钢铁表面发蓝

钢铁表面发蓝 第五节 钢件表面发蓝,发黑,处理 1(发蓝,发黑,原理 为了提高钢件的防锈能力～用强的氧化剂将钢件表面氧化成致密、光滑的四氧化三铁。这种四氧化三铁薄层能有效地保护钢件内部不受氧化。在高温下,约550?,氧化成的四氧化三铁呈天蓝色～故称发蓝处理。在低温下,约3 50?,形成的四氧化三铁呈暗黑色～故称发黑处理。在兵器制造中～常用的是发蓝处理,在工业生产中～常用的是发黑处理。 能否把钢铁表面氧化致密、光滑的四氧化三铁～关键是选择好强的氧化剂。强氧化剂是由氢氧化钠、亚硝酸钠、磷酸三钠组成。发蓝时用它们的熔融液去处理钢件,发黑时用它们的水溶液去处理钢件。常用的发黑溶液成分见表10-7。 表10-7 常用的氧化,发黑,溶液成分 原料名称 氢氧化钠 亚硝酸钠 水 磷酸三钠 NaOH NaNO NaPOHO 234 2质量组成,,, 33 10 2 55 3此溶液的密度是1.4g/cm～沸点是130?。在此溶液的作用下～铁的氧化过程是这样的: Fe?NaFeO?NaFeO?FeO2222434 具体的化学反应是: 3Fe+NaNO+5NaOH=3NaFeO+NH+HO 22232 6NaFeO+NaNO+5HO=3NaFeO+NH+7NaOH 22222243 NaFeO+NaFeO+2HO=FeO?+4NaOH 22224234 生产实践证明～要获得光亮、致密的四氧化三铁膜层～氧化溶液中亚硝酸钠与氢氧化钠的比例～要保持在1:3，3.5之间。 2(发蓝,发黑,操作 发蓝,发黑,的操作: 工件装夹?去油?清洗?酸洗?清洗?氧化?清洗?皂化?热水煮洗?检查。 ,1,工件装夹 要根据工件的形状、大小～设计专门的夹具或吊具。目的是使工件之间留有足够的间隙～工件间不能相互接触～要使每个工件都能完全浸入氧化液中被氧化。 ,2,去油 目的是除去工件表面的油污。经过机加工后,发蓝、发黑是最后一道工序,～工件表面难免不留下油污～用防锈油作工序间防锈的更是这样。任何油污～都会严重影响四氧化三铁的生成～所以必须在发蓝、发黑之前除去。常用的除油溶液配方～见表10-8。 表10-8 常用的除油溶液配方 原料名称 碳酸钠 水玻璃 氢氧化钠 磷酸三钠 水 NaCO NaOH NaPONaSiO HO 2334 332质量组成,,, 7 3 3 2 85 将除油溶液加热至80，90?～然后将工件浸入～浸入时间为30min左右～若油污较多～还得延长除油时间～以除油彻底为准。 ,3,酸洗 酸洗的目的是除去工件表面的锈迹。因为锈迹、锈斑会阻碍生成致密的四氧化三铁层。即使工件无锈迹～也应进行酸洗～因为它使油污进一步去除干净～而且酸洗会提高工件表面分子的活化能～有利于下一工序的氧化～能生成较厚的四氧化三铁层。 酸洗溶液一般是10，15,浓度的硫酸溶液～温度是70，80?～将 工件浸入硫酸溶液中～浸入时间为30min左右～锈蚀较轻的钢件可浸20min～锈蚀严重者～则需要浸40min以上。 ,4,氧化 氧化是发蓝、发黑的主要工序。四氧化三铁膜层是否致密、是否光滑、是否有足够的厚度～取决于氧化阶段。 发蓝的工艺温度是550?。发黑的工艺温度是130，145?。浸入时间是50，80min。含碳量高的高碳钢～氧化速度较快～浸入时间可短些。含碳量低的低碳钢～氧化速度慢～浸入时间需要长些。合金钢特别是高合金钢～工件表面有一定的残余奥氏体～对碱溶液有较强的抗抵作用～不易生成FeO～因而浸入时间需更长一些。表10-9列出34 了有关钢种氧化,发黑,时溶液的温度及浸入时间。 表10-9 不同钢件氧化温度与时间 钢种 入槽温度,?, 出槽温度,?, 处理时间,min, 高碳钢 120，125 125，130 40 低、中碳钢 125，130 130，135 50 铬硅钢 125，130 130，140 60 高合金钢 130，135 135，145 70 高速钢 135，140 140，150 80 槽液的正常颜色是白色。