黃銅鈍化Word 文檔

1、1前言黃銅是一種銅鋅合金材料，因其優(yōu)異的性能被廣泛地應(yīng)用于儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、輕工制品、小五金及電子等領(lǐng)域。由于外環(huán)境的影響，黃銅件極易變色，為此，黃銅制品必須經(jīng)過表面防腐處理方可使用。對黃銅件而言，比較有效的表面防腐處理方法是重鉻酸鹽鈍化處理。為了豐富鈍化膜的外觀色澤，獲取抗變色性能更好的鈍化膜，我們探討了鈍化工藝對外觀色澤及抗變色性能的影響。2實驗2.1原料濃硫酸(CP)、濃硝酸(CP)、濃鹽酸(CP)、碳酸鈉(CP)、磷酸鈉(CP)、硅酸鈉(CP)、OP乳化劑(工業(yè)級)、重鉻酸鉀(CP)、氯化鈉(CP)、黃銅(含Cu 60%)2.2鈍化工藝一步鈍化工藝：化學除油水洗預(yù)酸洗液水洗混酸浸蝕水

2、洗鈍化(鈍化液1號)水洗干燥二步鈍化工藝：化學除油水洗預(yù)酸洗液水洗混酸浸蝕水洗鈍化(鈍化液1號)鈍化(鈍化液2號)水洗干燥2.3配方及工藝條件化學除油：碳酸鈉1020 g/L，磷酸鈉1020 g/L，硅酸鈉1020 g/L，OP乳化劑23 g/L，溫度7080。預(yù)酸洗液：硫酸100150 ml/L，鹽酸3050 ml/L，溫度2030，時間3060 s。混酸浸蝕液：硫酸25%30%，硝酸12%15%，鹽酸0.5%1.0%，食鹽5%，余量為水，溫度為2030。注意：如鹽酸不足，浸蝕后的基體泛白，鈍化膜色澤不均勻，有彩虹：如鹽酸過量，浸蝕后的基體呈紫紅色，鈍化膜發(fā)黑。加入食鹽的目的是消除基體表面的

3、纖維狀條紋。鈍化液1號：硫酸(25%)1000 g，重鉻酸鉀65 g，溫度2030。鈍化液2號：硫酸(10%)1000 g，重鉻酸鉀65 g，溫度2030。3結(jié)果與分析3.1黃銅件鈍化前的酸蝕處理金屬基體的表面性質(zhì)對鈍化效果產(chǎn)生極大的影響，只有在活性高的表面上才能得到性能優(yōu)異的鈍化膜?；焖峤g的目的是均勻地溶掉一層金屬，以使基體露出新鮮的、活性更高的表面，有利于后續(xù)的鈍化處理。黃銅件的酸蝕結(jié)果見表1。表1浸蝕時間對黃銅基體的影響浸蝕時間(s)外觀特色12露出光亮黃銅表面25表面有棕黃色透明薄膜58表面有一層黑色膜由表1可見，12 s的酸蝕剛好將黃銅件表面的金屬溶解一層，露出新鮮的表面；25 s

4、的酸蝕，腐蝕程度增大，在基體溶解的同時產(chǎn)生了一層薄膜，筆者認為這層薄膜可能由CuO構(gòu)成；58 s的酸蝕，膜的生成速度大于基體溶解速度，表面的薄膜增厚。3.2一步鈍化工藝對鈍化膜外觀及抗變色性能的影響。將不同腐蝕程度的試樣按一步鈍化工藝進行鈍化處理，觀察其鈍化膜，并測試其抗變色性能。其結(jié)果見表2、3。 表2鈍化時間對鈍化膜外觀的影響鈍化時間光亮黃銅面樣棕黃薄膜面樣黑色薄膜面樣815 s光亮度下降，暗金黃色高光亮金黃色高光亮金黃色13 min光亮度下降，暗金黃色光亮度下降，黃色加深光亮度下降，黃色加深68 min光亮度下降，暗金黃色半光亮油菜花黃色半光亮油菜花黃色8 min黑花斑黑花斑黑花斑表3不

