Химическое воронение стали в домашних условиях

Воронение (чернение) металла, стали представляет собой покрытие поверхности специальным слоем. Оно придает изделию определенную окраску: черную, синюю или другую. При такой обработке появляется красивая тонировка. Однако метод широко используется благодаря своей практической пользе: покрытые особой пленкой предметы хорошо защищены от коррозии. Процесс давно получил распространение в промышленности. Некоторые применяют воронение в домашних условиях.

Способы воронения

Существует несколько способов подобной обработки. В промышленности воронение осуществляется с помощью изменения структурного состава поверхности. Нанесение — специальным способом. В домашних условиях применять подобные технологии очень дорого или попросту невозможно.

Однако есть способы, позволяющие чернить сталь дома. Для этого не требуется промышленного оборудования. Все необходимое можно найти в магазине. Эти методы представлены ниже.

Горячий метод

Горячий способ предполагает воздействие высокой температуры. Сначала металл просмаливают, затем обжигают, например, паяльной лампой.

Принцип максимально прост и использовался еще в древности. Для работы достаточно даже обычной кухонной плиты. Под воздействием температуры верхний слой взаимодействует с кислородом.

Нагревание нужно осуществлять медленно, постепенно доводя до 400 °C. Поверхность становится сначала коричневой, а потом — черной. Потребуется масло: оливковое или оружейное. Важно рассчитать его количество и не переусердствовать. В противном случае будут пятна.

Способ в домашних условиях применяется реже остальных из-за технологии. Хотя он имеет преимущества:

• защитный эффект держится дольше, чем при холодном способе;
• безвреден для здоровья;
• требует малых затрат.

Перед беспламенным обжигом желательно обработать изделие специальным составом, в который входят:

Соотношение компонентов один к двадцати соответственно. Наносится как можно более тонким слоем. В итоге защитная поверхность получается очень ровной.

Проверить качество воронения можно простым способом. Окунуть кисточку в обычную воду и провести по обработанной поверхности. Должна получиться пленка, но не капля.

Холодный способ

Другой способ обработки — холодное воронение. Часто используется, если изделия нельзя подвергать серьезным нагрузкам. Занимает немного времени и также не потребует много денег.

Суть заключается в покрытии поверхности особым раствором, например, парижским оксидом. Наносят, как правило, кисточкой. Для большего эффекта изделие погружают в раствор. После процедуры изделие:

1. Моют.
2. Протирают ветошью. Ее необходимо смочить спиртом.

Применение окислителей

Есть метод с использованием расплавленных окислителей:

Такое чернение металла в домашних условиях предполагает погружение в расплав. Изделие находится в нем, пока поверхность не приобретет характерный цвет. При работе стоит помнить, что перечисленные вещества опасны для здоровья. Их можно заменить следующими растворами:

Некоторые особенности

Воронение стали в домашних условиях не представляет ничего сложного. Окислители применяются для обработки и других металлических изделий:

• чугунных;
• медных, которые приобретают интенсивный красный цвет.

Есть ряд особенностей, которые желательно запомнить:

1. Если изделия термочувствительные или закаленные, то их лучше не трогать. Воронение ухудшит характеристики.
2. Для завершения процесса нужно не забыть помыть изделие специальным средством. После сушки иногда требуется смазка маслом.
3. В магазинах нетрудно найти необходимые вещества, например, селитру, лимонную кислоту.
4. Снять чернение также возможно. Для этого понадобится специальный карандаш.

1. Перед началом необходимо зачистить поверхность и отшлифовать ее.
2. Обезжирить особым раствором.
3. Нужно не забыть про резиновые перчатки для защиты рук. К обработанному изделию нельзя прикасаться.
4. Создать вентиляцию, вытяжку.
5. Подобрать сосуд с подходящими свойствами. Объем должен позволять утопить обрабатываемое изделие полностью. Подойдет материал, не боящийся применяемых веществ: стекло, фарфор, нержавейка, фаянс.

