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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 6 H! H% I8 y8 l
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。 + \& N2 a S# n5 t
4 氧化膜的性质
! _+ Z7 Q; p; s7 ]8 z5 J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; p' V% g( X, j0 H, o4 ?1 [3 s
5 碱性氧化溶液成份及操作条件
* R5 ]/ q2 R6 H9 Z9 G' `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： , p/ b+ u) z# Q7 j
; B: X3 F; _" R M氢氧化钠 (NaOH) 550 ~ 650克∕升
: Y" B0 `" U4 U- `* c: f1 z: |' e亚硝酸钠 (NaNO2) 150 ~ 200克∕升 4 c5 q5 h) q6 t4 p7 ?) H
( F1 |- O) ]. B" H( M( g温 度 (℃) 135 ~ 145 (确切的控制温度应视钢成份而定)
- o" M: |+ h5 _ q- L- W7 Z+ c" y, ^" Z时 间 (min) 40 ~ 120 (确切的控制时间应视钢成份而定) ( r! Z* Q. k# U' W4 l
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6 影响氧化质量的因素及工艺过程的控制
' c) S D9 w0 o5 g6.1 溶液成份 - {" I {, B! s7 }- {7 ?
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。 p8 _6 v; @* K( l2 F3 w1 g6 @
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。
- I X- E' K' Q( m4 G8 v6.1.2 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。
) q0 g5 o5 w# }6.1.3 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。
& H- g) B9 |" V2 i J, [+ r: `6.1.4 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。 : r5 g" T' m) F
氧化时间、温度和钢材含碳量的关系见表1 , z: b& E+ T. k8 j) `3 z. @
( [: i4 K8 `7 ?3 _9 }* {表1 氧化温度、时间和钢含碳量的关系 , p* \7 i6 `& I4 q- Q5 k! h
钢材(工件)含碳量(%) 氧化溶液温度(℃) 氧化时间(min) 0 H4 f! [7 X' n7 h& \3 l
0.7以上或铸铁 138 ~ 142 15 ~ 25
, Q5 j3 O* R2 c+ n
9 m) I% n4 P y4 `2 K; r% g0.4 ~ 0.7 142 ~ 145 25 ~ 40 / }. E( S5 o" l* g& V3 g
* o0 I+ e9 ?' o9 v' G8 \0.1 ~ 0.4 140 ~ 145 40 ~ 60 # w& i7 }/ ^, X+ \9 {! |6 n/ b
6 X9 N# C8 C u: c合金钢 135 ~ 138 50 ~ 120
, B) V) i' Z4 T& \) e5 A: H1 u2 C; S$ R0 `, }5 ]
高速钢 135 ~ 138 30 ~ 40
, q& d) _ W8 R
2 V2 Y" O R5 w2 o5 [7 X7 E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 7 b t5 W- s7 i
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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。
1 ~ i6 x+ l; g) ~# G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。
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6.2 氧化溶液的配制 9 u7 @ Y! x( a0 O& _" Z0 {% t" C
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； 6 Z* W( k3 H. ^* n0 ~
6.2.2 将亚硝酸钠缓缓加入槽中； / V+ S) a) o# J1 }% q% m1 \- N2 W2 I
6.2.3 加水至计算容积(液面的标高)后将溶液加热至沸腾；
~8 \4 {# B' x% s( G4 y6.2.4 测量温度，取样分析，必要时进行调整；
0 d# V0 X( ]1 ?" D3 w6.2.5 用标准样件试氧化，送检合格后即可投入使用。 9 t+ J/ V) W; T/ R0 j
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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