Воронение (сталь) - Bluing (steel)
Воронение - это процесс пассивации, при котором сталь частично защищается от ржавчины с помощью черного оксидного покрытия. Он назван в честь сине-черного внешнего вида полученного защитного покрытия. Воронение включает в себя покрытие с электрохимическим превращением в результате окислительной химической реакции с железом на поверхности, селективно образующей магнетит ( Fe
3О
4), черный оксид железа . Для сравнения: ржавчина , красный оксид железа ( Fe
2О
3), претерпевает чрезвычайно большое изменение объема при гидратации; в результате оксид легко отслаивается, вызывая типичное красноватое ржавление железа. Черный оксид обеспечивает минимальную защиту от коррозии, если его не обработать водовытесняющим маслом для уменьшения смачивания и гальванического воздействия. В разговорной речи тонкие покрытия из черного оксида часто называют «воронением», а более тяжелые покрытия - «черным оксидом». Оба относятся к одному и тому же химическому процессу для обеспечения истинного воронения.
Для окислительного процесса используются различные процессы. «Холодное» воронение обычно представляет собой соединение на основе диоксида селена, которое окрашивает сталь в черный или, чаще, очень темно-серый цвет. Этот продукт сложно наносить равномерно, он обеспечивает минимальную защиту и, как правило, лучше всего подходит для небольших быстрых ремонтных работ и подкраски. «Горячий» процесс представляет собой раствор соли щелочного металла с использованием нитрита калия или нитрата натрия и гидроксида натрия, называемый «традиционной едкой сажей», который обычно проводится при повышенной температуре, от 135 до 155 ° C (от 275 до 311 ° F). . Этот метод был принят более крупными производителями огнестрельного оружия для крупномасштабного и более экономичного воронения. Он действительно обеспечивает хорошую стойкость к ржавчине, которая улучшается с помощью масла. «Воронение ржавчины» и «воронение дыма» обеспечивают лучшую устойчивость к ржавчине и коррозии, поскольку в процессе непрерывно любой металл, способный к ржавчине, превращается в магнетит ( Fe
3О
4). Обработка масляным покрытием усиливает защиту, обеспечиваемую воронением. Этот процесс также является единственным способом, который безопасно используется для повторной синей окраски старинного ружья. Многие двуствольные ружья спаяны между собой мягкой пайкой (свинец) или серебром, и многие части крепятся этим же методом. Более высокие температуры других процессов, а также их едкая природа ослабляют паяные соединения и делают использование пистолета опасным.
Воронение также может быть выполнено в печи, например, для меча или другого предмета, традиционно сделанного кузнецом или специалистом, например оружейником. Кузнечные изделия и по сей день иногда можно найти изготовленными из вороненой стали традиционными мастерами в культурах и слоях общества, которые используют эту технологию либо по необходимости, либо по выбору.
Процессы
Горячее воронение
Воронение может быть нанесено путем погружения стальных деталей в раствор нитрата калия , гидроксида натрия и воды, нагретой до температуры кипения, 275–310 ° F (135–154 ° C) в зависимости от рецепта. Точно так же детали из нержавеющей стали могут быть погружены в смесь нитратов и хроматов, нагретую аналогичным образом. Любой из этих двух методов называется «горячим воронением». Есть много других методов горячего воронения. Воронение горячим способом является текущим стандартом воронения, поскольку и оно, и воронение ржавчины обеспечивают наиболее постоянную степень устойчивости к ржавчине и косметическую защиту открытого металла.
Воронение ржавчины
Воронение ржавчины было разработано между процессами горячего и холодного воронения и первоначально использовалось оружейниками в 19 веке для изготовления синего огнестрельного оружия до того, как были разработаны процессы горячего воронения. Процесс заключался в том, чтобы покрыть детали пистолета кислотным раствором, дать им возможность равномерно заржаветь, а затем погрузить детали в кипящую воду, чтобы преобразовать красный оксид Fe.
2О
3в черный оксид Fe
3О
4, который образует более защитное и стабильное покрытие, чем красный оксид; кипящая вода также удаляет любые остатки нанесенного раствора кислоты (часто азотная кислота и соляная кислота, разбавленные водой). Затем рыхлый оксид подвергали кардочесанию (соскабливанию) с помощью чесальной щетки - проволочной щетки с мягкой, тонкой (обычно толщиной около 0,002 дюйма (0,051 мм)) проволоки - или колеса.
Этот процесс повторяли до тех пор, пока не была достигнута желаемая глубина цвета или пока металл не перестанет окрашиваться дальше. Это одна из причин, по которой ржавчина и воронение от дыма обычно более устойчивы к ржавчине, чем другие методы. Затем детали смазывают маслом и оставляют на ночь. Этот процесс оставляет глубокий сине-черный финиш.
