Как обработать металл своими руками

Как защитить металл от коррозии в домашних условиях

Минувший век характеризуется возникновением огромного количества принципиально новых материалов, нашедших широкое применение в разнообразнейших отраслях человеческой жизнедеятельности, включая и строительную. Собственно говоря, в материаловедении произошла подлинная революция, причем значительное внимание было уделено вопросам предотвращения коррозии металлов и разработке материалов, необходимых для достижения этой цели. Так, например, появились различные композитные панели, гальванические покрытия, облицовочные материалы из строительной керамики (керамогранит, облицовочный кирпич и т. д.), прочие современные строительные материалы, не нуждающиеся в защите путем дополнительной обработки.

Применение в строительстве металлических изделий, как и прежде, остается востребованным чрезвычайно широко. Перила, декоративные решетки и ограждения даже сегодня чаще всего изготавливают из металлов, которые подвержены коррозии. Так, отделка фасадов, которую в наше время осуществляют посредством использования тех или иных материалов, устойчивых к воздействию атмосферной влаги, все же не обходится без применения крепежа, узлов ввода-вывода коммуникаций, иных скрытых элементов. Данные компоненты наиболее часто выполняются из металла, а потому жизненно нуждаются в антикоррозионной защите.

Хорошо известно, что основной причиной коррозии является вода, которая неминуемо попадает на металлические поверхности даже в помещениях. А потому наиболее эффективным и, пожалуй, единственным способом защиты металлов, подверженных коррозии, является нанесение изолирующих составов и химических покрытий.

К традиционным способам предохранения металлических изделий от коррозии относится механическая зачистка старой ржавчины, а также нанесение преобразователей ржавчины, позволяющих удалить ее остатки, после чего поверхность металла покрывается грунтом и лакокрасочным защитным слоем.

Некоторые из производителей лакокрасочных материалов рекомендуют осуществить завершение этого процесса путем нанесения поверх слоя краски специального защитного состава. При этом основное внимание необходимо обратить на то, чтобы грунтовки, краски и лаки были качественными. На упаковках с грунтами указываются виды специальных добавок, улучшающих свойства состава: изолирующих, фосфатирующих, пассивирующих и протектирующих.

Как видим, окраска металлических поверхностей «по старинке» — процесс достаточно сложный и трудоемкий, отнимающий много сил и времени. Ныне компании-производители рекомендуют разработанные ими антикоррозионные составы, отличающиеся большей универсальностью, применение которых позволяет одновременно решать не какую-либо одну, а сразу несколько задач. Наиболее популярными среди потребителей являются так называемые средства «два в одном» и «три в одном». Краска «два в одном» сочетает в себе находящиеся в одной емкости грунтующий и окрашивающий составы, при помощи которых возможно выполнение как грунтования, так и окончательной окраски металлических поверхностей.

Нередко производителями подобных красок рекомендуется использование составов типа «два в одном» по предварительно огрунтованным поверхностям, работающим в агрессивных средах, к примеру для кровли.

Композиции «три в одном», кроме грунта и краски, включают в свой состав также и преобразователь ржавчины. Их целесообразно использовать при окрашивании сильно заржавевших поверхностей, при этом необходимо удалить лишь верхний рыхлый слой ржавчины. На упаковках подобных составов обычно можно видеть надпись — непосредственно на ржавчину.

Может ли вода защитить металл от коррозии?

Казалось бы как вообще такое возможно? Этого не может быть, потому что этого быть не может никогда! Однако прогресс не стоит на месте. Он стремительно движется вперед во всех отраслях, в т. ч. и в сфере разработок новых видов лакокрасочных материалов.

Преимущества, которыми обладают лакокрасочные материалы (ЛКМ) на основе водных полимеров, способствуют ежегодному росту их производства и применения. На состоявшейся 3–4 декабря 2013 г. в г. Дюссельдорфе (Германия) конференции European Coatings Conference «Waterborne coatings» были рассмотрены достижения, проблемы и пути их решения в области водных ЛКМ.

Высокое качество водных 2К полиуретановых систем в сочетании с низкой эмиссией растворителей вызывает большой спрос промышленности. Эти материалы успешно зарекомендовали себя во многих сегментах рынка, поскольку они позволяют преодолеть разрыв между растущей потребностью в «зеленых» решениях и требованиями к качеству со стороны промышленности и профессионалов. Поставщики лакокрасочных материалов (ЛКМ) постоянно совершенствуют качество водных систем, а сырьевая отрасль развивает инновационные концепции как для смол, так и для отвердителей.

