Что такое побежалость: как появляются и о чем говорят цвета побежалости

В результате теплового воздействия на гладкой поверхности металла образуется характерный оксидный рисунок радужного цвета. Этот рисунок называется побежалостью.

В этой статье мы расскажем, как появляются цвета побежалости, и о чем они говорят. Также мы рассмотрим способы устранения следов побежалости с поверхности металла и поговорим о создании искусственных цветов побежалости.

Спектр цветов проявляется на металлической поверхности в результате появления окисной пленки, которая образуется при нагревании металла до каких-то критических температур. Важным условием для образования на поверхности металла радужной оксидной пленки является отсутствие воздействия воды.

В естественной среде цвета побежалости можно увидеть на поверхностях ряда минералов (пирит, халькопирит и др.). Тончайшая оксидная пленка толщиной в несколько молекул преломляет падающий на ее поверхность свет, и создается эффект интерференции, который позволяет человеческому глазу увидеть на поверхности металла разные цвета.

По мере прогрева материала площадь окисной пленки уменьшается, что объясняется диффузией (атомы кислорода проникают в металл). Побежалость маскирует истинный цвет металлов и сплавов. Чтобы определить реальный окрас понадобится свежий излом.

Яркость цветов радужной окраски зависит от типа и состава металла, толщины и размеров образуемой оксидной пленки, а также длины волны света, падающего на поверхность металла. Наиболее яркую окраску можно наблюдать на медных минералах.

Цветовая палитра зависит от состава металла и выбранного температурного режима. Так, если в состав материала входит большое количество ионов металлов, то поверхность в результате нагрева окрашивается в синие цвета. Если в составе материала присутствуют хромофоры, на поверхности будут преобладать оттенки красного цвета.

В зависимости от степени прогрева металла можно добиться разного эффекта. К примеру, при нагреве нержавеющей стали до 400-499 получается золотистый оттенок покрытия, а при нагреве до 600-699 цвет побежалости будет красным или пурпурным. На поверхности изделий из нержавеющей стали при нагревании до температуры кипения могут появиться радужные полосы.

Для появления цвета побежалости на легированных сталях требуется более сильный нагрев по сравнению с обычной углеродистой сталью.

На цвет побежалости существенно влияют примеси, входящие в состав сплава. Одним из ключевых факторов, влияющих на окрас оксидированных слоев сплавов, является быстрота нагрева. Технологи используют в своей работе высокоточную современную аппаратуру, чтобы точно определить требуемую температуру нагрева.

Цвета и оттенки побежалости могут быть разными в зависимости от типа металла:

• На стальных заготовках цвета побежалости проявляются в виде тонких полос или пятен, окрашенных в различные оттенки синего, зеленого, желтого и красного. При сильном нагреве сталь может приобрести фиолетовый или черный цвет.
• Нагревая нержавеющую сталь с разной скоростью до определенной температуры, можно добиться появления на его поверхностях рисунка в лазурных, сиреневых, изумрудных, золотистых и других оттенках.
• На поверхности чугуна при воздействии высокой температуры появляются яркие сиреневые или синие оттенки. Это связано с наличием в чугуне большого количества углерода, который при высоких температурах образует на поверхности пленки графита.
• Алюминий приобретает яркий золотисто-желтый оттенок. Это происходит из-за того, что оксид алюминия имеет цвет, близкий к золотому.
• На меди цвета побежалости проявляются в виде красно-оранжевых оттенков. Оксид меди имеет ярко-красный цвет, что и придает металлу такой оттенок.

Для жаропрочных и жаростойких марок сталей температурный предел увеличивается. Так, соломенный оттенок на жаростойких сплавах начинает проявляться при температуре свыше 3000 градусов, а фиолетовый и пурпурный проявляются при более сильном прогреве.

Отметим, что цветовая гамма зависит не только от типа сплава, но и от целого ряда условий (наличие примесей, температурный режим, чистота поверхности заготовок и т.д.) Поэтому указанные выше данные являются ориентировочными. 

Интересный факт: до появления пирометров цвета побежалости широко использовали в качестве индикатора температуры нагрева железа и стали при термообработке.

