Что такое оксидная пленка

Пленки на металлах

У большинства металлов при взаимодействии с окислителями поверхность покрывается пленкой окислов.

Адсорбция окислителя на металле

Когда металл попадает в коррозионную среду, начальной стадией их взаимодействия является адсорбция окислителей (CO₂, H₂O, O₂, Cl₂, SO₂) на поверхности металла. Между атомами металла и окислителем сразу возникает сильная ионная связь – атом металла передает атому кислорода два электрона. Атом кислорода находится под воздействием поля, которое создают атомы металла. На поверхности металла адсорбируется окислитель, при этом внутренняя поверхность образовавшейся адсорбционной пленки заряжена положительно, а внешняя – отрицательно.

Распределение атомов окислителя на поверхности металла очень сильно зависит от расположения на поверхности атомов металла.

Поверхность металла заполняется хемосорбированным окислителем почти мгновенно и образуется тонкий слой окисляющего вещества. При пониженных температурах после хемосорбированного окислителя за счет ванн-дер-ваальсовых сил может возникнуть и физическая адсорбция молекул окислителя.

Образование продуктов коррозии

Если между металлом и окислителем есть химическое сродство (окисел термодинамически стабильный), то пленка, состоящая с хемосорбированного окислителя, превращается в окисную пленку. Металл и окислитель в окисной пленке поддерживают ионную связь.

Продукты коррозии – химические соединения, которые образовались в результате химического взаимодействия металла и некоторых компонентов окружающей среды. Продукты коррозии формируют на поверхности металла пленку, которая может обладать защитными свойствами, затрудняя подход окислителей. Данный процесс протекает с самоторможением во времени.

Пленки продуктов коррозии очень сильно влияют на жаростойкость металлов, поэтому необходимо изучить их свойства, закономерности роста и влияние на них различных внешних и внутренних факторов.

Классификация по толщине пленок на металлах

По толщине оксидной пленки на металлах их принято разделять на три группы: толстые, тонкие, средние.

Тонкие оксидные пленки невидимы для человека невооруженным глазом. Их толщина составляет до 400 Å.

Средние оксидные пленки в толщину достигают от 400 до 5000 Å и дают цвета побежалости.

Толстые оксидные пленки хорошо видны на поверхности металла. Их толщина составляет свыше 5000 Å. Иногда они могут быть достаточно толстыми, как, например, окалина на поверхности стали.

От защитных свойств оксидных пленок зависит жаростойкость металла, законы роста толщины пленки во времени и многое другое.

При образовании окисной пленки устанавливается скорость окисления металла, которая может изменяться во времени. По этому судят о защитных свойствах окисных слоев. Также защитные свойства оксидной пленки определяют в лабораторных условиях капельным методом. На ее поверхность наносят подходящий для данного случая реагент и определяют время его проникновения к основному металлу.

Источник

Оксидная плёнка

Оксидная плёнка — плёнка на поверхности металла или полупроводника, образующаяся при определенных условиях в воздухе или слегка окислительной среде и состоящая из окислов (оксидов) этого материала. Толщина оксидных плёнок может варьироваться от нескольких диаметров молекул до нескольких десятков миллиметров.

Типы оксидных пленок

Способы получения

Образующиеся оксидные плёнки часто играют защитную роль (пассивирование) для основного объёма металла или полупроводника, на котором они образовались.