Современные домашние любительские версии этого процесса обычно используют раствор перекиси водорода и соли, иногда с уксусом, на этапе ржавления, чтобы избежать необходимости в более опасных кислотах.
Воронение дыма
Воронение от дыма - это еще один процесс, похожий на воронение от ржавчины. Вместо того, чтобы наносить раствор кислоты непосредственно на металлические детали, детали помещают в герметичный шкаф с источником влаги, емкостью с азотной кислотой и емкостью с соляной кислотой . Затем шкаф запечатывают. Смешанные пары кислот образуют однородную ржавчину на поверхности деталей (внутри и снаружи) примерно за 12 часов. Затем детали кипятят в дистиллированной воде, сушат воздухом, затем подвергают кардочесанию, как при воронении ржавчины.
Позднее от этих процессов отказались крупные производители огнестрельного оружия, поскольку для полного завершения часто требовалось несколько дней, а это было очень трудоемко. Их до сих пор иногда используют оружейники для получения аутентичной отделки оружия того времени, когда в моде было воронение ржавчины, аналогично использованию потемнения на более ранних репрезентативных репликах огнестрельного оружия. Воронение ржавчины также используется на стволах ружей, которые припаяны к ребру между стволами, так как горячие растворы для воронения расплавляют припой во время процесса воронения.
Крупномасштабное промышленное горячее воронение часто выполняется с использованием вороненой печи. Это альтернативный метод создания черного оксидного покрытия. Вместо использования горячей ванны (хотя и с более низкой температурой) химически индуцированного метода можно посредством регулирования температуры нагревать сталь точно так, чтобы вызвать образование черного оксида выборочно по сравнению с красным оксидом. Его тоже необходимо смазать маслом, чтобы обеспечить значительную стойкость к ржавчине.
Холодное воронение
Также существуют методы холодного воронения, не требующие нагрева. Коммерческие продукты широко продаются в маленьких бутылочках для холодного воронения огнестрельного оружия, и эти продукты в основном используются отдельными владельцами оружия для небольших доработок его отделки, чтобы небольшая царапина не превратилась в главный источник ржавчины на оружии. время. Холодное воронение не особенно устойчиво к износу кобуры и не обеспечивает высокой степени устойчивости к ржавчине. Часто он действительно обеспечивает адекватный косметический ремонт отделки пистолета при регулярном нанесении и дополнительном смазывании. Тем не менее, небольшие участки воронения ржавчины часто сочетаются, смешиваются и изнашиваются лучше, чем любой процесс холодного воронения.
По крайней мере, один из холодных растворов для воронения содержит диоксид селена . Они работают путем нанесения на поверхность покрытия из селенида меди .
Селитра воронение
В процессе подсинивающей селитры, отполировано и очищенные стальные детали погружают в ванне расплавленных солей; обычно нитрат калия и нитрат натрия (иногда с 9,4 г (0,33 унции) диоксида марганца на фунт общего нитрата). Смесь нагревают до 310-321 ° C (от 590 до 610 ° F), и детали подвешивают в этом растворе с помощью проволоки. Детали необходимо постоянно наблюдать на предмет изменения цвета. Поперечное сечение и размер деталей влияют на результат отделки и время, необходимое для ее достижения. Этот метод нельзя использовать на деталях, подвергающихся критической термообработке, таких как приемники, направляющие или пружины. Обычно он используется для небольших деталей, таких как булавки, винты, прицелы и т. Д. Цвета варьируются от соломенного, золотого, коричневого, пурпурного, синего, бирюзового до черного. Примеры такой отделки распространены на старых карманных часах, стрелки которых имеют так называемый «павлиний синий», насыщенный переливающийся синий цвет.
Цветная закалка
Цветное упрочнение является предшественником окраски всех металлов, обычно используемых в огнестрельном оружии. Современные термически обрабатываемые стали не существовали или находились в зачаточном состоянии. Использовалась мягкая низкоуглеродистая сталь, но для ствольной коробки огнестрельного оружия требовались прочные материалы. Первоначально использовалось цементирование, но не было эстетичного. Цветное упрочнение происходит, когда мягкая сталь помещается в достаточно герметичный тигель в смеси обугленной кожи, костного угля и древесного угля. Этот тигель нагревали до 730 ° C (1350 ° F) в течение 6 часов (чем дольше применялось нагревание, тем толще цементное упрочнение). В конце этого процесса нагрева тигель вынимается из печи и помещается над ванной с водой с воздухом, проходящим через перфорированный змеевик на дне ванны. Дно тигля открывается, позволяя содержимому опускаться в быстро пузырящуюся воду. Дифференциальное охлаждение приводит к появлению цветовых узоров, а также к упрочнению детали.
Различные цвета могут быть получены с помощью различных вариантов этого метода, включая закалку в масле вместо воды.