Что касается цвета, то для некоторых изделий он также может быть важен. Можно получить различную окраску: от желтой до черной, ее оттенки. Поэтому, строго говоря, чернение и воронение — не одно и то же.

Чтобы добиться нужного цвета, придется дополнительно уточнить компоненты растворов либо обратить внимание на режим термообработки. Например, один из способов заключается в следующем:

1. Берется азотнокислая медь (70 г) и спиртовой денатурат (30 г).
2. Соль нагревают, пока она не расплавится.
3. Добавляют денатурат.
4. Этой смесью покрывают изделие.
5. Нагревают до тех пор, пока не получится необходимый оттенок. Цвет будет меняться.

Секреты воронения

Рецептов воронения существует много. Каждый мастер предпочитает свой, у кого-то могут быть хитрости. В древности нередко рецепты вороненой стали держали в тайне. Сегодня можно найти различные рецепты на любой вкус.

Холодное воронение

Можно привести следующий пример холодного воронения дома:

1. Берется литр воды (дистиллированной), два вида кислоты: 30% соляная (4 г), 69% азотная (13,5 г). Добавляется также хлорид железа трехвалентный (170 г) и сульфат меди двухвалентный (4 г).
2. Смесью обрабатывают поверхность и оставляют на какое-то время. Чем дольше — тем лучше.
3. Ржавчину убирают с помощью водяного пара и щетки.
4. Все повторяется до тех пор, пока результат не окажется желаемым. Некоторые делают это до 10−20 раз.

Рецепт с окислителем

Для примера можно привести следующий рецепт щелочного раствора:

1. Понадобится каустическая сода (400 г), азотнокислый натрий (10 г), вода (600 мл).
2. Воздействовать смесь должна 30 минут или дольше.
3. Затем поверхность хорошо моется, сушится, немного смазывается маслом. Если щелочь не смыть до конца, будет налет.

Во время работы следует соблюдать осторожность. Горячие вещества и химикаты способны повредить здоровью или испортить имущество. Важно не забывать про правильный подбор емкости, подходящую одежду и элементарную технику безопасности.

Все металлические предметы (гвозди, крепежи, инструменты) со временем чернеют и ржавеют. Чтобы избежать этого придумали – воронение стали. Благодаря этому, сталь слала намного лучше на внешний вид и защищённей от ржавчины.

Конечно, настоящее воронение стали делают в промышленных условиях, получая на ее поверхности слой оксида железа, который и защищает металл от коррозии.

С промышленными масштабами и качеством не поспоришь, но и в домашних гаражных условиях можно сделать воронение. Нанести на стальные предметы покрытие, которое образует пленку и будет служить защитой. Качество сравнительно с промышленным оксидированием отличаются, но за неимением имеем то, что имеем. Некоторые методы хорошо зарекомендовали себя на практике и довольно популярны среди умельцев.

Итак методы воронение своими руками.

Холодная обработка: кисточка или ванна?

В арсенале умельцев есть немало растворов» вызывающих на поверхности металла образование темного осадка. При определенных химических реакциях содержащиеся в растворе вещества образуют на поверхности металла черную пленку. Наиболее известным веществом для холодного воронения является «парижский оксид». С улучшенной рецептурой он предлагается в торговой сети как Klever Schnellbmenierung (российский аналог — «Ворон 3»). Содержащее селен вещество наносится кистью на обрабатываемую поверхность, после чего тщательно смывается. Метод довольно экономичный и не требует особых затрат.

Быстрое воронение может применяться для деталей, не подвергающихся высокой механической нагрузке. Тогда как высококачественные стали с содержанием хрома свыше 3% таким способом обрабатывать не рекомендуется. К тому же чернение будет равномерным только при предельно тщательной обработке» после которой требуется полирование специальной пастой.

