不銹鋼發(fā)黑處理工藝

1、發(fā)黑是化學(xué)表面處理的一種常用手段，原理是使金屬表面產(chǎn)生一層氧化膜，以隔 絕空氣，達(dá)到防銹目的。外觀要求不高時可以采用發(fā)黑處理，鋼制件的表面發(fā)黑處 理，也有被稱之為發(fā)藍(lán)的。常用方法發(fā)黑處理常用的方法有傳統(tǒng)的堿性加溫發(fā)黑和出現(xiàn)較晚的常溫發(fā)黑兩種。但常溫發(fā)黑工藝對于低碳鋼的效果不太好。堿性發(fā)黑細(xì)分出來，又有一次發(fā)黑和兩次發(fā)黑的區(qū)別。發(fā)黑液的主要成分是氫氧化鈉和亞硝酸鈉。發(fā)黑時所需溫度的寬容度較大，大概在135-155 C之間都可以得到不錯的表面，只是所需時間有些 長短而已。效果（1）發(fā)黑安全不用電，用堿性高溫發(fā)黑需100刈電。（2）提高工效：共需 1-2小時。（3）發(fā)黑成本低，設(shè)備簡單，操作方便；對

2、發(fā)黑時間作了嚴(yán)格的控 制。（4）工藝適應(yīng)性強(qiáng)：解決了球墨鑄鐵不能發(fā)黑的難題。一種軸承套圈倒角及擋邊的發(fā)藍(lán)防銹處理工藝。軸承套圈在熱處理后經(jīng)過除 油脫脂，然后在氫氧化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鈉和水的混合溶液中進(jìn)行變色處理， 其配比為2-3 ： 1,其余加水；加水量以溫度在135 C-145 c為合適；時間15-25 分鐘；取出套圈用清水沖洗后進(jìn)行鈍化處理， 鈍化處理用重銘酸鉀溶液作為填充 液，其濃度為12%-18%在室溫下1-2分鐘；經(jīng)鈍化處理并干燥后，放入 105c -120 C的機(jī)油或防銹油中1-3分鐘，至氣泡完全消失后取出，停放 10-15分鐘 后檢驗(yàn)。該工藝生成的氧化物薄膜性能穩(wěn)定， 在常溫下

3、可長期保護(hù)套圈倒角、擋 邊處不生銹，軸承的外觀質(zhì)量得到明顯改善。A3鋼用堿性發(fā)黑好一些。實(shí)際操作中，需要注意的是工件發(fā)黑前除銹和除油的質(zhì)量，以及發(fā)黑后的鈍 化浸油。發(fā)黑質(zhì)量的好壞往往因這些工序而變化。工藝步驟1、清洗；2、脫脂：工件必須完全浸入脫脂液中；脫脂液濃度ph值12-14,處理時間10-30min,每過3-5分鐘上下抖動幾次，藥液濃度低于 ph12時補(bǔ)充脫脂粉；3、水洗；4、酸洗：酸洗液濃度ph值2-4,處理時間5-10min；5、水洗；6、發(fā)黑：r也液濃度ph值2.5-3.5 ,處理時間10-12min；7、水洗；8、吹干9、上油。1 .發(fā)藍(lán)（發(fā)黑）原理為了提高鋼件的防銹能力，用強(qiáng)的

4、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。在高溫下（約550 C）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 3 50 C）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。能否把鋼鐵表面氧化致密、光滑的四氧化三鐵， 關(guān)鍵是選擇好強(qiáng)的氧化劑。強(qiáng)氧化劑是由氫氧化鈉、亞硝酸鈉、 磷酸三鈉組成。發(fā)藍(lán)時用它們的熔融液去處理鋼件；發(fā)黑時用它們 的水溶液去處理鋼件。常用的發(fā)黑溶液成分見表10-7。表10-7常用的氧化（發(fā)黑）溶液成分原料名稱氫氧化鈉NaOH亞硝酸鈉NaNO2磷酸三鈉Na