В докладе д-ра Кристофа Ирла (Christoph Irle), Bayer Material Science (Германия), особое внимание было уделено производству и надежности таких составов. Рассмотрение этих вопросов в дальнейшем поможет получить водные 2К системы, близкие к самой высокой отметке, которая уже многие десятилетия установлена для 2К полиуретановых систем. Продолжил тему полиуретанов д-р Норберт Питшман (Norbert Pietschmann), Institute fur Lack und Fabric (Германия), выступив с докладом «Водные УФ-отверждаемые ЛКМ для защиты стали от коррозии». При испытаниях противокоррозионных свойств пигментов, ингибиторов, связующих или их комбинаций он использовал электрохимические измерения, обеспечивающие более быстрое получение результатов. Этим методом
было установлено, что оптимальная комбинация связующего состоит из смеси УФ-отверждаемых и физически высыхающих дисперсий. Кроме того, был найден подходящий и быстрый способ выбора антикоррозионного пигмента и ингибитора. На основе предварительных исследований могут быть созданы модельные рецептуры с отличной адгезией и коррозионной стойкостью. После нанесения на сталь испарения влаги и УФ-отверждения были испытаны на стойкость к соляному туману и конденсации влаги. Электрохимические исследования подтвердили отличную адгезию и устойчивость к коррозии, однако это было получено только на стальных поверхностях с цинкфосфатным подслоем.

Защита металла от коррозии в домашних условиях

Существуют ли «народные» средства против ржавчины?

И обычное железо, и даже высококачественная сталь во влажном воздухе, который наверняка присутствует в гаражах, сараях и прочих подсобных помещениях подвергаются коррозии — постепенно покрываются буро-коричневой рыхлой пленкой ржавчины. Порой абсолютно новая вещь, случайно оставленная под открытым небом или «забытая» на зиму на даче, покрывается неприятной на вид бурой коростой. Ржавчина, которая состоит из смеси оксида железа Fe₂O₃ и метагидроксида железа FeO(OH), не защищает его поверхность от дальнейшей «агрессии» со стороны кислорода воздуха и воды, и со временем некогда прочный железный предмет разрушается (очень часто полностью).

Секреты удаления ржавчины есть. Ржавчину проще всего снять обработкой разбавленным водным раствором соляной или серной кислоты, содержащим ингибитор кислотной коррозии уротропин. Ингибиторы (от латинского «ингибео» — останавливаю, сдерживаю) — вещества, тормозящие химическую реакцию (в данном случае реакцию растворения металла в кислоте). Но ингибитор коррозии не мешает взаимодействию кислоты с оксидом и гидроксидом железа, из которых состоит ржавчина.

Если заржавели оконные шпингалеты, мелкие детали велосипеда, болты или гайки, их погружают в 5% раствор кислоты с добавкой 0,5 г уротропина на литр, а на крупные вещи такой раствор наносят кистью.

Использовать растворы сильных кислот без ингибитора рискованно: можно растворить не только ржавчину, но и само изделие, поскольку железо — активный металл и взаимодействует с сильными кислотами с выделением водорода и образованием солей. В качестве ингибитора кислотной коррозии при удалении ржавчины можно использовать и картофельную ботву. Для этого в стеклянную банку кладут свежие или засушенные листья картофеля и заливают 5-7%-й серной или соляной кислотой так, чтобы уровень кислоты был выше примятой ботвы. После 15-20-минутного перемешивания содержимого банки кислоту можно сливать и использовать для обработки ржавых железных изделий.

Преобразователь ржавчины превращает ее в прочное покрытие поверхности коричневого цвета. На изделие кистью или пульверизатором наносят 15-30%-й водный раствор ортофосфорной кислоты и дают изделию высохнуть на воздухе. Еще лучше использовать ортофосфорную кислоту с добавками, например, 4 мл бутилового спирта или 15 г винной кислоты на 1 л раствора ортофосфорной кислоты. Ортофосфорная кислота переводит компоненты ржавчины в ортофосфат железа FePO₄ , который создает на поверхности защитную пленку. Одновременно винная кислота связывает часть производных железа в тартратные комплексы.