Гораздо результативнее производить быстрое воронение путем погружения. Эффект от такой процедуры сохраняется более длительное время. Кроме того» операцию можно неоднократно повторить. Для очистки от красящего состава используется моющее средство. После чего обрабатываемую деталь нужно насухо вытереть смоченной спиртом тряпкой. Если теперь на изделие кисточкой нанести дистиллированную воду, то она не будет скатываться каплями, а образует равномерную пленку, свидетельствующую об отсутствии на поверхности жира.

Горячая обработка: масло и огонь

Древний кустарный метод воронения, при котором деталь сначала промасливается, а затем обжигается паяльной лампой, имеет ряд преимуществ. Процесс не сопровождается выделением вредных веществ, дешев и эффективен. И хотя масляный обжиг тоже в полном смысле не является подлинным воронением, образовавшееся покрытие держится на поверхности гораздо дольше, чем при холодной обработке. Желающим выполнить термическое воронение следует слегка нагреть поверхность изделия и нанести на нее очень тонкий слой льняного масла.

Модно использовать также оливковое или специальное оружейное (к примеру, Ballistol). Преимущество последнего заключается в слабощелочных свойствах, не оказывающих разрушительного воздействия на металл. Для этих целей пригодны буроугольное и нефтяное масла, а также различные парафины. При медленном разогреве до 200-400 С легкие фракции улетучиваются, и на поверхности образуется плотная масляная пленка. Дальнейший постепенный нагрев приводит к образованию сначала коричневой, а затем черной окраски, которую уже невозможно удалить. Принципиально важно при данной технологии не применять слишком много масла, чтобы избежать появления пятен.

Наилучший результат достигается при использовании смеси из двадцати частей консистентной смазки и одной части серы. Последняя способствует формированию очень темного слоя сульфида железа. Из серы можно изготовить сернистый бальзам, растворив ее в небольшом количестве скипидара, а затем смешав с льняным маслом. Состав распределяют тонким слоем по поверхности обрабатываемого изделия и подвергают беспламенному сжиганию, что приводит к равномерному воронению.

Воздействие окислителями

На сталь можно воздействовать и расплавленными окислителями. Обычно для этого используют нитраты и нитриты, которые можно нагревать до расплавления (нитрит калия плавится при температуре 395 °С, а азотнокислый натрий — при температуре около 270 С). В расплавы этих солей опускают подлежащие воронению предметы, и они приобретают черную окраску. Однако горячие расплавы нитритов могут вызвать воспламенение органических веществ, а при некоторых обстоятельствах и угрожать взрывом.

Тем не менее данный метод довольно широко практикуется и пригоден для обработки чугуна, стали и даже меди, которая при этом окрашивается в насыщенный красный цвет. Однако его нельзя применять для обработки термочувствительных или закаленных изделий.

Вместо этих довольно опасных веществ можно использовать горячие солевые или щелочные растворы, рабочая температура которых существенно ниже.

Рецепты холодного воронения

1.1000 мл дистиллированной воды, 30 г этанола, 20 г 69% азотной кислоты, 75 г хлорида железа (III), 20 г сульфата меди (II)
2. сульфат железа (II): 30 г, хлорид железа (III): 15 г, сульфат меди (II): 15 г, этанол: 50 г, долить воды до 1000 мл
3.1000 мл воды, 50 г изопропилового спирта, 75 г 30% соляной кислоты, 75 г 69% азотной кислоты, 150 г хлорида железа (III), 30 г сульфата меди (II)
4.1000 мл воды, 13,5 г 69% азотной кислоты, 4 г 30% соляной кислоты, 4 г сульфата меди (II), 170 г хлорида железа (III)

Составы наносят на поверхность и оставляют по возможности дольше для более длительного воздействия в условиях повышенных температуры и влажности. Слой ржавчины затем обрабатывают водяным паром и удаляют щеткой. реакция повторяется до тех пор, пока не будет достигнут желаемый результат. Нередко приходится наносить средство свыше 10 и даже до 20 раз. Для того чтобы освежить старое воронение, сделав его более темным, достаточно 8% раствора азотнокислого серебра.