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Оксидная плёнка» в других словарях:

оксидная плёнка — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN oxide film … Справочник технического переводчика

оксидная плёнка — oksido plėvelė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. oxide film; oxide skin vok. Oxidationfilm, m; Oxidfilm, m; Oxidhaut, f rus. окисная плёнка, f; оксидная плёнка, f; плёнка окиси, f pranc. film d’oxyde, m; pellicule d’oxydation, f;… … Fizikos terminų žodynas

защитная оксидная плёнка — apsauginis oksido sluoksnis statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. field oxide film; protective oxide layer vok. Feldoxidschicht, f; Oxidschutzschicht, f rus. защитная оксидная плёнка, f; защитный слой оксида, m pranc. couche d… … Radioelektronikos terminų žodynas

защитная оксидная плёнка — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN protective oxide film … Справочник технического переводчика

Плёнка — В Викисловаре есть статья «плёнка» Плёнка Фотоплёнка Киноплёнка Пленка полиэтиленовая … Википедия

окисная плёнка — oksido plėvelė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. oxide film; oxide skin vok. Oxidationfilm, m; Oxidfilm, m; Oxidhaut, f rus. окисная плёнка, f; оксидная плёнка, f; плёнка окиси, f pranc. film d’oxyde, m; pellicule d’oxydation, f;… … Fizikos terminų žodynas

плёнка окиси — oksido plėvelė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. oxide film; oxide skin vok. Oxidationfilm, m; Oxidfilm, m; Oxidhaut, f rus. окисная плёнка, f; оксидная плёнка, f; плёнка окиси, f pranc. film d’oxyde, m; pellicule d’oxydation, f;… … Fizikos terminų žodynas

Oxide film — Оксидная плёнка … Краткий толковый словарь по полиграфии

Пароводокислородная очистка и пассивация — (ПВКО и П) технология очистки металла внутренних поверхностей пароводяного тракта котла с улучшением ее качества и широким применением ее для другого теплосилового оборудования электростанций, в том числе деаэратора и трубопроводов… … Википедия

Конденсатор электрический — система из двух или более электродов (обкладок), разделённых диэлектриком (См. Диэлектрики), толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок; такая система электродов обладает взаимной электрической ёмкостью (См. Электрическая… … Большая советская энциклопедия

Источник

Коррозионная стойкость металлов зависит от наличия на их поверхности защитной окисной плёнки. Естественные окисные плёнки не всегда обладают защитными свойствами, поэтому на поверх­ности металлов создают искусственные окисные плёнки. Такие плёнки можно получать различными путями.
Искусственные окисные плёнки толще естественных и могут достигать нескольких сотых и даже десятых миллиметра; защитные свойства плёнок зависят от их пористости (от величины и числа пор). Состояние поверхности защитных плёнок также имеет значение: смазки лучше пристают и удерживаются на шероховатых плёнках, чем на гладких; они закупоривают поры и улучшают коррозионную стойкость покрытого металла. Хорошие результаты достигаются смазыванием плёнки при высокой температуре (проварка в смазках); жидкая смазка лучше проникает в поры, которые могут образо­ваться в защитной плёнке, и, охлаждаясь, закупоривает их.
Поверхность изделия перед оксидированием должна быть со­ответствующим образом подготовлена. Удаляются все окислы, ржавчина, загрязнения, смазка и пр., что достигается травлением в кислотах, вываркой в растворах щелочей, а иногда обработкой в электролитических ваннах.

Воронением называется покрытие поверхности металла слоем окислов железа, главным образом магнитной окисью железа, окра­шивающей металл в синий или чёрный цвет.
Рецептов и способов воронения очень много. При чёрном вороне­нии (по методу Руффингтона) стальные детали опускают на не­сколько секунд в расплавленную смесь селитры и двуокиси мар­ганца. Синее воронение получается при погружении в расплавлен­ную селитру. При опускании нагретых до 600° изделий в масло на них образуются грубые плёнки.
Обработка водяным паром при высоких температурах (600-900°) теперь почти не применяется.

В настоящее время наиболее широко применяется щелочное окси­дирование — способ воронения, при котором стальные изделия обрабатываются в концентрированных растворах едкой щёлочи с добавками различных окислителей.
Несмотря на то, что первые щелочные оксидировочные ванны у нас были предложены в 1929—1930 гг. («Ситоксид», «Бартоксид» и др.) и на первых порах имели большие недостатки, щелочное окси­дирование нашло широкое применение в промышленности. В табл. 16 приведены основные рецептуры ванн, применяющихся на различных заводах.

