鋼鐵熱堿發(fā)藍(lán)工藝

1、簡(jiǎn)介：發(fā)藍(lán)工藝是一種材料保護(hù)技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是使鋼鐵表面通過化學(xué)反應(yīng)， 生成 一種均勻致密、有一定厚度、附著力強(qiáng)、耐蝕性能好的藍(lán)黑色氧化膜，起到美化 和保護(hù)工件的作用，廣泛用于機(jī)械零部件和鋼帶的表面處理實(shí)質(zhì)：用強(qiáng)的氧化劑將鋼件表面氧化成致密、 光滑的四氧化三鐵。這種四氧化 三鐵薄層能有效地保護(hù)鋼件內(nèi)部不受氧化 發(fā)藍(lán)處理/發(fā)黑處理在高溫下（約550C ）氧化成的四氧化三鐵呈天藍(lán)色，故稱發(fā)藍(lán)處理。在低溫 下（約350C）形成的四氧化三鐵呈暗黑色，故稱發(fā)黑處理。在兵器制造中，常 用的是發(fā)藍(lán)處理；在工業(yè)生產(chǎn)中，常用的是發(fā)黑處理。主要工藝：熱堿發(fā)藍(lán)、常溫發(fā)藍(lán)、石墨流態(tài)床發(fā)藍(lán)、電阻加熱發(fā)藍(lán)、鉛浴加熱發(fā) 藍(lán)、電

2、磁感應(yīng)加熱發(fā)藍(lán)、含氧蒸汽發(fā)藍(lán)上述工藝的介紹：熱堿發(fā)藍(lán)：鋼鐵在一定濃度的氫氧化鈉和亞硝酸鈉混合溶液中，通過反應(yīng)形成氧化膜。膜的厚度和致密性與氧化時(shí)氫氧化鈉和亞硝酸鈉的濃度、溫度及處理時(shí)間有關(guān)。其一般工藝流程如下：堿洗除油一流水沖洗一酸洗除銹一流水沖洗一發(fā)藍(lán) 流水沖洗一皂化一晾干一浸油。 就熱堿發(fā)藍(lán)而言，其工藝十分古老且成熟?，F(xiàn) 在的研究重點(diǎn)一方面是通過降低堿或亞硝酸鹽的濃度，從而達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù) 設(shè)備、減少污染的目的；另一方面是采用二次發(fā)藍(lán)工藝來克服發(fā)藍(lán)膜產(chǎn)生的某些 缺陷 常溫發(fā)藍(lán)常溫發(fā)藍(lán)過程比較復(fù)雜，一般認(rèn)為在鋼鐵表面發(fā)生氧化還原一沉積反應(yīng)，叉稱溶解一沉積過程。在酸性條件下，鋼鐵基體與亞硒酸

3、和銅鹽發(fā)生氧化還原反應(yīng)，而鋼鐵表面的Fe、Cu與Se發(fā)生沉積反應(yīng)，生成黑色膜。其一般工藝流程如下： 堿洗一除油一溢流漂洗一酸洗除銹一溢流漂洗一發(fā)藍(lán)一溢流漂洗一皂化封閉一 晾干一上油。常溫發(fā)藍(lán)對(duì)預(yù)處理的要求比較嚴(yán)格，另外常溫發(fā)藍(lán)液的配方相對(duì)比 較復(fù)雜。常溫發(fā)藍(lán)工藝是從20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的表面處理工藝，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看， 因其具有成本低、高效、節(jié)能、污染小等優(yōu)點(diǎn)，必將逐漸取代熱堿發(fā)藍(lán)。目前的 研究熱點(diǎn)主要集中在如下幾個(gè)方面：一一是發(fā)藍(lán)機(jī)理的研究二是開發(fā)新型低毒或 無毒的發(fā)藍(lán)液。傳統(tǒng)的發(fā)藍(lán)成膜劑主要集中在硒一銅體系，由于硒為有毒物質(zhì)， 易對(duì)環(huán)境造成污染 石墨流態(tài)床發(fā)藍(lán)石墨流態(tài)床中的石墨粒子和不斷從爐底

4、部送入的大量空氣相接觸， 在一定的溫度 下，碳粒子和空氣中的氧化合成一定比例的 CO2和 C0其中C02和 02呈現(xiàn)一定 的氧化性，經(jīng)過表面凈化的鋼鐵工件在 500600E的石墨粒子爐加熱時(shí)，表面 能生成致密的Fe3O4藍(lán)黑色氧化膜。一般工藝流程如下：機(jī)加工一表面凈化一粒 子爐預(yù)熱發(fā)藍(lán)一粒子爐加熱淬火一回火一皂化一涂油電阻加熱發(fā)藍(lán)電阻加熱發(fā)藍(lán)主要通過多組電源來加熱一個(gè)小的環(huán)境，然后鋼帶在此高溫環(huán)境下 進(jìn)行發(fā)藍(lán)，但該工藝未得到廣泛應(yīng)用鉛浴加熱發(fā)藍(lán)鉛浴加熱發(fā)藍(lán)是一種比較成熟的工藝，一般用于高強(qiáng)度捆帶鋼的發(fā)藍(lán)。其發(fā)藍(lán)流 程一般包括調(diào)質(zhì)和發(fā)藍(lán)兩大階段調(diào)質(zhì)完成后， 半成品的擁帶鋼在經(jīng)過焊接、分條、 清除

