окрашивание металлических изделий

окра́шивание металли́ческих изде́лий — применяется для защиты их от коррозии и другие.гих вредных воздействий, а также для придания изделиям красивого внешнего вида. Основные способы: обычное (механическое), химическое и электрохимическое (гальваностегия) окрашивание.

Механическое окрашивание металлических изделий. Изделия из стали можно покрывать всеми видами красок, лаков и эмалей. После удаления ржавчины и обезжиривания (см. Шлифование и полирование металлических изделий) сталь следует как можно быстрее огрунтовать, так как процесс её окисления в воздухе (то есть образования ржавчины) происходит непрерывно. Грунтовка обладает повышенной адгезией (способностью сцепляться с поверхностью изделия). Таким образом обеспечивается прочность всего покрытия (грунт плюс окраска). Грунт кладут на поверхность изделия тонким слоем (толщиной не более 0,2 мм) и после его высыхания зачищают шкуркой до полного выравнивания. В качестве своеобразного грунта можно использовать уксусную эссенцию; на тонкий «грунт» хорошо ложатся все виды красок, лаков и эмалей. Существуют грунтовки на основе льняного масла, которые медленно сохнут. Их применяют в том случае, если заключительное покрытие делают масляной краской. Быстросохнущую грунтовку на основе искусственных смол используют для покрытий лаками на соответствующей основе.

Окрашивают стальные изделия мягкими кистями в два слоя; их наносят во взаимно перпендикулярных направлениях. Окраску удобно производить также распылителем, приняв меры предосторожности для защиты свежего покрытия от засорения пылью.

Изделия из цветных металлов (алюминия, цинка, меди) образуют на воздухе защитный оксидный слой. Однако из-за ухудшения экологической обстановки он уже не всегда защищает материал от содержащихся в воздухе химически агрессивных веществ. Поэтому изделия из цветных металлов также нуждаются в защитных покрытиях. Алюминий лучше очищать не щелочными растворами, а бензином или нитрорастворителем. На алюминиевую поверхность не следует наносить грунты: свинцовые (свинцовые белила, крон, сурик), железный сурик, ярь-медянку и киноварь (при любом связующем). Можно наносить: фосфатирующие грунты ВЛ-02 и ВЛ-08; глифталевые КФ-030, ГФ-031, ГФ-032; акриловые ЕГ-10С и эпоксидные Э-4021 и ЭП-09Т. После огрунтовки на поверхность наносят два покровных слоя краски на основе синтетических или эпоксидных смол, причём последняя особенно пригодна для сырых помещений.

Цинк и оцинкованные листы металла при подготовке для нанесения покрытий очищают шлифованием с помощью аммиака (0,5 л нашатырного спирта — на 10 л воды). Прочное сцепление с цинком обеспечивается адгезивным покрытием на основе синтетических смол, которое дополнительно покрывают лаком только на следующий год. Верхние слои выполняют лаком на основе синтетических смол (эпоксидные смолы, ДД, акрил или КД).

Медь очищают уайт-спиритом или нитрорастворителем, затем шлифуют тонкой шкуркой и предварительно промазывают грунтовкой на основе затвердевающей краски. Чтобы сохранить естественный цвет меди, для покрытия рекомендуется использовать прозрачные лаки, например двухкомпонентный акриловый лак.

Химическое окрашивание металлических изделий заключается в искусственном изменении цвета его поверхности при помощи различных веществ, вступающих в химическое соединение с металлом. Такое окрашивание может быть получено: изменением цвета поверхности химическим воздействием на металл (оксидирование, воронение и т. п.); химическим покрытием поверхности металла тонким слоем другого металла (никелирование, хромирование, меднение, лужение и т. д.). Существует множество рецептов химического окрашивания металлических изделий. Ниже даётся краткое описание некоторых из этих рецептов.

Оксидирование изделий из стали. С предварительно зачищенного и отполированного стального изделия удаляют плёнку окиси (декапируют), для чего его на 1 мин опускают в 5%-ный раствор серной кислоты. Затем изделие промывают в воде комнатной температуры, подвергают пассивированию кипячением в мыльной воде (50 г хозяйственного мыла растворяют в 1 л воды). После этого в эмалированной посуде приготовляют раствор едкого натра (50 г/л), подогревают раствор до 140°C, погружают в него изделие на 1,5 ч. В результате на поверхности металла образуется блестящая чёрная плёнка. Если нужна матовая чёрная плёнка, то состав раствора изменяют: 50 г нитрата натрия и 150 г едкого натра разводят в 1 л воды. Раствор подогревают до 150°C и погружают в него изделие на 10 мин.

