钢件表面发蓝(发黑)处理原理及工艺流程

简要描述:为了提高钢件的防锈能力,用强的氧化剂将钢件表面氧化成致密、光滑的四氧化三铁(Fe3O4)。这Fe3O4薄层能有效地保护钢件内部不受氧化。
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一、发蓝(发黑)原理

为了提高钢件的防锈能力,用强的氧化剂将钢件表面氧化成致密、光滑的四氧化三铁(Fe3O4)。这Fe3O4薄层能有效地保护钢件内部不受氧化。在高温下(约550℃)氧化成的Fe3O4呈天蓝色,帮称发蓝处理。在低温下(约130℃)氧化成的Fe3O4呈暗黑色,帮称发黑处理。在兵器工业上,常用的是发蓝处理;在工业生产上,常用的是发黑处理。

能否把铁氧化成致密、光滑的Fe3O4关键是选择好强的氧化剂。强氧化剂是由氢氧化钠(NaOH)、亚硝酸钠(NaNO2)、磷酸三钠(Na3PO4)组成。发蓝时用它们的熔融液去处理工件;发黑是用它们的水溶液去处理工件。常用的发黑溶液成分见表一。

表一

原料名称氢氧化钠

NaOH

亚硝酸钠

NaNO2

磷酸三钠

Na3PO4

H2O

质量组成(%)3310255

 

此溶液的浓度是1.4g/cm3  ,沸点是130℃。在此溶液的作用下,铁的氧化程是这样的:

Fe→Ma2FeO2→Na2Fe2O4→Fe3O4

生产实践经验证明,要获得光亮、致密的Fe3O4膜层,氧化溶液中亚硝酸钠与氢氧化钠的比例,要保持在1:3~3.5之间。

二、发蓝(发黑)的操作过程:

工件装夹→去油→清洗→酸洗→氧化→清洗→皂化→热水煮洗→检查。

(一)工件装夹

要根据工件的形状、大小、设计专门的夹具或吊具。目的是使工件之间留有足够的间隙,工件间不能相互接触,要使每个工件都能完全浸入氧化液中被氧化。

(二)去油

目的是除去工件表面的油污。经过机架工后(发蓝、发黑是末尾一道工序),工件表面难免不留下油污,用防锈油作工序间防锈的更是这样。任何油污,都会严重影响Fe3O4的生成,所以必须在发蓝、发黑之前除去。常用的除油溶液配方,见表二。

表二

原料名称氢氧化钠

NaOH

亚硝酸钠

NaNO2

磷酸三钠

Na3PO4

水玻璃

Na2SiO3

H2O

质量组成(%)733285

 

将除油溶液加热到80~90℃,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。

(三)酸洗

酸洗目的,是除去工件表面的铁锈。因为铁锈会阻碍生成致密的Fe3O4层。即使工件无铁锈,也应酸洗,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,有得于下一工序的氧化,能生成较厚的Fe3O4层。  酸洗溶液一般是10%~15%浓度的硫酸溶液,温度是70~80℃。,将工件浸入硫酸溶液中,浸入时间为30min左右,铁锈少的可浸20min,铁锈多的需浸40min以上。

(四)氧化

氧化是发蓝、发黑的主要工序。Fe3O4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。  发蓝的温度是550℃。发黑溶液的温度是130~145℃。浸入时间是50~80min。含碳量高的高碳钢,氧化速度较快,浸入时间可短些。含碳量低的低碳钢,氧化速度慢,浸入时间需要长些。合金钢特别是高合金钢,工件表面有一定的残余奥氏休,对碱溶液有较强的抗抵作用,不易生成Fe3O4,因面浸入时间需长些。表三列出了有关钢种氧化(发黑)时溶液的温度及浸入时间。

表三

钢种入槽温度(℃)出槽温度(℃)处理时间(min)
高碳钢120~125125~13040
低、中碳钢125~130130~13550
铬硅钢125~130130~14060
高合金钢130~135135~14570
高速钢135~140140~15080

 

溶液的正常颜色是白色。如果溶液呈红色或棕色,表示亚硝酸钠浓度过大,应及时调整溶液的成分。如果溶液呈绿色,表示铁离子浓度过大,应及及时更新溶液。  (五)皂化  所谓皂化,是用肥皂水溶液在一定温度下浸泡工件。目的是形成一层硬脂酸铁薄膜,以提高工件的抗腐蚀能力。常用的皂化液浓度是30~50g(肥皂)/L。把皂化液加热到80~10℃,将氧化后的工件放入浸泡10min左右。

(六)检查

氧化完毕后,要对工件进行检查,看Fe3O4层是否合格。任意抽取三件,置于2%浓度的硫酸铜溶液中浸泡20s,不退黑色者为合格。三件中有一件以上不合格,则整槽工件视为不合格,需再氧化一次,以加深Fe3O4厚度。

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