Браунинг
«Браунинг» - это контролируемая красная ржавчина Fe
2О
3, и также известен как «сливовый» или «сливово-коричневый». Как правило, для коричневого и синего цвета можно использовать один и тот же раствор. Отличие - погружение в кипящую воду для воронения. Затем ржавчина превращается в черно-синий Fe.
3О
4. Многие старые формулы потемнения и воронения основаны на коррозионных растворах (необходимых для ржавления металла) и часто содержат растворы цианидов или солей ртути, которые особенно токсичны для человека.
Приложения
Воронение чаще всего используется производителями оружия , оружейниками и владельцами оружия для улучшения внешнего вида и обеспечения степени коррозионной стойкости огнестрельного оружия. Он также использовался машинистами, которые защищали и украшали инструменты, сделанные для собственного использования. Воронение также помогает сохранить металлическую отделку, сопротивляясь поверхностным царапинам, а также помогает уменьшить блики в глазах стрелка, когда он смотрит вниз на ствол пистолета. Все вороненые детали по-прежнему требуют смазки для предотвращения ржавчины. Воронение, являясь химически конверсионным покрытием, не так устойчиво к износу и коррозии, как гальванические покрытия, и обычно имеет толщину не более 2,5 микрометра (0,0001 дюйма). По этой причине считается, что не следует добавлять какой-либо заметной толщины точно обработанным деталям пистолета.
Новые пистолеты обычно доступны с вариантами вороненой отделки, предлагаемой как наименее дорогостоящая отделка, и эта отделка также наименее эффективна для обеспечения устойчивости к ржавчине по сравнению с другими видами отделки, такими как Parkerizing или твердым хромированием или процессами азотирования, такими как Tenifer .
Воронение также используется для окраски стальных деталей точных часов и других мелких металлических изделий. Это часто достигается без химикатов, просто нагревая сталь до появления голубой оксидной пленки. Синий внешний вид оксидной пленки также используется как индикатор температуры при отпуске углеродистой стали после закалки, указывая на состояние, подходящее для пружин.
Воронение также используется для приправки чугунной посуды, чтобы сделать ее относительно устойчивой к ржавчине и антипригарным покрытием. В этом случае кулинарное масло, а не оружейное масло, вытесняет воду и предотвращает появление ржавчины.
Лезвия для ограждений премиум-класса часто предлагаются с вороненой отделкой. Такая отделка позволяет хранить их в условиях повышенной влажности, как спортивные сумки, без ржавчины.
Воронение часто является занятием для любителей, и существует множество методов воронения, и продолжаются споры об относительной эффективности каждого метода.
Исторически сложилось так, что бритвенные лезвия часто изготавливались из вороненой стали. Свойство нелинейного сопротивления вороненой стали бритвенных лезвий, предвещающее то же свойство, позднее обнаруженное в переходах полупроводниковых диодов , наряду с доступностью бритвенных лезвий из вороненой стали, привело к использованию бритвенных лезвий в качестве детектора в наборе кристаллов AM. радиоприемники, которые военнопленные часто строили во время Второй мировой войны.
Ограничения
Воронение работает только с деталями из стали, чугуна или нержавеющей стали для защиты от коррозии, поскольку оно превращает железо в Fe 3 O 4 ; он не работает с цветными металлами. Алюминиевые и полимерные детали нельзя воронить, и защита от коррозии не предусмотрена. Однако химические вещества из процесса воронения могут вызвать неравномерное окрашивание алюминиевых и полимерных деталей. Никогда не следует пытаться воронить алюминий, так как он бурно реагирует с ванной с едкой солью, потенциально вызывая серьезные химические ожоги.
Трение, как и при ношении кобуры , быстро удаляет холодное воронение, а также устраняет воронение, ржавчину или дым в течение длительного периода использования. Обычно не рекомендуется использовать холодное воронение в качестве подкраски при наличии трения. Если холодное воронение - единственный практический вариант, поверхность следует держать смазанной, чтобы максимально продлить срок службы покрытия.
Смотрите также
Примечания
использованная литература
- Будинский, Кеннет Г. (1988). Обработка поверхностей для износостойкости . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice Hall. п. 48.
- Брими, Марджори А. (1965). Электрообработка . Нью-Йорк: Американская издательская компания Elsevier. С. 62–3.
- «Покрытие оксидное черное для черных металлов (MIL-DTL-13924D)» (PDF) . Министерство обороны. 18 марта 1999 г.
- «Фосфатно-оксидное покрытие черных металлов (MIL-HDBK-205A)» (PDF) . Министерство обороны. 15 июля 1985 г.
- Хау, Уолтер Дж. (1946). Профессиональное оружейное дело . Плантерсвилл, Южная Каролина: Техническое издательство по стрелковому оружию. ASIN B0007DYNVM . OCLC 3648957 .