Оксидирование изделий из алюминия и алюминиевых сплавов. Предварительно очищенное от загрязнений и тщательно обезжиренное изделие опускают на 10 мин в подогретый до 80°C раствор:

Кальцинированная сода ………………. 50 г

Хромовокислый натрий ………………. 15 г

Силикат натрия …………………………. 1 г

Вода дистиллированная ………………… 1 л

После этого изделие хорошо промывают в проточной воде.

Существует ещё один простой способ оксидирования алюминия. Поверхность изделия чистят железной щёткой (карцуют), делая небольшие штрихи в разных направлениях и тем самым создавая на его поверхности определённый рисунок. Стружку и грязь удаляют с поверхности чистой ветошью. Хорошо очищенную поверхность изделия покрывают ровным слоем 10%-ного раствора едкого натра, нагретого до температуры 90—100°C. После высыхания раствора на поверхности металла образуется плёнка с красивым перламутровым отливом. Оксидированную поверхность покрывают бесцветным лаком.

Оксидирование изделий из серебра. Готовят серную печень сплавлением серы и поташа в соотношении 1:2. Сплав измельчают и растворяют в 100 мл воды в эмалированной посуде. Раствор подогревают до 60—70°C. Хорошо зачищенное и отполированное изделие погружают в раствор и выдерживают в нём 2—5 мин.

Оксидирование изделий из меди и медных сплавов можно выполнить в тех же растворах, что и для оксидирования серебра, однако цвет получающихся на них плёнок не всегда совпадает с цветом плёнок на серебре.

Глубокий чёрный цвет на меди получают обработкой в водном растворе следующего состава:

Едкий натр ………………….. 50—60 г/л

Персульфат калия ………….. 14—16 г/л

Рабочая температура раствора 60—65°C, время обработки 5 мин.

Чёрный цвет на латуни можно получить следующим образом. Сначала изделие обрабатывают в водном растворе хромпика (70—80 г/л) и серной кислоты (20—25 мл/л) в течение 20 с при комнатной температуре. Затем, после промывки, — в растворе следующего состава:

25%-ный водный раствор аммиака 100 мл

Карбонат меди ……………………… 40 г

Вода ………………………………….. 1 л

Рабочая температура раствора 15—30°C, время обработки 20—30 мин.

Для получения коричневого цвета на латунных изделиях можно использовать водный раствор, содержащий 50 г/л медного купороса и 5 г/л марганцовокислого калия.

Воронение изделий из стали и чугуна — частный случай оксидирования; состоит в получении на поверхности изделий из углеродистой или низколегированной стали либо чугуна слоя оксида железа толщиной 1—10 мкм. Придаёт поверхности приятный коричневый, тёмно-синий или чёрный цвет разных оттенков. Наиболее простой и доступный в домашних условиях состав для воронения:

Едкий натр ……………………….. 400 г

Калийная селитра.………………… 10 г

Нитрат натрия ……………………… 10 г

Едкий натр растворяют в 600 г воды, добавляют в раствор калийную селитру и нитрат натрия. Рабочая температура раствора 100°C. Тщательно отполированное изделие погружают в раствор и выдерживают в нём до получения желаемого оттенка. После этого изделие нагревают до 300—320°C, далее протирают тряпкой, смоченной касторовым или машинным маслом.

Стальным изделиям можно придать различный цвет (от светло-оранжевого до тёмно-синего) одним только нагреванием. Для этого изделие медленно и равномерно нагревают (на плите, угольях, в горячем песке и т. п.), при этом цвет изделия изменяется в зависимости от температуры: при 230°C металл становится жёлтым, при 275°C — пурпурным, при 288°C — голубым, при 295°C — синим, при 315°C — черно-синим. Такие цвета называются цветами побежалости. Как только изделие при нагревании приобрело желаемый цвет, его немедленно вынимают, обмывают и сушат.

