Как защитить сталь медью, омеднение железа и других металлов

Чтобы продлить срок службы металлоконструкций и металлических изделий, поверхностный слой железа необходимо защитить от коррозии.

Разумеется, для защиты металла от ржавчины существуют всевозможные краски, лаки и прочие защитные покрытия. Но ЛКП имеют весьма ограниченный срок службы, через 3-5 лет металлоконструкцию нужно красить заново.

В качестве альтернативы традиционному окрашиванию многие мастера прибегают к помощи омеднения металлоизделий. Обзор расскажет о том, как омеднить сталь.

Тонкий омедняющий слой обретает со временем зеленый оттенок. Чаще всего защита стали медью проводится в отношении кровельного железа. Позеленевшая от меди крыша не будет бросаться в глаза, при этом медь надежно защитит металлическую кровлю от коррозии и последующего протекания.

Омеднение стали – электролитическая реакция, в ходе которой железо покрывается слоем меди. Толщина медного слоя может составлять от 1 до 300 (мкм), зависимо от продолжительности процесса и других условий протекания гальванической реакции.

При электролитическом омеднении стали купрум соединяется с железным основанием на молекулярном уровне. В данном случае создается высоконадежное защитное покрытие, устойчивое к механическому воздействию и влаге.

Ниже будет рассказано про омеднение металлов.

Для чего омедняют сталь

Разумеется, медь является далеко не самым дешевым металлом. Для защиты от коррозии простой углеродистой стали можно применять и более доступный по цене цинк, а также олово.

Но медь обладает некоторыми уникальными свойствами, которые делают гальваническое покрытие на основе данного металла более выгодным:

1. Стойкость к высоким температурам
2. Улучшение электропроводности и снижение сопротивления
3. Повышение качества пайки
4. Снижение искрообразования
5. и пр.

Защита стали медью актуальна для многих заготовок, которые подвергаются термообработке. Медный слой препятствует насыщению стали углеродом.

Гальваническое омеднение стали нередко используется для достижения декоративного эффекта. При окислении медного слоя появляется патина, которая является неотъемлемым спутником антиквариата и винтажной старины.

Медному покрытию можно подвергать и различные резьбовые соединения. В данном случае омедняющий слой будет выступать в качестве дополнительного уплотнения.

Омеднение применяют и в роли грунтового слоя, перед нанесением гальванических покрытий из никеля и хрома.

Существует громадное множество вариантов применения омедняющего покрытия.

Теперь подробнее о том, как омеднить сталь.

Методы омеднения стали

Осаждение меди на поверхности стали можно производить несколькими способами:

1. Окраска медным купоросом (с погружением в раствор и без)
2. Гальваническое покрытие в электролите

Методика осаждения меди определяет главным образом толщину защитного покрытия. Электролитическая реакция обеспечивает куда более надежный слой медной защиты. Но в этом случае омеднение будет более сложным и трудоемким.

Как проводится омеднение металлов купоросом.

Омеднение при помощи раствора купороса

Медный купорос представлен сернокислой медью. Это кристаллы синего или бирюзового цвета. При разведении купороса водой медь диссоциирует на ионы, которые легко осаждаются на металлических или любых других токопроводящих поверхностях.

Омеднение раствором купороса позволяет создавать на поверхности стали защитное покрытие лишь небольшой толщины, до 3-5 (мкм). Разумеется, толщину слоя можно увеличить, если провести процесс омеднения многократно.

При защите стали медью методом нанесения купороса можно не применять электричество. Дело в том, что сталь и медь имеют разные электрические потенциалы. Fe: –0,44, Cu: +0,34 (В). При помещении в один электролит железа и меди возникает гальваническая пара. Диссоциированный на ионы кумпрум оседает на железе.

Меднение раствором купороса производится по следующей схеме:

• Готовим раствор медного купороса. Для этого нужно растворить в 500 (мл) теплой дистиллированной воды 100 (г) купороса. После полного растворения кристаллов во взвесь следует ввести 100 (мл) аккумуляторного электролита на основе серной кислоты.

О приготовлении аккумуляторного электролита будет подробно написано ниже по тексту.

• Первичная подготовка металла. Если сталь имеет следы коррозии, ржавчину нужно обязательно убрать.

Перед меднением крайне желательно убрать с поверхности стального изделия все царапины и прочие деффекты. Для этого можно прибегнуть к шлифованию и полировке металла.

