一、發藍(發黑)原理
為了提高鋼件的防鏽能力,用強的氧化劑将鋼件表面氧化成緻密、光滑的四氧化三鐵(Fe3O4)。這Fe3O4薄層能有效地保護鋼件内部不受氧化。在高溫下(約550℃)氧化成的Fe3O4呈天藍色,幫稱發藍處理。在低溫下(約130℃)氧化成的Fe3O4呈暗黑色,幫稱發黑處理。在兵器工業上,常用的是發藍處理;在工業生産上,常用的是發黑處理。
能否把鐵氧化成緻密、光滑的Fe3O4關鍵是選擇好強的氧化劑。強氧化劑是由氫氧化鈉(NaOH)、亞硝酸鈉(NaNO2)、磷酸三鈉(Na3PO4)組成。發藍時用它們的熔融液去處理工件;發黑是用它們的水溶液去處理工件。常用的發黑溶液成分見表一。
表一
原料名稱 |
氫氧化鈉 NaOH |
亞硝酸鈉 NaNO2 |
磷酸三鈉 Na3PO4 |
水 H2O |
質量組成(%) |
33 |
10 |
2 |
55 |
此溶液的濃度是1.4g/cm3,沸點是130℃。在此溶液的作用下,鐵的氧化程是這樣的:
Fe→Ma2FeO2→Na2Fe2O4→Fe3O4
生産實踐經驗證明,要獲得光亮、緻密的Fe3O4膜層,氧化溶液中亞硝酸鈉與氫氧化鈉的比例,要保持在1:3~3.5之間。
二、發藍(發黑)的操作過程:
工件裝夾→去油→清洗→酸洗→氧化→清洗→皂化→熱水煮洗→檢查。
(一)工件裝夾
要根據工件的形狀、大小、設計專門的夾具或吊具。目的是使工件之間留有足夠的間隙,工件間不能相互接觸,要使每個工件都能完全浸入氧化液中被氧化。
(二)去油
目的是除去工件表面的油污。經過機架工後(發藍、發黑是最後一道工序),工件表面難免不留下油污,用防鏽油作工序間防鏽的更是這樣。任何油污,都會嚴重影響Fe3O4的生成,所以必須在發藍、發黑之前除去。常用的除油溶液配方,見表二。
表二
原料名稱 |
氫氧化鈉 NaOH |
亞硝酸鈉 NaNO2 |
磷酸三鈉 Na3PO4 |
水玻璃 Na2SiO3 |
水 H2O |
質量組成(%) |
7 |
3 |
3 |
2 |
85 |
将除油溶液加熱到80~90℃,然後将工件浸入,浸入時間為30min左右,若油污較多,還得延長除油時間,以除油徹底為準。
(三)酸洗
酸洗目的,是除去工件表面的鐵鏽。因為鐵鏽會阻礙生成緻密的Fe3O4層。即使工件無鐵鏽,也應酸洗,因為它使油污進一步去除幹淨,而且酸洗會提高工件表面分子的活化能,有得于下一工序的氧化,能生成較厚的Fe3O4層。 酸洗溶液一般是10%~15%濃度的硫酸溶液,溫度是70~80℃。,将工件浸入硫酸溶液中,浸入時間為30min左右,鐵鏽少的可浸20min,鐵鏽多的需浸40min以上。
(四)氧化
氧化是發藍、發黑的主要工序。Fe3O4膜層是否緻密、是否光滑、是否有足夠的厚度,取決于氧化階段。 發藍的溫度是550℃。發黑溶液的溫度是130~145℃。浸入時間是50~80min。含碳量高的高碳鋼,氧化速度較快,浸入時間可短些。含碳量低的低碳鋼,氧化速度慢,浸入時間需要長些。合金鋼特别是高合金鋼,工件表面有一定的殘餘奧氏休,對堿溶液有較強的抗抵作用,不易生成Fe3O4,因面浸入時間需長些。表三列出了有關鋼種氧化(發黑)時溶液的溫度及浸入時間。
表三
鋼種 |
入槽溫度(℃) |
出槽溫度(℃) |
處理時間(min) |
高碳鋼 |
120~125 |
125~130 |
40 |
低、中碳鋼 |
125~130 |
130~135 |
50 |
鉻矽鋼 |
125~130 |
130~140 |
60 |
高合金鋼 |
130~135 |
135~145 |
70 |
高速鋼 |
135~140 |
140~150 |
80 |
溶液的正常顔色是白色。如果溶液呈紅色或棕色,表示亞硝酸鈉濃度過大,應及時調整溶液的成分。如果溶液呈綠色,表示鐵離子濃度過大,應及及時更新溶液。 (五)皂化 所謂皂化,是用肥皂水溶液在一定溫度下浸泡工件。目的是形成一層硬脂酸鐵薄膜,以提高工件的抗腐蝕能力。常用的皂化液濃度是30~50g(肥皂)/L。把皂化液加熱到80~10℃,将氧化後的工件放入浸泡10min左右。
(六)檢查
氧化完畢後,要對工件進行檢查,看Fe3O4層是否合格。任意抽取三件,置于2%濃度的硫酸銅溶液中浸泡20s,不退黑色者為合格。三件中有一件以上不合格,則整槽工件視為不合格,需再氧化一次,以加深Fe3O4厚度。
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