Цвета побежалости: откуда появляются и о чем говорят

Природа появления побежалости

Большое количество природных материалов способно покрываться пленками из окислов, которые, преломляя световые лучи, создают радужную поверхностную окраску. Интерференция окрашивает верхние слои в разные оттенки, которые принято называть цветами побежалости. Такой способностью обладают, в частности, образцы пирита и халькопирита.

Яркость и цвет окраски определяются толщиной оксидного слоя и длиной волны. Наиболее ярко окрашиваются медные минералы. То, какими оттенками играет на свету поверхность металла, зависит от химического состава. Если преобладают ионы металла – в колере больше синих оттенков, а хромофоры делают такую пленку красной.

Поверхность старых, длительное время пролежавших в земле предметов часто естественным путем покрывается цветами побежалости. Стекла, монеты и прочие предметы из металла окрашиваются в радужные оттенки из-за окисления, но часто подобная окраска характерна для поверхностей, покрытых жировой пленкой. Побежалость маскирует настоящий цвет металлов. Для определения истинного окраса следует пользоваться свежими изломами.

Сварка, закалка или другая обработка при высокой температуре приводит к искусственному образованию на поверхностях деталей цветов побежалости металла. Оксидная пленка покрывает материал при нагреве до высокой температуры без контакта с молекулами воды или любой другой жидкостью. Окислы образуют слой в несколько молекул, уменьшающийся при нагревании.

Причиной служит диффузия – проникновение атомарного кислорода в металл. Пленка из окислов более активно формируется на поверхности углеродистых сталей. Легированные сорта существенно медленнее покрываются радужной пленкой.

Для того чтобы произвести воронение, необходимо прокалить детали, заранее протертые минеральным маслом. Выгорая, масляная пленка образует на поверхности металла защитное покрытие, окрас которого можно менять, устанавливая ту или иную температуру прогрева. Вороненые стальные детали становятся устойчивыми к воздействию влаги и атмосферного кислорода.

Факторы, влияющие на цвет побежалости металла

Скорость формирования оксидных пленок может зависеть от таких факторов, как:

1. Степень очистки поверхности от частиц, которые обугливаются при прокаливании заготовок и препятствуют образованию равномерного слоя оксидированного металла.
2. Закалка деталей. На поверхности закаленного металла выше скорость формирования оксидной пленки.
3. Гладкость поверхности. Плотное покрытие из оксидов образуется на шероховатом металле, переливы оттенков маскируют неровности. С другой стороны, полированная плоскость покрывается пленкой более равномерно.
4. Режим прогревания заготовок. Темпы формирования оксидированных слоев зависят от типа и настроек применяемого оборудования. Лучше всего для создания оксидных покрытий подходят печи, позволяющие контролировать режим нагрева и поддерживать стабильную температуру.

Важно учитывать, что температура, до которой нагрет металл, определяет цвета побежалости.

Цвет оксидной пленки на поверхности металлических деталей меняется в зависимости от того, насколько высока ее плотность и температура. Меньшая длина световой волны способствует ее поглощению, а большая – отражению. Отражаясь, свет с большой длиной волны придает поверхности металла фиолетовую или синюю окраску, волны малой длины образуют желтый цвет.

Поверхность изделий из нержавеющих стальных сплавов может быть покрыта радужными разводами, которые появляются при нагреве металла до +100 °С и выше. Цвета побежалости в данном случае – результат изменения кристаллической структуры стали.

На оттенок побежалости в значительной степени влияют примеси, входящие в состав металла, и особенности освещения в помещении. Одним из главных факторов, влияющих на тон оксидированных слоев сплавов, является быстрота нагрева. Сопоставляя цвета, следует пользоваться точной современной аппаратурой, чтобы правильно определить температуру нагрева. Работа пирометров (приборов для бесконтактного измерения температуры) основана на анализе теплового излучения в видимом и инфракрасном спектрах.

Цвета побежалости на разных металлах

Разные металлы при высокой температуре покрываются побежалостями всех цветов видимого спектра различной насыщенности. Их анализ позволяет избежать перегрева, способного ухудшить физико-механические характеристики материала. В связи с этим необходимо понимать, как связаны изменения тона с трансформацией разных параметров исследуемого сплава.

Для правильного анализа цвета побежалости следует изучать при естественном освещении, так как источники искусственного света могут исказить цветопередачу. Чтобы верно сопоставить показатели, надо пользоваться специальными шаблонами-палитрами, которые позволяют определять температуру по интерференционным оттенкам. Кроме того, можно применять приведенные ниже данные по соответствию цветов побежалости нагреву металлических заготовок:

Цвет побежалости углеродистой стали:

• светло-серый: от +330 °С до +350 °С;
• светло-голубой: +320 °С;
• ярко-синий: +300 °С;
• фиолетовый: +280 °С;
• пурпурный: +260 °С;
• коричнево-красный: +250 °С;
• коричневатый: +240 °С;
• золотой: +230 °С;
• соломенный: +220 °С.

