谈谈钢铁常温发黑工艺应用

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　　1前言
　　钢铁常温发黑具有节能、高效、设备简单、操作方便和基本无环境污染等特点。从小件到面积较大、形状复杂、不同钢种的工件均可应用。但由于前处理难，各类发黑剂都存在不同弊病，该项技术推广很不平衡。笔者结合多年生产实践，谈谈生产应用中的工艺控制和改进措施，供同行参考。
　　2工艺控制和改进措施
　　2.1工艺流程
　　一般为化学除油→热水洗→清水洗→强腐蚀→二次清水洗→化学除油→热水洗→清水洗→弱腐蚀→二次清水洗→常温发黑→二次清水洗→浸脱水油→送验。
1 `0 o- n' @/ @+ B& |* K　　2.2前处理
　　钢铁常温发黑前处理主要是除油和除锈，一般采用化学除油、盐酸腐蚀，也有应用湿法喷砂的［1］。具体工艺笔者以前做过详细介绍［2］。常温发黑液呈酸性，发黑前工件表面要求全润水，才能有效地保证黑膜的牢固度，否则再好的发黑剂也不能出合格产品。多年实践证明，无论是单独用除油剂，还是低浓度三大碱添加除油剂的除油槽，都要在50℃左右加热，以加快除油速度。操作时如果采用短时间(3～5min)除油、除锈交叉作业，工效明显提高。
% h+ \! V/ ~2 ?" b: N) j　　2.3常温发黑
　　钢铁常温发黑剂自80年代中期国内开发以来，市场商品逐渐增多。生产应用效果大体都是膜的结合力不如高温发黑的，溶液稳定差等［3］。
　　HH902钢铁常温发黑剂在这两方面有较大突破。笔者所在厂几年生产实践证实，膜的牢固度无需等待24h的后效，就能获得结合力良好的黑色膜层，完全可同高温发黑媲美。溶液稳定性方面，工作液产生白色沉淀少，也不易影响膜层质量，不需经常调整；母液存放两年以上无沉淀，效果不变。
/ n+ S2 Y! x9 M. b0 S8 u　　ZT发黑剂将丙烯酸类涂料添加在发黑剂内，两工序合二为一，简化生产。膜的结合力、耐蚀性良好，只是黑膜黑度偏淡蓝颜色。
　　溶液维护与调整常温发黑时，钢铁表面活化产生Fe2＋，过量Fe2＋与Se2-反应生成白色沉淀；在氧化剂存在的条件下，Fe2＋氧化为Fe3＋反应也生成沉淀，均无谓消耗溶液内Se2-，缩短使用寿命，生产中应采取如下措施：
　　(1)生产线设计发黑槽前两只清水槽要用硬塑板或钢板槽内衬软塑料板制作，以防铁槽生锈污染清水，在生产中将Fe2＋带入发黑槽。
" l9 |% @& O8 R6 ^. V　　(2)发黑用器皿小批量生产用塑料篮，批量生产用钛篮、钛框、钛滚桶等，杜绝发黑时产生Fe2＋和消耗发黑剂。钛器皿虽一次性投入资金较多，但耐酸碱，又与发黑剂不起反应，使用寿命10年以上，综合计算还显著降低生产成本。
　　(3)发黑槽加盖停工时将溶液用塑料盖盖严，防止空气中氧气入内，减慢Fe3＋生成速度而减少沉淀物的形成。
　　定期用精密试纸检查溶液pH值，高于2.6以上就要加以调整。比较简单的办法是，先将溶液自然沉淀过滤，补加母液使工作液恢复到pH2.4范围即可继续发黑。
) L$ e) \% l1 I: w2 s$ D$ ~　　如果不是批量生产，发黑液配制以每批零件量计算，一次性发黑药液用完为原则，这样不但保证黑膜均匀，结合力好，还能避免由于溶液存放时自我消耗。
9 F% C% B$ ]; Z! m　　2.4后处理
! s  O# i* k& k. ~: y! w　　(1)常规技术要求改用脱水油封闭。
　　(2)膜层耐蚀性要求较高，可加钝化处理，再浸脱水油。
/ B3 ?% t" K& @$ \. j$ k5 O　　(3)耐蚀性、耐磨性要求都高于常规发黑膜层标准，发黑后浸丙烯酸酯乳液固化剂，略自然干燥后浸脱水油。
1 n) y6 T5 J8 t　　(4)膜层要求耐温400℃的不油封，可浸强力封闭剂，表面光亮度好、硬度高。
　　生产中为了降低生产成本，可根据发黑件的表面技术要求，尽量采用简单的后处理工艺。
　　2.5生产中注意要点
4 O. T& @! f* g( _; J" a# r　　(1)前处理必须达到工件全润水，不允许有残留油污、锈点和氧化皮等。
) R# \3 v5 Z8 J　　(2)发黑前用清水洗时，要严格清洗掉工件内外盐酸液，否则易产生沉淀。
0 Y4 k# Z6 l: ^$ g. b　　(3)新配槽液常温发黑时间控制为2～3min，老槽液可延长至5～10min。一般视工件黑灰色出槽为佳(随时间延长转为黑色)，出槽时黑色，膜层较疏松，结合力不理想。
　　(4)有机膜的封闭应选用水溶性丙烯酸酯乳液，发黑后清洗干净可直接浸涂，工艺较简单。溶液配制按说明，乳液与水一定要搅拌均匀，调整至工件膜层无流痕，方可投入生产。
　　(5)浸脱水油要摆脱传统浸油习惯(入槽略浸一下就出槽)，封闭有一个先脱水并使油相浸润工件的过程，时间控制在3～8min。
% \6 q& f) I% y. t6 O　　3生产成本
　　笔者就所在厂批量生产用HH902发黑剂，几年来做了详细统计结果表明，配槽费加设备投资，常温发黑低于高温发黑。日生产费用常温发黑为1.93元／m2，高温发黑为4.17元／m2，降低54%，考虑到后处理部分工件需钝化或丙烯酸酯乳液等封闭，总成本也要降低30%以上。
　　4膜层质量讨论
　　从成膜机理可以看出，钢铁常温发黑是在钢铁表面形成CuSe、Cu2O等的覆盖层，这种覆盖层不同于成熟的化学镀镍、镀铜的质量。由于成膜机理不成熟，工艺参数多凭经验，生产商品发黑剂就不可能完善，存在膜层疏松多孔，结合力和耐磨性比高温差。因此为了保证常温发黑膜层质量，发黑前必须彻底去除工件的油和锈蚀，结合力才有保证。发黑后处理也不能沿用高温发黑的工艺，改用能脱掉膜层内水份又具有防锈等作用的脱水油，润湿封闭可达高温发黑膜层的耐蚀性效果。市售发黑剂耐磨性还是不尽人意。发黑后增加一道有机膜的封闭层［4］，可满足其耐磨性要求，同时也提高膜层的耐蚀性。 【MechNet】
文章关键词： 发黑工艺   表面处理