5、3PO4水H2O質(zhì)量組成（）3310255此溶液的密度是1.4g/cm，沸點(diǎn)是130 C。在此溶液的作用下， 鐵的氧化過程是這樣的:Fef Na2FeO2 Na2Fe20AFe3O4具體的化學(xué)反應(yīng)是：3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+NH3+H2O6Na2FeO2+NaNO2+5H2O=3Na2Fe2O4+NH3+7NaOHNa2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O=Fe3Q 4+4NaOH生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，要獲得光亮、致密的四氧化三鐵膜層，氧化溶液中亞硝酸鈉與氫氧 化鈉的比例，要保持在 1: 33.5之間。2 .發(fā)藍(lán)（發(fā)黑）操作發(fā)藍(lán)（發(fā)黑）的操作流程：工件裝夾一去油一清洗一酸

6、洗一清洗一氧化一清洗一皂化一熱水煮洗一檢查。（1）工件裝夾 要根據(jù)工件的形狀、大小，設(shè)計(jì)專門的夾具或吊具。目的是使工件之 間留有足夠的間隙，工件間不能相互接觸，要使每個工件都能完全浸入氧化液中被氧化。（2）去油 目的是除去工件表面的油污。 經(jīng)過機(jī)加工后（發(fā)藍(lán)、發(fā)黑是最后一道工序）， 工件表面難免不留下油污， 用防銹油作工序間防銹的更是這樣。 任何油污，都會嚴(yán)重影響 四 氧化三鐵 的生成，所以必須在 發(fā)藍(lán)、發(fā)黑之前除去。常用的除油溶液配方，見表 10-8。表10-8常用的除油溶液配方原料名稱碳酸鈉Na2CO3氫氧化鈉NaOH磷酸三鈉Na3P04水玻璃Na3SiO3水H20質(zhì)量組成（%）73328

7、5將除油溶液加熱至 8090 C ,然后將工件浸入，浸入時間為30min左右，若油污較多， 還得延長除油時間，以除油徹底為準(zhǔn)。（3）酸洗 酸洗的目的是除去工件表面的銹跡。因?yàn)殇P跡、銹斑會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。酸洗溶液一般是1015%濃度的硫酸溶液，溫度是7080 C ,將工件浸入硫酸溶液中， 浸入時間為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。（4）氧化氧化是發(fā)藍(lán)、發(fā)黑的主要工序。四氧化三鐵膜層是否致密

8、、是否光滑、是否有足夠的厚度，取決于氧化階段。發(fā)藍(lán)的工藝溫度是 550 C o發(fā)黑的工藝溫度是 130145 C。浸入時間是5080min。 含碳量高的高碳鋼，氧化速度較快，浸入時間可短些。含碳量低的低碳鋼，氧化速度慢，浸 入時間需要長些。合金鋼特別是 高合金鋼，工件表面有一定的 殘余奧氏體，對堿溶液有較強(qiáng) 的抗抵作用，不易生成Fe3O4 ,因而浸入時間需更長一些。表10-9列出了有關(guān)鋼種氧化（發(fā)黑）時溶液的溫度及浸入時間。表10-9不同鋼件氧化溫度與時間鋼種入槽溫度(c )出槽溫度(C)處理時間(min )高碳鋼120 12512513040低、中碳鋼125硅鋼12

9、5合金鋼130速鋼135液的正常顏色是白色。 如果槽液呈紅色或棕色，表示亞硝鈉濃度過大， 應(yīng)及時調(diào)整槽液的成分。如果溶液呈綠色，則表示鐵離子濃度過大，應(yīng)及時更新溶液。(5)皂化 所謂皂化，是用肥皂水溶液在一定溫度下浸泡工件。目的是形成一層硬脂酸鐵薄膜，以提高工件的抗腐蝕能力。常用的皂化液濃度是3050g (肥皂)/L。把皂化液加熱至80100 C,將氧化后的工件放入皂化液浸泡 10min左右。(6)檢查氧化完畢后，要對工件進(jìn)行檢查，看 Fe3O4膜層是否合格。檢查的方法是：任意抽取 三件工件，置于濃度為 2%的硫酸銅