Таблица 16. Ванны для щелочного оксидирования

Источник

Оксидная пленка силикатных присадок в теплоносителях и котловой воде

Присадки, которые используются в теплоносителях и котловой воде, делятся на две группы – карбоксилатные (органические) и обычные силикатные (неорганические). Первые обеспечивают длительный срок службы теплоносителя (до 10 лет) и воздействуют только на очаги коррозии. Вторые служат значительно меньше (до 5 лет) и имеют иной защитный механизм: они покрывают омываемые поверхности оксидной пленкой полностью.

Кто производит присадки

Выпуском присадок как одного, так и другого типа производители антифризов и других теплоносителей не занимаются. Это достаточно сложный и дорогостоящий процесс, которым заняты крупные химические концерны: в мире таких предприятий от силы дюжина. Наиболее известные из них – Arteco, DOW Chemical, BASF, Clariant. Каждая из присадок имеет патент и охраняется службами безопасности производителей в области авторского, интеллектуального, промышленного права.

Зачем бороться с коррозией

Смысл использования присадок заключается прежде всего в защите внутренних поверхностей отопительной системы от накипи и ржавчины. Негативный эффект коррозии состоит в следующем:

Незамерзающие жидкости

Несмотря на то что наиболее популярным теплоносителем отопительных систем пока остается обычная вода, все большее число пользователей отдают предпочтение антифризам. Незамерзающие жидкости хорошо подходят прежде всего для частных домовладений, расположенных в дачных и коттеджных поселках, где перебои с электроснабжением случаются достаточно часто. Использование антифризов особенно удобно в загородных домах с сезонным проживанием. В состав качественных теплоносителей входит пакет присадок, исключающий возникновение накипи и ржавчины на металлических поверхностях элементов отопительного контура. Так, теплоноситель «THERMAGENT –30 °С ЭКО», который производится на основе пропиленгликоля высшего сорта с применением новейшей технологии Organic Acid Technology, содержит набор высокоэффективных присадок, способных обеспечить длительную безаварийную работу системы отопления любого жилого или служебного помещения.

Котловая вода

В специализированных магазинах можно купить готовую воду для систем отопления. Для многих отопительных контуров такой теплоноситель является оптимальным. Жидкость обычно производится на основе дистиллята высокого качества и не содержит солей и металлов, образующих накипь. Котловая вода, как правило, отличается повышенным pH (7,5 и более), что снижает скорость коррозийных процессов, и является экологически безопасной – в ней отсутствуют болезнетворные бактерии. В отличие от дистиллированной воды, теплоноситель такого типа содержит комплект функциональных присадок. Благодаря этому жидкость не только препятствует образованию накипи на поверхности теплообменника котла и другого оборудования, но и связывает активный кислород, а также образует пленку, которая защищает внутренние стенки элементов системы отопления от коррозии. Котловая вода не является агрессивной средой и успешно применяется в отопительных контурах жилых и служебных помещений.

Как происходит образование оксидной пленки

Взаимодействие неорганических присадок, имеющихся в теплоносителе, с внутренними поверхностями элементов системы отопления ведет к образованию оксидной пленки в результате химических реакций. Образующийся оксид порывает металлоконструкции, кристаллизуясь из раствора. Сначала на поверхности появляются отдельные фрагменты покрытия, которые затем разрастаются и формируют сплошную пленку. При этом структура пленки и ее толщина зависят от соотношения скоростей образования новых центров кристаллизации и роста отдельных кристаллов. При повышенной концентрации окислителей центры кристаллизации образуются быстрее новых кристаллов, и на поверхности металла быстро формируется слой оксида. Именно таким образом работают силикатные присадки в теплоносителях систем отопления.

