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鋼鐵發黑表面處理工藝

發藍工藝介紹?
·? 一、發藍工藝介紹:
???鋼鐵的“發藍”或“發黑”是指鋼鐵的化學氧化,鋼鐵在含有氧化劑的溶液中進行處理,使其表面生成一層均勻的藍黑到黑色膜層的過程。根據處理溫度的高低,鋼鐵的化學氧化可分為高溫化學氧化和常溫化學氧化。這里主要以高溫堿性氧化為主。
?二、發藍工藝處理原理:
???高溫化學氧化是傳統的發藍方法,采用還有亞硝酸鈉的濃堿性處理液,在140℃左右的溫度下處理15min-90min。高溫化學氧化得到的是以磁性氧化鐵(Fe3O4)為主的氧化膜,膜厚一般只有0.5μm-1.5μm,最后可達2.5μm。氧化膜具有良好的吸附型。將氧化膜浸油或做其他后處理,其耐蝕性能可大大提高。由于氧化膜很薄,對零件的尺寸和精度幾乎沒有影響,因此在精密儀器、光學儀器、武器、及機器制造業中得到廣泛的應用。

?三、化學反應機理:
???鋼鐵浸入溶液后,在氧化劑和堿的作用下,表面生成Fe3O4氧化膜,該過程包括以下三個階段:
???鋼鐵表面在熱堿溶液和氧化劑(亞硝酸鈉)的作用下生成亞鐵酸鈉
?????3Fe + NaNO2 + 5NaOH = 3Na2FeO2 + H2O + NH3↑
???亞鐵酸鈉進一步與溶液中的氧化劑反應生成鐵酸鈉
?????6Na2FeO2 + NaNO2 + 5H2O = 3Na2Fe2O4 + 7NaOH + NH3↑
???鐵酸鈉(Na2Fe2O4)與亞鐵酸鈉(Na2FeO2)相互作用生成磁性氧化鐵
?????Na2Fe2O4 + Na2FeO2 +2 H2O = Fe3O4 + 4NaOH
???在鋼鐵表面附近生成的Fe3O4,其在濃堿性溶液中的溶解度極小,很快就從溶液中結晶析出,并在鋼鐵表面形成晶核,而后晶核逐漸長大形成一層連續致密的黑色氧化膜。

?四、發藍工藝主要流程:
???脫脂→除銹→清洗→發藍→清洗→浸油→檢驗


一片綠葉
[神機真人]?

以下是本人撰寫的鋼鐵堿性氧化(發蘭)工人技術培訓材料的部分段落 ,供您參考。
2 氧化膜的特點及應用范圍
鋼鐵的化學氧化處理亦稱發藍。鋼鐵通過氧化處理,在表面形成一層氧化膜,膜的厚度約為0.5~1.5μm,厚度很小,因此對工件尺寸無影響。由于氧化是在堿性溶液中進行的,氧化后的工件也就不會產生氫脆。氧化膜的組成主要是Fe3O4,稱之為磁性氧化鐵。這種氧化膜同空氣中自然形成的氧化膜相比,膜層均勻而緊密,但以覆蓋層標準來衡量,其防護性能仍很差,需要浸肥皂液,浸油或鈍化處理后,防護性能和潤滑性能才能得到提高。氧化主要應用于機械、儀器儀表、槍械等的精密零件及不能以其他覆層替代的防護—裝飾性工件。彈簧鋼、細鋼絲、及簿鋼片零件也常用氧化膜作為防護層。
4 氧化膜的性質
影響氧化膜質量(結構、色澤和防護性能)的主要因素是膜層的厚度。十分薄的膜(2~4nm)是無色的,沒有防護能力。過厚(>2.5μm)的膜同樣達不到最好的防護能力,其外觀呈無光澤的黑色或灰黑色,結構疏松,抗磨能力差。合適的厚度為0.6~0.8μm,此時的氧化膜表面呈現出黑色或藍黑色,帶有光澤,膜層致密耐磨性能好,但不是所有鋼材都能獲得這種氧化膜,鋼鐵化學成份對膜層外觀和結構有明顯影響,合金鋼和低碳鋼的氧化膜層因易夾雜氧化鐵而帶有紅色掛灰,而鑄鐵、硅鋼的氧化膜外觀呈黃色至淺黃色。
5 堿性氧化溶液成份及操作條件
如前所述,堿性氧化溶液都是含氧化劑的濃堿溶液,而按具體成份、濃度不同又分為多種配方。為了得到較厚和防護性能較高的氧化膜,還有采用濃度不同的兩種溶液進行兩次氧化(我們所在60年代中后期曾使用過)的方法。目前我所采用的是最基本最通用的一種溶液配方,這種溶液的濃度較小,也沒有加促進劑,因此成膜速度較慢,需要較長的處理時間,膜層較薄,但比較光亮、美觀,其成份及操作條件是:

