钢铁发黑表面处理工艺
发蓝工艺介绍 · 一、发蓝工艺介绍: 钢铁的“发蓝”或“发黑”是指钢铁的化学氧化，钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理，使其表面生成一层均匀的蓝黑到黑色膜层的过程。根据处理温度的高低，钢铁的化学氧化可分为高温化学氧化和常温化学氧化。这里主要以高温碱性氧化为主。 二、发蓝工艺处理原理: 高温化学氧化是传统的发蓝方法，采用还有亚硝酸钠的浓碱性处理液，在140℃左右的温度下处理15min-90min。高温化学氧化得到的是以磁性氧化铁（Fe3O4）为主的氧化膜，膜厚一般只有0.5μm-1.5μm，最后可达2.5μm。氧化膜具有良好的吸附型。将氧化膜浸油或做其他后处理，其耐蚀性能可大大提高。由于氧化膜很薄，对零件的尺寸和精度几乎没有影响，因此在精密仪器、光学仪器、武器、及机器制造业中得到广泛的应用。 三、化学反应机理： 钢铁浸入溶液后，在氧化剂和碱的作用下，表面生成Fe3O4氧化膜，该过程包括以下三个阶段： 钢铁表面在热碱溶液和氧化剂（亚硝酸钠）的作用下生成亚铁酸钠 3Fe + NaNO2 + 5NaOH = 3Na2FeO2 + H2O + NH3↑ 亚铁酸钠进一步与溶液中的氧化剂反应生成铁酸钠 6Na2FeO2 + NaNO2 + 5H2O = 3Na2Fe2O4 + 7NaOH + NH3↑ 铁酸钠（Na2Fe2O4）与亚铁酸钠（Na2FeO2）相互作用生成磁性氧化铁 Na2Fe2O4 + Na2FeO2 +2 H2O = Fe3O4 + 4NaOH 在钢铁表面附近生成的Fe3O4，其在浓碱性溶液中的溶解度极小，很快就从溶液中结晶析出，并在钢铁表面形成晶核，而后晶核逐渐长大形成一层连续致密的黑色氧化膜。 四、发蓝工艺主要流程： 脱脂→除锈→清洗→发蓝→清洗→浸油→检验一片绿叶[神机真人] 以下是本人撰写的钢铁碱性氧化（发兰）工人技术培训材料的部分段落 ，供您参考。2 氧化膜的特点及应用范围钢铁的化学氧化处理亦称发蓝。钢铁通过氧化处理，在表面形成一层氧化膜，膜的厚度约为0.5~1.5μm，厚度很小，因此对工件尺寸无影响。由于氧化是在碱性溶液中进行的，氧化后的工件也就不会产生氢脆。氧化膜的组成主要是Fe3O4，称之为磁性氧化铁。这种氧化膜同空气中自然形成的氧化膜相比，膜层均匀而紧密，但以覆盖层标准来衡量，其防护性能仍很差，需要浸肥皂液，浸油或钝化处理后，防护性能和润滑性能才能得到提高。氧化主要应用于机械、仪器仪表、枪械等的精密零件及不能以其他覆层替代的防护—装饰性工件。弹簧钢、细钢丝、及簿钢片零件也常用氧化膜作为防护层。4 氧化膜的性质影响氧化膜质量(结构、色泽和防护性能)的主要因素是膜层的厚度。十分薄的膜(2~4nm)是无色的，没有防护能力。过厚(>2.5μm)的膜同样达不到最好的防护能力，其外观呈无光泽的黑色或灰黑色，结构疏松，抗磨能力差。合适的厚度为0.6~0.8μm，此时的氧化膜表面呈现出黑色或蓝黑色，带有光泽，膜层致密耐磨性能好，但不是所有钢材都能获得这种氧化膜，钢铁化学成份对膜层外观和结构有明显影响，合金钢和低碳钢的氧化膜层因易夹杂氧化铁而带有红色挂灰，而铸铁、硅钢的氧化膜外观呈黄色至浅黄色。5 碱性氧化溶液成份及操作条件如前所述，碱性氧化溶液都是含氧化剂的浓碱溶液，而按具体成份、浓度不同又分为多种配方。