250 °С. Вследствие этой обработки на поверхности металла образуется тонкая окисная пленка, уменьшающая толщину оксидного покрытия.

Относительно универсальным раствором для оксидирования стали является раствор следующего состава (г/л): гидроксид натрия — 600—700; азотистокислый натрий — 200—250. Оксидные покрытия глубокого черного цвета получаются только после накопления в растворе небольшого количества солей железа, поэтому после приготовления в раствор завешивают стальные полосы и прорабатывают в течение нескольких часов.

Необходимость корректирования раствора определяют по изменению внешнего вида оксидной пленки и по изменению температуры кипения раствора. Если температура кипения повышается, необходимо добавить воды, если понижается, — добавить щелочи. При этом увеличение концентрации гидроксида натрия в 1 л раствора на 10 г повышает температуру кипения раствора примерно на 1 °С. Для предупреждения зеленого оттенка пленки в раствор добавляют окислители, с помощью которых устраняется красновато-бурый налет. Выпадающие на дно ванны соли железа необходимо ежедневно удалять после того, как раствор отстоялся.

На деталях не допускается паяных соединений и сопряжений с другими металлами, которые при растворении в щелочном растворе могут ухудшить качество оксидирования. Оксидные покрытия стали могут быть получены при анодной обработке в 40%-ном растворе гидроксида натрия при температуре 80—120 °С. Уменьшение концентрации гидроксида натрия, температуры раствора или продолжительности электролиза уменьшает толщину оксидной пленки, увеличивает ее пористость, изменяет окраску до темно-желтой и коричневой. Увеличение концентрации щелочи, плотности тока и продолжительности электролиза ухудшает качество пленки, которая получается рыхлой и темно-коричневого цвета.

Но вследствие большой толщины и меньшей пористости оксидные пленки, полученные при электрохимической обработке, в 3—4 раза более стойки, чем химически оксидированные в щелочных растворах. Процесс образования оксидно-фосфатных пленок аналогичен процессу фосфатирования. Оксидно-фосфатные покрытия получают в растворах, содержащих фосфорную кислоту или первичные фосфаты железа, марганца, цинка и окислители (перекись марганца, азотнокислые соли бария, кальция). Наиболее оптимальными концентрациями для фосфорной кислоты будет 2—10 г/л нитратов кальция или бария — 60—100 г/л. Повышению защитной способности пленки способствует использование нитрата бария вместо соли кальция и повышения концентрации фосфорной кислоты от 2—3 до 8—10 г/л. Внешний вид покрытия улучшается введением в раствор 10—20 % перекиси марганца.

Процесс оксидирования сопровождается бурным выделением пузырьков водорода. Прекращение выделения газа свидетельствует, что процесс образования оксидно-фосфатной пленки окончен и детали можно выгружать из ванны. Вследствие того, что оксидно-фосфатный раствор не обладает обезжиривающими свойствами как раствор для оксидирования стали, необходимо обращать внимание на тщательную очистку поверхности деталей от загрязнения.

Таблица 17