不銹鋼化學熱處理發黑法有堿性發黑、常溫發黑和余熱發黑等。
一、堿性發黑工藝
堿性發黑是將零件放在一定溫度的堿性溶液中進行氧化處理,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合。依處理條件的不同,該氧化膜可呈現亮藍色到亮黑色。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,還能起到消除應力的作用,所以堿性發黑幾十年來在工業上一直得以廣泛應用。
堿性發黑過程也是一個化學反應過程,最后在不銹鋼零件表面生成Fe3O4氧化膜。其化學反應方程式為:
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,為酸洗作準備。脫脂工序在脫脂槽中進行。
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,多用于油污嚴重的工件脫脂。
③. 應用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,應將工件在20%~35%(質量分數)的工業鹽酸中酸洗,時間在30s以上。氧化皮厚的工件,應酸洗至潔凈,但應防止工件腐蝕。
為減少氫脆,可在鹽酸中添加0.2%~0.5%(質量分數)尿素。工件酸洗后,先在清水中沖洗,再在3%(質量分數) 碳酸鈉溶液中中和殘酸后即可發黑。
c. 氧化(發黑)
鋼鐵工件發黑溶液的成分和工藝條件見表10-11。
e. 皂化
皂化是使工件發黑生成的氧化鐵膜微孔內的鐵轉化成硬脂酸鐵(能浸潤油,而不被水浸潤),呈鈍化狀態,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、常溫發黑工藝
常溫發黑工藝流程:除油→水洗→酸洗→水洗→一次發黑→漂洗→二次發黑→漂洗→封閉上油。
該工藝發黑時不需加熱,因發黑液為酸性,發黑前不需中和,發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。
商品常溫發黑劑市場上品種較多,其中H-845、SRB-1等應用較早。發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,檢驗合格后方可成批進行發黑處理。品等。
發黑液呈酸性,發黑槽應為防酸材料,如聚氯乙烯,聚丙塑料或玻璃鋼制工件在發黑液中浸液處理8~10min,工件之間應保持一定間隙,使之與液體均勻接觸。其他工序請參閱堿性發黑工藝。
三、鋼鐵余熱發黑工藝
鋼鐵余熱發黑劑是由多種清洗防銹劑、有機著色劑、有機成膜材料、乳化分散劑及表面助劑等多種原料組成的。其發黑原理是在發劑與金屬接觸的瞬間先進行金屬表面清洗,同時利用工件上存在的余熱,使發黑液中的有機化合物成膜材料依據熱反應聚合的機理凝聚沉積在金屬表面,形成一層含有著色物質的高分子材料的保護膜。通過該有機包覆膜的附著和封閉起到有效的防腐防銹作用。另外,鋼鐵余熱發劑中的表面助劑浸附在黑色有機膜的表面,起到增加光澤并減少工件表面機械磨損的作用。
a. 種類
鋼鐵余熱發黑劑的種類:
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
鋼鐵余熱發黑的工藝流程:
①. 處理前的準備
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,不必進行前處理,適當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,工件表面應無油污和銹跡。
②. 處理液的配制
配料前將發劑原液搖動均勻,然后與水調配成所需濃度的使用液。其濃度應根據工件的材質、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提高濃度。使用液濃度范圍為5%~20%(質量分數),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后取出風干,或靜止放置24h后即可使用。
工件在鋼鐵余熱發黑液處理后,表面呈深黑色,且有光澤,耐蝕性較好。