10、溶液中浸泡20s,不退黑色者為合格。三件工件中有一 件以上不合格，則整槽工件視為不合格，需再氧化一次，以加深四氧化三鐵 的厚度。3.可能出現(xiàn)的缺陷及解決措施鋼件發(fā)黑工藝，在操作過程中，可能會出現(xiàn)如下一些缺陷。(1)氧化膜疏松 氧化膜應(yīng)很致密，與基本結(jié)合很牢固。如果生成的氧化膜疏松，容易 擦掉，這是不正常的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種情況，主要是由于新配制的氧化溶液缺少 鐵離子引起的。 解決辦法，是加入一些舊的氧化溶液，或者加入一些干凈的鋼屑，煮沸 30min ,以增加氧化 溶液的鐵離子濃度，這現(xiàn)象就會消除。(2)工件表面呈紅褐色銹斑氧化膜應(yīng)呈深黑色，光亮且平滑。如果工件表面出現(xiàn)紅褐色斑點(diǎn)或連成一片， 這主要

11、是由于氧化溶液中氫氧化鈉過濃、生成氧化鐵過多所致。解決辦法是調(diào)整溶液成分，補(bǔ)充加入一些亞硝酸鈉和水，以降低 NaOH濃度。(3)工件表面呈淡灰色 工件表面失去烏黑光澤，呈淡灰色，這是由于氧化溶液中氫 氧化鈉濃度過低引起的。解決辦法，補(bǔ)充加入適量的氫氫化鈉。(4)不生成氧化膜經(jīng)處理4050min后，工件表面仍不上色(生成氧化膜)，這主 要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。(5)氧化膜表面發(fā)花 工件在黑色基體上出現(xiàn)零星的白點(diǎn)，有時白點(diǎn)還較密集，這種 現(xiàn)象工人稱之為 發(fā)花”。發(fā)花原因主要是氧化時間不夠引起的。解決辦法，是延長氧化時間 (即浸泡時

12、間)，還可以補(bǔ)充加入少量氫氧化鈉。(6)工件表面呈綠色 如果工件表面的氧化膜不是烏黑色，而是綠色，這是工件過氧 化的結(jié)果，是由于氧化溶液溫度過高、亞硝酸鈉濃度過高引起的。解決辦法是加入適量冷水(注意：加水時必須穿戴好保護(hù)具，緩緩加入，以免槽液飛濺，造成灼傷事故)和加入少量氫氧化鈉，以降低溶液溫度及亞硝酸鈉的濃度。4 .氧化溶液成分的測定從以上氧化膜缺陷分析中可知，當(dāng)氧化溶液成分出現(xiàn)波動時，就會造成氧化膜的缺陷， 至使發(fā)黑操作失敗。氧化溶液成分，主要指氫氧化鈉濃度和亞硝酸鈉濃度。在發(fā)黑過程中， 水分不斷被蒸發(fā)，亞硝酸鈉和氫氧化鈉又非等比消耗，所以，此消彼長，濃度變化是必然的。操作時間越長，變化就

13、越大。為了不使氧化溶液的成分出現(xiàn)大的波動，應(yīng)該每隔23h,就取樣測定它們的濃度，以便及時計(jì)算并補(bǔ)充添加有關(guān)原料。下面介紹氫氧化鈉、亞硝酸鈉濃度的測定方法。(1)氫氧化鈉濃度的測定 吸取氧化溶液10ml ,置于量瓶中，加蒸儲水至 500ml ,搖 勻，這便是稀釋液。吸取稀釋液5ml置于錐瓶中，加蒸儲水100ml,加酚酗：12滴，溶液變?yōu)榧t色。用0.1N 的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行 滴定，滴至紅色消失，記下鹽酸消耗量V1 (ml)。再加甲基橙2滴，溶液變?yōu)辄S色。繼續(xù)用 0.1N的鹽酸進(jìn)行滴定，滴至黃色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色 為止，記下鹽酸的消耗量 V2 (ml)。按下式計(jì)算氫氧化鈉的濃度( g/l):或按下式計(jì)算氫氧