Рецепты солевых и щелочных растворов

1. 400 г едкого натра, 10 г нитрата калия, 10 г азотистокислого натрия, 600 мл воды
2. 800 г едкого натра, 100 г гидрофосфата динатрия, 50 г азотистокислого натрия, Ю00 мл воды.

Время воздействия данных составов должно превышать 30 минут. Работать следует очень аккуратно и осторожно. Если недостаточно тщательно удалить остатки щелочи, на поверхности изделия может образоваться налет. Поэтому по завершении обработки изделие требуется основательно промыть, высушить и слегка смазать маслом.

Воронение в домашних условиях видео

Чтобы изделие без окрашивания могло служить в течение длительного времени, для защиты от коррозии используют воронение металла в домашних условиях. Подобный способ обработки создает на поверхности деталей тонкую оксидную пленку. Она не пропускает влагу (Н₂О) и газы (СО и О₂) к открытому металлу (в реальных условиях происходит химическая реакция по снижению содержания углерода с понижением твердости).

Оксидирование идет так, что железо проявляет двухвалентные свойства. На поверхности образуются окислы или формируется слой из нерастворимых солей. Только при наличии сильных кислот образовавшаяся пленка может быть растворена.

Причины коррозии металла на открытом воздухе

Совместное действие воды и кислорода происходит по схеме, где оба агрессивных вещества действуют на чистое железо: 4Fe + 6H₂O + 4O₂ = 4Fe(OH)₃.

В результате образуется гидроксид железа Fe(OH)₃, он имеет рыжий (оранжевый) цвет и обладает рыхлой структурой.

Углеродистая сталь при периодическом нагревании в окружающей среде теряет углерод, имеющееся в ней железо больше подвержено коррозии. Обезуглероживание стальных изделий идет по следующим химическим реакциям:

• Fe₃C + CO₂ = 3Fe + 2CO;
• Fe₃C + H₂O = 3Fe + H₂ + CO;
• Fe₃C + 2H₂ = 3Fe + CH₄,

где Fe₃C – цементит, одна из важных составляющих стали. Именно это соединение определяет прочность и твердость стальных изделий.

Для предотвращения коррозии и обезуглероживания изделия покрывают красками или грунтовками. Химическое воздействие сокращается в сотни раз. Но не всегда можно использовать жидкие или порошковые краски. Целая группа стальных деталей эксплуатируется без окрашивания:

1. Холодное и огнестрельное оружие.
2. Изделия, полученные в результате холодной ковки.
3. Претензионные пары, работающие с газами и жидкостями.

Для них нужно использовать иной способ защиты.

Что дает воронение стали?

Некоторые неискушенные мастера часто не знают, что такое воронение металла. Подобным способом обработки пользуются довольно редко, полагая, что – это довольно сложная процедура. На самом деле любой изготовитель может добиться положительных результатов своими руками при минимальных затратах материалов и труда.

При химическом или термическом воронении на поверхности стали образуется окисная пленка толщиной от 1…3 до 10…15 мк. Толщина образовавшегося слоя во многом зависит от применяемой технологии. При выполнении данной операции достигаются основные цели:

• у стального изделия возрастает коррозионная стойкость;
• детали, прошедшие обработку, способны сохранять стойкость к агрессивному воздействию окружающей среды.

Если имеется действие щелочей, кислот и специальной термической обработки, то поверхность покрывается окисью,

Как проводить оксидирование металлов в домашних условиях?

На практике воронение выполняется по различным схемам:

1. Термическая обработка деталей с последующим покрытием маслом.
2. Нагревание до температур кипения в химических растворах.
3. Окрашивание специальными составами, проникающими в поверхностный слой. Происходит диффузия покровного слоя с основой.