5、同色澤鈍化膜的抗變色結(jié)果鈍化試樣類型抗變色結(jié)果暗金黃色膜樣色澤均勻，12年不變色高光亮金黃色膜樣半小時后，色澤不均勻，有紅斑出現(xiàn)，除紅斑外，其余部分23年不變色半光亮油菜花黃色膜樣半小時后，色澤不均勻，有紅斑出現(xiàn)，除紅斑外，其余部分34年不變色抗變色實驗是將試樣暴露在空氣中進行由表2、3可見，對不同酸蝕試樣，按一步鈍化工藝進行處理，在適當?shù)墓に嚄l件下，可獲得暗金黃色和高光亮金黃色半光亮油菜花黃色的鈍化膜。對比這幾種鈍化膜的抗變色性發(fā)現(xiàn)，雖然高光亮金黃色半光亮油菜花黃色鈍化膜的抗變色性能優(yōu)于暗金黃色鈍化膜，但試樣鈍化膜不均勻，有紅斑出現(xiàn)。筆者認為，出現(xiàn)紅斑的可能性有兩個：一是黃銅試樣材料的缺陷使

6、得高價鉻滲入晶界內(nèi)部無法徹底而導(dǎo)致的。二是鈍化工藝存在問題。至于材料的缺陷問題不屬于本文研究的范圍，本文只對鈍化工藝進行研究，為此我們采用二步鈍化工藝，旨在通過鈍化工藝的改進來消除紅斑。3.3二步鈍化膜的外觀色澤及抗變色性能按二步鈍化工藝對不同酸蝕試樣進行鈍化處理，鈍化工藝對鈍化膜外觀及抗變色性能的影響見表4、5。 表4二步鈍化工藝對黃銅外觀色澤的影響酸蝕試樣鈍化時間(鈍化液1號)鈍化時間(鈍化液2號)光亮黃銅面樣8-15 s1-3 min6-8 min12 min內(nèi)呈暗金黃色，超過12 min起黑斑9 min內(nèi)呈暗金黃色，超過9 min起黑斑7 min內(nèi)呈暗金黃色，超過7 min起黑斑棕黃薄

7、膜面樣8-15 s1-3 min6-8 min530 s為高光澤金黃色；超過40 s黃色加深；1214 min內(nèi)為半光亮油菜花黃色；超過14 min起黑斑57 min為半光亮油菜花黃色，超過7 min起黑斑23 min為半光亮油菜花黃色，超過3 min起黑斑黑色薄膜面樣8-15 s1-3 min6-8 min530 s為高光澤金黃色，超過40 s黃色加深；1214 min內(nèi)為半光亮油菜花黃色；超過14 min起黑斑57 min為半光亮油菜花黃色；超過7 min起黑斑23 min為半光亮油菜花黃色，超過3 min起黑斑表5二步鈍化膜的抗變色性能結(jié)果鈍化試樣類型抗變色結(jié)果暗金黃色膜樣色澤均勻，2年

8、不變色高光亮金黃色膜樣色澤均勻，無紅斑出現(xiàn)，3年以上不變色半光亮油菜花黃色膜樣色澤均勻，無紅斑出現(xiàn)，4-5年以上不變色由表4、5可見，兩種鈍化工藝均可以得到暗金黃色和高光亮金黃色半光亮油菜花黃色色譜的鈍化膜，而二步鈍化工藝可消除一步鈍化工藝鈍化膜色澤不均勻，出現(xiàn)紅斑缺陷的質(zhì)量問題，所得鈍化膜抗變色性能更佳。 4結(jié)論綜上所述，我們可以得出如下結(jié)論：二步鈍化工藝可完美地獲得暗金黃色和高光亮金黃色半光亮油菜花黃色鈍化膜，消除了一步鈍化工藝所存在的鈍化膜色澤不均勻及出現(xiàn)紅斑缺陷的質(zhì)量問題，鈍化膜的抗變色性能優(yōu)于一步鈍化工藝的鈍化膜。應(yīng)該說明的是，本工藝僅適用于黃銅，對紫銅、青銅的適用性等未作探討，而對