Металлические поверхности, сильно изъеденные ржавчиной, обрабатывают:

• смесью 50 г молочной кислоты и 100 мл вазелинового масла. Кислота превращает метагидроксид железа из ржавчины в растворимую в вазелиновом масле соль — лактат железа. Очищенную поверхность протирают тряпочкой, смоченной вазелиновым маслом;
• раствором 5 г хлорида цинка и 0,5 г гидротартрата калия в 100 мл воды. Хлорид цинка в водном растворе подвергается гидролизу и создает кислую среду. Метагидроксид железа растворяется за счет образования в кислой среде растворимых комплексов железа с тартрат-ионами;

Отворачивать приржавевшие гайки помогает смачивание керосином, скипидаром или олеиновой кислотой. Через некоторое время гайку удается отвернуть. Затем можно поджечь керосин или скипидар, которым ее смачивали. Обычно этого достаточно для разъединения гайки и болта. Самый последний способ: к гайке прикладывают сильно нагретый паяльник. Металл гайки расширяется, и ржавчина отстает от резьбы; теперь в зазор между болтом и гайкой можно впустить несколько капель керосина, скипидара или олеиновой кислоты, и на этот раз гайка отвернется ключом.

Есть и другой способ разъединения ржавых гайки и болта. Вокруг заржавевшей гайки делают «чашечку» из воска или пластилина, бортик которой выше уровня гайки на 3-4 мм. Заливают в чашечку разбавленную серную кислоту и кладут кусочек цинка. Через сутки гайка легко отвернется ключом. Чашечка с кислотой и металлическим цинком на железном основании — это миниатюрный гальванический элемент. Кислота растворяет ржавчину, и образовавшиеся катионы железа восстанавливаются на поверхности цинка; в то же время металл гайки и болта не растворяется в кислоте до тех пор, пока у кислоты есть контакт с цинком, поскольку цинк более активный в химическом отношении металл, чем железо.

Чтобы предохранить от ржавления столярный или слесарный инструмент, его смазывают с помощью кисточки раствором 10 г воска в 20 мл бензина. Воск растворяют в бензине на водяной бане, не используя открытого огня (бензин огнеопасен).

Полированный инструмент защищают, нанося на его поверхность раствор 5 г парафина в 15 мл керосина. А старинный рецепт мази для защиты металла от ржавчины таков: растапливают 100 г свиного жира, добавляют 1,5 г камфоры, снимают с расплава пену и смешивают его с графитом, растертым в порошок, чтобы состав стал черным. Остывшей мазью смазывают инструмент и оставляют его на сутки, а потом полируют металл шерстяной тряпочкой.

Чтобы в будущем не мучиться, отворачивая крепежные изделия с проржавевшей резьбой, ее заранее смазывают смесью вазелина с графитовым порошком. Вместо вазелина можно взять и любую другую жировую смазку нейтрального или слабощелочного типа. Болты и гайки на такой смазке легко отворачиваются даже через несколько лет пребывания под открытым небом.

Источник

Обработка металла

Металлы и их сплавы издавна используются человеком для изготовления инструментов и оружия, украшений и ритуальных предметов, домашней утвари и деталей механизмов.

Чтобы превратить металлические слитки в деталь или изделие, их требуется обработать, или изменить их форму, размеры и физико-химические свойства. За несколько тысячелетий было разработано и отлажено множество способов обработки металлов.

Особенности обработки металла

Многочисленные виды металлообработки можно отнести к одной из больших групп:

• механическая (обработка резанием);
• литье;
• термическая;
• давлением;
• сварка;
• электрическая;
• химическая.

Литье — один из самых древних способов. Он заключается в расплавлении металла и розливе его в подготовленную форму, повторяющую конфигурацию будущего изделия. Этим способом получают прочные отливки самых разных размеров и форм.

Про другие виды обработки будет рассказано ниже.

Сварка

Сварка также известна человеку издревле, но большинство методов были разработаны в последнее столетие. Сущность сварки заключается в соединении нагретых до температуры пластичности или до температуры плавления кромок двух деталей в единое неразъемное целое.

