Цветами побежалости называется устойчивое изменение окраски поверхности металла без нарушения его структурных свойств. Металл может приобрести равномерный оттенок по всей поверхности или окраситься в переходящие друг в друга цвета, внешне напоминающие радужную пленку нефтепродуктов на поверхности воды.
Причины возникновения
Природа этого эффекта связана с образованием тонкой оксидной пленки на металлической поверхности. Окисные пленки сами по себе прозрачны, однако способны преломлять световые лучи, попадающие через них на плоскость металла. Световая интерференция приводит к выпадению из зрительного восприятия света определенной длины волны, что ощущается как изменение цвета. Самые тонкие оксидные пленки придают металлу более темные оттенки, находящиеся в сине-фиолетовой области спектра. Чем толще пленка, тем более светлой кажется поверхность. Толстая пленка из оксидов отражает волны малой длины, делая металл воспринимаемым в золотисто-желтом диапазоне.
Факторы появления побежалости
На образование оксидных пленок на металле могут влиять различные факторы:
- Степень нагрева
Влияние высоких температур является основным фактором появления цветов побежалости на металле. Обработка металла часто сопряжена с преднамеренным нагревом либо повышением температуры как побочным эффектом взаимодействия инструмента с металлом. Цвета побежалости могут появиться после горячей прокатки, сварки, резки, токарной обработки. Обычно при быстром нагреве они быстро сменяют друг друга в типичной последовательности, как бы «бегут» по металлу.
Различная температура вызывает образование оксидный пленки разной толщины и, соответственно, разный цвет побежалости. Этот эффект даже используется для определения уровня температурного воздействия на заготовку по изменению оттенка металла. Существуют специальные таблицы соответствия цветов побежалости и степени нагрева. Так, для обычной углеродистой стали появление бледно-желтого цвета характерно при 215°С, с дальнейшим изменением оттенков в такой последовательности:
220°С — светло-соломенный;
230°С — медно-желтый;
235°С — соломенно-желтый;
240°С — соломенный;
245°С — густо-соломенный;
250°С — густо-соломенный с зелёным оттенком;
255°С — бурый;
265°С — коричневый;
270°С — коричнево-пурпурный;
280°С — пурпурный;
285°С — темно -пурпурный;
290°С — голубой;
300°С — синий;
315°С — темно-синий;
320°С — серо-синий;
330°С — фиолетовый с зелёным оттенком.
Однако пробный метод определения нельзя назвать точным, так как есть и другие факторы, влияющие на скорость и толщину образования оксидных пленок.
- Длительность и скорость температурного воздействия
Длительное влияние высоких температур способствует образованию оксидных пленок. Например, после многократного использования мангала без термозащитного покрытия наблюдается потемнение соприкасающихся с огнем поверхностей. Тем, кому приходилось заниматься механической обработкой металла, знаком характерный синеватый цвет среза, возникающий при нагреве от трения между заготовкой и инструментом.
Если изменение цвета нежелательно, лучше воспользоваться способом обработки, не образующим пленки окислов. Например, лазерная резка металла не образует цветов побежалости, так как раскаленные окислы выдуваются из области реза струей газа, а быстрота раскроя не дает температуре повлиять на остальную поверхность заготовки.
С другой стороны, искусственное вызывание цветов побежалости лежит в основе цветной гравировки и маркировки с помощью лазера. Если лазерная резка в обычном режиме не оставляет следов на поверхности металла, более длительное позиционирование луча при меньшей температуре нагрева позволяет получать заданные цвета за счет формирования оксидных пленок нужной толщины.
- Химический состав
Разные металлы и сплавы в разной степени склонны к окислению и образованию поверхностных оксидных пленок. Так, на цветных металлах и сплавах, а также легированной стали цвета побежалости возникают при более высокой температуре. Лазерная резка нержавейки и алюминия проходит на меньшей скорости из-за их тугоплавкости, но длительность нагрева при этом не приводит к изменению цвета, потому что процесс протекает в среде инертного газа, исключающей образование оксидов.
- Гладкость поверхности
Для гладких поверхностей характерно образование равномерной тонкой пленки, на шероховатом металле оксидная пленка более плотная и имеет больше переливов.
- Закаленность металла
Сталь, подвергшаяся термическому воздействию в процессе закалки, изменяет свою структуру. При последующем нагреве закаленный металл образует побежалость с более высокой скоростью.
Способы устранения
Оксидные пленки цветов побежалости имеют толщину пределах от 400 до 5000 ангстрем и доступны для удаления без повреждения поверхности металла. Поэтому цвета побежалости не относятся к дефектам, влияющих на прочностные и конструкционные качества металлических заготовок и готовых изделий. Однако изменение цвета металла может портить внешний вид изделия и не соответствовать нормативам. Для избавления от цветов побежалости используют различные способы.
- Химический способ — нанесение на поверхность заготовки специальной эмульсии, содержащей кислоту. Такая эмульсия растворяет окислов, но не вступает в реакцию с самим металлом. Рекомендуемое время выдержки зависит от типа стали и цвета побежалости. Чем выше температурный оттенок побежалости, тем дольше необходимо выдерживать состав на обрабатываемой области. После выдержки эмульсия снимается ветошью, нейтрализуется щелочными компонентами или смывается водой.
- Электрохимический – когда к воздействию кислоты добавляется гальванизирующий эффект электрического тока, позволяющий получить чистую гладкую поверхность.
- Механический – применение шлифовальной машины, войлочного круга и специальных паст для полировки. Позволяет быстро снять с обрабатываемой поверхности слой окислов и придать ей нужную степень шероховатости.
- Лазерная абляция — испарение поверхностного слоя окислов. Современные лазерные технологии позволяют воздействовать только на тот слой, который требуется удалить, оставляя базовый материал нетронутым.