氫氧化鈉 (NaOH) 550 ~ 650克∕升
亞硝酸鈉 (NaNO2) 150 ~ 200克∕升

溫 度 (℃) 135 ~ 145 (確切的控制溫度應視鋼成份而定)
時 間 (min) 40 ~ 120 (確切的控制時間應視鋼成份而定)

6 影響氧化質量的因素及工藝過程的控制
6.1 溶液成份
6.1.1 氫氧化鈉的含量溶液中氫氧化鈉的含量與氧化速度有關,濃度高些可加快氧化速度,膜厚度也略有增加,但決非越高越好,較適合的濃度是550~700克∕升,過高容易形成紅色掛灰、疏松、多孔氧化膜。當氫氧化鈉含量超過1100克∕升時就不再形成氧化膜,甚至原先已有的膜還會被溶解。氫氧化鈉太低時,不僅氧化膜薄且易發花,防護性能亦差。
雖然氫氧化鈉的范圍相當寬,實際操作時仍應根據鋼材(工件)的化學成份選擇最合適的含量:高碳鋼可以用較低的氫氧化鈉,而低碳鋼應采用較高的濃度。
6.1.2 亞硝酸鈉濃度亞硝酸鈉是溶液中的氧化劑。提高亞硝酸鈉濃度,可使溶液中亞鐵酸鈉和鐵酸鈉增多,從而加快氧化速度,形成的氧化膜層致密且牢固。若亞硝酸鈉含量過低時,氧化膜雖厚但疏松,氧化劑本身的消耗亦會增加,有時還會使氧化膜出現難看的暗綠色。通常亞硝酸鈉含量控制在150~250克∕升范圍內。
6.1.3 鐵鐵雖然并不包括在溶液成分之內,但是溶液中必須要含有少量的鐵,只有那樣,才能在工件表面形成致密且結合牢固的氧化膜。新配制的溶液中因缺乏鐵致使所得到的膜十分疏松,同基體的結合力亦很差。當然鐵的含量亦不能過高,否則會導致氧化膜的成膜速度下降,且膜上出現紅色掛灰。一般鐵的含量應控制在0.5 ~ 2.0克∕升范圍內。
6.1.4 氧化溫度、時間與鋼鐵(工件)含碳量的關系 用來制造工件的鋼材中均含有少量碳。碳含量對氧化過程影響較大。一般,含碳量高的鋼容易氧化,因而所采用的溫度較低,時間也較短;含碳量低時不易被氧化,所用溫度必須高些,時間也要長得多;中碳鋼所需溫度和時間介于兩者之間。
氧化時間、溫度和鋼材含碳量的關系見表1

表1 氧化溫度、時間和鋼含碳量的關系
鋼材(工件)含碳量(%) 氧化溶液溫度(℃) 氧化時間(min)
0.7以上或鑄鐵 138 ~ 142 15 ~ 25

0.4 ~ 0.7 142 ~ 145 25 ~ 40

0.1 ~ 0.4 140 ~ 145 40 ~ 60

合金鋼 135 ~ 138 50 ~ 120

高速鋼 135 ~ 138 30 ~ 40

注:鋼材的名稱、牌號、含碳量、合金成份在黑色金屬材料手冊中可以查到

氧化過程的實際操作是在溶液沸騰或接近沸騰情況下進行的,溶液濃度同溫度存在對應關系,溶液的沸騰溫度隨著氫氧化鈉濃度增高而升高,所以這兩個因素的影響其實是一致的,即溶液中氫氧化鈉含量愈高,其沸騰溫度就愈高。下圖1是溶液溫度(或氫氧化鈉濃度)對膜成張速度的影響關系曲線。從圖中可以看到:溫度愈高,膜的成長速度愈快,最終獲得的膜厚度也愈大。
過厚的氧化膜常常是疏松和不耐磨擦的。此外,在過高的溫度下還會促進溶液中鐵酸鹽加速水解,形成含水氧化鐵紅色掛灰附著在工件上,致使膜的質量低劣。因此,化學氧化操作不宜在溫度超過145℃的沸騰溶液中進行。

