钢铁高温发蓝

钢铁高温发蓝 发蓝是将钢在空气中加热或直接浸于浓氧化性溶液中﹐使其表面产生极薄的氧化物膜的材料保护技术 ﹐也称发黑。钢铁零件的发蓝可在亚硝酸钠和硝酸钠的熔融盐中进行﹐也可在高温热空气及 500℃以上的 过热蒸气中进行﹐更常用的是在加有亚硝酸钠的浓苛性钠中加热。 发蓝时的溶液成分﹑反应温度和时间依钢铁基体的成分而定。发蓝膜的成分为磁性氧化铁﹐厚度为 0. 5～1.5 微米﹐颜色与材料成分和工艺条件有关﹐有灰黑﹑深黑﹑亮蓝等。单独的发蓝膜抗腐蚀性较差﹐但 经涂油涂蜡或涂清漆后﹐抗蚀性和抗摩擦性都有所改善。发蓝时﹐工件的尺寸和光洁度对质量影响不大。 故常用于精密仪器﹑光学仪器﹑工具﹑硬度块等。 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 50～100 克氢氧化钠 600～700 克亚硝酸钠 100～200 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. 7135-14015030-50<0.4142-145153-15540-60 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 3～10 克硝酸钙 80～100 克过氧化锰 10～15 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 40～45 分钟。在处理碳素钢时，药液中磷酸含量控制在 3～ 5克／升；处理合金钢或铸钢时，磷酸含量控制在 5～10 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。 浅述发黑容易产生的疵病与对策 紧固件通过发黑处理，可使其表面生成保护性的氧化膜。膜的主要成分是磁性氧化铁（Fe3O4）,膜的颜色 视其基体材质及表面状态，处理工艺的不同而有所差异，故又叫“发蓝”或“发黑”。由于用碱性氧化法 不会对紧固件渗氢，造成氢脆。因此，一些弹性零件，如弹簧垫圈、波形垫片等常用发黑作保护层。 氧化膜颜色检验应以黑色或蓝黑色、膜层颜色均匀为主。但在实际生产中，若操作不当或对发黑液使用不 当，就会产生一些质量问题。 中国机械专家网 www.expsky.com 一般常见的疵病有以下几种：白斑、发花；颜色不正；氧化膜不牢；锈斑、手印等。 一、 白斑、发花 中国机械专家网 www.expsky.com 这种现象主要表现为氧化膜的色泽深浅不一，出现白斑、发花。 产生原因：①多数白斑、发花的产生是紧固件在发黑前表面没有彻底清洗干净，有残留的油渍、锈斑； ②紧固件在发黑过程中粘牢、紧靠，使工件与发黑液的接触面不均匀。 防止对策：①紧固件必须彻底清理干净。对于高碳钢或渗碳件易采用碱液煮洗除油。即使没有锈迹的 中、低碳钢紧固件也要用 8%～10%盐酸溶液浸洗，增加紧固件表面活性，使之易于氧化发黑。②有条件的 情况下，对红打（热锻）的紧固件必须进行喷砂处理，喷砂必须彻底，不留死角。③用挂具吊挂时，在发 黑过程中应经常翻动，使发黑液均匀接触紧固件表面。④若以产生白斑、发花，紧固件必须重新进行酸洗， 才能再次进行补救发黑。 二、颜色不正 中国机械专家网 www.expsky.com 紧固件发黑后出现偏蓝色或发红。 产生原因：①钢材成分不同。其氧化膜形成速度不同；②发黑液配比不当。③紧固件表现存在锈斑或 氧化物层。 防止对策：①不同钢材的紧固件要分别进行发黑处理；②将发黑液的成分适当调整（碱含量过高时， 降低浓度）；③将紧固件进行酸洗处理，然后再次进行发黑处理。 三、 氧化膜不牢 产生原因：①发黑前紧固件除油清洗不彻底；②发黑处理时间过长，发黑层过厚，形成了发黑浮层， 附着力差；③紧固件酸洗后的清水冲洗不干净，将残酸带到发黑液中，造成局部反应过度；④工件表面有 浮锈。 防止对策：①将紧固件彻底清洗干净，用流动水清洗，不可用砂纸打磨代替清洗；②准确掌握紧固件 在发黑液中的时间，一般发黑 1小时左右，如果采用二次发黑，只需 30 分钟；③酸洗后的紧固件应迅速进 行发黑处理；④若紧固件不酸洗或酸洗后放置时间过长，都容易产生浮锈，故对紧固件进行酸洗后应立即 进行发黑处理；⑤对直接冲压成形的薄壁件，如弹簧片、夹子等可先进行材料碱性去磷，增加表面活性。 四、 锈斑、手印 发黑改变紧固件颜色的原因是氧化反应，所以发黑后的紧固件需及时进行脱水封闭。如果发黑后的紧 固件不及时浸油封闭，已活化的元素和空气继续反应，有时会出现变色现象。 