9、二步鈍化工藝消除一步鈍化工藝鈍化膜紅斑缺陷的機制也未作分析，針對這些問題的深入研究對提高銅合金的表面鈍化處理技術(shù)水平都具有十分重要的價值，這有待今后的繼續(xù)探索淬火油油溫升高時會產(chǎn)生氧化、裂解并出現(xiàn)油渣等污物，使淬火油的粘度、酸值、皂化值等物理化學性能發(fā)生變化，從而影響冷卻性能。油的老化，降低淬火油的使用壽命，增加了損耗量，并會使產(chǎn)品外觀變得很差。老化的外因是溫度和氧氣，特別是高溫使用會大幅降低使用壽命。從這個角度來說，在滿足零件要求情況下，應(yīng)盡可能使用低的油溫，另外如果在多用爐等密閉油槽中使用，應(yīng)盡量縮短開門時間，及時排氣；燒炭黑、維修時需要較長時間開爐門的話應(yīng)提前把油溫降低。當然好的高溫油質(zhì)

10、量也很重要。高溫使用的淬火油有兩個特點：基礎(chǔ)油室溫粘度較高，添加劑中加入特殊的抗氧化劑提高抗氧化性。油的粘度是與溫度有關(guān)的，溫度越高，粘度越低，常規(guī)在工作溫度下，要求其粘度在15mm2/s以下，高溫油與低溫油的差別主要在于其選用的基礎(chǔ)油不同，常規(guī)低溫油40C粘度在10-25mm2/s，使用溫度一般從室溫到90C范圍，高溫油40C粘度在200mm2/s以上，有的甚至達到300以上，適用溫度越高，其室溫粘度越大，但在高溫下使用時粘度也 在15mm2/s以下。因此高溫油不適合在低溫下使用，因為粘度高了會影響流動性，進而影響冷速。高溫油添加劑中除了提高冷速的成分以外，還必須加入提高熱穩(wěn)定性的抗氧化劑，

11、這方面各家有各家的配方，相對而言國外品牌還是做得要好一點?？傊?，好的高溫油一定是選用優(yōu)質(zhì)的高粘度基礎(chǔ)油，再加入優(yōu)質(zhì)的抗氧化劑提高熱穩(wěn)定性，其價格自然要比低溫油貴很多。高溫油質(zhì)量監(jiān)控，除了要關(guān)注冷卻特性曲線以外，還必須關(guān)注粘度和總酸值，這兩個指標一旦急劇上升，基本可以判斷發(fā)生了老化現(xiàn)象，基礎(chǔ)油剛開始出現(xiàn)老化跡象可添加抗氧化劑阻止其繼續(xù)老化。但老化到一定程度，油就只能報廢了，基礎(chǔ)油老化是不可逆的，因此定期監(jiān)控很重要。淬火是把鋼件加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度（30-50），保溫一段時間后，然后以適當速度冷卻得到馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。淬火的冷卻過程中的影響因素： l  

12、;     材料（化學成分、淬硬性、奧氏體晶粒度、形狀等）        冷卻設(shè)備狀況（形式、結(jié)構(gòu)、攪拌、換熱等）l       l 工藝條件（介質(zhì)溫度、濃度、攪拌、工裝夾具等）        冷卻介質(zhì)質(zhì)量和維護狀況l       l 應(yīng)用技術(shù)（人的知識、經(jīng)驗、智慧等）對淬火冷卻介質(zhì)的綜合性能要求：        良好的冷卻能力（淬硬性、畸變）l    &#

13、160;  l 介質(zhì)成分穩(wěn)定        低使用粘度（提高對流傳導(dǎo)能力，減少帶出量）l        對零件和設(shè)備無腐蝕性和其他有害影響l     l   淬火后零件表面光亮        無毒、無異味，對人體無刺激，使用安全l       l 有利于后處理和環(huán)境保護淬火冷卻介質(zhì)主要性能指標：       l 冷卻速度曲線（一般按照ISO-995

14、0標準用IVF法測冷卻曲線）        粘度l        閃點l       l 中和值（酸值）        殘?zhí)縧        水分l        抗氧化性l       l 穩(wěn)定性我們在選用淬火介質(zhì)和使用過程中分析問題的時候，必須全面考慮材料、設(shè)備、工藝條件、冷卻介質(zhì)的質(zhì)量情況等所有因素，人、機、料、

