钢铁表面发蓝
第五节 钢件表面发蓝,发黑,处理 1(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。这种四氧化三铁薄层能有效地保护钢件内部不受氧化。在高温下,约550?,氧化成的四氧化三铁呈天蓝色~故称发蓝处理。在低温下,约3 50?,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。
能否把钢铁表面氧化致密、光滑的四氧化三铁~关键是选择好强的氧化剂。强氧化剂是由氢氧化钠、亚硝酸钠、磷酸三钠组成。发蓝时用它们的熔融液去处理钢件,发黑时用它们的水溶液去处理钢件。常用的发黑溶液成分见表10-7。
表10-7 常用的氧化,发黑,溶液成分
原料名称 氢氧化钠 亚硝酸钠 水 磷酸三钠
NaOH NaNO NaPOHO 234 2质量组成,,, 33 10 2 55
3此溶液的密度是1.4g/cm~沸点是130?。在此溶液的作用下~铁的氧化过程是这样的:
Fe?NaFeO?NaFeO?FeO2222434
具体的化学反应是:
3Fe+NaNO+5NaOH=3NaFeO+NH+HO 22232
6NaFeO+NaNO+5HO=3NaFeO+NH+7NaOH 22222243
NaFeO+NaFeO+2HO=FeO?+4NaOH 22224234
生产实践经验
~要获得光亮、致密的四氧化三铁膜层~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。 2(发蓝,发黑,操作
发蓝,发黑,的操作流程:
工件装夹?去油?清洗?酸洗?清洗?氧化?清洗?皂化?热水煮洗?检查。
,1,工件装夹 要根据工件的形状、大小~
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。
,2,去油 目的是除去工件表面的油污。经过机加工后,发蓝、发黑是最后一道工序,~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~都会严重影响四氧化三铁的生成~所以必须在发蓝、发黑之前除去。常用的除油溶液配方~见表10-8。
表10-8 常用的除油溶液配方
原料名称 碳酸钠 水玻璃 氢氧化钠 磷酸三钠 水
NaCO NaOH NaPONaSiO HO 2334 332质量组成,,, 7 3 3 2 85
将除油溶液加热至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。
,3,酸洗 酸洗的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。
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~锈蚀较轻的钢件可浸20min~锈蚀严重者~则需要浸40min以上。
,4,氧化 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。
发蓝的工艺温度是550?。发黑的工艺温度是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体~对碱溶液有较强的抗抵作用~不易生成FeO~因而浸入时间需更长一些。表10-9列出34
了有关钢种氧化,发黑,时溶液的温度及浸入时间。
表10-9 不同钢件氧化温度与时间
钢种 入槽温度,?, 出槽温度,?, 处理时间,min,
高碳钢 120,125 125,130 40 低、中碳钢 125,130 130,135 50
铬硅钢 125,130 130,140 60
高合金钢 130,135 135,145 70
高速钢 135,140 140,150 80
槽液的正常颜色是白色。如果槽液呈红色或棕色~表示亚硝钠浓度过大~应及时调整槽液的成分。如果溶液呈绿色~则表示铁离子浓度过大~应及时更新溶液。
,5,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。把皂化液加热至80,100?~将氧化后的工件放入皂化液浸泡10min左右。
,6,检查
氧化完毕后~要对工件进行检查~看FeO膜层是否合格。检查34
的方法是:任意抽取三件工件~臵于浓度为2,的硫酸铜溶液中浸泡20s~不退黑色者为合格。三件工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~以加深四氧化三铁的厚度。 3(可能出现的缺陷及解决措施
钢件发黑工艺~在操作过程中~可能会出现如下一些缺陷。
,1,氧化膜疏松 氧化膜应很致密~与基本结合很牢固。如果生成的氧化膜疏松~容易擦掉~这是不正常的现象。出现这种情况~主要是由于新配制的氧化溶液缺少铁离子引起的。解决办法~是加入一些旧的氧化溶液~或者加入一些干净的钢屑~煮沸30min~以增加氧化溶液的铁离子浓度~这现象就会消除。
,2,工件表面呈红褐色锈斑 氧化膜应呈深黑色~光亮且平滑。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 工件表面失去乌黑光泽~呈淡灰色~这是由于氧化溶液中氢氧化钠浓度过低引起的。解决办法~补充加入适量的氢氢化钠。
,4,不生成氧化膜 经处理40,50min后~工件表面仍不上色
,生成氧化膜,~这主要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。
,5,氧化膜表面发花 工件在黑色基体上出现零星的白点~有时白点还较密集~这种现象工人称之为“发花”。发花原因主要是氧化时间不够引起的。解决办法~是延长氧化时间,即浸泡时间,~还可以补充加入少量氢氧化钠。