Цвет побежалости нержавеющей стали:

• пепельный: +630 °С;
• темно-синий: +600 °С;
• синий: +540 °С;
• темно-фиолетовый: +450 °С;
• фиолетово-коричневый: +420 °С;
• коричневатый: +390 °С;
• интенсивный желтый: +370 °С;
• соломенно-желтый: +340 °С;
• светло-желтый: +290 °С.

Титан – металл серебристо-белого цвета, хорошо поддающийся свариванию и горячему пластичному деформированию. В ходе термообработки его поверхность приобретает побежалость. От стальных сплавов этот материал отличается тем, что при нагреве свыше +700 °С диаметр зерен его кристаллической решетки увеличивается. Образование любых оттенков, кроме соломенных и серебряных, на поверхности титановых изделий свидетельствуют о нарушении технологии при обработке металла:

• серовато-синий: +500 °С;
• темно-синий: +450 °С;
• желто-голубоватый: +320 °С;
• соломенный: +240 °С.

Цвета побежалости образуются также на поверхностях таких металлов, как вольфрам, чугун, ковочное железо и др. Как уже говорилось, цветовая гамма при этом зависит от ряда условий, таких, например, как наличие примесей, температурный режим и т. д. Поэтому указанные выше данные являются ориентировочными. На практике все металлы и сплавы обладают индивидуальными особенностями, касающимися образования цветов побежалости при определенной температуре.

Способы убрать побежалость с металла

Методы удаления побежалости с поверхности изделий разберем на примере нержавеющей стали. Оттенки сплава зависят от толщины оксидированного слоя. Нагревая данный материал с разной скоростью до определенной температуры, можно добиться появления на его плоскости лазурных, сиреневых, изумрудных, золотых и других цветов.

Для того чтобы избавить нержавеющую сталь от побежалости, можно прибегнуть к различным способам:

Химический метод

Избавиться от радужных разводов, портящих внешний вид стального изделия, поможет любая кислота. В условиях домашней мастерской можно воспользоваться уксусом. Чтобы удалить побежалость, следует протирать этой жидкостью нагретую деталь, повторяя операцию до приобретения материалом первоначального оттенка.

Для удаления радужной пленки с поверхности нержавеющей стали можно использовать любой кислотный раствор. Неплохо воспользоваться для этой цели концентрированной азотной кислотой, которая хорошо удаляет побежалость и пассивирует металл.

При химической очистке придерживаются следующей последовательности:

• обезжиривание с использованием специального состава;
• травление при помощи травильного геля, спрея или жидкости для травления погружением;
• обработка пассиватором для нержавеющих стальных сплавов, при которой образуется поверхностная защита от окисления.

Механический метод

Для удаления побежалости с поверхности изделий из нержавеющей стали можно использовать войлочный круг, который при необходимости легко изготовить из старого валенка. Эффективно избавить металл от радужной пленки поможет паста ГОИ, нанесенная на войлок. Для обработки понадобится угловая шлифовальная машинка (болгарка) с регулятором оборотов.

Электрохимический метод

Для очистки поверхности металла от побежалости часто пользуются электрохимическим методом. Для работы понадобится раствор лимонной кислоты (примерно 2 ч. л. на 0,5 л воды), источник электрического тока и электрод с надетым на него войлоком. Подключив трансформатор одним контактом к обрабатываемому изделию, а вторым к электроду и смочив войлок разведенной лимонной кислотой, можно приступать к обработке.

Этот способ выручает там, где по тем или иным причинам нельзя использовать химический и механический методы. Обработка лимонной кислотой – довольно длительный процесс, но результат того стоит. Она эффективно восстанавливает не только внешний вид металла, но и защитную пленку оксида хрома, без которой поверхность материала утрачивает коррозионную стойкость.

Также для удаления цветов побежалости со сварных швов на нержавеющей стали используют специальный аппарат, который позволяет обработать как сами швы, так и прилегающие участки. Для обработки, включающей в себя травление, пассивацию и полировку, используют специальные электролиты.

Важная особенность этого метода заключается в том, что он не нарушает первоначального вида сварных соединений. Поверхность сохраняет зеркальный блеск, матовость или следы шлифовки, а слой пассивного металла надежно защищает места сварки от коррозии.

Электрохимическая обработка дает возможность повысить эффективность производства, обеспечить долгий срок службы изделий и сохранить отличный внешний вид.

Радужные разводы, вызванные интерференцией лучей света, встречаются на каждом шагу в виде радуги или игры оттенков на крылышках насекомых. Цвета побежалости наблюдаются на поверхности различных металлов и сплавов, где они появляются благодаря оксидной пленке. Их часто используют как в производстве, так и для придания изделиям особой эстетики.