15、法、環(huán)要綜合評價；如何評價淬火油冷卻速度？經(jīng)常有人拿淬火油冷卻曲線的最高冷速大小來評價某種油的冷卻性能，這種說法其實似是而非。我們來看看快速油的冷卻速度曲線，要準確評價油的冷卻能力必須考慮淬火的對象鋼鐵材料，考慮材料因素不得不考慮其C曲線。對于大部分鋼鐵材料而言，C曲線拐點溫度出現(xiàn)在500-600(鋼滲碳后表面相當于過共析鋼，拐點溫度出現(xiàn)在550附近)。因此如果油的最大冷速出現(xiàn)在這一區(qū)域的話，或者說淬火油在這一溫度區(qū)域的冷速大，才是對產(chǎn)品淬火最有利的。最大冷速必須與最大冷速出現(xiàn)溫度結(jié)合起來看。另外，由于IVF法是在特定條件下進行測量的，熱電偶材料、尺寸與實際工件都有差異，考慮到工件截面大小，對

16、于大截面工件，由于在實際淬火時其表面和心部冷卻都要更慢，因此在這根曲線上還需要考慮400冷速，甚至是300冷速。總結(jié)：判斷油的冷卻能力大小，應(yīng)該從時間和空間這兩方面綜合考慮，形象地說，可將右圖中600C冷速紅線、400C冷速紅線和它們之間的那段冷速曲線圍成的區(qū)域的面積來評價冷卻能力，面積越大，油的冷卻能力越好。另外一種方法是拿探頭溫度變化曲線上降到600C、400C、300C這三個溫度點的時間來評價不同油的冷速差異，同樣這時必須把t600,t400,t300一起進行綜合評價。冷卻速度曲線解讀的一般原則：冷卻曲線不是實際的淬火過程，是一種指定條件下的實驗數(shù)據(jù)，研究冷卻曲線須與材料的截面大小、C曲

17、線結(jié)合，在相似條件下，結(jié)果具有比較意義，人對客觀過程的正確認識、智慧和經(jīng)驗高于任何測試、模擬或計算。是否油的使用溫度越高，冷速越低？這又是一種似是而非的觀點，請看下圖。準確地說，在淬火油的正常使用溫度范圍內(nèi)，使用溫度對其冷速影響微乎其微。一定要進行比較的話，應(yīng)該說：同一種淬火油使用溫度提高的話，油的冷卻速度略有提高才對。原因是因為油的粘度是與使用溫度的關(guān)系如下圖所示，溫度越高，粘度越低，油的流動性越好，冷速得到少量的提高。在正常使用溫度范圍，油的冷速主要是由添加劑成分決定的，添加劑成分沒有發(fā)生變化，單單基礎(chǔ)油的粘度下降，對冷速的作用很有限。在這一點上，油與水基淬火劑完全不一樣。淬火油的正常使用

18、溫度？每種淬火油都有其適合使用的溫度范圍，為什么不能把高溫油用到低溫條件呢？ 我們知道，油是由基礎(chǔ)油和添加劑兩部分組成的，基礎(chǔ)油的粘度決定了油的粘度。一般都要求淬火油在低粘度條件下使用，油的正常使用溫度應(yīng)保證在該溫度范圍內(nèi)油的粘度在20mm2/s以內(nèi)，使用粘度過大，嚴重影響冷卻速度，并引起淬火油大量帶出，因此，如果你想改變油溫的話，必須考慮這一因素。低溫油一般粘度較低，適合低溫使用，而高溫油在40C下的粘度一般在200mm2/s以上，在低溫使用簡直是災(zāi)難，但在高溫下，其粘度也會急劇下降，變得適合使用。為什么不能把低溫油用到高溫去呢？從上圖可看出，在100C以下，油的老化過程很緩慢，但超出100

19、C后，油的老化速度指數(shù)型上升，很快就變得不能使用，這是由油的主要成分碳氫化合物的氧化特點所決定的。油中的添加劑分兩種，增加冷速的部分叫催冷劑，增加基礎(chǔ)油抗氧化能力的部分稱為抗氧化劑。一般高溫油由于要考慮在100C以上的高溫使用，都添加了大量特殊的抗氧化劑，正是這個原因，延緩和抑制了油的高溫氧化反應(yīng)。而低溫油主要考慮在100C以下低溫條件使用，添加劑成分主要是催冷劑，抗氧化劑加得很少，因此低溫油在高溫下使用壽命非常短?？偨Y(jié)：必須在油的合適的使用溫度范圍內(nèi)使用淬火油，首先要保證在該溫度范圍下油的低粘度；其次，必須是添加特殊抗氧化劑的淬火油才能在高于100C條件下使用。油的氧化反應(yīng)：如對淬火油在和工

