钢制件的表面发黑、表面磷化、表面镍磷镀

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　　钢制件的表面发黑处理，也有被称之为发蓝的。发黑处理现在常用的方法有传统的碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种。但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好。A3钢用碱性发黑好一些。碱性发黑细分出来，又有一次发黑和两次发黑的区别。发黑液的主要成分是氢氧化钠和亚硝酸钠。发黑时所需温度的宽容度较大，大概在135摄氏度到155摄氏度之间都可以得到不错的表面，只是所需时间有些长短而已。实际操作中，需要注意的是工件发黑前除锈和除油的质量，以及发黑后的钝化浸油。发黑质量的好坏往往因这些工序而变化。 金属“发蓝”药液
5 t& h& T3 p! {$ K# G) }# P　　采用碱性氧化法或酸性氧化法；使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，此处理过程称为“发蓝”。黑色金属表面经“发蓝”处理后所形成的氧化膜，其外层主要是四氧化三铁，内层为氧化亚铁。 一、碱性氧化法“发蓝”药液
　　1.配方：硝酸钠50～100克氢氧化钠600～700克亚硝酸钠100～200克水1000克
　　2.制法：按配方计量后，在搅拌条件下，依次把各料加入其中，溶解，混合均匀即可。
6 P8 z. K  j0 L( J8 [: w　　3.说明：
: [  K, c( H8 P7 [0 ~　　(1)金属表面务必洗净和干燥以后，才能进行“发篮”处理。
　　(2)金属器件进行“发蓝”处理条件与金属中的含碳量有关，“发蓝”药液温度及金属器件在其中的处理时间可参考下表。
　　金属中含碳量%------工作温度(℃)----处理时间(分)
" v% G) e  @8 t+ R　　大于0.7--------------135-137------------143
7 w; y' j  ?* y3 ~8 F2 P% K　　0.5-0.7--------------135-140------------150
　　小于0.4--------------142-145----------153-155
& O1 L. ^2 U# @# a: m" M9 |　　合金钢---------------142-145----------153-155 (3)每隔一星期左右按期分析溶液中硝酸钠、亚硝酸钠和氢氧化钠的含量，以便及时补充有关成分。一般使用半年后就应更换全部溶液。 (4)金属“发蓝”处理后，最好用热肥皂水漂洗数分钟，再用冷水冲洗。然后,又用热水冲洗，吹于。二、酸性氧化法“发蓝”药液
　　1.配方：磷酸3～10克硝酸钙80～100克过氧化锰10～15克水1000克
　　2.制法：按配方计量后，在不断搅拌条件下，依次把磷酸、过氧化锰和硝酸钙加入其中，溶解，混合均匀即可。
0 S$ S. {9 n  j3 c　　3.说明：
　　(1)金属器件先经洗净和干燥后才能进行“发蓝”处理。
) {; |% `  m) q　　(2)此法所得保护膜呈黑色，其主要成分是由磷酸钙和铁的氧化物所组成，其耐腐能力和机械强度均超过碱性氧化法所得的保护膜。
$ J2 z6 ]2 i- @4 T. M　　4.“发蓝”工作温度为100℃，处理时间为40～45分钟。在处理碳素钢时，药液中磷酸含量控制在3～5克／升；处理合金钢或铸钢时，磷酸含量控制在5～10克／升。应注意定期分析药液磷酸的含量。
　　5.“发蓝”处理后金属器件的清洗方法同上。 表面磷化
　　近来的研究发现表明作为磷化膜基底的金属材料的表面状态对磷化质量影响很大。现归纳如下：
　　1、表面碳的污染
0 E; ~; h6 v  R1 Q( B/ ?6 Z+ _　　钢铁表面碳的污染对磷化处理非常不利，磷化膜质量差。碳浓度大的钢板耐式性差。碳浓度高的部位，磷酸锌结晶不能析出，造成磷化膜缺陷，盐雾试验中会早期起泡和剥落。因此选材时就应注意这一点。
　　2、钢铁表面氧化膜
　　钢铁表面氧化膜的厚度直接影响磷化及效果。用偏光分析氧化膜与耐蚀性之间关系后发现：当氧化膜厚度小于16*10-6mm时较好。氧化膜过厚则耐蚀性差，当出现兰色的氧化膜时，常常磷化不上。
　　3、钢板表面的结晶方位
　　有报导在改变热处理温度等钢板制造条件时，钢板表面有不同的结晶方位，而结晶方位的不同又影响着磷化性。
　　4、冷轧钢板组成元素在表面浓化对磷化的影响
