Медные детали после химического оксидирования: радиатор, шины, штуцеры и тубус оптики; справа — медь без обработки

Оксидирование меди

Оксидирование меди — химическая или электрохимическая обработка, при которой на поверхности меди и её сплавов вырастает сплошная плёнка оксида меди толщиной 1–2 мкм. Плёнка получается реакцией самого металла с раствором, поэтому держится прочно и почти не меняет размеры детали. Чёрный оксид меди убирает блики в оптике, улучшает сцепление меди со смолой в многослойных печатных платах и защищает медные детали от потемнения и пятен.

Плёнка 1–2 мкм: размер детали растёт не больше чем на 1 мкм
Матовый чёрный цвет: оксид меди отражает всего несколько процентов света
Защита от потемнения и коррозии после промасливания или лака

Зачем оксидируют медь

На воздухе медь окисляется медленно и пятнами: появляется красно-бурая закись меди Cu₂O, чёрная окись CuO или зелёная патина из карбонатов и сульфатов. Такая плёнка неровная и не защищает. При оксидировании в растворе плёнку выращивают сплошной и одного цвета.

Печатные платы: чёрный или коричневый оксид на внутренних медных слоях многослойных плат увеличивает площадь сцепления со смолой препрега и защищает плату от расслоения при пайке
Оптика и лазерная техника: чёрная плёнка на бленде, диафрагме или радиаторе поглощает паразитный свет
Декоративная отделка: «старая медь» и «античная бронза» на фурнитуре, архитектурных деталях и сувенирах
Защита от коррозии: после промасливания или лака плёнка защищает медные детали от потемнения, отпечатков пальцев и влаги

Методы оксидирования меди

Метод	Как идёт процесс	Плёнка и цвет	Где применяют
Химическое щелочное	детали погружают в горячий раствор едкого натра с окислителем — персульфатом калия или хлоритом натрия	CuO, бархатисто-чёрная или коричневая	платы, оптика, радиаторы, детали приборов
Анодное (электрохимическое)	деталь — анод в щелочном электролите, кислород окисляет медь под током	CuO, плотнее и глаже химической	точные детали, где нужна ровная тонкая плёнка
Медно-аммиачное	раствор основной углекислой меди в аммиаке при комнатной температуре	чёрная	латунь и медь, мелкие детали и крепёж
Сульфидное (патинирование)	раствор полисульфида калия («серная печень») при комнатной температуре	сульфид меди CuS, от золотисто-коричневой до чёрной	декоративная отделка под лак
Термическое	нагрев в печи на воздухе или в кислороде при 400–600 °C	смесь Cu₂O и CuO	применяют редко: плёнка отслаивается при перепадах температуры

В промышленности чаще всего применяют химическое оксидирование в щелочном растворе: оно не требует тока и подвесок с токоподводом, а раствор затекает в глухие отверстия и пазы, куда не достать кистью или распылителем.

Составы растворов для оксидирования меди

Раствор	Состав	Температура и время	Плёнка
Персульфатный	едкий натр 50–60 г/л, персульфат калия 10–15 г/л	60–65 °C, 5–10 мин	чёрная, для меди
Хлоритный	едкий натр и хлорит натрия	70–95 °C, несколько минут	чёрная или коричневая, для слоёв печатных плат
Медно-аммиачный	основная углекислая медь 40–60 г/л, аммиак 25 % 200–250 мл/л	18–25 °C, 5–15 мин	чёрная, для латуни и меди
Анодный	едкий натр 150–200 г/л, анодная плотность тока 0,5–1,5 А/дм²	80–90 °C, 20–30 мин	чёрная, плотная

Ванна щелочного оксидирования с подвесками деталей — Ванна щелочного оксидирования: стальной корпус, нагреватели и бортовой отсос

Цвет плёнки зависит от температуры раствора: при недогреве медь покрывается бурым налётом закиси вместо чёрного оксида, при перегреве растёт толстый рыхлый слой, который стирается пальцами, как сажа. Поэтому температуру раствора держат с точностью до нескольких градусов, а концентрацию едкого натра и окислителя проверяют анализом.

Горячая щёлочь разрушает пластик, поэтому ванны делают из углеродистой или нержавеющей стали, со стальными трубчатыми нагревателями и бортовыми отсосами: кипящий щелочной раствор даёт едкий аэрозоль.

Цвет оксидной плёнки: чёрный, коричневый, патина

Медные пластины: без обработки, золотисто-коричневая, тёмно-коричневая, чёрная плёнка и зелёная патина — Цвета медных образцов: от исходной меди до чёрного оксида и зелёной патины

В начале оксидирования медь покрывается красно-коричневой закисью Cu₂O, затем она переходит в чёрную окись CuO. Остановив процесс раньше, получают коричневый цвет, доведя до конца — глубокий чёрный. Сульфидное патинирование даёт оттенки от золотисто-коричневого до иссиня-чёрного, а зелёную патину получают отдельными растворами солей меди.