20、件接觸而產(chǎn)生的氧化老化反應(yīng)進行細分，可分為以分解為主的老化過程和以聚合為主的老化過程。如上圖所示，如果淬火油保持和氧氣接觸如開式油槽，通常以氧化分解為主，過氧化物的最終氧化分解產(chǎn)物是有機含氧酸羧酸（右邊過程），在實驗室可以測定酸值來衡量老化程度；如果淬火油不和氧氣接觸如密封式多用爐，有可能以熱聚合為主，過氧化物的最終產(chǎn)物是聚合物（左邊過程），反映在工件上表面殘留較多，如果含有脂肪成分，可測量皂化值來衡量。對淬火油的老化過程而言，大多數(shù)情況下，兩者是有一定聯(lián)系的，但也取決于不同的應(yīng)用過程，過程不同，兩者發(fā)生的程度會有差異。要保證良好的抗老化性能， 兩個過程都要得到有效抑制。簡單概括淬火油的老化原

21、因：外因：高溫條件下、與氧氣接觸、金屬銅等氧化反應(yīng)催化劑的作用內(nèi)因：淬火油自身的抗氧化性哪些指標的變化反映出油開始發(fā)生老化現(xiàn)象呢？常規(guī)我們都會定期取樣檢測淬火油的一些重要指標，比如冷卻速度曲線、粘度、酸值和皂化值、水含量、閃點、殘?zhí)亢康鹊龋瑱z這些指標有什么用呢？如何去分析油的變化情況呢？既然我們關(guān)心的是油的變化，那就必須采用比較的方法。對于油的冷卻曲線可以把新油和現(xiàn)在使用狀態(tài)下的兩種曲線疊加到同一張圖上去對比，對于其他指標可將每次數(shù)據(jù)記錄下，分別連成曲線，動態(tài)地分析油品的變化情況。如果每次拿到供應(yīng)商的報告后粗粗看一眼，抽屜里一塞了事，等到要找的時候怎么也找不到，實在是有點對不起人家，也對不起

22、自己??！現(xiàn)在好的淬火油其添加劑都做得很好，油品開始出現(xiàn)老化現(xiàn)象的時候，往往冷速變化非常小，光看曲線的話，很難在初期發(fā)現(xiàn)老化。但其他還有幾個指標卻要敏感得多：1，粘度；淬火油使用過程中，由于油的氧化、分解、分餾等反應(yīng)，使油的粘度發(fā)生變化，粘度的變化標志著其氧化和熱老化的程度。通常不應(yīng)該比新油數(shù)值大出20%。2，酸值；淬火油的老化反應(yīng)過程中，有機含氧酸總含量會上升，一旦淬火油中酸值發(fā)生明顯上升的情況，標志著油品開始出現(xiàn)老化跡象。酸值和粘度上升是油老化的重要判斷依據(jù)。3，閃點；一般淬火油的使用溫度應(yīng)比其閃點低至少60C，使用一段時間后由于油的熱分解會引起閃點的下降，并越降越低，這種情況很危險，應(yīng)嚴格

23、控制使用溫度，避免發(fā)生火災(zāi)。4，淬火產(chǎn)品外觀；工件表面出現(xiàn)花斑，油帶出量明顯增加?？偨Y(jié)，連續(xù)測量淬火油的冷卻曲線，以及粘度、酸值、閃點，并進行長時間跟蹤，猶如安上了一個報警器，能夠幫助我們盡早發(fā)現(xiàn)油的老化現(xiàn)象，及時采取措施。發(fā)現(xiàn)的晚的話，由于油已經(jīng)老化到一定程度后，很難再去調(diào)整，往往只能整槽油全部報廢了，造成巨大損失。油中水分的影響有多大？我們知道，淬火油中混入水分是非常危險的，那么到底有什么樣的危險？水又是怎么影響淬火油性能的呢？淬火油中混入水分，1，會加速油的老化，因為水也是一種氧化劑；2，會破壞添加劑，促使添加劑乳化、沉降或加水分解失去效用，使油品加速老化變質(zhì)；3，會改變油的冷卻特性，即使油中含有很少量的水，也會對淬火速度產(chǎn)生很大的影響；4，會使工件產(chǎn)生不均勻冷卻，導(dǎo)致硬度不均勻，產(chǎn)生軟點和變形、開裂；5，會降低淬火后工件表面的光亮度；6，當淬火