Цвета побежалости
Цвета́ побежа́лости — радужные цвета, образующиеся на гладкой поверхности металла или минерала в результате формирования тонкой прозрачной поверхностной оксидной плёнки и интерференции света в ней. Цвета побежалости обычно наблюдаются при нагревании сплавов железа, например углеродистой стали.
- Чаще всего термин используют в металлообработке, термообработке стали.
Происхождение[править | править код]
Физика процесса роста оксидной плёнки на стали[править | править код]
При нагревании стальных изделий вначале один за другим быстро сменяются цвета побежалости, от светло-желтого до серого. Затем, по мере роста температуры (выше 450-500 °С) вслед за последним цветом побежалости появится первый цвет каления, заметные лишь в тёмном помещении. При температуре нагрева, достигающей 650 °С металл накалится до явственного темно-красного цвета. Далее, примерно при 700 °С, металл становится вишнево-красным, при 800 °С - светло-красным, при 900 °С- оранжевым, при 1000 °С - оранжево-желтым, при 1100 °С - светло-желтым, при 1150 °С - соломенно-желтым, при 1200 °С металл накалится до белого цвета, как говорят, до белого каления. Если температуру нагрева увеличить еще на 200°С, то белый цвет почти не изменится, но станет значительно ярче.
Оптические эффекты в тонких плёнках[править | править код]
Цвета побежалости возникают из-за интерференции белого света в тонких плёнках на отражающей поверхности, при этом по мере роста толщины плёнки последовательно возникают условия гашения лучей с той или иной длиной волны. Сначала из белого света вычитается фиолетово-синий цвет (λ~400 нм), и мы наблюдаем дополнительный цвет — жёлтый. Далее, по мере роста толщины плёнки, и, соответственно, увеличения длины волны «погасившихся» лучей, из непрерывного солнечного спектра вычитается зелёный цвет, и мы наблюдаем красный, и т. д.
Применение[править | править код]
Цвета побежалости возникают чаще всего при окислении, в результате термической обработки металлов. Обычно, при быстром нагреве, они быстро сменяют друг друга, в типичной последовательности: светло-соломенный, золотистый, пурпурный, фиолетовый, синий, и затем, по мере роста толщины плёнки, вновь проявляются, но в несколько приглушённом виде: коричневато-жёлтый, красный…
Цвет побежалости, а также цвета каления - свечения металла, нагретого до высоких температур (например для стали от темнокоричневого цвета при 550°С до белого при 1300°С) в прошлом, до появления пирометров, широко использовали в качестве индикатора температуры нагрева железа и стали при термообработке. По цветам побежалости также судили о температуре нагрева стальной стружки, и, следовательно, резца при операциях точения, сверления, резания.
Цвета побежалости — не очень точный индикатор. На них заметно влияет состав сплава, скорость подъёма температуры, состав газовой среды, время выдержки стали при данной температуре, а также характер освещения и др. факторы.
На легированных сталях цвета побежалости обычно появляются при более высоких температурах, так как легирование обычно повышает стойкость стали к окислению на воздухе.
Цвета побежалости применяются при декоративной отделке стальных изделий, а также при их лазерной маркировке.
Примерные цвета побежалости для стали[править | править код]
Для углеродистой стали характерны следующие переходы цвета: соломенный (220 °C), коричневый (240 °C), пурпурный (260 °C), синий (300 °C), светло-серый (330—350 °С).
| Температуpa, °С | Цвета побежалости |
| 200 | Светло-соломенный |
| 220 | Соломенный |
| 225 | Светло-жёлтый |
| 230 | Золотистый |
| 240 | Коричнево-жёлтый |
| 255 | Коричневый |
| 260 | Красно-коричневый |
| 270 | Пурпурно-красный |
| 280-285 | Фиолетовый |
| 295-300 | Ярко-синий (васильковый) |
| 310 | Светло-синий |
| 320-325 | Светло-голубой |
| 330-350 | Светло-серый |
На легированных сталях эти цвета побежалости появляются при более высоких температурах.
Цвета побежалости в природе[править | править код]
На поверхности некоторых минералов (пирит и др.) в результате появления тонкого слоя оксидов нередко наблюдаются интерференционные цвета, аналогичные цветам побежалости (см. Цвет минералов).
Те же цвета иногда образуются на старых образцах стекла, особенно на тех, что долго пролежали в земле; на старинных монетах.