В зависимости от способа нагрева металла различают несколько групп сварочных технологий:

• Химическая. Металл нагревают выделяемым в ходе химической реакции теплом. Термитную сварку широко применяют в труднодоступных местах, где невозможно подвести электричество или подтащить газовые баллоны, в том числе под водой.
• Газовая. Металл в зоне сварки нагревается пламенем газовой горелки. Меняя форму факела, можно осуществлять не только сварку, но и резку металлов.
• Электросварка. Самый распространенный способ:
  • Дуговая сварка использует для нагрева и расплавления рабочей зоны тепло электрической дуги. Для розжига и поддержание дуги применяют специальные сварочные аппараты. Сварка ведется обсыпными электродами или специальной сварочной проволокой в атмосфере инертных газов.
  • При контактной сварке нагрев осуществляется проходящим через точку соприкосновения соединяемых заготовок сильным электротоком. Различают точечную сварку, при которой детали соединяются в отдельных точках, и роликовую, при которой проводящий ролик катится по поверхности деталей и соединяет их непрерывным швом.

С помощью сварки соединяют детали механизмов, строительные конструкции, трубопроводы, корпуса судов и автомобилей и многое другое. Сварка хорошо сочетается с другими видами обработки металлов.

Электрическая обработка

Метод основан на частичном разрушении металлических деталей под воздействием электрических разрядов высокой интенсивности.

Его применяют для прожигания отверстий в тонколистовом металле, при заточке инструмента и обработке заготовок из твердых сплавов. Он также помогает достать из отверстия обломившийся и застрявший кончик сверла или резьбового метчика.

Графитовый или латунный электрод, на который подано высокое напряжение, подводят к месту обработки. Проскакивает искра, металл частично оплавляется и разбрызгивается. Для улавливания частиц металла промежуток между электродом и деталью заполняют специальным маслом.

Ультразвуковая обработка металла

К электрическим способам обработки металлов относят и ультразвуковой. В детали возбуждаются колебания высокой интенсивности с частотой свыше 20 кгц. Они вызывают локальный резонанс и точечные разрушения поверхностного слоя, метод применяют для обработки прочных сплавов, нержавейки и драгоценностей.

Особенности художественной обработки металлов

К художественным видам обработки металлов относят литье, ковку и чеканку. В средине XX века к ним добавилась сварка. Каждый способ требует своих инструментов и приспособлений. С их помощью мастер либо создает отдельное художественное произведение, либо дополнительно украшает утилитарное изделие, придавая ему эстетическое наполнение.

Чеканка — это создание рельефного изображения на поверхности металлического листа или самого готового изделия, например, кувшина. Чеканку выполняют и по нагретому металлу.

Способы механической обработки металлов

Большую группу способов механической обработки металлов объединяет одно: в каждом из них применяется острый и твердый по отношению к заготовке инструмент, к которому прикладывают механическое усилие. В результате взаимодействия от детали отделяется слой металла, и форма ее изменяется. Заготовка превышает размерами конечное изделие на величину, называемую «припуск»

Разделяют такие виды механической обработки металлов, как:

• Точение. Заготовка закрепляется во вращающейся оснастке, и к ней подводится резец, снимающий слой металла до тех пор, пока не будут достигнуты заданные конструктором размеры. Применяется для производства деталей, имеющих форму тела вращения.
• Сверление. В неподвижную деталь погружают сверло, которое быстро вращается вокруг своей оси и медленно подается к заготовке в продольном направлении. Применяется для проделывания отверстий круглой формы.
• Фрезерование. В отличие от сверления, где обработка проводится только передним концом сверла, у фрезы рабочей является и боковая поверхность, и кроме вертикального направления, вращающаяся фреза перемещается и вправо-влево и вперед-назад. Это позволяет создавать детали практически любой требуемой формы.
• Строгание. Резец движется относительно неподвижно закрепленной детали взад- вперед, каждый раз снимая продольную полоску металла. В некоторых моделях станков закреплен резец, а двигается деталью. Применяется для создания продольных пазов.
• Шлифование. Обработка производится вращающимся или совершающим продольные возвратно- поступательные движения абразивным материалом, который снимает тонкие слои с поверхности металла. Применяется для обработки поверхностей и подготовки их к нанесению покрытий.

Каждая операция требует своего специального оборудования. В технологическом процессе изготовления детали эти операции группируются, чередуются и комбинируются для достижения оптимальной производительности и сокращения внутрицеховых расходов.

Обработка давлением

Обработка металла давлением применяется для изменения формы детали без нарушения ее целостности. Существуют следующие виды:

Перед ковкой заготовку нагревают, опирают на твердую поверхность и наносят серию ударов тяжелым молотом так, чтобы заготовка приняла нужную форму.

