金属发黑工艺.doc

发黑工艺钢制件的表面发黑处理，也有被称之为发蓝的。发黑处理现在常用的方法有传统的碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种。但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好。A3钢用碱性发黑好一些。碱性发黑细分出来，又有一次发黑和两次发黑的区别。发黑液的主要成分是氢氧化钠和亚硝酸钠。发黑时所需温度的宽容度较大，大概在135摄氏度到155摄氏度之间都可以得到不错的表面，只是所需时间有些长短而已。实际操作中，需要注意的是工件发黑前除锈和除油的质量，以及发黑后的钝化浸油。发黑质量的好坏往往因这些工序而变化。金属“发蓝”药液 采用碱性氧化法或酸性氧化法；使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，此处理过程称为“发蓝”。黑色金属表面经“发蓝”处理后所形成的氧化膜，其外层主要是四氧化三铁，内层为氧化亚铁。一、碱性氧化法“发蓝”药液1配方： 硝酸钠50100克氢氧化钠600700克亚硝酸钠100200克水1000克2制法：按配方计量后，在搅拌条件下，依次把各料加入其中，溶解，混合均匀即可。3说明：（1）金属表面务必洗净和干燥以后，才能进行“发篮”处理。（2）金属器件进行“发蓝”处理条件与金属中的含碳量有关，“发蓝”药液温度及金属器件在其中的处理时间可参考下表。 金属中含碳量%工作温度（）处理时间（分）开始终止0.7135-13714310-300.5-0.7135-14015030-500.4142-145153-15540-60合金钢142-145153-15560-90（3）每隔一星期左右按期分析溶液中硝酸钠、亚硝酸钠和氢氧化钠的含量，以便及时补充有关成分。一般使用半年后就应更换全部溶液。（4）金属“发蓝”处理后，最好用热肥皂水漂洗数分钟，再用冷水冲洗。然后,又用热水冲洗，吹于。二、酸性氧化法“发蓝”药液1配方： 磷酸310克硝酸钙80100克过氧化锰1015克水1000克2制法：按配方计量后，在不断搅拌条件下，依次把磷酸、过氧化锰和硝酸钙加入其中，溶解，混合均匀即可。3说明：（1）金属器件先经洗净和干燥后才能进行“发蓝”处理。（2）此法所得保护膜呈黑色，其主要成分是由磷酸钙和铁的氧化物所组成，其耐腐能力和机械强度均超过碱性氧化法所得的保护膜。4.“发蓝”工作温度为100，处理时间为4045分钟。在处理碳素钢时，药液中磷酸含量控制在35克升；处理合金钢或铸钢时，磷酸含量控制在510克升。应注意定期分析药液磷酸的含量。5.“发蓝”处理后金属器件的清洗方法同上。发信人:Eyesonddt(等着你归来),信区:Chemistry标题:钢铁常温发黑工艺发信站:蓝色星空(2001年08月03日22:21:54星期五),站内信件钢铁常温发黑工艺尚书定摘要钢铁常温发黑工艺由于其独特的优点而得到了广泛应用。详细介绍了钢铁常温发黑的原理、配方、工艺过程及常见故障的排除。关键词：钢铁发黑常温BlackeningofIronandSteelatRoomTemperatureSHANGShudingSHANGshudingAbstract:Processesofblackeningofironandsteelatroomtemperaturehavebeenextensivelyusedfortheirpeculiaradvantages.Thefundamentalofblackeningprocessaswellasitsformula,procedureandtroubleshootingcaseswasdescribedindetail.Keywords:ironandsteel,blackening,roomtemperature1前言钢铁常温发黑工艺由于其独特的优点而得到了广泛的应用。