Мета роботи: Ознайомитись з технологією термічного оксидування сталей

18.1 Короткі теоретичні відомості

Оксидування – створення оксидної плівки на поверхні виробів в результаті окислювально-відновлюваної реакції. Оксидування переважно використовують для отримання захисних та декоративних покриттів, а також для формування діелектричних шарів. Розрізняють термічні, хімічні, електрохімічні та плазмові методи оксидування. До оксидних покриттів, отриманих різними методами, відносяться: вороніння сталі, анодування алюмінію, оксидування міді, срібла, цинку, магнію та ін.

Термічне оксидування – це формування шару оксиду на підложці шляхом витримки зразка в окислювальному середовищі (О₂ або водяний пар) при підвищенні температури (для низьколегованих сталей – 300-350 °С, леговані сталі – 400-700 °С). Відбувається оксидування внаслідок взаємодії молекул кисню з атомами підложки.

Фізичний процес початкового поверхневого окислювання металів обумовлений хемосорбцією кисню з повітря, що дає можливість атому кисню зблизитися з атомами металу настільки, що між ними виявляється можливим обмін валентними електронами (утворення іонного зв'язку). При цьому виникає початкова окісна плівка товщиною в декілька десятих долей нанометра. Надалі ця оксидна плівка відіграє роль каталізатора процесу окислювання: хемосорбуючийся на ній кисень приєднує електрони, емітовані металом у незначній кількості завдяки “тунельному ефекту”, у результаті чого на плівці виникає електричний заряд, що створює в ній напруженість поля 10⁷ в/см. При впливі таких сильних електричних полів катіони металу дифундують через окісну плівку до поверхні і з'єднуються з киснем. Такий процес окислювання триває доти, поки товщина плівки не зросте до декількох десятків нанометрів, через що напруженість поля виявляється вже недостатньої для транспортування катіонів металу на поверхню й окислювання припиняється.

Здавна відомий спосіб оксидування, який називається вороніння, шляхом занурення нагрітих деталей у льняне масло. Деталі, що обробляються нагрівають в печі до температури 460 °С та занурюють на 5-10 хвилин у масло, повторюючи процес 4—5 разів, до отримання оксидної плівки чорного кольору. Внаслідок такої обробки на поверхні металу утворюється захисна плівка, що складається з оксиду заліза Fе₃0₄.

18.2 Матеріали та обладнання

Муфельна піч; машинне масло; заготовки зі сталі; наждачній папір, аналітичні ваги; 10% розчин Н₂S0₄; пінцет.

18.3 Порядок виконання роботи

18.3.1 Ознайомитись з інструкцією по техніці безпеки.

18.3.2 Зважити деталь до оксидування.

18.3.3 Провести оксидування стальної заготовки.

18.3.3.1 Нагріти деталь до температури 460 °С та витримати 10 хв.

18.3.3.2 Вийняти заготовку з печі та занурити на 5 хв в машинне масло.

18.3.3.3 Повторити п.п. 5.3.1 та 5.3.2 4-5 разів.

18.3.4 Провести зважування деталі після оксидування.

18.3.5 Розрахувати товщину оксидної плівки.

18.3.6 Оксидований зразок та зразок без захисного покриття опустити на 15 хвилин в розчин сірчаної кислоти, попередньо зваживши їх.

18.3.7 Після випробувань на антикорозійну стійкість зразки промити водою, висушити та провести їх зважування.

18.3.8 Розрахувати швидкість корозії двох зразків за формулою:

n = к/r (18.1)

де r –щільність матеріалу.

Параметр к розраховується по формулі:

к = (m₀-m₁)/(F·t) (18.2)

де т₀, т₁ – маса зразка до та після випробувань;

F – площа поверхні зразка, яка підлягала корозії;

t – час корозії, років.

18.4 Зміст звіту

18.4.1 Назва роботи, мета і короткі теоретичні відомості.

18.4.2 Порядок виконання роботи.

18.4.3 Результати дослідів, висновки.

18.5 Контрольні запитання

18.5.1 Різновиди оксидування.

18.5.2 Механізм утворення шару оксиду на поверхні металу.

18.5.3 Області застосування оксидних покриттів.

18.5.4 Технологія термічного оксидування.

18.5.5 Сутність вороніння сталей.

19 Лабораторна робота №19

ВИЗНАЧЕННЯ МІЦНОСТІ ЗЧЕПЛЕННЯ ПОКРИТТІВ З ОСНОВОЮ