Недостатки неорганических присадок

Теплоносители, в составе которых используются силикатные ингибиторы коррозии, отличаются невысокой стоимостью и при соблюдении правил эксплуатации достаточно эффективно выполняют свои функции. Вместе с тем силикаты выделяют гель и абразив, которые загрязняют оборудование и вызывают перебои в функционировании системы. Если незамерзающая жидкость содержит фосфаты, то при разбавлении теплоносителя водой (например, для изменения температуры замерзания) образуется осадок. Для нитритов характерно быстрое окисление – вещество переходит в неактивную форму и оседает. Взаимодействие аминов и нитритов ведет к образованию канцерогенных соединений. Осадок неорганических добавок повышает вязкость теплоносителя, наслаивается на внутренних поверхностях системы, ухудшает пропускную способность труб.

Заключение

Силикатные присадки повышают степень защищенности систем отопления от коррозии. Оксидная пленка, которая возникает на внутренних поверхностях труб, теплообменников и других элементов контура, покрывает все омываемые поверхности. Хорошим решением теплоносителя для отопительной системы вашего загородного дома может быть один из продуктов линейки THERMAGENT от АО «Обнинскоргсинтез».

Источник

Покрытие оксидными плёнками как способ защиты от коррозии металлов

Ни один материал, включая сталь, не может служить вечно. Его необходимо защищать от влаги, солнечных лучей и низких температур. Оксидирование металла создает на его поверхности тонкую защитную пленку, не позволяющую кислороду из воздуха и воде разрушать материал. При этом изменяются технические характеристики сталей, алюминия и его сплавов.

С точки зрения химии оксидирование – это реакция окисления металла и образование на поверхности тонкого слоя кристаллов, связанных кислородом и другими веществами. Технология нанесения защитного покрытия имеет несколько видов различной сложности. Самая простая использовалась несколько веков назад и доступна любому желающему покрыть защитной пленкой деталь в домашних условиях. Сложная технология требует специального оборудования и осуществляется только в условиях производства.

Суть и назначение технологии

В своей основе оксидирование стали имеет окислительно-восстановительную реакцию металла при его взаимодействии с кислородом воздуха, электролитом или специальными кислотно-щелочными растворами. В результате на поверхности детали образуется защитная пленка, повышающая технические характеристики металла:

Добавление в электролит растворов для окрашивания позволяет создавать изделия из металла с поверхностями разных цветов.

Покрытие оксидной пленкой применяют для различных материалов. В ювелирной промышленности и при создании бижутерии используют оксидирование многих металлов:

Сущность обработки – в увеличении прочности и придании дополнительной декоративности. Изделия из серебра хорошо держат форму. Это позволяет создавать украшения с острыми углами и тонким орнаментом. С помощью оксидов создается патина, имитирующая старину, и другие эффекты.

В зависимости от характеристик и свойств металла используют различные технологии создания сложных окислов на поверхности.

К положительным качествам оксидирования относится его распределение по поверхности тонкой пленкой в несколько микрон – тысячных долей миллиметра. При этом не меняются размеры деталей и посадочных мест сверху и на поверхности.

Незамерзающие жидкости

Несмотря на то что наиболее популярным теплоносителем отопительных систем пока остается обычная вода, все большее число пользователей отдают предпочтение антифризам. Незамерзающие жидкости хорошо подходят прежде всего для частных домовладений, расположенных в дачных и коттеджных поселках, где перебои с электроснабжением случаются достаточно часто. Использование антифризов особенно удобно в загородных домах с сезонным проживанием. В состав качественных теплоносителей входит пакет присадок, исключающий возникновение накипи и ржавчины на металлических поверхностях элементов отопительного контура. Так, теплоноситель «THERMAGENT –30 °С ЭКО», который производится на основе пропиленгликоля высшего сорта с применением новейшей технологии Organic Acid Technology, содержит набор высокоэффективных присадок, способных обеспечить длительную безаварийную работу системы отопления любого жилого или служебного помещения.