国内已有40多个厂家推出了商品常温发黑剂，关于此方面的论文也是竞相刊发。这无疑促进了该工艺的推广应用。但由于技术保密原因，各厂家在具体应用时，由于不了解配方，而不能加以调试，从而造成了一定的困难。本文试图在配方方面加以介绍，使人们对该工艺有更深层次的了解，从而更好地熟悉和应用该工艺，提高经济效益。2钢铁常温发黑的原理钢铁常温发黑的原理比较复杂，涉及许多氧化还原反应和原电池反应。从理论上分析，可能有如下反应发生：Fe+Cu2Fe2Cu3Fe+SeO32-6H3Fe2Se2-3H2O4Fe2O24H4Fe32H2OCu2Se2-CuSe(黑)Fe2Se2-FeSe(黑)2Fe33SeO2-3Fe2（SeO3）2(黑)3Cu+2SeO2-36H2CuSe+Cu23H2O由FeSe、CuSe、Fe2（SO4）3参与成膜，形成常温发黑层。3常温发黑液的组成主盐无论是硒化物系，还是非硒化物的常温发黑剂，Cu2都是成膜的关键组分，最常用的为硫酸铜。氧化剂在常温发黑剂中，必有氧化剂和铜盐、铁基体等参与氧化还原反应才能成膜，常用的有二氧化硒、亚硒酸等，此外还有硝酸、亚硝酸盐、硝酸盐等。加速剂起催化作用，能提高反应成膜速度，最常用的为氯化镍、硫酸镍等。络合剂主要作用是络合铜，控制其置换速度，以保障结合力、常用的有柠檬酸盐、酒石酸盐、氟化物、磺基水杨酸等。稳定剂主要是维持发黑剂pH值稳定。从而使常温发黑操作正常稳定。常选材料有硼酸、磷酸、磷酸缓冲液、氨水、磷酸二氢盐等。表面活性剂使基体表面润滑、发黑膜均匀一致，可消除发花、浮灰现象，常用的有OP乳化剂、十二烷基硫酸钠等。4钢铁常温发黑液具体配方现根据各种杂志所刊发钢铁常温发黑论文资料，并依据我公司研究成果，公布以下具体配方，供进行此项研究者参考。配方1：硫酸铜48g/L二氧化硒48g/L磷酸盐715g/L硝酸盐24g/L柠檬酸盐24g/L稳定剂20ml/LpH2.02.5时间35min配方2(武汉水运工程学院提供)：硫酸铜13g/L亚硒酸23g/L磷酸24g/L有机酸1.01.5g/L十二烷基硫酸钠0.10.3g/L复合添加剂1015g/LpH23时间26min配方3(贵州航空发动机公司提供)：硫酸铜37g/L硫酸镍23g/L乙二胺四乙酸二钠45g/L亚硒酸45g/L磷酸盐2.03.0g/LpH值2.03.0时间3060s配方4(大庆石油学院提供)：硫酸铜2.02.5g/L硝酸1.02.0ml/L二氧化硒2.53.0g/L磷酸1.01.5ml/L对苯二酚0.81.2g/L发黑促进剂1.52.0g/L乙二胺四乙酸二钠0.50.8g/LOP-10乳化剂适量配方5(南方轻工研究所提供)：硝酸铜46g/L亚硒酸510g/L磷酸510ml/L氯化钠12g/LpH1.11.2配方6(河南中原机械厂提供)：硫酸铜24g/L二氧化硒4g/L磷酸1015g/L氯化镍1015g/L酒石酸钾钠2g/L柠檬酸钾2g/L时间36min配方7(杭州大学化学系提供)：硫酸铜(CuSO4.5H2O）3g/L磷酸缓冲液(H3PO4.KH2PO4）4g/L亚硒酸(H2SeO3）1g/L添加剂3g/L时间13min配方8：硫酸铜4g/L硫酸镍1g/L亚硒酸4g/L磷酸二氢锌2g/L硼酸4g/LDPE-12ml/LpH2.53.5时间1060s配方9：硫酸铜35g/L亚硒酸35g/L磷酸二氢锌45g/L柠檬酸23g/L硝酸钾1g/L添加剂20ml/L配方10：硫酸铜45g/L二氧化硒45g/L硫酸镍34g/L氧化锌23g/L磷酸1015g/LTX-10乳化剂10g/L稳定剂510g/L时间38min配方11：硫酸铜46g/L二氧化硒1.53g/L硫酸镍0.52g/L柠檬酸钾2g/L对苯二酚11.5g/L时间15min配方12：硫酸铜2g/L亚硒酸4g/L钼酸钠2g/L硫代硫酸钠1g/L硫酸镍4g/LpH1.52.5时间58min配方13：二氧化硒5g/L硫酸铜4g/L硫酸镍4g/L硝酸锌10g/L磷酸10g/LTX-10乳化剂5g/L络合剂10ml/L时间25min5工艺参数的影响5.1发黑液浓度的影响常温发黑剂浓度过高时，成膜速度过快，膜层较疏松，结合力不好；浓度过低，发黑速度慢。