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.

     Стволы, покрытые слоем окислов темно–оранжевого цвета, вываривать в кипящем выварочном растворе следует в течение 15 минут. В выварочном растворе, окислы темно-оранжевого цвета, должны перейти в закись-окись железа бархатисто-черного цвета. Если в процессе первой выварки, местами металл не почернел, а остался «ржавым», не расстраивайтесь, такое иногда бывает при первой выварке. Это происходит либо если вы плохо обезжирили деталь, либо плохо промыли от обезжиривающего раствора.

Крацевание 

     Для этой операции, вам понадобится круглая  щетка с электроприводом. Сделать такую щетку можно следующим образом: в хозяйственном магазине купите мелкую сетку, сделанную из проволоки диаметром 0,1-0,15 мм, ножницами вырежьте несколько квадратов или кругов, в центре прорежьте отверстие, и весь этот пакет соберите на оправку с помощью гайки и шайбы. Электроприводом может служить дрель, шлифовальная машинка, электромотор и т. д. При работе щеткой обязательно одевайте защитные очки для глаз.

     Стволы  и прочие детали, очистите от рыхлого  налета железа на крацевальной щетке, до получения блестящей, черной пленки на всей поверхности металла. В тех местах, где металл не почернел, а остался «рыжим», воронения на первый раз не произойдет.

     Нанесение 2-го слоя «ржавого лака». На поверхность  металла заново нанесите тонкий, ровный слой состава. Далее, процесс выдержки и сушки стволов и остальных деталей повторяется, как вы это делали в прошлый раз. То есть, покрытие «лаком», сушка, опять «лак» и опять сушка. Потом выварка и крацевание.

     Примечание: Общее количество покрытий стволов «ржавым лаком» должно быть не менее восьми раз. Соответственно, должно быть четыре процедуры выварки и четыре операции крацевания.

Промасливание

     После четвертой операции крацевания, поверхность  металла приобретет цвет графита. Для  удаления остатка влаги из оксидной пленки, которая имеет толщину в пределах 0,6-1,5 микрона, а так же из всех сопрягающихся мест на вашем оружии, необходимо провести завершающую операцию – «промасливание».

     Процедура «промасливания» заключается в  погружении оксидируемых деталей в емкость с нагретым нейтральным маслом. Можно использовать любое машинное масло, нагретое до температуры 105-110 градусов. Промасливание длится около пяти минут. Применять холодную смазку не рекомендуется, так как она, благодаря своей большой вязкости, плохо заполнит поры оксидной пленки.  

     Конечно, оксидирование оружия этим способом не назовешь быстрым, но поверьте, это  самый надежный и коррозионно-устойчивый метод. Оружие, оксидированное с помощью  «ржавого лака», способно длительное время  противостоять коррозии, находясь в самых неблагоприятных условиях.

     В настоящее время из-за длительности процесса, этот способ оксидирования, к сожалению, не применяется нашими оружейными заводами. «Ржавый лак» заменили более технологичными –  щелочным, а также, электролитическим оксидированием стали, о котором постараюсь рассказать в следующий раз.

Цитаты

«В. состоит в  покрытии железных и стальных частей оружия слоем окисла и имеет двоякую  цель: 1) предохранение от ржавчины и 2) уничтожение отсвечивания металлических поверхностей. У нас воронятся ружейные стволы и полевые орудия; орудия остальных родов артиллерии покрываются краской, потому что воронение большой поверхности тяжелых орудий представляет относительно затруднительную работу. Перед воронением металлическая поверхность подготовляется следующим образом: предварительно ее очищают песком и наждаком и затем, для удаления жирных частиц, обмывают известковым молоком. Насухо вытертую поверхность намазывают протравой, состоящей из 21/2 частей железного купороса, 1/2 части полуторохлористого железа и 20 частей воды (состав для воронения полевых орудий); указанный состав может быть изменяем, отчасти в зависимости от оттенка, который желают придать вороненой поверхности. Через 24 часа металлическое изделие покрывается слоем ржавчины, который счищается кардовой (металлической) щеткой; поверхность протирается тряпками, намоченными в горячей воде, и вытирается досуха. После этого изделие снова покрывается протравой и снова повторяют те же самые приемы от 5 и до 10 раз. После окончательной операции вороненая поверхность смазывается вареным льняным маслом. Вороненая поверхность может представлять различные оттенки, от коричневого до черного цвета; темно-коричневый цвет придается полевым орудиям, а черный - ружейным стволам. Некоторые мелкие предметы, например мушки, взамен воронения, чернятся, и этот процесс состоит в том, что хорошо вычищенную мушку обсыпают древесной золой и кладут на раскаленные уголья; как только она примет черный цвет, то вынимают из огня и вытирают мягкой замшей. Иногда же мушку нагревают до красно-вишневого цвета, погружают в вареное льняное масло и затем протирают суконкой.

А. Якимович.»

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон. 1890—1907.