钢铁热碱发蓝工艺.doc

。简介：发蓝工艺是一种材料保护技术，其实质是使钢铁表面通过化学反应，生成一种均匀致密、有一定厚度、附着力强、耐蚀性能好的蓝黑色氧化膜，起到美化和保护工件的作用，广泛用于机械零部件和钢带的表面处理 实质：用强的氧化剂将钢件表面氧化成致密、光滑的四氧化三铁。这种四氧化三铁薄层能有效地保护钢件内部不受氧化发蓝处理/发黑处理 在高温下（约550）氧化成的四氧化三铁呈天蓝色，故称发蓝处理。在低温下（约350）形成的四氧化三铁呈暗黑色，故称发黑处理。在兵器制造中，常用的是发蓝处理；在工业生产中，常用的是发黑处理。主要工艺：热碱发蓝、常温发蓝、石墨流态床发蓝、电阻加热发蓝、铅浴加热发蓝、电磁感应加热发蓝、含氧蒸汽发蓝上述工艺的介绍：热碱发蓝：钢铁在一定浓度的氢氧化钠和亚硝酸钠混合溶液中，通过反应形成氧化膜。膜的厚度和致密性与氧化时氢氧化钠和亚硝酸钠的浓度、温度及处理时间有关。其一般工艺流程如下：碱洗除油一流水冲洗一酸洗除锈一流水冲洗一发蓝流水冲洗一皂化一晾干一浸油。就热碱发蓝而言，其工艺十分古老且成熟。现在的研究重点一方面是通过降低碱或亚硝酸盐的浓度，从而达到节约能源、保护设备、减少污染的目的；另一方面是采用二次发蓝工艺来克服发蓝膜产生的某些缺陷常温发蓝常温发蓝过程比较复杂，一般认为在钢铁表面发生氧化还原一沉积反应，叉称溶解一沉积过程。在酸性条件下，钢铁基体与亚硒酸和铜盐发生氧化还原反应，而钢铁表面的Fe、Cu、与Se发生沉积反应，生成黑色膜。其一般工艺流程如下：碱洗除油一溢流漂洗一酸洗除锈一溢流漂洗一发蓝一溢流漂洗一皂化封闭一晾干一上油。常温发蓝对预处理的要求比较严格，另外常温发蓝液的配方相对比较复杂。常温发蓝工艺是从20世纪8O年代发展起来的表面处理工艺，从长远看，因其具有成本低、高效、节能、污染小等优点，必将逐渐取代热碱发蓝。目前的研究热点主要集中在如下几个方面：一一是发蓝机理的研究二是开发新型低毒或无毒的发蓝液。传统的发蓝成膜剂主要集中在硒一铜体系，由于硒为有毒物质，易对环境造成污染石墨流态床发蓝石墨流态床中的石墨粒子和不断从炉底部送入的大量空气相接触，在一定的温度下，碳粒子和空气中的氧化合成一定比例的CO2和CO，其中CO2和O2呈现一定的氧化性，经过表面净化的钢铁工件在500600 的石墨粒子炉加热时，表面能生成致密的Fe3O4蓝黑色氧化膜。一般工艺流程如下：机加工一表面净化一粒子炉预热发蓝一粒子炉加热淬火一回火一皂化一涂油电阻加热发蓝电阻加热发蓝主要通过多组电源来加热一个小的环境，然后钢带在此高温环境下进行发蓝，但该工艺未得到广泛应用铅浴加热发蓝铅浴加热发蓝是一种比较成熟的工艺，一般用于高强度捆带钢的发蓝。其发蓝流程一般包括调质和发蓝两大阶段调质完成后，半成品的拥带钢在经过焊接、分条、清除毛刺等工序后，再次进入铅浴，在440 左右发蓝。铅浴加热发蓝在德国等欧洲国家曾经非常流行，但由于存在严重的环境污染问题，世界上已有部分发达国家禁止使用铅浴电磁感应加热发蓝电磁感应加热发蓝是近年来发展出来的一种新工艺，主要是利用“电磁感应”“涡流发热”“磁滞发热”等物理现象以及交变电在导体中的分布特征，使得通过某一磁场的钢带发热来实现发蓝工艺目标。电磁感应加热发蓝虽然出现较晚，但由于其具有热利用效率高、温度精确控制、操作简单、污染少等优点，在调质和发蓝效果上有明显改善，因而发展迅速，是未来捆带钢发蓝工艺的发展方向。