• Обезжириванием металлоизделие. С поверхности металла нужно убрать жировую пленку и прочие загрязнения. В противном случае слой меди не будет надежно держаться на металлоизделии, медное покрытие начнет в прямом смысле слова вытираться со стальной поверхности.

Для обезжиривания стали рекомендуется использовать щелочной раствор. Обычно применяют калиевую или натриевую щелочь, KOH или NaOH. Для приготовления щелочного раствора используется 100 (г) щелочи и 1 (л) дистиллированной воды.

При обезжиривании следует натирать металлоизделие раствором щелочи при помощи щетки.

После обработки щелочью металлическое изделие нужно обязательно промыть в чистой воде.

• Убираем оксидную пленку. Для растворения окислов потребуется аккумуляторный электролит. Без удаления оксидной пленки не получится добиться стойкого, надежного и долговечного медного покрытия.

Можно воспользоваться уже готовым электролитом. Если же приготовленного электролита нет, то следует смешать 35 (мл) серной кислоты и 65 (мл) дистиллированной воды. На выходе получится 100 (мл) аккумуляторного электролита плотностью около 1,2-1,4 (г/см3).

Для удаления оксидной пленки следует просто окунуть металлоизделие в электролит. При этом лучше всего выдержать металл в растворе на протяжении 10 секунд.

• Окунаем металлоизделие в раствор медного купороса. Для создания более-менее надежного медного защитного слоя необходимо выдержать сталь в растворе не менее 10 минут.
• Обязательно нужно погасить кислотность в растворе кальцинированной соды. Для этого следует просто окунуть омедненный металл в содовый раствор.

В некоторых случаях не получается окунуть заготовку в ванну с раствором медного купороса. Если заготовка имеет крупные размеры, то вполне допустимо нанести раствор медного купороса на стальную поверхность.

Наносить раствор купороса лучше всего кисточкой. Окрашивание медным купоросом следует проводить в 2-3 слоя. После нанесения каждого слоя кисточку нужно хорошо промывать в чистой воде.

Как омеднить сталь при помощи электролита.

Омеднение методом электролиза

Если на поверхности металлоизделия необходимо создать медный слой увеличенной толщины, 150-300 (мкм), то при омеднении стали не обойтись без использования электротока.

При помощи электролитического (гальванического) омеднения получается создать медный слой с поправкой на механическую обработку, шлифование и полирование.

В роли источника электрического тока следует использовать блок питания с напряжением 5 (В) и силой тока в пределах 0,5 (А).

• Защита стали медью при помощи электролиза осуществляется по аналогии с предыдущим способом, окрашиванием медным купоросом. Для этого необходимо подготовить раствор купороса и зачистить металлоизделие.

• Помещаем медный анод в раствор купороса. Специалисты рекомендуют применять анод закольцованной формы. Но так как в электролите полно ионов меди, то вполне можно применить самый простой пластинчатый анод.

К аноду подключаем плюсовую клемму источника электропитания.

• Помещаем в раствор купороса стальную деталь. Металлоизделие подключаем к минусовой клемме.
• Включаем блок питания. В настройках следует предварительно установить силу тока на уровне 0,5 (А) и напряжение в пределах 5 (В). При запуске электролитической реакции напряжение может заметно упасть, так и должно быть.

• Даем заготовке время на омеднение. Процесс электролиза занимает около 30 минут. Но для получения медного слоя большой толщины можно увеличить время выдержки до 2-3 часов.
• После получения медного слоя металлоизделие нужно промыть в растворе кальцинированной соды. Если этого не сделать, то оставшаяся на металлическом изделии кислота испортит со временем медное покрытие.

Что еще нужно знать про омеднение металлов.

Можно ли покрывать медью другие материалы

Защита стали медью при помощи купороса применима по большей части лишь к углеродистой и инструментальной низколегированной стали. Если планируется покрывать медью алюминий или нержавеющую сталь, то придется использовать омеднение методом электролиза.

Параллельно с металлами омеднять можно и любые другие материалы, от древесины до пластика.

При омеднении материалов с низкой электропроводностью следует предварительно нанести на целевые поверхности токопроводящий состав на основе графита. Это может быть лак, паста и другие аналогичные средства. В данном случае медью покроются лишь те участки, которые были обработаны графитом.