钢铁表面发黑处理探讨与实践.docVIP

钢铁表面发黑处理探讨与实践 涂装与电镀2010年第4期 钢铁表面发黑处理探讨与实践 向兴海 (中国振华集团永光电子有限公司,贵州贵阳,550018) 摘要本文介绍了钢铁零件发黑处理及质量控制的方法.总结了在日常工作中,钢铁零件表面进行发黑处理的 一 些切实可行的办法,常见发黑溶液的故障分析处理和补救方法. 关键词钢铁发黑;表面处理;氧化膜 1前言 钢铁零件通过氧化处理形成保护性氧化膜层, 膜层的颜色取决于钢铁零件的表面状态,钢铁材料 的成分和氧化处理的工艺条件,一般呈黑色或蓝黑 色.膜层的厚度约为0.61xm一1.5tzm,由于该氧化 膜极薄,氧化处理后不影响零件的精度. 钢铁零件进行氧化处理俗称发蓝,具有成本较 低,工效高,无氢脆的优点,常用作机械,精密仪器, 兵器等的防护,装饰.特别适用于不允许电镀或涂 漆零件以及在油中工作的精密机械零件的防护. 钢铁发黑主要有高温化学法和常温化学法. 2高温氧化处理的基本原理 高温化学法是在大于100oC的条件下,在含有 一 定氧化剂的浓氢氧化钠碱液中进行处理,生成以 磁性氧化铁(Fe,O)为主要成分的氧化膜. 钢铁零件表面首先受到氢氧化钠溶液的微腐 蚀作用,析出铁离子.铁离子与氢氧化钠和亚硝酸 钠起作用,生成亚铁酸钠(Na:FeO:)和铁酸钠 (Na:Fe:O),然后铁酸钠与亚铁酸钠进一步作用, 生成氧化膜(Fe.O).其化学反应方程式如下: 3Fe+NaNO2+5NaOH—3Na2FeO2+NH3t+H2O 6N%FeO2+NaNO2+5H2O3N%Fe2O4+NH3t+7NaOH NazFeO2+NazFe2O4+2H2O-+Fe3O4+4NaOH FeO在溶液中溶解度小,当浓度达到饱和时 结晶出来,先形成晶核,再长大成晶体,最终形成一 层连续的氧化膜. 氧化膜生长的速度和氧化膜的厚度,致密度等 都取决于晶核的形成速度与每个晶核的长大速度 之比.若晶核形成速度快,而晶核长大的速度相对 较慢,则氧化膜生长速度快,膜层薄而致密.反之, 则生长速度慢,氧化膜厚而疏松. 随着氧化膜厚度的增加,膜的颜色由浅逐渐变 深,其顺序是:无色_+黄色-+橙色_+红色_÷紫红色 _÷紫色蓝色_+黑色. 同时有一部分铁酸钠水解,生成氧化铁的水化 物,形成红色挂灰. Na2Fe2O4十(4+2n)H2O_+2re(OH)3?nH2O+2NaOH 3高温氧化处理工艺 3.1钢铁零件氧化工艺流程 化学除油_+热水洗冷水洗_+酸洗_+冷 水洗(两次)氧化处理_+回收温水洗_+冷 水洗一浸肥皂水-+干燥一浸油. 3.2各工序配方和工艺条件 3.2.1化学除油 氢氧化钠,g/L3O 磷酸三钠,g/L35 碳酸钠,g/L35 乳化剂,g/L3 温度,oCgt;80 时间,min5—8 收稿日期:20o9一l2—15 作者简介:向星海,男,大学本科学历,助理工程师,从事电镀技术工作. 2010年8月向兴海:钢铁表面发黑处理探讨与实践41 3.2.2酸洗 盐酸 尿素 温度 时间 % g/L 3.2.3双槽氧化 30 O.8 室温 1—5 表1氧化液配方及工艺条件 工艺特点:本工艺可获得保护性能较好,膜层 较厚的光亮黑色氧化膜,可避免挂灰的形成. 3.2.4浸肥皂 肥皂,g/L30 ‘温度,qC80 时间,min2—5 3.2.5浸油 成分锭子油 温度,oC100 时间,min3—5 3.3氧化槽液的配制 在氧化槽内先加入2/3体积的水,将计算量的 氢氧化钠在不断搅拌下慢慢加入槽内,待其溶解 (要防止氢氧化钠放热溅出).然后在搅拌下加人 亚硝酸钠,待其全部溶解后稀释至总体积,搅匀. 新配制的发蓝液,为使其生成的氧化膜结合牢固, 均匀致密,应采用铁屑处理或加人20%以下的旧溶 液,以增加溶液中的铁离子. 4影响膜层质量的主要因素 4.1氢氧化钠 氢氧化钠可使钢铁表面产生轻微腐蚀,析出铁 离子,促使氧化膜的形成.当溶液中氢氧化钠的含 量较低时,钢铁表面生成的氧化膜常出现花斑,保 护性能差.若氢氧化钠的含量过高,会增加Fe0 在槽液中的溶解度,从而促使氧化膜溶解,降低晶 核的形成速度,生成的氧化膜疏松多孔,表面还易 生成含水的氧化铁(Fe0,?mH0),呈红色挂灰. 氢氧化钠的添加量,可按溶液沸点每升高1每升 溶液需添加10g一15g计算.对于二次氧化补加时, 氢氧化钠与氧化剂的比值,第1槽为(2.5__3.5): 1,第2槽为3.4:1. 4.2亚硝酸钠 提高氧化剂亚硝酸钠的含量可加快氧化速度, 获得的氧化层致密牢固,色泽美观.当氧化剂含量 过低时,氧化膜厚而疏松,且易剥落.一般将亚硝 酸钠与氢氧化钠含量的比例控制在1:(3_5). 4.3铁离子 槽液中铁离子少,则生成的氧化膜厚而疏松, 与基体结合不牢固,易被擦去.若槽液中铁离