产生原因：①紧固件发黑后未进行脱水防锈处理，只使用一般油质涂覆，将水分子封闭在紧固件表面， 造成紧固件表面锈蚀；②油中混入太多水分造成脱水不彻底。 防止对策：①将发黑后的紧固件用专用防锈油，对其进行脱水封闭处理，将紧固件表面的水置换掉， 并以油膜保护紧固件表面；②防锈油使用一段时间后，应放掉容器底部的水分，长期使用的防锈油水分含 量过大时，应及时调换。 五、结语 中国机械专家网 www.expsky.com 总之，当我们迈入二十一世纪后的紧固件表面氧化技术，已发生了一个又一个的变化，即更加环保， 更短的处理工艺，更优的品质和较低的生产成本。我们希望表面氧化技术继续为提高紧固件质量做出贡献， 并且以不断提升的发展形式而逐步发展。 常规发黑中容易产生的缺陷及补救方法 一、常规发黑中的要求及配方 常规发黑中，发黑液的温度应控制在 138—146℃之间，发黑时间以 20—30min 为宜。发黑时，紧固件 必须置于槽液的中部，不允许使紧固件露出液面或靠近槽底。其配方为：氢氧化钠（NaOH）650—700g/L, 亚硝酸钠（NaNO2）70—75g/L，磷酸三钠（Na3PO4•12H2O）80g/L。氢氧化钠（NaOH）和亚硝酸钠（NaNO2） 含量之比以（8—12）：1为最好。低碳钢采用温度的下限，比值的上限为宜。 二、发黑过程中产生的主要缺陷 （1）发黑件表面出现红褐色锈斑。 （2）发黑膜颜色发淡。 （3）发黑件表面发红。 （4）发黑件表面发绿，色泽不均匀。 三、缺陷产生的原因分析及补救办法 （1） 当氧化剂（NaNO2）含量不足时，腐蚀程度加剧，从而产生氢氧化铁（Fe（OH）3）红褐色锈斑。 遇到这种情况，可加入适量的氧化剂（NaNO2），并加水降低槽温即可。 （2） 当槽液温度较低、氧化不充分时，便会造成发黑膜颜色发淡。这时可根据化验结果，适当增加 槽液浓度，提高槽液温度便可。 （3） 当槽液温度偏高、腐蚀剂（NaOH）含量过多时，发件黑表面会出现发红现象。这时应严格控制 槽温，同时严格控制氢氧化钠（NaOH）和亚硝酸钠（NaNO2）之比，其比值不可大于 12：1。 （4） 槽温偏低、装量太多、槽液浓度较低时，会在发黑件表面出现发绿现象，且色泽不均匀。这时 应提高槽温和槽液浓度。 1 常温发蓝液的配方 硫酸铜 2～3(g/L) 亚硒酸 5～6(g/L) 磷酸盐 2.5～5(g/L) 对苯二酚 1.5～2.5(g/L) OP-10 适量 2 成分及作用 (1)主成膜剂 硫酸铜和亚硒酸为常温发蓝液中的主成膜剂，仅由主成膜剂形成的膜层通常呈疏松、多孔， 附着力和耐磨性较差，必须要加入其他添加剂。 (2)辅助成膜剂 辅助成膜剂可伴随主反应的同时辅助成膜，不仅能加深黑化膜的色泽，而且还能提高膜层 的致密度、附着力、耐磨性和耐蚀性等。在常温发蓝液中通常以磷酸盐、H3PO4 或 H3PO4-KH2PO4 为辅 助成膜剂。 (3)稳定剂 常温发蓝液在使用过程中因铁的溶解生成 Fe3+，与 SeO2+3 生成 Fe2(SeO3)3 白色沉淀。稳定剂 多为 Fe2+的络合剂，如柠檬酸，抗坏血酸等，可阻止沉淀生成，提高常温发蓝液的使用寿命。在常温发蓝 液中加入 EDTA、FeCl2·4H2O 也能起到稳定剂的作用。 (4)调整剂 常温发蓝剂在工件表面的反应速度直接影响黑化膜的质量，常温发蓝处理时成膜速度太快，造 成膜层疏松、结合力、耐磨性和耐蚀性较差。通常常温发蓝时间(新配制的常温发蓝液)应大于 90s，加入速 度调整剂可延长成膜时间，提高膜层质量。本常温发蓝液中加入对苯二酚作为速度调整剂。 (5)湿润剂 表面湿润剂能提高常温发蓝件表面的湿润性，有利于形成结合力强的色泽均匀的黑化膜。常用 的有十二烷基硫酸钠、OP-10 等。 3 工艺说明 常温发蓝液为灰褐色半透明的酸性溶液，pH 值为 1.5～4.0，无味、不燃，放置一段时间后略有灰白色沉淀 物生成，但不影响使用。使用温度为常温，成膜时间平均为 5～7min。工件常温发蓝前应进行严格的前处 理，即彻底除油、除锈及清洗，防止常温发蓝件表面出现花斑或局部不成膜。在常温发蓝过程中应轻轻摆 动工件，待工件表面均匀成膜后取出，工件取出后在空气中停留片刻，使黑化膜在空气中老化，等膜层稳 定后再清洗，能提高黑化膜的结合力。最后进行浸油封闭处理。常温发蓝液使用一段时间后会产生沉淀物， 沉淀物可滤除，同种材料使用新配制的常温发蓝液成膜时间较短，对于非同种材料，为了获得满意的常温 发蓝效果，可对常温发蓝液成分进行微调，还应定期对常温发蓝液 pH 值进行检测，以保证常温发蓝液的 质量。