Виды оксидирования металла

Процесс оксидирования стали имеет несколько разновидностей:

К микродуговому относится способ нанесения оксидной пленки с помощью электролизной установки. Деталь помещается в ванну с электролитом. К ней подключается «+» постоянного тока. К ванне – провод с «–». При прохождении тока на поверхности образуются микроочаги с высокой температурой и давлением. В результате происходит окисление. Микродуговое оксидирование применяют для покрытия алюминия, серебра и их сплавов.

Процесс горячего оксидирования стали заключается в нагреве детали или раствора, в котором она находится, для ускорения процесса образования пленки сложных окислов.

К холодным технологиям относятся, в основном, методы химического покрытия и плазменного, когда поверхность насыщается кислородом под воздействием микротоков или в насыщенном растворе солей.

Химическое

Химическое оксидирование проводится погружением деталей в различные растворы. Низкотемпературный процесс покрытия осуществляют при температуре 30–180 °C. Сталь погружают в раствор щелочей или кислот с добавлением марганца. Затем, после извлечения из ванны, промасливают – смазывают маслом или на несколько секунд погружают в него деталь.
Электрохимическое покрытие оксидами проводится при низких температурах – до 100 °C. Электролит представляет собой раствор нескольких нитратов и хроматов. Получают черное покрытие стали.

Пищевая нержавейка содержит много легирующих веществ, включая хром и марганец. Она требует для покрытия сложного оборудования. В домашних условиях ее можно оксидировать в растворе натриевой селитры. Поверхность приобретает яркий синий цвет.

Анодное

Анодное оксидирование небольших деталей доступно делать в домашней мастерской. Для этого надо иметь аккумулятор или выпрямитель тока. Анод подключается к детали и источнику постоянного тока. При погружении стали в раствор слабокислого электролита возникает движение электронов, и вместе с ними частицы солей и кислот проникают в верхний слой металла. В результате образуются кристаллы железа со сложными окислами. Они постепенно покрывают всю поверхность детали слоем в несколько микрон.

Регулировать скорость процесса для образования оксидной пленки нужной толщины можно изменением силы тока и повышением температуры электролита. Анодирование влияет на первоначальные характеристики стали и цветных металлов:

Термическое

Кто наблюдал за сваркой деталей или их нагревом в термопечах, видел на поверхности цвета побежалости: от желтого оттенка до синего тона, переходящего в черный. Они зависят от температуры, до которой нагрелась сталь в конкретной точке. Чем сильнее прогрет металл, тем больше он окислен, имеет более темный цвет.
Достаточно нагреть поверхность до 300 ⁰C, чтобы провести термическое оксидирование. На стали появится тонкая пленка окислов желтого и светло-коричневого цвета. Чем выше содержание легирующих веществ, тем сильнее надо греть сталь.

Часто нагрев используют для более активного протекания химического и анодного оксидирования стали. Помещенный в горячий раствор натриевой селитры или смеси кислот металл быстрее вступает в реакцию.

Плазменное

Метод холодного оксидирования – плазменное покрытие деталей. Окисление происходит при низкой температуре. Деталь помещают в плазму, которую создают токи ВЧ или СВЧ, аналогичные микроволновой печи. В камере высокое содержание кислорода.

Плазменное оксидирование применяют, в основном, для повышения светочувствительности и электропроводности деталей оптических приборов и плат.

Лазерное

Оксидировать деталь с помощью лазера можно только в условиях промышленного предприятия. Деталь устанавливается на столе или зажимается в патроне, набирается программа, и лазер прогревает узкие полоски одна возле другой по всей поверхности. Оптимальный вариант – использование станков ЧПУ.
Недостаток лазерного оксидирования сталей – в покрытии заготовок только снаружи. В отверстия малого диаметра головка лазерной установки не войдет.