5、毛刺等工序后，再次進(jìn)入鉛浴，在 440C左右發(fā)藍(lán)。鉛浴加熱發(fā)藍(lán)在德國(guó) 等歐洲國(guó)家曾經(jīng)非常流行，但由于存在嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，世界上已有部分發(fā)達(dá)國(guó)家禁止使用鉛浴電磁感應(yīng)加熱發(fā)藍(lán)電磁感應(yīng)加熱發(fā)藍(lán)是近年來發(fā)展出來的一種新工藝，主要是利用“電磁感應(yīng)”“渦流發(fā)熱”“磁滯發(fā)熱”等物理現(xiàn)象以及交變電在導(dǎo)體中的分布特征，使得通過某 一磁場(chǎng)的鋼帶發(fā)熱來實(shí)現(xiàn)發(fā)藍(lán)工藝目標(biāo)。電磁感應(yīng)加熱發(fā)藍(lán)雖然出現(xiàn)較晚，但由于其具有熱利用效率高、溫度精確控制、操作簡(jiǎn)單、污染少等優(yōu)點(diǎn)，在調(diào)質(zhì)和發(fā) 藍(lán)效果上有明顯改善，因而發(fā)展迅速，是未來捆帶鋼發(fā)藍(lán)工藝的發(fā)展方向。含氧蒸汽發(fā)藍(lán)含氧蒸氣發(fā)藍(lán)也是一種比較成熟的工藝，其核心是讓鋼帶在進(jìn)行必要的

6、表面預(yù)處 理后，在非氧化性氣氛下，先在退火爐里進(jìn)行退火調(diào)質(zhì)，在退火達(dá)到一定溫度后， 迅速向退火爐通人含氧蒸汽，使鋼帶表面發(fā)生氧化反應(yīng)，從而生成藍(lán)黑色的Fe3O4氧化膜。？原理：鋼鐵在高溫下與一定濃度的氫氧化鈉和亞硝酸鈉混合溶液氧化成的四氧化 三鐵鐵的氧化過程Fef Na2FeO步 Na2Fe2O 傘 Fe3O4具體的化學(xué)反應(yīng)是：3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+NH3+H2O 6Na2FeO2+NaNO2+5H2O=3Na2Fe2O4+NH3+7NaOH Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O=Fe3O4 J +4NaOH熱堿發(fā)藍(lán)原料：1015%濃度的硫酸溶液、碳酸鈉、氫氧

7、化鈉、磷酸三鈉、水玻璃、亞硝 酸鈉、濃度是3050g （肥皂）/L皂化液、2%的硫酸銅、機(jī)油、工件：螺絲帽 M10 （中碳素鋼）除油溶液：碳酸鈉7%氫氧化鈉3%磷酸三鈉3%水玻璃2%水85% （質(zhì)量 組成）氧化溶液：氫氧化鈉33%亞硝酸鈉10%磷酸三鈉2%水55% （質(zhì)量組成） 儀器；大燒杯、酒精噴燈、表、溫度計(jì)、g步驟：1 ）工件裝夾根據(jù)工件的形狀、大小，選擇專門的夾具或吊具，使工件能完全浸入氧化液 中被氧化。2 ）去油將除油溶液加熱至8090C,然后將工件浸入，浸入時(shí)間為 30min左右， 若油污較多，還得延長(zhǎng)除油時(shí)間，以除油徹底為準(zhǔn)（目的是除去工件表面的油污。 經(jīng)過機(jī)加工后，工件表面難免

8、不留下油污。任何油污，都會(huì)嚴(yán)重影響四氧化三鐵 的生成，所以必須在熱堿氧化之前除去）3 ）流水沖洗（防止對(duì)下一步產(chǎn)生影響）4 ）酸洗用1015%濃度的硫酸溶液，加熱到 7080 C,將工件浸入硫酸溶液中， 浸入時(shí)間為30min左右，銹蝕較輕的鋼件可浸20min,銹蝕嚴(yán)重者，則需要浸40min 以上。（目的是除去工件表面的銹跡。因?yàn)殇P跡、銹斑會(huì)阻礙生成致密的四氧化 三鐵層。即使工件無銹跡，也應(yīng)進(jìn)行酸洗，因?yàn)樗褂臀圻M(jìn)一步去除干凈，而且 酸洗會(huì)提高工件表面分子的活化能， 有利于下一工序的氧化，能生成較厚的四氧 化三鐵層）5）流水沖洗6 ）熱堿氧化本工件為中碳鋼，剛開始進(jìn)入氧化液溫度為 125-130

9、 C,氧化溫度 130-135 C,氧化時(shí)間 50Mi n。（氧化是發(fā)藍(lán)、發(fā)黑的主要工序。四氧化三鐵膜層是否致密、是否光滑、是 否有足夠的厚度，取決于氧化階段）7）流水沖洗8 ）皂化皂化液加熱至80100C，將氧化后的工件放入皂化液浸泡 10min左右。（皂 化：發(fā)藍(lán)后的工件置于肥皂水中浸泡， 肥皂就會(huì)與氧化膜微孔中的鐵反應(yīng)， 生成 連續(xù)的親油厭水的硬脂酸鐵薄膜，將氧化膜的微孔堵塞起，提高工件的抗腐蝕能 力）9 ）晾干10 ）上油皂化后的零件浸入到110C左右的機(jī)油中，上油35min （目的是除去零件表 面殘留的水分，增強(qiáng)抗潮濕性能，增加表面光澤）11 ）檢查置于濃度為2%的硫酸銅溶液中浸泡20s，不退黑色者為合格（退黑說明有鐵 與硫酸銅反應(yīng)，氧化膜沒有鋪滿工件）小組討論：1）經(jīng)處理4050min后，工件表面仍不生成氧化膜可能是由于溶液溫度過低，亞硝酸鈉濃度不足引起的。解決辦法是提高溶液 溫度，適當(dāng)增加亞硝酸鈉量2）工件表面呈紅褐色銹斑如果工件表面出現(xiàn)紅褐色斑點(diǎn)或連成一片，這主要是由于氧化溶液中氫氧化 鈉過濃、生成氧化鐵過多所致。