钢铁常温无毒发黑地研究.pdfVIP

钢铁常温无毒发黑的研究 于嫒范晓燕徐海燕 (大连大学化学化工系 116622) 摘要讨论了钢铁常温发黑机理，提出了一种‘常温发黑液配方，采用有机酯类作为 固化剂，发黑膜结合力好，探讨了影响因素并综各测试了黑化膜的性能。 关键词钢铁常温发黑 ， 1 引言 化学处理是通过化学反应在金属表面形成一种黟密的不溶性保护膜。钢铁材料表面黑 化是一种常用的化学处理手段，其目的是改进金属表面性能，减少机械产品在动转过程中 的闪光以减轻眼睛的疲劳，是金属材料腐蚀与防护的有效方法之一。由于其效果好具有优 良的耐蚀性能，已广泛用于机器、仪表、军工及日常用品的防护和装饰。 间，并有能耗大，生产周期长，劳动条件差等缺点。近年来，人们致力于常温发黑工艺的 研究与开发。虽然常温发黑克服或避免了上述传统发黑工艺存在的弊端，但目前较为成功 的工艺是硫酸铜．亚硒酸体系，成膜主要成分二氧化硒为剧毒物质，且原料价高．来源困难， 普遍存在致命的缺点，即发黑膜与钢铁基体的结合力不佳，有些产品，甚至出现手摸一 手黑，一擦即露底的现象。因此。针对常温发黑工艺的现状，研究开发成本低，工艺稳定， 膜层性能好的常温无毒发黑液就具有十分重要的意义。 ’ 笔者经过一年多的试验，成功地研究出一种较为理想的钢铁常温无毒发黑液，并对其 影响因素和性能进行了综合分析与测试。 2常温发黑剂配方与发黑机理 2．1常温发黑液配方 硫酸铜 硫酸镍 葡萄糖 2●2 甘油 O OP-10 O 固化剂 l 2 pH 3吼触叽舭蚺姚q硝 游离酸度 ·lIO· 总酸度 “15点 温度 常温(10～40C) 时间 l一3min 2．2发黑机理 钢铁件发糕膜的形成过程大多数的看法是：在氧化剂的作用F，零件表面的铁被溶解， 在金属铁和溶液界面处形成氧化铁的过饱和溶液。进而在促进剂的作用下，在金属表面的 活性点上生成氧化翱晶脆，并逐渐增长形成一层连续成片的氧化膜。 根据笔者试验过程的观察和分折认为，发黑膜的形成由以F三个化学反应来完成。 (1)金属铁与发黑液中的游离酸反应，铁表面被溶解。 Fe+2H+_Fe。斗H2t (2)溶液中的铜离子在活化的金属表面析出，形成沉积铜层。 CuZ++2e--CuJ, (3)在促进剂的作用下．发黑剂(以L代替)与铜作用生成铜的黑色氧化物—C如O Cu+L}Cu20 3结果与讨论 31 发黑滚中主要成分对发黑膜的影响 (1)硫酸铜 硫酸铜浓度适度增加，则Cu“沉积速度快，二^；_=量的活性cu粒子的生成将加速氧化剂 的还原，并分解出活性氧。cu2+浓度太高时，其沉积速度大于被活性氧氧化的速度，结果 是膜层泛暗铜色乃至铜色。 (2)辅助成膜剂 研究中发现。若钢铁表面仅沉积～层发黑膜，壤层疏松、掰亨着力很差，加入一种辅助 成膜剂，如硫酸镍，当钢铁件与主成膜剂反应的同时，自发伴随产生辅成膜反应，从而改 变膜的组成和结构，改善其性能。 、 (3)酸度缓冲剂 发黑成膜反应的进行伴随着氢离子的消耗，如果酸度变化太大．不仅影响发黑酸度， 而且还影响发黑荆的稳定性，加入适量的酸度缓冲剂。控制发黑剂的pH值为2∞，使其 在整个发黑过程中不需调整酸度，而当酸度缓慢降低时．只需适当延长发黑时间即可。