如果槽液呈红色或棕色～表示亚硝钠浓度过大～应及时调整槽液的成分。如果溶液呈绿色～则表示铁离子浓度过大～应及时更新溶液。 ,5,皂化 所谓皂化～是用肥皂水溶液在一定温度下浸泡工件。目的是形成一层硬脂酸铁薄膜～以提高工件的抗腐蚀能力。常用的皂 化液浓度是30，50g,肥皂,/L。把皂化液加热至80，100?～将氧化后的工件放入皂化液浸泡10min左右。 ,6,检查 氧化完毕后～要对工件进行检查～看FeO膜层是否合格。检查34 的是:任意抽取三件工件～臵于浓度为2,的硫酸铜溶液中浸泡20s～不退黑色者为合格。三件工件中有一件以上不合格～则整槽工件视为不合格～需再氧化一次～以加深四氧化三铁的厚度。 3(可能出现的缺陷及解决措施 钢件发黑工艺～在操作过程中～可能会出现如下一些缺陷。 ,1,氧化膜疏松 氧化膜应很致密～与基本结合很牢固。如果生成的氧化膜疏松～容易擦掉～这是不正常的现象。出现这种情况～主要是由于新配制的氧化溶液缺少铁离子引起的。解决办法～是加入一些旧的氧化溶液～或者加入一些干净的钢屑～煮沸30min～以增加氧化溶液的铁离子浓度～这现象就会消除。 ,2,工件表面呈红褐色锈斑 氧化膜应呈深黑色～光亮且平滑。如果工件表面出现红褐色斑点或连成一片～这主要是由于氧化溶液中氢氧化钠过浓、生成氧化铁过多所致。解决办法是调整溶液成分～补充加入一些亚硝酸钠和水～以降低NaOH浓度。 ,3,工件表面呈淡灰色 工件表面失去乌黑光泽～呈淡灰色～这是由于氧化溶液中氢氧化钠浓度过低引起的。解决办法～补充加入适量的氢氢化钠。 ,4,不生成氧化膜 经处理40，50min后～工件表面仍不上色 ,生成氧化膜,～这主要是由于溶液温度过低～亚硝酸钠浓度不足引起的。解决办法是提高溶液温度～适当增加亚硝酸钠量。 ,5,氧化膜表面发花 工件在黑色基体上出现零星的白点～有时白点还较密集～这种现象工人称之为“发花”。发花原因主要是氧化时间不够引起的。解决办法～是延长氧化时间,即浸泡时间,～还可以补充加入少量氢氧化钠。 ,6,工件表面呈绿色 如果工件表面的氧化膜不是乌黑色～而是绿色～这是工件过氧化的结果～是由于氧化溶液温度过高、亚硝酸钠浓度过高引起的。解决办法是加入适量冷水,注意:加水时必须穿戴好老保护具～缓缓加入～以免槽液飞溅～造成灼伤事故,和加入少量氢氧化钠～以降低溶液温度及亚硝酸钠的浓度。 4(氧化溶液成分的测定 从以上氧化膜缺陷中可知～当氧化溶液成分出现波动时～就会造成氧化膜的缺陷～至使发黑操作失败。氧化溶液成分～主要指氢氧化钠浓度和亚硝酸钠浓度。在发黑过程中～水分不断被蒸发～亚硝酸钠和氢氧化钠又非等比消耗～所以～此消彼长～浓度变化是必然的。操作时间越长～变化就越大。 为了不使氧化溶液的成分出现大的波动～应该每隔2，3h～就取样测定它们的浓度～以便及时计算并补充添加有关原料。 下面介绍氢氧化钠、亚硝酸钠浓度的测定方法。 ,1,氢氧化钠浓度的测定 吸取氧化溶液10ml～臵于量瓶中～加蒸馏水至500ml～摇匀～这便是稀释液。 吸取稀释液5ml臵于锥瓶中～加蒸馏水100ml～加酚酞1，2滴～溶液变为红色。用0.1N的盐酸溶液进行滴定～滴至红色消失～记下盐酸消耗量V1,ml,。 再加甲基橙2滴～溶液变为黄色。继续用0.1N的盐酸进行滴定～滴至黄色转变为红色为止～记下盐酸的消耗量V2,ml,。按下式计算氢氧化钠的浓度, g/l,: ，，V,V，0.1，0.0412 NaOH,，1000(g/l)510，500 或按下式计算氢氧化钠的百分浓度: ，，V,V，0.1，0.04100012NaOH,，,,, 51410，500 ,2,亚硝酸钠浓度的测定 吸取氧化溶液10ml～臵于量瓶中～加蒸馏水至500ml刻度处～摇匀～这便是稀释的氧化溶液。 吸取0.1N 的标准高锰酸钾溶液10ml～臵于锥形瓶中～加蒸馏水100ml～硫酸10ml～加热至50?