Исторически ковка была ручной, кузнец разогревал деталь в пламени горна, выхватывал ее клещами и клал на наковальню, а потом стучал по ней кузнечным молотом, пока не получался меч или подкова. Современный кузнец воздействует на заготовку молотом кузнечного пресса с усилием до нескольких тысяч тонн. Заготовки длиной до десятков метров разогреваются в газовых или индукционных печах и подаются на ковочную плиту транспортными системами. Вместо ручного молота применяются кузнечные штампы из высокопрочной стали.

Для штамповки требуется две зеркальные по отношению друг к другу формы — матрица и пуансон. Тонкий лист металла помещают между ними, а потом с большим усилием сдвигают. Металл, изгибаясь, принимает форму матрицы. При больших толщинах листа металл нагревают до точки пластичности. Такой процесс называют горячая штамповка.

Во время штамповки могут выполняться такие операции, как:

С помощью штамповки выпускают широчайший ассортимент изделий — от корпусов бытовой техники до колесных дисков и бензобаков.

Обработка с помощью резки

Металл поступает на предприятие в виде проката — листов или профилей стандартных размеров и толщин. Чтобы разъединить лист или профиль на изделия или заготовки нужных размеров, применяют обработку резкой.

Для профиля чаще всего используют резку абразивным кругом или дисковой пилой.

Для раскроя листов металла применяют несколько видов резки:

• Ручная. Газосварщик с газовой горелкой вырезает куски металла нужного размера и формы. Применяется в небольших мастерских и на опытных производствах.
• Газовая. Установка газовой резки режет пламенем автоматизированной газовой горелки и позволяет не только быстро произвести раскрой листа, но и разложить вырезанные заготовки по контейнерам для доставки их на сборочные участки
• Лазерная. Режет металл лазерным лучом. Отличается высокой точностью и малым коэффициентом отходов. Кроме резки, может выполнять операции сварки и гравировки — нанесения на металл не удаляемых надписей.
• Плазменная. Режет металл факелом высокоионизированного газа — плазмы. Применяется для раскроя листов из твердых и специальных сплавов.

В условиях промышленного производства и средних или крупных серий на первый план выходит такое понятие, как коэффициент использования металла. Он повышается как за счет более плотной раскладки деталей по площади, так и за счет прогрессивных технологий резки, дающих меньше отходов

Химическая обработка металлов для повышения защитных свойств материала

Химическая обработка металла — это воздействие на него специальными веществами с целью вызвать управляемую химическую реакцию.

Выполняются как подготовительные операции для очистки поверхности перед сваркой или покраской, так и как финишные отделочные операции для улучшения внешнего вида изделия и защиты его от коррозии.

С помощью электрохимической обработки гальваническим методом наносят защитные покрытия.

Термические виды обработки металлов

Термическая обработка металлов применяется для улучшения их физико-механических свойств. К ней относя такие операции, как:

Термическая обработка стали

Термическая обработка заключается в нагревании детали до определенной температуры и ее последующем охлаждении по специальной программе.

Отжиг

Заготовку нагревают до температуры пластичности и медленно охлаждают прямо в печи.

Отжиг снижает твердость стали, но существенно повышает пластичность и ковкость.

Применяется перед штамповкой или раскаткой. Во время отжига снимаются внутренние напряжения, возникшие при отливке или механической обработке.

Закалка

При закалке заготовку прогревают до температуры пластичности и держат в таком состоянии в течение определенного времени, за которое стабилизируются внутренние структуры металла. Далее изделие быстро охлаждают в большом количестве воды или масла. Закалка существенно повышает твердость материала и снижает его ударную вязкость, повышая, таким образом, и хрупкость. Применяют для элементов конструкций, подверженных большим статическим и малым динамическим нагрузкам.

Отпуск

Проводится после закалки. Образец нагревают до температуры, несколько меньшей температуры закалки, и охлаждают медленно. Это позволяет компенсировать излишнюю хрупкость, появившуюся после закалки. Применяется в инструментальном производстве

Старение

Искусственное старение заключается в стимуляции фазовых превращений в массе металла. Его проводят при умеренном нагреве для придания материалу свойств, возникающих при естественном старении за долгое время.

Нормализация

Нормализация проводится для повышения ковкости без заметного снижения твердости за счет приобретения сталью мелкозернистой структуры.

Ее применяют перед закалкой и для повышения обрабатываемости резанием. Проводят так же, как и отжиг, но остывает заготовка на открытом воздухе.

Источник