钢铁的发黑处理.ppt

钢铁的发黑处理一、概述二、氧化膜形成的基本原理由于某些情况，在形成四氧化三铁氧化膜的同时，有部分铁酸钠水解，生成红色的氧化铁的水合物（Fe2O3.mH2o),沉积在2件表面上，这是力求避免的（这种现象一般在氢氧化钠含量高、亚硝酸钠含量低时产生。）这种现象的产生，主要是溶液中有红色肢体状氧化铁存在的缘故。即：
NaFe2O4+(m+1)H2OFe2O3.mH2O+2NaOH
Fe2O3.mH2O→Fe2O3.(m-n)H2O+nH2O
形成氧化膜的整个过程可以图解表示如下：钢件制作Fe→Na2FeO2→Na2Fe2O4→Fe2O3.mH2O→Fe2O3.(m-n)H2O
根据这个理论，钢上的Fe3O4晶体转化膜是这个氧化物的过饱和溶液中结晶析出的，并附着在工件表面上而得到的。它的结构与厚度取决于金属-溶液界面液相区的磁性氧化铁溶液的过饱和。
这个理论没有考虑到对钢的化学氧化机理有着重大影响的某些方面：
①Fe(OH)2或HFeO2-在有氧的存在下十分不稳定，与强烈地吸附氧的同时它在瞬时间便转化为氢氧化铁（或铁酸盐）。
②硝酸盐要在铁的存在下，才会还原为亚硝酸盐或亚硝基化合物。无论是硝酸盐还是亚硝酸盐都不能直接氧化二价的铁离子。使后者氧化的化合物有可能是Fe(NO)n,不含有这个化合物的新配溶液是不能得到良好的膜层的。
③在成膜过程中，金属上的氧化物也应算作基底的一部分，它可导致局部电池的电极反应延续进行。结晶析出成膜理论不能解释这一事实。
（二）氧化膜的性质：
钢铁上的氧化膜由亚铁-高铁氧化物Fe3O4组成，其中部分可能为它的水合物。氧化膜的结构、色泽和防护性能取决于它的厚度。
十分薄的膜（2–4nm）并不改变钢表面的外观，同时也不具有防护作用。厚度大于2.5um的氧化膜则无光泽，呈黑色或灰黑色，其结构疏松、抗磨性差。较适合的厚度为0.6~0.8um，呈现黑色或蓝黑色，而且是带有光泽的致密膜层。钢材的化学成分对氧化膜的外观和结构有明显的影响。合金钢和低碳钢一般难以得到带光泽的深黑色或蓝黑色膜，且膜内易夹有红色的氧化铁挂灰。
影响膜层厚度的主要因素是溶解的苛性碱浓度和温度。由于氧化是在溶液的沸点或接近于沸点的温度下进行的，而溶液的浓度与沸点又存在着对应关系，所以这两个因素的影响其实是统一的。温度越高，氧化膜的形成速度也越快，最终获得的氧化膜的厚度也越厚。一般厚氧化膜常是疏松和容易被擦掉的。因此钢的氧化不易在高于145°的沸腾温度下进行。此外，在这样高的温度下还会加速铁酸盐的水解而在工作上形成含水氧化铁的红色挂灰，以致膜层质量低劣。当氧化液温度高于170°C和氢氧化钠含量大于1000g/时，工件表面就不能生成氧化膜。发生这种现象的主要原因是在高温下亚铁酸钠与铁酸钠相互作用生成氧化膜的反应成慢、磁性氧化铁的溶解度增大。
发黑液中氧化剂的浓度对膜层厚度也有一定的影响。随着氧化

三、发黑溶液中各介质的作用NaOH含量（g/L)3、磷酸三钠的作用
发黑溶液中一般只要有氢氧化钠、亚硝酸钠两种介质就能形成Fe3O4氧化膜。但添加了磷酸三钠能使零件在氧化过程中进一步提高质量。
关于磷酸三钠的作用有两种说法，一种是：当磷酸三钠溶解后，能产生大量的气泡，使发黑液进一步翻动，迫使污物不吸附在零件的表面，有利于氧化膜的均匀形成。另一种说法是：由于磷酸三钠与零件表面污物起作用，生成一种比较轻的物质，漂浮在槽液的表面，然后使零件表面清洁，有利于氧化膜的不断增厚。
氧化液中加入少量的磷酸三钠，可使膜层细致，并能提高耐蚀性。（加入量可在20~40g/L）
4、亚铁氰化钾的作用
氧化液中加入1~2g/L亚铁氰化钾【K4Fe(CN)6】能使膜层结晶细致，结合力好，减少褐色沉淀物。但该化学试剂有毒，一般很少使用。

四、影响氧化膜生成的主要因素温度升高，氧化速度相应加快，氧化膜厚而致密；温度过高时，氧化膜（Fe3O4）在碱液里的溶解度提高，这样氧化速度减慢，膜层疏松，色泽差。温度低，氧化不够充分，其颜色较浅，膜也薄，抗蚀能力较差。所以，温度应根据氧化液的成分进行选择，进槽时应取温度的下限，出槽时应控制在温度的上限。
4、Fe3+影响
氧化液中氧化铁（Fe2O3)的含量对氧化膜的生成过程及质量影响很大。当溶液中的氧化铁含量缺少时,(特别是新配的溶液），得到的氧化膜较厚，但结构很疏松，耐磨性能极差，容易剥落和擦去，这是由于零件表面铁离子析出过多，氧化过剧的缘故。一般正常的溶液，就碳素钢来讲，约有30%的铁离子构成氧化膜，70%的铁离子溶解在溶液中。所以一般新配的氧化液，必须预先添加一些氧化铁（如生铁屑）。
如果氧化液中三价铁含量过高，会降低氧化速度，氧化膜厚度会变薄，耐蚀性差。三价铁含量太多，则不会产生正常的黑色氧化膜，而是产生带有半透明的红褐色的薄膜，严重时甚至连