含氧蒸汽发蓝含氧蒸气发蓝也是一种比较成熟的工艺，其核心是让钢带在进行必要的表面预处理后，在非氧化性气氛下，先在退火炉里进行退火调质，在退火达到一定温度后，迅速向退火炉通人含氧蒸汽，使钢带表面发生氧化反应，从而生成蓝黑色的Fe3O4氧化膜。原理：钢铁在高温下与一定浓度的氢氧化钠和亚硝酸钠混合溶液氧化成的四氧化三铁铁的氧化过程 FeNa2FeO2Na2Fe2O4Fe3O4 具体的化学反应是： 3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+NH3+H2O 6Na2FeO2+NaNO2+5H2O=3Na2Fe2O4+NH3+7NaOH Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O=Fe3O4+4NaOH 热碱发蓝原料：1015浓度的硫酸溶液、碳酸钠、氢氧化钠、磷酸三钠、水玻璃、亚硝酸钠、浓度是3050g（肥皂）/L皂化液、2的硫酸铜、机油、工件：螺丝帽M10(中碳素钢） 除油溶液：碳酸钠7%、氢氧化钠3%、磷酸三钠3%、水玻璃2%、水85%（质量组成） 氧化溶液：氢氧化钠33%、亚硝酸钠10%、磷酸三钠2%、水55%（质量组成）仪器;大烧杯、酒精喷灯、表、温度计、g步骤： 1）工件装夹 根据工件的形状、大小，选择专门的夹具或吊具，使工件能完全浸入氧化液中被氧化。 2）去油 将除油溶液加热至8090，然后将工件浸入，浸入时间为30min左右，若油污较多，还得延长除油时间，以除油彻底为准（目的是除去工件表面的油污。经过机加工后，工件表面难免不留下油污。任何油污，都会严重影响四氧化三铁的生成，所以必须在热碱氧化之前除去） 3）流水冲洗（防止对下一步产生影响） 4）酸洗用1015浓度的硫酸溶液，加热到7080，将工件浸入硫酸溶液中，浸入时间为30min左右，锈蚀较轻的钢件可浸20min，锈蚀严重者，则需要浸40min以上。（目的是除去工件表面的锈迹。因为锈迹、锈斑会阻碍生成致密的四氧化三铁层。即使工件无锈迹，也应进行酸洗，因为它使油污进一步去除干净，而且酸洗会提高工件表面分子的活化能，有利于下一工序的氧化，能生成较厚的四氧化三铁层） 5）流水冲洗 6）热碱氧化本工件为中碳钢，刚开始进入氧化液温度为125-130，氧化温度130-135，氧化时间50Min。（氧化是发蓝、发黑的主要工序。四氧化三铁膜层是否致密、是否光滑、是否有足够的厚度，取决于氧化阶段） 7）流水冲洗 8）皂化 皂化液加热至80100，将氧化后的工件放入皂化液浸泡10min左右。（皂化：发蓝后的工件置于肥皂水中浸泡，肥皂就会与氧化膜微孔中的铁反应，生成连续的亲油厌水的硬脂酸铁薄膜，将氧化膜的微孔堵塞起，提高工件的抗腐蚀能力） 9）晾干 10）上油皂化后的零件浸入到110 左右的机油中，上油3 5min（目的是除去零件表面残留的水分，增强抗潮湿性能，增加表面光泽） 11）检查 置于浓度为2的硫酸铜溶液中浸泡20s，不退黑色者为合格（退黑说明有铁与硫酸铜反应，氧化膜没有铺满工件）小组讨论：1）经处理4050min后，工件表面仍不生成氧化膜 可能是由于溶液温度过低，亚硝酸钠浓度不足引起的。解决办法是提高溶液温度，适当增加亚硝酸钠量2） 工件表面呈红褐色锈斑 如果工件表面出现红褐色斑点或连成一片，这主要是由于氧化溶液中氢氧化钠过浓、生成氧化铁过多所致。解决办法是调整溶液成分，补充加入一些亚硝酸钠和水，以降低NaOH浓度。3） 工件表面呈淡灰色 工件表面失去乌