Избавиться от присутствия на поверхности металла цветов побежалости можно несколькими способами:

• Механический метод — один из самых простых способов. Чтобы удалить оксидную защитно-декоративную пленку с поверхности металла, достаточно обработать ее с помощью наждачной бумаги или шлифовальной машины. Для удаления побежалости с поверхности изделий из нержавеющей стали можно использовать войлочный круг, круг скотч-брайт или полированный муслиновый круг. Механический метод больше подходит для заготовок простой формы, если металл имеет сложную конфигурацию, стоит рассмотреть другие методы.
• Химический метод — менее трудоемкий. Для этого можно использовать специальные химические средства для удаления оксидных пленок с поверхности металла. Подойдет любая кислота, можно использовать растворы кислот или щелочей, которые растворяют оксидные пленки. Для удаления радужной пленки с нержавейки можно использовать любой кислотный раствор. Отлично подойдет для этой цели раствор концентрированной азотной кислотой, которая хорошо удаляет побежалость и пассивирует металл.
• Электрохимический метод. Существует также электрохимический способ удаления побежалостей с металла, однако он используется крайне редко из-за сложности процесса.

Для удаления цветов побежалости со сварных швов на заготовках из нержавеющей стали используют специальное оборудование — аппарат для электрохимической очистки и пассивации. Данное оборудование позволяет обработать как сами швы, так и прилегающие участки.

Для обработки металла используют специальные электролиты. Преимущество метода заключается в том, что он не нарушает первоначального вида и целостность сварных соединений, поверхность сохраняет характерный зеркальный блеск. Удаление следов побежалости на нержавеющей стали проводится при помощи электрического тока и специально разработанных электролитов, которые и проводят этапы травления, пассивации и полировки.

В металлообработке активно используется технология воронения. Данная технология покрытия изделий из металлов и сплавов оксидными пленками широко используется в машиностроении более века. Вороненый металл более устойчив к коррозии и механическим нагрузкам. Благодаря покрытию металл приобретает более эстетичный вид даже без использования дополнительных покрытий.

Процедура воронения выполняется следующим образом:

1. Изделие протирают минеральным маслом (или окунают в ванну с маслом)
2. Нагревают до определенной температуры (температурный режим зависит от типа сплава)
3. Далее возможно выполнение закалки в холодном масле

Выгорая, масляная пленка образует на металлической поверхности защитно-декоративное покрытие. Возникающий на металлической поверхности слой окисла полностью устойчив к воздействию влаги, а также обладает высокой прочностью к механическим воздействиям. При интенсивной эксплуатации защитно-декоративный слой может стираться, в этом случае воронение будет необходимо восстановить.

На скорость образования пленки влияют следующие факторы:

• Наличие закалки (на закаленных деталях побежалость проявляется быстрее)
• Присутствие на поверхности изделия загрязнений (грязь препятствует образованию равномерного слоя оксидной пленки)
• Шероховатость поверхности. Характерный оксидный «рисунок» радужного цвета можно получить только на гладкой поверхности
• Технологии нагрева и используемого для этих целей оборудования. Температура побежалости металла отличается для каждого отдельно взятого сплава — это справочная информация. Существуют специальные таблицы, в которых указано, как зависит цвет оксидной пленки от режима нагрева заготовки.

Технологии с использованием цветов побежалости широко применяют в производстве оружия и рабочих инструментов. Наиболее часто технологию используют при работе со сталью и сплавами, медью, алюминием и латунью. Яркость и цвет окраски можно менять, выбирая тот или иной температурный режим.

Лазерная резка стальных сплавов и других металлов является наиболее эффективным и высокоточным методом обработки на сегодняшний день. Однако лазерная резка может спровоцировать нежелательные тепловые эффекты, которые могут ухудшить внешний вид заготовки и привести к образованию дефектов.

Одним из таких дефектов является окисление, которое возникает из-за быстрого нагрева и охлаждения металла в зоне резки. В результате лазерного окисления на поверхности металла могут образовываться оксидные пленки, т.е. цвета побежалости, которые ухудшают внешний вид изделия. Для предотвращения нежелательных тепловых эффектов при лазерной резке сталей необходимо использовать специальные технологические приемы, такие как предварительный нагрев металла, контроль скорости резки и использование защитных газов.