　　由于热力学和金属物理学方面的原因会使冷轧钢板组成元素在表面浓化，在不同的热处理条件下将出现的锰忽然磷的表面浓化。当锰浓化高时，磷化反应良好。另一方面，P的浓化将延迟晶核的形成和生长，劣化反应性，浓化的P的氧化物，推迟了铁的溶解，使磷化性降低。而表面的锡、铝、钛、铬、铅等会使磷化结晶粗大，造成耐蚀性降低。
　　5、镀锌板钝化与采用不同镀锌方式的镀锌板
　　镀锌板是否经过钝化对磷化效果有很大的影响。经过钝化处理后的镀锌板磷化性差，所生成的结晶杂乱粗大。热浸镀锌与电镀锌板相比，前者的磷化性差，后者的磷化性好。各种合金的镀锌板磷化差别也很大。
　　综上所述，在进行磷化处理前，应该先对所处理的材质进行详细的了解，只有这样，才能选择好合适的工艺及配方。 磷化前表面调整处理的影响
5 P' U' u  C0 A1 ]5 {  J! ^6 A' B, l　　所谓磷化表面调整句是采用磷化表面调整剂使需要磷化的金属表面改变微观状态，促使磷化过程中形成结晶细小的、均匀、致密的磷化膜。
, j" s: v& O3 v6 a7 M8 E　　磷化前零件的表面处理对磷化膜质量影响极大，尤其是酸洗或高温强碱清洗对薄层磷化影响最明显。研究结果表明，冷轧钢板表面存在着一层厚度为(50~150)*10-10m的四氧化三铁和三氧化二铁的完整氧化层，磷酸盐结晶就在此基础上生成，得到完整致密的磷化膜。如果经过酸洗，则只剩下30*10-10m以下的三氧化二铁氧化层，过于薄且不完整，所以很难得到良好均匀的磷化膜，还因为酸洗表面产生析碳，也影响磷化膜的形成。对于高温或强碱清洗，由于钢板表面上的活性点转变成氧化物或氢氧化物，使构成磷化膜的结晶晶核减少，因而促使生成稀疏粗大的结晶，影响磷化质量，尤其是低温薄层里边化及低锌磷化对预处理特别敏感，不进行表面调整处理，就难形成磷化膜。
　　最初采用的是3~5%的草酸水溶液做磷化表面调整剂，现在采用效果更好的磷酸钛胶体溶液处理，由于胶粒表面能很高，对物体表面有极强的吸附作用，胶体微粒吸附在零件表面上形成均匀的吸附层，在磷化时，这层极薄的吸附层就是一层分布均匀，数量极多的磷酸盐结晶晶核，因而促进结晶均匀快速形成，限制了大晶体的生长，结果就促使了磷化膜的细化和致密，提高了成膜性，缩短了磷化时间，降低膜厚，同时也能消除钢铁表面状态的差异对磷化质量的影响。在工艺生产中，表面调整剂的用量约为0.5g/m2，在生产中应注意保持槽液的良好，避免沉淀。另外应防止碱酸及磷化液进入表面调整工作液，以防止工作液因污染而失效。 磷化工艺(含设备)管理方面的影响
　　除了磷化处理剂及被处理钢材的影响外，很多影响因素存在于磷化工艺及管理方面。
　　1、磷化工艺的设计应合理
　　磷化工艺包括脱脂、除锈、表面调整、磷化、钝化及各工序间的水洗，有的还包括水洗后的烘干。一般希望除锈工序不安排在前处理生产线上，他会造成很大的弊端。酸雾对生产线环境的污染易造成零件再度生锈，零件焊缝处很难洗净，造成耐蚀性大幅度下降。因此要加强防锈，让冷轧板不通过酸洗，非酸洗的在成型前先进行酸洗。
　　2、前处理的结构是否满足工艺与材料的要求
3 Q% Q' \* ?2 Y+ F3 k　　生产实践中，由于窜水、加热系统、除渣系统、加料系统等方面的原因，造成许多磷化质量问题。这就要求对设备结构进行管理和要求 面镍磷镀
/ y1 w. l- x- q　　镍磷镀技术，是近年发展起来的先进的金属表面防护技术。不用直流电源设备，是将工件直接浸到温度90℃左右的镀液中，完成镀层沉积。对电镀无法进行的大型设备和细小物件，或要求有较高的精度具有凹凸纹的复杂外形，或深孔内壁，或要求有较高的表面硬度和耐磨性，或塑料陶瓷，玻璃，石英等非金属材料表面金属化均可获得致密均匀，并较电镀更为优良的镍磷镀层。
　　镍磷镀层对石油化工生产中大量存在含氯离子、硫化氢、二氧化硫、二氧化碳等环境有良好的耐腐蚀性能。
　　镍-磷合金镀层具有高硬度和高耐磨性。在干燥和润滑的情况下，具有比硬铬更好的耐磨性，已被广泛用来代替高合金材料和硬铬镀层。
　　以超微金刚石、碳纳米管与镍-磷合金制备出镍-磷-碳纳米管-金刚石多元复合镀层在刀具、研磨、润滑、摩擦、化工、耐蚀保护镀层、装饰等方面将会比镍-磷合金有更广泛的应用。在各种金属表面制备出镍-磷-碳纳米管-金刚石多元复合镀层。以碳钢为例，目前碳钢相对不锈钢的价格比为1∶5—1∶15，在碳钢表面制备出镍-磷-碳纳米管-金刚石复合镀层的成本，即使加上电镀处理的费用，也肯定会低于不锈钢价格。这种复合镀层一旦能够实现大规模生产，其社会效益和经济效益都是很可观的。
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