不銹鋼發(fā)黑處理工藝

1、發(fā)黑是化學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%用電。（2）提高工效：共需1-2小時。（3）發(fā)黑成本低，設備簡單，操作方便；對發(fā)黑時間

2、作了嚴格的控制。（4）工藝適應性強：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行變色處理，其配比為2-31，其余加水；加水量以溫度在 135-145為合適；時間15-25分鐘；取出套圈用清水沖洗后進行鈍化處理，鈍化處理用重鉻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105-120的機油或防銹油中 1-3分鐘，至氣泡完全消失后取出，停放10-15分鐘后檢驗。該工藝生成的氧化物薄膜性能穩(wěn)定，在常溫下可長期保護套圈倒角、擋邊處不生銹，軸承的外

3、觀質量得到明顯改善。A3鋼用堿性發(fā)黑好一些。實際操作中，需要注意的是工件發(fā)黑前除銹和除油的質量，以及發(fā)黑后的鈍化浸油。發(fā)黑質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：池液濃度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（發(fā)黑）原理為了提高鋼件的防銹能力，用強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

4、三鐵薄層能有效地保護鋼件內部不受氧化。在高溫下（約550）氧化成的四氧化三鐵呈天藍色，故稱發(fā)藍處理。在低溫下（約3 50）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，關鍵是選擇好強的氧化劑。強氧化劑是由氫氧化鈉、亞硝酸鈉、磷酸三鈉組成。發(fā)藍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Na3PO4水H2O質量組成（%）3310255此溶液的密度是1.4g/cm，

5、沸點是130。在此溶液的作用下，鐵的氧化過程是這樣的：FeNa2FeO2Na2Fe2O4Fe3O4具體的化學反應是：3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+NH3+H2O6Na2FeO2+NaNO2+5H2O=3Na2Fe2O4+NH3+7NaOHNa2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O=Fe3O4+4NaOH生產(chǎn)實踐經(jīng)驗證明，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（發(fā)黑）操作發(fā)藍（發(fā)黑）的操作流程：工件裝夾去油清洗酸洗清洗氧化清洗皂化熱水煮洗檢查。（1）工件裝夾 要根據(jù)工件的形狀、大小，設計專門的夾具或吊具。目的是使

6、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)過機加工后（發(fā)藍、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，都會嚴重影響四氧化三鐵的生成，所以必須在發(fā)藍、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Na3PO4水玻璃Na3SiO3水H2O質量組成（%）733285將除油溶液加熱至8090，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。（3）酸洗酸洗的

7、目的是除去工件表面的銹跡。因為銹跡、銹斑會阻礙生成致密的四氧化三鐵層。即使工件無銹跡，也應進行酸洗，因為它使油污進一步去除干凈，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，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，銹蝕嚴重者，則需要浸40min以上。（4）氧化 氧化是發(fā)藍、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。發(fā)藍的工藝溫度是550。發(fā)黑的工藝溫度是130145。浸入時間是5080min。含碳量高的高碳鋼，氧化速度較快

8、，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（）出槽溫度（）處理時間（min）高碳鋼12012512513040低、中碳鋼12513013013550鉻硅鋼12513013014060高合金鋼13013513514570高速鋼13514014015080槽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，應及時調整槽液的成分。如果溶液呈綠

9、色，則表示鐵離子濃度過大，應及時更新溶液。（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，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

10、氧化膜應很致密，與基本結合很牢固。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 氧化膜應呈深黑色，光亮且平滑。如果工件表面出現(xiàn)紅褐色斑點或連成一片，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。解決辦法是調整溶液成分，補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，補充加入適

11、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，有時白點還較密集，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（即浸泡時間），還可以補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具，緩緩加入，以免槽液飛濺，造成

12、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，變化就越大。為了不使氧化溶液的成分出現(xiàn)大的波動，應該每隔23h，就取樣測定它們的濃度，以便及時計算并補充添加有關原料。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，加蒸餾水至500ml，搖勻，這便是稀釋液。吸取

13、稀釋液5ml置于錐瓶中，加蒸餾水100ml，加酚酞12滴，溶液變?yōu)榧t色。用0.1N的鹽酸標準溶液進行滴定，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的鹽酸進行滴定，滴至黃色轉變?yōu)榧t色為止，記下鹽酸的消耗量V2（ml）。按下式計算氫氧化鈉的濃度（g/l）：或按下式計算氫氧化鈉的百分濃度： （%）（2）亞硝酸鈉濃度的測定 吸取氧化溶液10ml，置于量瓶中，加蒸餾水至500ml刻度處，搖勻，這便是稀釋的氧化溶液。吸取0.1N 的標準高錳酸鉀溶液10ml，置于錐形瓶中，加蒸餾水100ml，硫酸10ml，加熱至50左右。這時溶液呈紅色。用稀釋的氧化溶液進行滴定

14、，至紅色消失為止，記下稀釋氧化溶液的消耗量V（ml）。按下式計算亞硝酸鈉的濃度（g/l）：（g/l）或按下式計算亞硝酸鈉的百分濃度：（%）式中V滴定時用去的稀釋氧化液的ml數(shù)；1410ml氧化溶液的質量。5除油溶液成分的測定除油與氧化有著密切關系，除油不徹底，很難獲得高質量的四氧化三鐵層膜。所以，除油溶液也要經(jīng)常測定其成分，以便及時補充天加有關原料，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，加蒸餾水100ml，搖均勻。加酚酞指示劑23滴，用0.1N的鹽酸標準溶液進行滴定，滴至紅色消失為終點，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

15、0.1N鹽酸標準溶液進行滴定，至黃色變?yōu)榉奂t色為終點，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，加酚酞指示劑23滴，用0.1N氫氧化鈉標準溶液進行滴定，滴至玫瑰紅色為終點，記錄氫氧化鈉消耗量V3（ml）。按下式計算氫氧化鈉的濃度（g/l）：（g/l）或按下式計算氫氧化鈉的百分濃度：（%）式中 V1第一次滴定時用去的鹽酸ml數(shù)；V2第二次滴定時用去的鹽酸ml數(shù)；NA 滴定用鹽酸的標準當量濃度，在這里是0.1；0.040是NaOH分子里與1000的比值（401000=0.040）；5吸取的除油液ml數(shù)；10001L的ml數(shù)；11001L除油溶液

16、的質量。（2）碳酸鈉的測定 按下式計算碳酸鈉的濃度（g/l）：（g/l）:或按下式計算碳酸鈉的濃度：（%）式中V2第二次滴定時用去的鹽酸ml數(shù)；NA 滴定用鹽酸的標準當量濃度，在這里是0.1；V3第三次滴定用的氫氧化鈉的ml數(shù)；Nb滴定用的氫氧化鈉的標準當量濃度，這里是0.1；0.106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算磷酸三鈉的濃度（g/l）：（g/l）或按下式計算磷酸三鈉的百分濃度：（%）式中 0.380是磷酸三鈉及十二個結晶水的分子量與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，加蒸餾水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坩鍋中，在9501000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，獲得沉淀物的質量（g）。按下式計算水玻璃的濃度（g/l）：（g/l）或按下式計算