В домашних условиях можно реализовать любой из способов, только следует ознакомиться с особенностями технологии, а также подготовить нужное оборудование.

Выбор технологии для воронения деталей

Чтобы подобрать нужный способ воронения, желательно определиться по ряду определенных параметров и рекомендаций:

• В случае восстановления поврежденного покрытия следует определить величину имеющихся повреждений. Если нужно реанимировать ограниченные участки, где имеются царапины или небольшие потертости, выбор останавливают на щелочном способе получения оксидной пленки на поверхности металла.
• При значительном повреждении поверхности детали и наличии на ней коррозии придется полностью снимать имеющееся покрытие.
• У каждого изделия имеется определенная ценность. Исходя из этого, стоит прикинуть, как долго предполагается последующая эксплуатация. Если предмет будет большую часть времени проводить на стене в качестве экспоната, возможны простейшие химические способы обработки.
• Для изделий эксплуатируемых активно в походах, на открытом воздухе (ножи, предметы утвари или огнестрельное оружие) применяют термические способы с использованием масла.
• При выполнении работы под заказ многое зависит от цены, которую может оплатить заказчик. Дешевые заказы выполняются простыми способами, дорогие предусматривают использование более дорогих приемов воронения. При выполнении работы для сторонних заказчиков вопрос: «Сколько стоит?» – будет весьма актуальным.
• На стадии обучения придется за все платить самому. Любое профессиональное обучение затратно, но у самостоятельного познания основ профессии есть преимущество: знания приобретаются без дополнительной оплаты наставнику.

Подготовка к воронению в домашних условиях

При проведении работ по воронению с использованием химических препаратов придется использовать инструменты для очистки поверхности от загрязнений и разных видов жира. Можно производить работы вручную или использовать электроинструмент. Работу нужно выполнять на рабочем столе (верстаке или покрывать стол в квартире съемной столешницей). В самом помещении нужно иметь оснащение и определенные предметы защиты:

1. Нужна рабочая емкость для воронения. Она должна обеспечивать полное погружение детали в раствор.
2. Создать хорошую вытяжную вентиляцию и приток свежего воздуха. Над местом, где выполняются процессы желательно устанавливать зонд, тогда вредные пары не окажут влияния на человека.
3. При работе нужна емкость из материала, который нейтрален к щелочам и кислотам. В ней должна находиться вода или раствор, способный быстро нейтрализовать применяемые препараты. Емкость изготавливается из пластика, стекла, фарфора или фаянса.
4. Работу нужно выполнять в перчатках. Здесь понадобятся резиновые и другие типы перчаток, предотвращающие попадание растворов на руки. Они должны защитить и от возможного термического воздействия.
5. Защита органов дыхания достигается использованием респираторов. При использовании крепких кислот понадобятся фильтры из активированного угля.
6. Защита зрения достигается использованием защитных очков. Имеются специальные очки для работы с химическими реактивами, их продают в магазинах рабочей одежды.
7. Фартуки и куртки из брезента защитят тело от попадания капель растворов.

Щелочное воронение стали

Самым простым способом нанесения оксидной пленки на изделия является щелочное воронение. Принцип действия основан на использовании каустической соды и натриевой селитры (используется в качестве удобрения). Оба компонента имеют выраженную щелочную реакцию.

Для обработки детали массой около 900…1000 г нужно иметь:

• 100 г каустической соды (NaOH);
• 30 г натриевой селитры (азотнокислый натрий NaNO₃).

1. Растворяют компоненты в 100 мл воды. Если этого количества рабочего раствора недостаточно, то увеличивают количество жидкости, а также пропорционально – каустика и селитры.
2. Раствор нагревают до 135…145 ⁰С (растворы солей кипят при температуре выше, чем кипит чистая вода).
3. Деталь отмывают с мылом или слабой щелочью от возможных жирных пятен.
4. Помещают на 30…35 минут в рабочий раствор, поддерживают высокую температуру. В горячем состоянии скорость образования пленки на поверхности стального предмета будет высокой.
5. После завершения процедуры необходимо смыть остатки рабочего раствора.
6. Протереть изделие растительным или техническим маслом.
7. Потом тщательно протереть предмет ветошью, останется только тонкий слой масляной пленки, которая будет дополнительно защищать готовое изделие.