,6,工件表面呈绿色 如果工件表面的氧化膜不是乌黑色~而是绿色~这是工件过氧化的结果~是由于氧化溶液温度过高、亚硝酸钠浓度过高引起的。解决办法是加入适量冷水,注意:加水时必须穿戴好老保护具~缓缓加入~以免槽液飞溅~造成灼伤事故,和加入少量氢氧化钠~以降低溶液温度及亚硝酸钠的浓度。
4(氧化溶液成分的测定
从以上氧化膜缺陷
中可知~当氧化溶液成分出现波动时~就会造成氧化膜的缺陷~至使发黑操作失败。氧化溶液成分~主要指氢氧化钠浓度和亚硝酸钠浓度。在发黑过程中~水分不断被蒸发~亚硝酸钠和氢氧化钠又非等比消耗~所以~此消彼长~浓度变化是必然的。操作时间越长~变化就越大。
为了不使氧化溶液的成分出现大的波动~应该每隔2,3h~就取样测定它们的浓度~以便及时计算并补充添加有关原料。
下面介绍氢氧化钠、亚硝酸钠浓度的测定方法。
,1,氢氧化钠浓度的测定 吸取氧化溶液10ml~臵于量瓶中~加蒸馏水至500ml~摇匀~这便是稀释液。
吸取稀释液5ml臵于锥瓶中~加蒸馏水100ml~加酚酞1,2滴~溶液变为红色。用0.1N的盐酸标准溶液进行滴定~滴至红色消失~记下盐酸消耗量V1,ml,。
再加甲基橙2滴~溶液变为黄色。继续用0.1N的盐酸进行滴定~滴至黄色转变为红色为止~记下盐酸的消耗量V2,ml,。按下式计算氢氧化钠的浓度, g/l,:
,,V,V,0.1,0.0412 NaOH,,1000(g/l)510,500
或按下式计算氢氧化钠的百分浓度:
,,V,V,0.1,0.04100012NaOH,,,,, 51410,500
,2,亚硝酸钠浓度的测定 吸取氧化溶液10ml~臵于量瓶中~加蒸馏水至500ml刻度处~摇匀~这便是稀释的氧化溶液。
吸取0.1N 的标准高锰酸钾溶液10ml~臵于锥形瓶中~加蒸馏水100ml~硫酸10ml~加热至50?左右。这时溶液呈红色。用稀释的氧化溶液进行滴定~至红色消失为止~记下稀释氧化溶液的消耗量V,ml,。
按下式计算亚硝酸钠的浓度,g/l,:
0.1,10,0.0345 ,g/l, NaNO,,10002V10,500
或按下式计算亚硝酸钠的百分浓度:
0.1100.03451000,,,,, NaNO,,2V1410,500
式中V—滴定时用去的稀释氧化液的ml数,14—10ml氧化溶液
的质量。
5(除油溶液成分的测定
除油与氧化有着密切关系~除油不彻底~很难获得高质量的四氧化三铁层膜。所以~除油溶液也要经常测定其成分~以便及时补充天加有关原料~以保证除油效果。
,1,氢氧化钠的测定 吸取除油溶液5ml臵于锥形瓶中~加蒸馏水100ml~摇均匀。加酚酞指示剂2,3滴~用0.1N的盐酸标准溶液进行滴定~滴至红色消失为终点~记录盐酸消耗量V1,ml,。
在此溶液中加入甲基橙指示剂2滴~溶液变为黄色。用0.1N盐酸标准溶液进行滴定~至黄色变为粉红色为终点~记录盐酸消耗量V2,ml,,不包括V1量,。
在两次滴定后~将溶液煮沸5,10min~待冷到常温后~加酚酞指示剂2,3滴~用0.1N氢氧化钠标准溶液进行滴定~滴至玫瑰红色为终点~记录氢氧化钠消耗量V3,ml,。
按下式计算氢氧化钠的浓度,g/l,:
(,),,0.040VVN12A,,1000,g/l, NaOH5
或按下式计算氢氧化钠的百分浓度:
(,),,0.040VVN100012A,,,100,,, NaOH51100
式中 V1—第一次滴定时用去的盐酸ml数,
V2—第二次滴定时用去的盐酸ml数,
N— 滴定用盐酸的标准当量浓度~在这里是0.1, A
0.040—是NaOH分子里与1000的比值,40?1000=0.040,,
5—吸取的除油液ml数,
1000——1L的ml数,
1100——1L除油溶液的质量。
(2)碳酸钠的测定 按下式计算碳酸钠的浓度,g/l,:
(,,,),0.106VNVN2A3B(g/l): ,,1000NaCO235
或按下式计算碳酸钠的浓度:
(,,,),0.106VNVN10002A3B,,,100(,) NaCO2351100
式中
V2—第二次滴定时用去的盐酸ml数,
N— 滴定用盐酸的标准当量浓度~在这里是0.1, A
V——第三次滴定用的氢氧化钠的ml数, 3
N——滴定用的氢氧化钠的标准当量浓度~这里是0.1, b
0.106—是碳酸钠分子量与1000的比值,106/1000=0.106,。 ,3,磷酸三钠的测定
按下式计算磷酸三钠的浓度,g/l,:
(,,0.380)VN3b,12,,1000,g/l, NaPOHO3425
或按下式计算磷酸三钠的百分浓度:
(,,0.380)VN10003b,12,,,100(,) NaPOHO34251100
式中 0.380—是磷酸三钠及十二个结晶水的分子量与1000的
比值,380/1000=0.380,。
,4,水玻璃,硅酸钠,的测定 吸取除油溶液20ml臵于烧怀中~
加1,浓度的盐酸20ml~摇匀后~加热蒸发至干~待冷却后~再加1,浓度的盐酸10ml~加蒸馏水100ml~加热使盐类溶解~用滤纸过滤~并用1,盐酸洗涤烧怀和沉淀物7,8次~将沉淀和滤纸移于已知重量的瓷坩锅中~在950,1000?的高温电阻电炉中灼烧10,20min~出炉后臵于干燥器中冷却~然后称量~获得沉淀物的质量,g,。
按下式计算水玻璃的浓度,g/l,:
G,2.03,g/l, NaSiO,,100023V
或按下式计算水玻璃的百分浓度:
G,2.031000 ,,, NaSiO,,,10023V1100
式中: G—灼烧后沉淀物的质量, g,
V—吸收的除油溶液ml数,
2.03—NaSiO的分子量与SiO分子量的比值, 222
1000—1L的ml数,
1100—1L的除油溶液的质量。