然而，不同材料由于表面活性不同溶液含量也应不同。5.2pH值的影响pH值是影响发黑效果的一个最重要的参数。若pH值过高，成膜速度慢，甚至不能发黑成膜，pH值过低，则反应速度过快，结合力不好，而且随pH值的进一步降低会溶解生成的膜层。pH一般制在1.52.5之间，必要时可用硝酸或氨水调整。5.3温度的影响温度低于10时，反应速度较慢，黑度和均匀性差，此时应延长反应时间。当温度大于40时，反应速度过快，结合力差，温度一般控制在1535。5.4时间的影响黑化时间需根据基体成分和温度而定，一般在310min。若时间过短，则膜成长不完全，膜层过薄，有花斑；若发黑时间过长，则表面会过多地为黑色氧化物，多余部分疏松，结合力不好。6常温发黑工艺简介钢铁常温发黑工艺流程主要包括前处理、发黑和后处理3个部分，其工艺流程为：化学除油热水洗冷水洗酸洗冷水洗冷水洗发黑(可2次发黑)水洗水洗中和水洗浸油封闭。6.1除油除油是关键，如果工件上油未除净，就会直接影响黑化的质量，出现花斑或发黑膜结合力差，甚至不能上色。在此推荐一个除油配方。氢氧化钠80100g/L磷酸三钠5060g/L洗衣粉35g/L温度80以上时间110min对于油污比较严重的工件：可以先用有机溶剂清洗后再化学除油，还可再增加一道电化学除油工序。化学除油后必须先用热水洗。6.2酸洗对于锈蚀不太严重的工件，可采用常规的盐酸液除锈、再水洗，对于锈层和氧化皮较厚的工件，推荐采用以下配方：盐酸300350g/L硫酸150200g/LOP-10乳化剂35g/L十二烷基硫酸钠0.02005g/L时间至锈除尽为止酸洗应注意防止工件过腐蚀，可向酸洗液中加入硫脲等缓蚀剂。6.3发黑将经过前处理的工件直接浸入发黑液中，当工件完全发黑时，即可取出。必须注意：时间不能过长，否则，发黑膜疏松，结合力差。为了获得最佳发黑效果，可将工件抖动数次，以便着色均匀。发黑时间可根据实际情况进行适当调整。例如：随着发黑量的增多，发黑剂有效成分不断消耗，发黑速度逐渐变慢，需适当延长发黑时间。另外，冬季发黑时间应长一些，夏季发黑时间应短一些。工件从发黑液中取出后，应空留几分钟，以继续成膜反应，增加结合力。因成膜反应缓慢，随发黑件存放时间延长，其外观会更黑，耐蚀性和结合力也会越来越好。工件取出后若发现局部着色不均匀，可漂洗后放回发黑液中继续着色，直到满意为止。为得到效果最佳的常温发黑膜，可采用2次发黑工艺，即工件先后在两个发黑槽中发黑，两个发黑槽液成分一致、浓度不同。一般第2槽浓度较低，约为第1槽浓度的1/4左右，其它操作条件一致。应注意：工件经第一次发黑后，应充分水洗再进行第次发黑。6.4中和中和处理是用3%5碳酸钠溶液刷洗或浸渍1min，其目的是为了中和发黑液残液，并填充膜层孔隙，否则残留的酸性发黑液将降低膜层耐蚀性。6.5封闭处理工件发黑后常用防锈油进行封闭处理，可采用以下3种方式：工件经中和水洗后，再热水洗，甩干，彻底干燥后，浸热防锈油(8090)进行封闭处理，时间约2min。工件经热水清洗、甩干后直接浸入脱水防锈油中进行封闭处理，时间在35min，取出后自然晾干。工件发黑后先在8090的1%肥皂溶液中填充处理，取出干燥后可以直接浸普通机油或防锈油。7常见故障及排除7.1结合力不好可能原因：除油、除锈不彻底发黑时间过长pH值过低排除方法：加强前处理控制发黑时间调整发黑液7.2发黑膜颜色不够黑可能原因：发黑时间短发黑液浓度低排除方法：延长发黑时间补充浓缩发黑液7.3发黑膜发花可能原因：前处理不够彻底发黑时间太短排除方法：加强前处理延长发黑时间7.4发不上黑可能原因：油未除净发黑液浓度过低酸度过大排除方法：加强前处理提高发黑液浓度调整酸度7.5光泽差可能原因：防锈油太少油中水分过多浸油时间太短排除方法：补充防锈油排除油中的水延长浸油时间作者单