В результате поверхность металла получит черное с синеватым оттенком покрытие. Оно достаточно прочное, выдерживает небольшие механические воздействия.

Иная щелочная обработка возможна в растворах NaOH и КОН. Готовят раствор, в котором растворяется по 300…400 г каждого компонента. Минимальная концентрация щелочей 700 г на 1 л раствора.

Процедура обработку происходит по технологии, описанной выше. В этом случае получается пленка, у которой синевы несколько больше.

Кислотное воронение стальных заготовок

Перед началом кислотного покрытия очищают и отмывают заготовку. Можно обойтись чистым спиртом или раствором крепостью 40 % (обычной водкой). Некоторые используют уайт-спирит. Тампоном очищают поверхность от жирных пятен.

Рецепт № 1

Рабочий раствор для воронения:

• 2 г лимонной кислоты;
• 2 г щавелевой кислоты;
• 1 л воды.

1. Раствор нагревают до температуры 120…125 ⁰С.
2. Помещают в него изделие на 20 минут.
3. После завершения деталь вынимают и промывают слабощелочным раствором. Можно использовать губку, смоченную в шампуни.
4. Завершается обработка протиркой машинным маслом.

Изделие приобретает черный цвет с некоторым оттенком коричневого оттенка.

Рецепт № 2

Используются растительные дубильные вещества (танины). Их получают из ветвей дуба или ивы.

• ветви ивы или дуба (примерно 3 кг) варят в емкости объемом 10 л;
• через 3 часа после варки образуется раствор черного цвета;
• ветви вынимают из раствора;
• выпаривают раствор до 3 л. Получается концентрированная дубильная кислота. Для воронения применяется только часть раствора. Остатки концентрата заливаются в стеклянную емкость и закрывают плотной крышкой (может храниться до 3…4 лет).

1. Используется 20…30 г дубильного концентрата на 1 л рабочего раствора.
2. Для активации процесса проводят воронение лимонной кислотой, ее добавляют в состав рабочего раствора (2…3 г на 1 л воды).
3. В готовый раствор кладут деталь, которую требуется воронить.
4. Длительность процесса составляет 24..30 часов.
5. Деталь после обработки вынимается и промывается.
6. Машинным маслом протирается готовая деталь.
7. С детали убираются остатки масла с помощью ветоши.

Использование «Ржавого лака»

В продаже реализуется «Ржавый лак». Его используют для поверхностного покрытия деталей:

• деталь протирается от остатков жира;
• покрывается лаком;
• растворителем на основе ацетона, например, № 646 смываются излишки лака с поверхности;
• это один из самых быстрых способов воронения с использованием готовых растворов.

Видео: воронение в домашних условиях.

Термическое воронение деталей

В промышленных условиях предпочитают выполнять воронение термическим способом. Обычно эту операцию совмещают с низким отпуском, который снимает внутренние напряжения внутри стальных изделий:

1. Деталь в муфельной печи в течение 20…30 минут нагревают до температуры 180…220 ⁰С.
2. Вынутую деталь протирают машинным маслом с помощью тампона. Желательно провести обработку всех поверхностей.
3. При необходимости обработки повторяют.
4. Обычно достаточно двукратной термической обработки для получения качественной вороненой поверхности.

Информация: на оружейных заводах, производящих огнестрельное и холодное оружие, используют термическое воронение. Покрытие на многих изделиях сохраняется более 100 лет. Пример, винтовки Мосина 1891 г. выпуска и револьверы Наган, выпущенные в конце 1888 г.