Зачем бороться с коррозией

Смысл использования присадок заключается прежде всего в защите внутренних поверхностей отопительной системы от накипи и ржавчины. Негативный эффект коррозии состоит в следующем:

Оксидирование своими руками

Делать защитное покрытие в домашних условиях проще всего по старинному рецепту. Для этого стальной предмет следует очистить от всех видов загрязнений, протравить в слабом растворе кислоты. Любое оставшееся пятно будет препятствовать процессу оксидирования стали.

Каленые стали при нагреве до температуры выше 300 ⁰C могут отпуститься – стать мягче. Поэтому металл после закалки греют индуктором токами ТВЧ до 250–280 ⁰C. Если нет возможности нагреть только поверхность заготовки, температуру снижают до 220–250 °C, увеличив количество нагревов и погружений.

Льняное масло использовали в прошлые века. Сейчас его можно заменить веретенным, широко применяемым для закалки стали.

Оксидирование стали – интересный процесс. С его помощью можно самостоятельно защитить от коррозии небольшие изделия, крепеж в автомобиле и других устройствах.

Какой метод больше всего понравился нашим читателям и что они готовы применить на практике? Нам интересно ваше мнение.

Недостатки неорганических присадок

Теплоносители, в составе которых используются силикатные ингибиторы коррозии, отличаются невысокой стоимостью и при соблюдении правил эксплуатации достаточно эффективно выполняют свои функции. Вместе с тем силикаты выделяют гель и абразив, которые загрязняют оборудование и вызывают перебои в функционировании системы. Если незамерзающая жидкость содержит фосфаты, то при разбавлении теплоносителя водой (например, для изменения температуры замерзания) образуется осадок. Для нитритов характерно быстрое окисление – вещество переходит в неактивную форму и оседает. Взаимодействие аминов и нитритов ведет к образованию канцерогенных соединений. Осадок неорганических добавок повышает вязкость теплоносителя, наслаивается на внутренних поверхностях системы, ухудшает пропускную способность труб.

Особенности процесса

Поверхность алюминиевых деталей покрыта оксидной плёнкой, которая обладает высокой химической стойкостью, а также температурой плавления выше в 2 раза, чем чистого металла. В интервале от +2500С до +3000С алюминий становится неустойчивым и подплавляется. Минимальная температур плавления оксидной плёнки составляет +5000С.

При пайке соединяемые детали под наружным слоем начинают плавится. Поэтому пайщику нужно устранить негативное влияние оксидного слоя. Принцип всех способов основан на удалении плёнки, а также повышении адгезионных свойств.

Методы удаления оксидного слоя:

Оба способа проводятся только в среде с отсутствием доступа кислорода.

Удельная поверхность алюминиевого лома

Потеря алюминия из-за его окисления при переплаве в печи какой-нибудь загрузки лома пропорциональна удельной площади этого лома. Удельная площадь выражается соотношением

где m – общая масса партии лома, A – общая площадь поверхности всех кусочков лома, составляющих эту загрузку.

Натуральный метод

1. Отварите 2-4 яйца в кипящей воде 15 минут.

2. Выньте вареные яйца из воды и положите на разделочную доску. Ложкой разомните яйца вместе со скорлупой.

3. Раздавленные яйца переложите в пластиковый пакет с застёжкой-молнией. Пакет должен быть достаточно большим, чтобы в нём поместилось изделие. В качестве альтернативного варианта можно взять большую воздухонепроницаемую ёмкость.

4. Медный предмет поместите в пластиковый пакет и закройте его. Если в пакет вы кладёте больше одного предмета, убедитесь, что они не касаются друг друга, чтобы они оксидировались со всех сторон. Яичные желтки обязательны, потому что в них содержится большое количество серы, окисляющей медь.

5. 20 минут спустя выньте медный предмет из пакета с помощью металлических щипцов. Вы заметите, что поверхность меди потемнела. Если вы хотите более тёмную патину, оставьте изделие в пакете на всю ночь.

6. Выньте изделие из пакета и ополосните слегка тёплой водой, чтобы смыть яйцо.

Источник