左右。这时溶液呈红色。用稀释的氧化溶液进行滴定～至红色消失为止～记下稀释氧化溶液的消耗量V,ml,。 按下式计算亚硝酸钠的浓度,g/l,: 0.1，10，0.0345 ,g/l, NaNO,，10002V10，500 或按下式计算亚硝酸钠的百分浓度: 0.1100.03451000，，,,, NaNO,，2V1410，500 式中V—滴定时用去的稀释氧化液的ml数,14—10ml氧化溶液 的质量。 5(除油溶液成分的测定 除油与氧化有着密切关系～除油不彻底～很难获得高质量的四氧化三铁层膜。所以～除油溶液也要经常测定其成分～以便及时补充天加有关原料～以保证除油效果。 ,1,氢氧化钠的测定 吸取除油溶液5ml臵于锥形瓶中～加蒸馏水100ml～摇均匀。加酚酞指示剂2，3滴～用0.1N的盐酸标准溶液进行滴定～滴至红色消失为终点～记录盐酸消耗量V1,ml,。 在此溶液中加入甲基橙指示剂2滴～溶液变为黄色。用0.1N盐酸标准溶液进行滴定～至黄色变为粉红色为终点～记录盐酸消耗量V2,ml,,不包括V1量,。 在两次滴定后～将溶液煮沸5，10min～待冷到常温后～加酚酞指示剂2，3滴～用0.1N氢氧化钠标准溶液进行滴定～滴至玫瑰红色为终点～记录氢氧化钠消耗量V3,ml,。 按下式计算氢氧化钠的浓度,g/l,: (,)，，0.040VVN12A,，1000,g/l, NaOH5 或按下式计算氢氧化钠的百分浓度: (,)，，0.040VVN100012A,，，100,,, NaOH51100 式中 V1—第一次滴定时用去的盐酸ml数, V2—第二次滴定时用去的盐酸ml数, N— 滴定用盐酸的标准当量浓度～在这里是0.1, A 0.040—是NaOH分子里与1000的比值,40?1000=0.040,, 5—吸取的除油液ml数, 1000——1L的ml数, 1100——1L除油溶液的质量。 (2)碳酸钠的测定 按下式计算碳酸钠的浓度,g/l,: (，,，)，0.106VNVN2A3B(g/l): ,，1000NaCO235 或按下式计算碳酸钠的浓度: (，,，)，0.106VNVN10002A3B,，，100(,) NaCO2351100 式中 V2—第二次滴定时用去的盐酸ml数, N— 滴定用盐酸的标准当量浓度～在这里是0.1, A V——第三次滴定用的氢氧化钠的ml数, 3 N——滴定用的氢氧化钠的标准当量浓度～这里是0.1, b 0.106—是碳酸钠分子量与1000的比值,106/1000=0.106,。 ,3,磷酸三钠的测定 按下式计算磷酸三钠的浓度,g/l,: (，，0.380)VN3b,12,，1000,g/l, NaPOHO3425 或按下式计算磷酸三钠的百分浓度: (，，0.380)VN10003b,12,，，100(,) NaPOHO34251100 式中 0.380—是磷酸三钠及十二个结晶水的分子量与1000的 比值,380/1000=0.380,。 ,4,水玻璃,硅酸钠,的测定 吸取除油溶液20ml臵于烧怀中～ 加1,浓度的盐酸20ml～摇匀后～加热蒸发至干～待冷却后～再加1,浓度的盐酸10ml～加蒸馏水100ml～加热使盐类溶解～用滤纸过滤～并用1,盐酸洗涤烧怀和沉淀物7，8次～将沉淀和滤纸移于已知重量的瓷坩锅中～在950，1000?的高温电阻电炉中灼烧10，20min～出炉后臵于干燥器中冷却～然后称量～获得沉淀物的质量,g,。 按下式计算水玻璃的浓度,g/l,: G，2.03,g/l, NaSiO,，100023V 或按下式计算水玻璃的百分浓度: G，2.031000 ,,, NaSiO,，，10023V1100 式中: G—灼烧后沉淀物的质量, g, V—吸收的除油溶液ml数, 2.03—NaSiO的分子量与SiO分子量的比值, 222 1000—1L的ml数, 1100—1L的除油溶液的质量。