14、化鈉的百分濃度：()(2)亞硝酸鈉濃度的測定 吸取氧化溶液10ml ,置于量瓶中，加蒸儲水至 500ml刻度 處，搖勻，這便是稀釋的氧化溶液。吸取0.1N的標(biāo)準(zhǔn)高鎰酸鉀溶液 10ml ,置于 錐形瓶中，加蒸儲水100ml ,硫酸10ml , 加熱至50 c左右。這時溶液呈紅色。用稀釋的氧化溶液進(jìn)行滴定，至紅色消失為止，記下稀釋氧化溶液的消耗量 V (ml)。按下式計(jì)算亞硝酸鈉的濃度(g/l)：(g/l)或按下式計(jì)算亞硝酸鈉的百分濃度：(%)式中V 一滴定時用去的稀釋氧化液的ml數(shù)；14 10ml氧化溶液的質(zhì)量。5 .除油溶液成分的測定除油與氧化有著密切關(guān)系，除油不徹底，很難獲得高質(zhì)量的 四氧化

15、三鐵 層膜。所以，除油溶液也要經(jīng)常測定其成分，以便及時補(bǔ)充天加有關(guān)原料，以保證除油效果。(1)氫氧化鈉的測定 吸取除油溶液5ml置于錐形瓶中，加蒸儲水100ml ,搖均勻。 加酚配指示劑23滴，用0.1N的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，滴至紅色消失為終點(diǎn)，記錄鹽 酸消耗量V1 (ml)。在此溶液中加入 甲基橙指示劑2滴，溶液變?yōu)辄S色。用 0.1N鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定， 至黃色變?yōu)榉奂t色為終點(diǎn)，記錄鹽酸消耗量V2 (ml)(不包括V1量)。在兩次滴定后，將溶液煮沸510min ,待冷到常溫后，加酚酬:指示劑23滴，用0.1N 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，滴至玫瑰紅色為終點(diǎn)，記錄氫氧化鈉消耗量V3 (ml)

16、。按下式計(jì)算氫氧化鈉的濃度(g/l)：(g/l)或按下式計(jì)算氫氧化鈉的百分濃度：(%)式中V1 一第一次滴定時用去的鹽酸ml數(shù)；V 2第二次滴定時用去的鹽酸 ml數(shù)；NA-滴定用鹽酸的標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)量濃度，在這里是0.1 ;0.040一是 NaOH 分子里與 1000 的比值(40+1000=0.040 );5吸取的除油液ml數(shù)；10001L的ml數(shù)；1100 1L除油溶液的質(zhì)量。(2)碳酸鈉的測定 按下式計(jì)算碳酸鈉的濃度(g/l) : ( g/l):或按下式計(jì)算碳酸鈉的濃度：(%)式中V 2第二次滴定時用去的鹽酸 ml數(shù)；NA一滴定用鹽酸的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量濃度，在這里是 0.1 ;V 3 第三次滴定用的氫

17、氧化鈉的ml數(shù)；Nb 滴定用的氫氧化鈉的標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)量濃度，這里是0.1 ;0.106一是碳酸鈉分子量與1000的比值( 106/1000=0.106 )。(3)磷酸三鈉的測定按下式計(jì)算磷酸三鈉的濃度(g/l)：(g/l)或按下式計(jì)算磷酸三鈉的百分濃度：(%)式中0.380 一是磷酸三鈉及十二個 結(jié)晶水的分子量與1000的比值(380/1000=0.380 )。(4)水玻璃(硅酸鈉)的測定 吸取除油溶液20ml置于燒懷中，加1%濃度的鹽酸20ml, 搖勻后，加熱蒸發(fā)至干，待冷卻后，再加 1%濃度的鹽酸10ml ,加蒸儲水100ml ,加熱使 鹽類溶解，用 濾紙過濾，并用1%鹽酸洗滌燒懷和沉淀物 78次，將沉淀和濾紙移于已知 重量的瓷塔鍋中，在 9501000 c的高溫電阻電爐中灼燒 1020min,出爐后置于 干燥器 中冷卻，然后稱量，獲得沉淀物的質(zhì)量( g)。按下式計(jì)算水玻璃的濃度(g/D ：(g/D或按下