Химическое никелирование изделий из стали, меди и медных сплавов. Предварительно отшлифованное, отполированное, обезжиренное и декапированное изделие погружают в раствор:

Хлористый никель …………………. 30 г

Уксуснокислый натрий ……………. 10 г

Вода …………………………………… 1 л

Хлористый никель и уксуснокислый натрий растворяют в воде, нагретой до 60°C. Температуру раствора доводят до 80°C, после чего в него добавляют 15 г гипосульфита натрия. Температуру раствора вместе с изделием доводят до 90—92°C и поддерживают её постоянной до конца никелирования. Необходимое количество (объём) раствора зависит от площади никелируемого изделия. Отношение этой площади (в дм²) к объёму раствора (в л) должно лежать в пределах 2,5—3,5. При отношении, равном 3, за 1 ч толщина слоя никеля на изделии составит 10 мкм.

Химическое меднение изделий из стали и чугуна проводят в водном растворе:

Сернокислая медь ……………. 8—50 г/л

Серная кислота ……………….. 8—50 г/л

Рабочая температура раствора 18—20°C, время обработки 15—30 с.

Химическое хромирование изделий из стали, меди и латуни. Состав раствора:

Фторид хрома …………………….. 14 г

Гипосульфит натрия ………………. 7 г

Лимоннокислый натрий …………… 7 г

Уксусная кислота ледяная ………. 10 мл

Едкий натр (20%-ный раствор) …. 10 мл

Вода ………………………………… 1 л

Рабочая температура раствора 80°C, время обработки 3—8 ч. Стальные детали рекомендуется предварительно омеднить.

Лужение металлических изделий. Для предохранения поверхности металлов от окисления их покрывают слоем олова (обычно с примесью свинца, железа и другие.гих металлов), на которое слабо действуют воздух, влага, кислоты и щёлочи. Такой защитный состав называют полудой, а процесс его нанесения — лужением. Широко распространено лужение при изготовлении кухонной посуды. Главное условие для получения безвредной для здоровья посуды — отсутствие в ней свинца, так как свинец ядовит. В тех случаях, когда ядовитость значения не имеет, например при лужении проволоки, листовой стали, можно пользоваться составом, содержащим свинец, или сплавом свинца и олова.

Лужение погружением в расплав. Изделие очищают от грязи и оксидов, нагревают, посыпают толчёным нашатырём и опускают в расплавленный сплав олова. Затем изделие вынимают, снимают лишнюю полуду и остатки распределяют по горячему изделию тряпкой или щёткой, смоченной горячим маслом. Медные изделия в расплав не погружают; их нагревают на угольях, посыпают нашатырём, наливают на поверхность небольшое количество расплавленного олова и при помощи пакли распределяют его по всей поверхности. Само лужение необходимо производить как можно быстрее, чтобы олово и изделие не остыли, а слой получался бы равномерным.

Из сплавов для лужения наиболее распространены следующие (в массовых частях, м. ч.):

Для кухонной посуды (безвредные)

1. Олово…………….. 8
Железо…………… 9

2. Олово…………. 100
Железо…………… 6
Никель…………… 9

3. Олово ………….. 16
Железо…………… 1
Никель…………… 1

Для листовой стали и изделий из неё

1. Олово……………. 15
Цинк………………. 1
Свинец…………… 5

2. Олово…………….. 9
Цинк……………… 5
Свинец………….. 6

Лужение из растворов. Для покрытия слоем олова изделий из меди, латуни и бронзы растворяют 16 г алюминиевых квасцов и 1 г дихлорида олова в 300 г воды; раствор доводят до кипения и погружают в него изделие. По мере расходования в раствор добавляют дихлорид олова.

Для лужения изделий из цинка растворяют при нагревании (до 60°C) 20 массовых частей винного камня и 10 массовых частей хлористого олова в 50 массовых частях воды. Изделия, погружённые в этот раствор, через несколько секунд покрываются серым налётом. Их вынимают и протирают чистой тряпкой, пока они не заблестят. Этим же раствором можно пользоваться для лужения меди, латуни, стали и свинца, применяя цинковую пластину в качестве контакта.

Изделия из стали и железа лудят смесью растворов из 30 г винного камня в 10 л воды и 20 г дихлорида олова в небольшом количестве воды. В качестве контакта используют цинк.

