不銹鋼化學(xué)熱處理發(fā)黑法有堿性發(fā)黑、常溫發(fā)黑和余熱發(fā)黑等。
一、堿性發(fā)黑工藝
堿性發(fā)黑是將零件放在一定溫度的堿性溶液中進(jìn)行氧化處理,使零件表面生成一層氧化膜(Fe3O4),這層氧化膜組織較緊密,能牢牢地與金屬表面結(jié)合。依處理條件的不同,該氧化膜可呈現(xiàn)亮藍(lán)色到亮黑色。不僅對金屬表面起防銹作用,還能增加金屬表面的美觀。對淬火零件來說,還能起到消除應(yīng)力的作用,所以堿性發(fā)黑幾十年來在工業(yè)上一直得以廣泛應(yīng)用。
堿性發(fā)黑過程也是一個化學(xué)反應(yīng)過程,最后在不銹鋼零件表面生成Fe3O4氧化膜。其化學(xué)反應(yīng)方程式為:
鋼鐵堿性氧化工藝流程:脫脂→清洗(熱水)→清洗(流動水)→酸洗→清洗(流動水)→中和→氧化→清洗(回收槽中)→清洗→皂化→清洗(熱水) →干燥→檢驗→浸油→停放。
a. 脫脂
除掉工件上粘附的油跡,為酸洗作準(zhǔn)備。脫脂工序在脫脂槽中進(jìn)行。
脫脂溶液配比有三種:
①. 氫氧化鈉50~60g/L,碳酸鈉70~80g/L,水1L。在沸騰狀態(tài)下使用,煮洗20~30min。
②. 氫氧化鈉130g/L,碳酸鈉50g/L,磷酸鈉50g/L,硅酸鈉4g/L,水 1L。使用溫度為95~100℃,煮洗20~30min,多用于油污嚴(yán)重的工件脫脂。
③. 應(yīng)用664活性劑 20g/L,HO1L,2~3min 基本可以去凈油污。
b. 酸洗
為了去掉工件的銹跡、氧化皮和活化工件表面,應(yīng)將工件在20%~35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的工業(yè)鹽酸中酸洗,時間在30s以上。氧化皮厚的工件,應(yīng)酸洗至潔凈,但應(yīng)防止工件腐蝕。
為減少氫脆,可在鹽酸中添加0.2%~0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))尿素。工件酸洗后,先在清水中沖洗,再在3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 碳酸鈉溶液中中和殘酸后即可發(fā)黑。
c. 氧化(發(fā)黑)
鋼鐵工件發(fā)黑溶液的成分和工藝條件見表10-11。
e. 皂化
皂化是使工件發(fā)黑生成的氧化鐵膜微孔內(nèi)的鐵轉(zhuǎn)化成硬脂酸鐵(能浸潤油,而不被水浸潤),呈鈍化狀態(tài),從而提高抗蝕能力。
皂化液用 30~50g/L的肥皂水溶液組成。工作溫度為80~100℃,處理時間3~5min。
e. 浸油
浸油的目的是使工件的耐蝕性進(jìn)一步提高,并且使工件外觀有光澤,氧化膜更為美觀。油脂有:10號全損耗系統(tǒng)用油、3號錠子油、變壓器油等,工作溫度為100~110℃,浸油時間3~5min。
二、常溫發(fā)黑工藝
常溫發(fā)黑工藝流程:除油→水洗→酸洗→水洗→一次發(fā)黑→漂洗→二次發(fā)黑→漂洗→封閉上油。
該工藝發(fā)黑時不需加熱,因發(fā)黑液為酸性,發(fā)黑前不需中和,發(fā)黑后零件在脫水防銹油中(常溫)浸泡,因此工件不需烘干、皂化。
常溫發(fā)黑液的配方:硝酸(HNO3)8~10mL/L、H2SeO3, 14~15g/L, CuSO4 · 5H2O 10~12g/L、C6H4(OH)2 5~6g/L、添加劑12~15g/L。
商品常溫發(fā)黑劑市場上品種較多,其中H-845、SRB-1等應(yīng)用較早。發(fā)黑液的配比一般為原液:水=1:3-5(體積比),合金鋼和不銹鋼取上限,碳鋼、鑄鐵取下限,新配液先試生產(chǎn),檢驗合格后方可成批進(jìn)行發(fā)黑處理。品等。
發(fā)黑液呈酸性,發(fā)黑槽應(yīng)為防酸材料,如聚氯乙烯,聚丙塑料或玻璃鋼制工件在發(fā)黑液中浸液處理8~10min,工件之間應(yīng)保持一定間隙,使之與液體均勻接觸。其他工序請參閱堿性發(fā)黑工藝。
三、鋼鐵余熱發(fā)黑工藝
鋼鐵余熱發(fā)黑劑是由多種清洗防銹劑、有機(jī)著色劑、有機(jī)成膜材料、乳化分散劑及表面助劑等多種原料組成的。其發(fā)黑原理是在發(fā)劑與金屬接觸的瞬間先進(jìn)行金屬表面清洗,同時利用工件上存在的余熱,使發(fā)黑液中的有機(jī)化合物成膜材料依據(jù)熱反應(yīng)聚合的機(jī)理凝聚沉積在金屬表面,形成一層含有著色物質(zhì)的高分子材料的保護(hù)膜。通過該有機(jī)包覆膜的附著和封閉起到有效的防腐防銹作用。另外,鋼鐵余熱發(fā)劑中的表面助劑浸附在黑色有機(jī)膜的表面,起到增加光澤并減少工件表面機(jī)械磨損的作用。
a. 種類
鋼鐵余熱發(fā)黑劑的種類:
JH—160 型:零件余熱溫度160~220℃。
JH-200 型:零件余熱溫度200℃以上。
JH-350型:零件余熱溫度350~600℃。
b. 工藝流程
鋼鐵余熱發(fā)黑的工藝流程:
①. 處理前的準(zhǔn)備
使用JH-200型、JH-350型表面處理液時,如果工件表面有輕微浮銹和少量油污,不必進(jìn)行前處理,適當(dāng)提高處理液濃度即可。使用JH—160 型表面處理液時,因處理溫度較低,工件表面應(yīng)無油污和銹跡。
②. 處理液的配制
配料前將發(fā)劑原液搖動均勻,然后與水調(diào)配成所需濃度的使用液。其濃度應(yīng)根據(jù)工件的材質(zhì)、大小和溫度等因素確定。原則上是中、低碳鋼及滲碳鋼采用低濃度,大工件采用較低濃度,合金鋼及小工件適當(dāng)提高濃度。使用液濃度范圍為5%~20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),配液先后濃,以確定最佳濃度。
③. 處理液使用溫度
常溫使用,一般不高于60℃,有條件保持在40℃左右較少。溫度過高會影響表面處理零件的質(zhì)量,并引起處理液的分離。
④. 工件的表面處理工藝及后處理
工件在電爐加熱,其加熱溫度是:400℃(JH-350型)、250℃(JH-200型)和180℃(JH-160型)。在爐中保溫 0.5h以后取出立即放入配制好的表面處理液中20~30s后取出風(fēng)干,或靜止放置24h后即可使用。
工件在鋼鐵余熱發(fā)黑液處理后,表面呈深黑色,且有光澤,耐蝕性較好。