6.2 氧化溶液的配制
6.2.1 計算并稱量所需之氫氧化鈉和亞硝酸鈉;將所需氫氧化鈉分批加入氧化槽中,用部分冷水在攪拌下使其溶解,再加水至計算容積的4/5;
6.2.2 將亞硝酸鈉緩緩加入槽中;
6.2.3 加水至計算容積(液面的標高)后將溶液加熱至沸騰;
6.2.4 測量溫度,取樣分析,必要時進行調整;
6.2.5 用標準樣件試氧化,送檢合格后即可投入使用。
注:新配溶液中因缺鐵,在處理首批工件時可能得不到合格的氧化膜,可用下列任一種方法進行調整:a.以廢工件處理一個班次。 b.按每升溶液加入2.5g Fe2(SO4)3?9H2O。 c.加入20%左右舊氧化溶液。





金屬表面處理技術之一:鋼鐵發黑(發藍)

作者:小瑋

? ?鋼鐵表面發黑被廣泛應用于各種鋼鐵制品的防腐及裝飾處理。目前,鋼鐵發黑主要有高溫堿性發黑、常溫發黑。

? ? 一、高溫堿性氧化發黑:

? ? 高溫堿性發黑(又稱發藍) 是鋼鐵最典型的發黑方法,已有幾十年的歷史,且工藝相對成熟,發黑質量穩定 ,膜的外觀、附著力和耐蝕性為目前各方法中最為理想的。因此,它仍是目前鋼鐵發黑的最主要的方法 。這種方法采用NaNO 2 和NaOH 的濃溶液, 將欲發黑的工件置于此液中, 在140℃ 左右(視共建材質不同,發黑液溫度略有不同,一般高碳鋼在138℃,中碳鋼在140℃,低碳鋼在142℃)煮40min左右。X射線衍射分析結果表明,在鋼鐵件表面形成致密的晶態結構的Fe 3 O 4 膜。該氧化膜與鋼鐵基體表面接觸良好,具有很好的附著力和防腐性能。

? ? 高溫堿性發黑的機理: 高溫堿性發黑過程中涉及到的化學反應有多個,首先在高溫下發生下列反應
2NaNO 2 = Na 2 O + N 2 O 3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (1)
生成的N 2 O 3 再和溶液中析出的氫發生反應
2N 2 O 3 + 6H 2 = 4NH 3 + 3O 2? ? ? ? ? ? ? ? (2)
生成的氧會與鐵發生下列一系列反應
2Fe + O 2 =2FeO? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(3)
4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(4)
3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (5)
一般認為,上述反應按哪種方式進行主要取決于溶液中氧的濃度。氧的濃度高會生成Fe 2 O 3 使表面發紅。因此,應適當控制氧化劑的含量,從而得到黑色的晶態Fe 3 O 4 膜。





FeO是氧化亞鐵.
它是黑色粉末. 難溶于水.?
純鐵是銀白色的。?
氧化鐵Fe2O3是紅褐色的。?
四氧化三鐵Fe3O4也是黑色的。?

鐵的氧化物有氧化亞鐵(FeO)、氧化鐵(Fe2O3)和四氧化三鐵(Fe3O4)等。?
FeO是一種黑色粉末,它不穩定,在空氣里加熱,就迅速被氧化成Fe3O4。?
Fe2O3是一種紅棕色粉末,俗稱鐵紅,它可用作油漆的顏料。?
Fe3O4是一種復雜的化合物,它是具有磁性的黑色晶體,俗稱磁性氧化鐵。?
鐵的氧化物都不溶于水,也不跟水起反應。?
FeO和Fe2O3都能跟酸起反應,分別生成亞鐵鹽和鐵鹽。
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@ 盟友2568974560
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