Плёнка повторяет рельеф металла: на полированной меди чёрное покрытие блестит, на матированной или шлифованной — поглощает свет. Поэтому для оптики детали перед оксидированием матируют, а для декоративной отделки — полируют.

Свойства оксидной плёнки на меди

Свойство	Значение	Что это даёт
Толщина	1–2 мкм, половина слоя — за счёт окисления металла вглубь	размер растёт не больше чем на 1 мкм — можно оксидировать резьбу и посадочные места
Структура	игольчатые кристаллы CuO, бархатистая поверхность	смола и клей сцепляются с медью прочнее, свет поглощается
Отражение света	несколько процентов	нет бликов в оптических приборах
Теплопроводность	тонкий слой почти не мешает отводу тепла	подходит для медных радиаторов
Нагрев	оксид меди не выгорает и не дымит при нагреве, в отличие от краски и лака	детали, которые греются в работе
Износостойкость	низкая: оксид хрупкий	на трущихся поверхностях плёнка стирается

Медь и её сплавы: какие материалы оксидируют

Подвеска с медными деталями после оксидирования поднята из ванны промывки — Подвеска с оксидированными деталями после промывки

Медь М1, М2, М3 — оксидируется лучше всего: плёнка ровная, насыщенно-чёрная, с хорошим сцеплением.
Латуни Л63, ЛС59-1 — цинк растворяется в горячей щёлочи, поэтому латунь чернят в медно-аммиачном растворе или сначала меднят; подробнее — на странице химического оксидирования латуни.
Бронзы — оловянные и фосфористые оксидируются как медь; алюминиевые (БрАЖ) мешает оксид алюминия, их перед оксидированием травят в специальном растворе.

Подготовка поверхности и этапы оксидирования меди

1

Механическая подготовка

Полировка, шлифование или матирование — от неё зависит, будет ли чёрная плёнка блестящей или матовой.
2

Обезжиривание

Щелочной раствор при 60–70 °C снимает смазку и полировальные пасты, затем промывка в горячей и холодной воде.
3

Травление

10–20 % раствор серной или соляной кислоты при комнатной температуре снимает естественный оксид: медь становится розовой и активной. Промывка.
4

Оксидирование

Детали на подвесках из медной или стальной проволоки опускают в горячий щелочной раствор на 5–20 минут: плёнка проходит путь от бурой закиси до чёрного оксида.
5

Промывка и сушка

Холодная, затем горячая деминерализованная вода, сушка при 60–80 °C.
6

Наполнение

Детали погружают в масло или гидрофобизатор, которые заполняют поры плёнки; для декоративных изделий — лак.

Обозначение на чертеже и стандарты оксидирования меди

ГОСТ 9.306-85 — обозначение на чертеже: химическое оксидирование — «Хим.Окс», с указанием цвета — «Хим.Окс.чрн»; анодное — «Ан.Окс»; промасливание — «прм» после обозначения
ГОСТ 9.305-84 — операции технологического процесса и составы растворов
ГОСТ 9.301-86 — требования к внешнему виду покрытия
Контроль: внешний вид и равномерность цвета, сцепление — протиркой белой бязью (плёнка не должна мазаться)

Доставка готовых деталей и оплата заказа

Доставка

Готовую партию отгружаем транспортной компанией «Деловые Линии». Работаем в первую очередь с предприятиями Уральского федерального округа. Забрать детали можно и самостоятельно — с площадки технопарка в Челябинске, ул. Машиностроителей, 7.

Оплата и документы

Работаем с юридическими лицами: договор и счёт, акт выполненных работ и другие необходимые документы предоставляются исполнителем работ, без посредников
Стоимость технолог считает по чертежу или эскизу за 3–5 дней
Минимальная сумма заказа — 50 000 ₽
Принимаем в работу материал заказчика

Вопросы об оксидировании меди

Стирается ли чёрная плёнка на меди

Оксид меди хрупкий и не выдерживает трения, в отличие от анодированного алюминия. Покрытие подходит для оптики, сцепления со смолой и защиты от потемнения, но не для трущихся поверхностей.

Меняются ли размеры детали после оксидирования меди

Почти нет: плёнка 1–2 мкм наполовину растёт вглубь металла, размер увеличивается не больше чем на 1 мкм. Резьбу и посадочные места оксидируют без доработки.

Чем оксидирование отличается от патинирования

При оксидировании на меди растёт плёнка оксида, при патинировании в растворе полисульфида — плёнка сульфида меди. Сульфидная плёнка мягче, даёт больше оттенков и требует лака.

Чем ещё защитить медь от потемнения

Если нужна не чёрная плёнка, а пайка и электрический контакт, медь лудят: о покрытии оловом — на странице лужения меди. Для контактов с малым переходным сопротивлением применяют серебрение.