Химическое оксидирование и воронение стали, фосфатирование, оксидирование и анодирование алюминия: обозначения и выбор

Что такое конверсионное покрытие

ГОСТ 9.306-85 выделяет два неметаллических неорганических покрытия: окисное — «Окс» и фосфатное — «Фос». Способ получения указывают перед ними: «Хим» — химический, «Ан» — анодное окисление. Слой образуется реакцией раствора с поверхностью металла, поэтому держится прочно, но тонок и сам по себе защищает слабо — его дополняют маслом, гидрофобизатором или краской.

Для точных деталей это преимущество: ГОСТ 9.303-84 (п. 9) рекомендует для деталей 5–6 квалитета именно неметаллические неорганические покрытия, а толщину покрытия Хим.Окс на стали ГОСТ 9.301-86 не нормирует. Металлические покрытия, наоборот, приходится закладывать в допуск — пример расчёта в статье «Никелирование и хромирование».

Щелочное оксидирование стали — воронение

Оксидирование стали в горячем щелочном растворе в цехах обычно называют воронением. Карта 71 ГОСТ 9.305-84 даёт для стали и чугуна раствор едкого натра 500–700 г/дм³ с азотнокислым натрием и нитритом натрия. Температура — 135–155 °C, выдержка — от 10 до 90 мин: короче всего для высокоуглеродистых сталей и чугуна, дольше всего для низко- и среднелегированных. Есть и двухванный вариант с промежуточной промывкой.

Цвет зависит от стали. По ГОСТ 9.301-86 на углеродистых и низколегированных сталях покрытие чёрное с синим оттенком, на высокоуглеродистых инструментальных — чёрное с серым, на высоколегированных — от тёмно-серого до тёмно-коричневого, на чугуне и кремнистых сталях — от светло-жёлтого до тёмно-коричневого. Светло-серые острые кромки и неоднотонность на участках местной закалки, сварки и цементации браком не считаются.

Свойства по ГОСТ 9.303-84:

• высокая пористость и низкие защитные свойства, которые улучшает пропитка нейтральным маслом;
• быстрое истирание;
• не поддаётся пайке и сварке;
• повышает адгезию лакокрасочных материалов и клеев.

Группа 1 по приложению 2 ГОСТ 9.303-84 соответствует прежнему обозначению «Л» — лёгкие условия эксплуатации.

Кроме горячего щелочного есть холодное воронение — составами при комнатной температуре. Им подкрашивают и ремонтируют участки, но это не процесс по ГОСТ 9.305-84; стойкость и технологию берите из инструкции производителя состава.

Фосфатирование

Фосфатное покрытие по ГОСТ 9.303-84 применяют для защиты стальных деталей от коррозии, для повышения адгезии красок, клеев и как электроизоляционное. Обработка в растворах хроматов улучшает защитные свойства. Другие свойства из того же стандарта:

• электроизоляционные свойства до 500 °C, пробивное напряжение 300–1000 В;
• невысокая механическая прочность, легко истирается; при изгибе основы на 180° трескается и осыпается по линии изгиба, но не отслаивается;
• не влияет на твёрдость, прочность и магнитные свойства стали;
• стойко к горячим маслам, бензолу, толуолу и газам, кроме сероводорода;
• поверхностная плотность — 0,001–0,01 кг/м², то есть 1–10 г/м².

ГОСТ 9.301-86 задаёт приёмку: масса покрытия до пропитки — не менее 5 г/м², маслоёмкость — не менее 2,0 г/м², а фосфат под краску должен иметь микрокристаллическую структуру. Растворы в карте 70 ГОСТ 9.305-84 в основном на основе фосфатов цинка; рабочие температуры для стали и чугуна — от 45 до 98 °C в зависимости от состава. Для деталей с допусками по 5–7 квалитету и пружин в той же карте есть отдельные составы.

Фосфат — классическая подготовка стали под окраску. Порошковую окраску и цинкование как альтернативы разбирает статья «Цинкование, порошковая окраска, анодирование».

Алюминий: химическое оксидирование и анодирование

По ГОСТ 9.303-84 химическое окисное покрытие Хим.Окс на алюминии имеет невысокие защитные свойства и низкую механическую прочность, хорошо держится на основе, не проводит ток и выдерживает нагрев до 80 °C. Вариант Хим.Окс.э электропроводный, также с невысокими защитными свойствами, до 80 °C, и не влияет на затухание высокочастотной энергии в волноводах. Растворы для Хим.Окс.э в карте 71 ГОСТ 9.305-84 содержат хромовый ангидрид — соединения шестивалентного хрома, которые по ГОСТ 9.303-84 токсичнее соединений трёхвалентного.

Анодирование — электрохимическое окисление, слой заметно толще. Что важно конструктору по ГОСТ 9.303-84:

• размер детали увеличивается примерно на 0,5 толщины покрытия на сторону — остальное уходит вглубь металла;
• покрытие пористое, не проводит ток, хрупкое, трескается при нагреве выше 100 °C и при деформации;
• твёрдые анодные покрытия толщиной 20–100 мкм износостойки, изолируют тепло и ток и допускают механическую обработку;
• сернокислотное анодирование увеличивает шероховатость на два класса, хромовокислое — меньше.

Под твёрдое и электроизоляционное анодирование ГОСТ 9.301-86 требует шероховатость не грубее Ra 1,25 и радиус скругления кромок не менее 0,5 мм. Марки сплавов — в статье «Алюминиевые сплавы АМг, Д16, АД31».

Где уместно каждое покрытие

• Оснастка и приспособления, работающие в цеху — Хим.Окс.прм: чёрный цвет, размер не меняется, в сухом помещении масла хватает. Инструментальные стали дают серо-чёрный оттенок — см. статью «Инструментальные стали У8, Х12МФ, Р6М5».
• Крепёж и детали под смазку — Хим.Фос.прм: по ГОСТ 9.303-84 он допускается в группах условий 1–6, а Хим.Окс.прм — только 1–4.
• Детали под окраску — Хим.Фос/лкп на стали, Хим.Окс или Ан.Окс под лакокрасочное покрытие на алюминии.
• Детали, где традиционно ценят вид воронёной стали — например, оружейные, — Хим.Окс.прм с обязательным уходом и смазкой: без неё покрытие не спасёт от ржавчины.
• Улица, влажность, морской климат — не конверсионное покрытие в одиночку, а цинк, окраска или их сочетание.

Что написать в заявке

1. Обозначение по ГОСТ 9.306-85 — Хим.Окс.прм, Хим.Фос.прм, Хим.Окс.э, Ан.Окс.тв и т. п.
2. Марку материала — от неё зависят режим и цвет.
3. Группу условий эксплуатации по ГОСТ 9.303-84 или прямо условия: помещение, улица, контакт с маслом.
4. Масло или иной пропиточный материал, если он задан; допускается ли последующая мойка.
5. Для алюминия — нужна ли электропроводность, толщина анодного слоя и что маскировать.
6. Приёмку по ГОСТ 9.301-86: внешний вид и цвет, для фосфата — массу покрытия, для Хим.Окс.прм — отсутствие очагов коррозии после испытаний.