为了得到较厚和防护性能较高的氧化膜，还有采用浓度不同的两种溶液进行两次氧化(我们所在60年代中后期曾使用过)的方法。目前我所采用的是最基本最通用的一种溶液配方，这种溶液的浓度较小，也没有加促进剂，因此成膜速度较慢，需要较长的处理时间，膜层较薄，但比较光亮、美观，其成份及操作条件是：氢氧化钠 (NaOH) 550 ~ 650克∕升亚硝酸钠 (NaNO2) 150 ~ 200克∕升温 度 (℃) 135 ~ 145 (确切的控制温度应视钢成份而定)时 间 (min) 40 ~ 120 (确切的控制时间应视钢成份而定)6 影响氧化质量的因素及工艺过程的控制6.1 溶液成份6.1.1 氢氧化钠的含量溶液中氢氧化钠的含量与氧化速度有关，浓度高些可加快氧化速度，膜厚度也略有增加，但决非越高越好，较适合的浓度是550~700克∕升，过高容易形成红色挂灰、疏松、多孔氧化膜。当氢氧化钠含量超过1100克∕升时就不再形成氧化膜，甚至原先已有的膜还会被溶解。氢氧化钠太低时，不仅氧化膜薄且易发花，防护性能亦差。虽然氢氧化钠的范围相当宽，实际操作时仍应根据钢材(工件)的化学成份选择最合适的含量：高碳钢可以用较低的氢氧化钠，而低碳钢应采用较高的浓度。6.1.2 亚硝酸钠浓度亚硝酸钠是溶液中的氧化剂。提高亚硝酸钠浓度，可使溶液中亚铁酸钠和铁酸钠增多，从而加快氧化速度，形成的氧化膜层致密且牢固。若亚硝酸钠含量过低时，氧化膜虽厚但疏松，氧化剂本身的消耗亦会增加，有时还会使氧化膜出现难看的暗绿色。通常亚硝酸钠含量控制在150~250克∕升范围内。6.1.3 铁铁虽然并不包括在溶液成分之内，但是溶液中必须要含有少量的铁，只有那样，才能在工件表面形成致密且结合牢固的氧化膜。新配制的溶液中因缺乏铁致使所得到的膜十分疏松，同基体的结合力亦很差。当然铁的含量亦不能过高，否则会导致氧化膜的成膜速度下降，且膜上出现红色挂灰。一般铁的含量应控制在0.5 ~ 2.0克∕升范围内。6.1.4 氧化温度、时间与钢铁(工件)含碳量的关系 用来制造工件的钢材中均含有少量碳。碳含量对氧化过程影响较大。一般，含碳量高的钢容易氧化，因而所采用的温度较低，时间也较短；含碳量低时不易被氧化，所用温度必须高些，时间也要长得多；中碳钢所需温度和时间介于两者之间。氧化时间、温度和钢材含碳量的关系见表1表1 氧化温度、时间和钢含碳量的关系钢材(工件)含碳量(%) 氧化溶液温度(℃) 氧化时间(min)0.7以上或铸铁 138 ~ 142 15 ~ 250.4 ~ 0.7 142 ~ 145 25 ~ 400.1 ~ 0.4 140 ~ 145 40 ~ 60合金钢 135 ~ 138 50 ~ 120高速钢 135 ~ 138 30 ~ 40注：钢材的名称、牌号、含碳量、合金成份在黑色金属材料手册中可以查到氧化过程的实际操作是在溶液沸腾或接近沸腾情况下进行的，溶液浓度同温度存在对应关系，溶液的沸腾温度随着氢氧化钠浓度增高而升高，所以这两个因素的影响其实是一致的，即溶液中氢氧化钠含量愈高，其沸腾温度就愈高。下图1是溶液温度(或氢氧化钠浓度)对膜成张速度的影响关系曲线。从图中可以看到：温度愈高，膜的成长速度愈快，最终获得的膜厚度也愈大。过厚的氧化膜常常是疏松和不耐磨擦的。