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发表于 2008-11-4 16:58:08
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来自： 中国吉林吉林市
2 氧化膜的特点及应用范围 : E) Q( |4 W8 c$ t
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。 9 y5 U& Q7 `1 h! K" q
4 氧化膜的性质 ' Y G! s* K3 M9 W, G# ]! T
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。 ! ?& Q- S$ c- S9 b7 o5 A
5 碱性氧化溶液成份及操作条件 5 K: ]$ A& e, o. b
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： ! s( H; p7 v6 D5 k7 p
9 a# s# ^* |6 H$ W: H氢氧化钠 (NaOH) 550 ~ 650克∕升 & ?! Q/ N6 G4 @ ^+ S
亚硝酸钠 (NaNO2) 150 ~ 200克∕升
0 z& G5 K2 }+ e& ~5 l
, q$ W1 p& A! }温 度 (℃) 135 ~ 145 (确切的控制温度应视钢成份而定)
. y# F o. i# }5 |& `' H时 间 (min) 40 ~ 120 (确切的控制时间应视钢成份而定) * M! W3 r, Y2 O& n$ i+ p
0 O& ]! v* k8 f1 {, e k6 影响氧化质量的因素及工艺过程的控制 $ ~1 B. h; a: I/ u' z7 f) O6 N
6.1 溶液成份 . \$ X& [2 e& l
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。 ; }+ @9 S# S1 I* G3 ~& v8 S6 K
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。 * t" R q9 V' V% F U
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。
4 ~6 x5 W5 `8 s3 W+ F, R0 Q6.1.3 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。
. _) A, f! a6 H" Q6.1.4 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。
: n5 _+ i' D8 c+ s氧化时间、温度和钢材含碳量的关系见表1
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# n/ ?6 N3 y, Y: H" y表1 氧化温度、时间和钢含碳量的关系 * v) }6 t/ F4 H) P o
钢材(工件)含碳量(%) 氧化溶液温度(℃) 氧化时间(min)
f9 c3 H6 m, E0.7以上或铸铁 138 ~ 142 15 ~ 25
/ X0 D9 [% } F% x5 L0 H! Q6 k! b9 q5 m2 m/ U7 Z# u
0.4 ~ 0.7 142 ~ 145 25 ~ 40
: w4 W( `+ [; o3 q& k$ R- ^! d5 v: P' A; z, q# s
0.1 ~ 0.4 140 ~ 145 40 ~ 60
" I* S2 D3 v' `9 W. U E. n! C
0 p' ?1 J% d$ |1 Q; k# v合金钢 135 ~ 138 50 ~ 120 , l, q, ~* K6 b* V# O N: {
: g1 Q5 t( ~ g3 H$ K- A高速钢 135 ~ 138 30 ~ 40 + L$ z* Z% ?, C9 \; j: V
1 X( I! _2 F2 \( P' f; h) |/ x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 ) t3 V4 W6 E5 {1 h
: _6 l; Q* U; h+ I% l/ }
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。
8 y, V* M, N+ X) ?, A8 p! m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。 8 _. l. ]7 W; m- J3 i
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6.2 氧化溶液的配制 : @5 d$ F& ?" U) _. s# ?% Y
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； : g$ _0 b; U7 C! Q1 a7 C
6.2.2 将亚硝酸钠缓缓加入槽中； # d M9 Z. h$ o2 n% H
6.2.3 加水至计算容积(液面的标高)后将溶液加热至沸腾； 2 I, c$ E$ H' x- i. `) H0 K8 C
6.2.4 测量温度，取样分析，必要时进行调整；
8 o$ w. r' A) Q6.2.5 用标准样件试氧化，送检合格后即可投入使用。 : l8 I" Y+ r) k; j/ P% o
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。 |
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发表于 2008-11-5 09:03:06
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