Гальваностегия — электрохимический процесс нанесения на металлическое изделие защитного или (и) декоративного слоя другого металла. В основе лежит осаждение на изделии положительно заряженных ионов металлов из водных растворов их соединений (электролитов) при пропускании через раствор постоянного электрического тока. Гальваностегию проводят в гальванической ванне, куда наливают электролит. В домашних условиях в качестве гальванической ванны может быть использована стеклянная, керамическая или эмалированная посуда такого размера, чтобы покрываемое металлом изделие свободно в ней размещалось. Для пропускания электрического тока через электролит в ванну погружают два металлических электрода — анод, присоединяемый к положительному полюсу источника постоянного тока, и катод — к отрицательному. Анод изготовляют из металла, растворяющегося в соответствующем электролите (из меди — при меднении, из никеля — при никелировании и т. д.). Катодом служит покрываемое металлом изделие. В качестве источника постоянного тока можно использовать автомобильный аккумулятор, или выпрямитель (напряжением 6—12 В). Сила тока, протекающего через электролит, регулируют при помощи включённого в электрическую цепь реостата; ток и напряжение в цепи измеряют амперметром и вольтметром.

Очень удобны гальванические ванны прямоугольной формы. В этом случае делают две анодные пластины. Из толстых медных трубок или проволоки изготовляют три поперечные перекладины, из которых две (электрически соединённые между собой) служат для подвешивания анодных пластин, а третья (электрически изолированная от первых двух) — для металлизируемого изделия. В гальванической ванне цилиндрической формы (стеклянной банке) анодную пластину следует согнуть в виде цилиндра (по форме сосуда). Металлизируемые изделия должны быть обращены к аноду (анодам) сторонами наибольшей площади и находиться не очень близко от анодных пластин. Перекладины, к которым на проволоках подвешиваются электроды, необходимо снабдить клеммами для удобства и надёжности соединения. Места соединения проволок с клеммами должны находиться выше уровня электролита, особенно если проволоки и подвешиваемые на них электроды сделаны из разных металлов.

Обязательные условия успешной гальваностегии: 1) предназначенные для покрытия изделия, так же как и анодные пластины, должны быть тщательно обезжирены, очищены от окислов, отшлифованы и отполированы; 2) если в электролите появилась лёгкая муть или образовался осадок, электролит необходимо профильтровать; 3) при сборке электрической цепи гальванической ванны очень важно не спутать полюсы источника постоянного тока (анодные пластины должны быть подключены к положительному полюсу, а изделие — к отрицательному); при неправильном включении в электролите будет растворяться металл не анода, а изделия, что приведёт к порче электролита; 4) ровное плотное покрытие изделия металлом зависит от силы электрического тока, которая не должна превышать заданного предела; например, если норма плотности тока через электролит равна 0,1 А/дм² и изделие имеет общую площадь 0,5 дм², то ток не должен превышать 0,1×0,5=0,05 А (50 мА); при большем токе покрытие будет тёмным, непрочным; если изделие имеет заострённые части, ток следует уменьшить в 2—3 раза.

Изделия погружают в гальваническую ванну под напряжением. Для этого их сначала подвешивают на медных неизолированных проводниках диаметром 0,8—1 мм к перекладине, подсоединяют к источнику электрического тока (при этом реостат включают на полное сопротивление) и опускают в ванну с электролитом. Затем, уменьшая сопротивление реостата, доводят ток до нормы.

В процессе гальваностегии изделие 2—3 раза вынимают из ванны на короткое время и осматривают. Если металл откладывается неравномерно, изменяют положение изделия, повернув его к аноду той стороной, на которой слой металла получился тоньше.

Изделие, вынутое из ванны, как бы хорошо оно ни было отполировано, имеет матовую поверхность. Для придания блеска его полируют зубным порошком при помощи суконки.

Рецепты некоторых электролитов для гальванических ванн.

Электролит для меднения

Медный купорос …………………. 250 г

Серная кислота концентрированная 20 г

Хромовый ангидрид ………………… 2 г

Вода ……………………………… до 1 л

Рабочая температура 18—25°C; рекомендуется перемешивание. Плотность тока 5 А/дм².

Электролит для никелирования

Сернокислый никель ……………. 150 г

Хлористый аммоний ……………… 20 г

Борная кислота ……………………. 25 г

Вода ……………………………… до 1 л

Рабочая температура 50—60°C. Плотность тока 2,5—5 А/дм².

Электролит для хромирования

Хромный ангидрид ……………….. 250 г

Серная кислота концентрированная 2,5 г

Вода ……………………………….. до 1 л

Рабочая температура 25—65°C. Плотность тока 20—50 А/дм².

Электролит для серебрения

Хлористое серебро …………………. 40 г

Железосинеродистый калий

(красная кровяная соль)……………. 200 г

Карбонат калия (поташ)…..………… 20 г

Вода …………………………………… до 1 л

Рабочая температура 20—80°C. Плотность тока 1—1,5 А/дм².