此外，在过高的温度下还会促进溶液中铁酸盐加速水解，形成含水氧化铁红色挂灰附着在工件上，致使膜的质量低劣。因此，化学氧化操作不宜在温度超过145℃的沸腾溶液中进行。6.2 氧化溶液的配制6.2.1 计算并称量所需之氢氧化钠和亚硝酸钠；将所需氢氧化钠分批加入氧化槽中，用部分冷水在搅拌下使其溶解，再加水至计算容积的4/5；6.2.2 将亚硝酸钠缓缓加入槽中；6.2.3 加水至计算容积(液面的标高)后将溶液加热至沸腾；6.2.4 测量温度，取样分析，必要时进行调整；6.2.5 用标准样件试氧化，送检合格后即可投入使用。注：新配溶液中因缺铁，在处理首批工件时可能得不到合格的氧化膜，可用下列任一种方法进行调整:a.以废工件处理一个班次。 b.按每升溶液加入2.5g Fe2(SO4)3?9H2O。 c.加入20%左右旧氧化溶液。金属表面处理技术之一：钢铁发黑（发蓝）作者：小玮 钢铁表面发黑被广泛应用于各种钢铁制品的防腐及装饰处理。目前,钢铁发黑主要有高温碱性发黑、常温发黑。 一、高温碱性氧化发黑: 高温碱性发黑（又称发蓝） 是钢铁最典型的发黑方法,已有几十年的历史,且工艺相对成熟,发黑质量稳定 ,膜的外观、附着力和耐蚀性为目前各方法中最为理想的。因此,它仍是目前钢铁发黑的最主要的方法 。这种方法采用NaNO 2 和NaOH 的浓溶液, 将欲发黑的工件置于此液中, 在140℃ 左右（视共建材质不同，发黑液温度略有不同，一般高碳钢在138℃，中碳钢在140℃，低碳钢在142℃）煮40min左右。X射线衍射分析结果表明,在钢铁件表面形成致密的晶态结构的Fe 3 O 4 膜。该氧化膜与钢铁基体表面接触良好,具有很好的附着力和防腐性能。 高温碱性发黑的机理: 高温碱性发黑过程中涉及到的化学反应有多个,首先在高温下发生下列反应2NaNO 2 = Na 2 O + N 2 O 3 (1)生成的N 2 O 3 再和溶液中析出的氢发生反应2N 2 O 3 + 6H 2 = 4NH 3 + 3O 2 (2)生成的氧会与铁发生下列一系列反应2Fe + O 2 =2FeO (3)4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3 (4)3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 (5)一般认为,上述反应按哪种方式进行主要取决于溶液中氧的浓度。氧的浓度高会生成Fe 2 O 3 使表面发红。因此,应适当控制氧化剂的含量,从而得到黑色的晶态Fe 3 O 4 膜。FeO是氧化亚铁.它是黑色粉末. 难溶于水. 纯铁是银白色的。 氧化铁Fe2O3是红褐色的。 四氧化三铁Fe3O4也是黑色的。 铁的氧化物有氧化亚铁（FeO）、氧化铁（Fe2O3）和四氧化三铁（Fe3O4）等。 FeO是一种黑色粉末，它不稳定，在空气里加热，就迅速被氧化成Fe3O4。 Fe2O3是一种红棕色粉末，俗称铁红，它可用作油漆的颜料。 Fe3O4是一种复杂的化合物，它是具有磁性的黑色晶体，俗称磁性氧化铁。 铁的氧化物都不溶于水，也不跟水起反应。 FeO和Fe2O3都能跟酸起反应，分别生成亚铁盐和铁盐。
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