耐氧化處理

為了提高鋼件的防銹能力，用強的氧化劑將鋼件表面氧化成致密、光滑的四氧化三鐵。這種四氧化三鐵薄層能有效地保護(hù)鋼件內(nèi)部不受氧化。在高溫下(約550℃)氧化成的四氧化三鐵呈天藍(lán)色，故稱發(fā)藍(lán)處理。在低溫下(約3 50℃)形成的四氧化三鐵呈暗黑色，故稱發(fā)黑處理。在兵器制造中，常用的是發(fā)藍(lán)處理;在工業(yè)生產(chǎn)中，常用的是發(fā)黑處理。

能否把鋼鐵表面氧化致密、光滑的四氧化三鐵，關(guān)鍵是選擇好強的氧化劑。強氧化劑是由氫氧化鈉、亞硝酸鈉、磷酸三鈉組成。發(fā)藍(lán)時用它們的熔融液去處理鋼件;發(fā)黑時用它們的水溶液去處理鋼件。常用的發(fā)黑溶液成分見表10-7。

表10-7 常用的氧化(發(fā)黑)溶液成分

此溶液的密度是1.4g/cm，沸點是130℃。在此溶液的作用下，鐵的氧化過程是這樣的：

Fe→Na2FeO2→Na2Fe2O4→Fe3O4

具體的化學(xué)反應(yīng)是：

3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+NH3+H2O

6Na2FeO2+NaNO2+5H2O=3Na2Fe2O4+NH3+7NaOH

Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O=Fe3O4↓+4NaOH

生產(chǎn)實踐經(jīng)驗證明，要獲得光亮、致密的四氧化三鐵膜層，氧化溶液中亞硝酸鈉與氫氧化鈉的比例，要保持在1:3~3.5之間。

發(fā)藍(lán)(發(fā)黑)的操作流程：

工件裝夾→去油→清洗→酸洗→清洗→氧化→清洗→皂化→熱水煮洗→檢查。

(1)工件裝夾 要根據(jù)工件的形狀、大小，設(shè)計專門的夾具或吊具。目的是使工件之間留有足夠的間隙，工件間不能相互接觸，要使每個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。經(jīng)過機加工后(發(fā)藍(lán)、發(fā)黑是最后一道工序)，工件表面難免不留下油污，用防銹油作工序間防銹的更是這樣。任何油污，都會嚴(yán)重影響四氧化三鐵的生成，所以必須在發(fā)藍(lán)、發(fā)黑之前除去。常用的除油溶液配方，見表10-8。

表10-8 常用的除油溶液配方

將除油溶液加熱至80~90℃，然后將工件浸入，浸入時間為30min左右，若油污較多，還得延長除油時間，以除油徹底為準(zhǔn)。

(3)酸洗 酸洗的目的是除去工件表面的銹跡。因為銹跡、銹斑會阻礙生成致密的四氧化三鐵層。即使工件無銹跡，也應(yīng)進(jìn)行酸洗，因為它使油污進(jìn)一步去除干凈，而且酸洗會提高工件表面分子的活化能，有利于下一工序的氧化，能生成較厚的四氧化三鐵層。

酸洗溶液一般是10~15%濃度的硫酸溶液，溫度是70~80℃，將工件浸入硫酸溶液中，浸入時間為30min左右，銹蝕較輕的鋼件可浸20min，銹蝕嚴(yán)重者，則需要浸40min以上。

(4)氧化 氧化是發(fā)藍(lán)、發(fā)黑的主要工序。四氧化三鐵膜層是否致密、是否光滑、是否有足夠的厚度，取決于氧化階段。

發(fā)藍(lán)的工藝溫度是550℃。發(fā)黑的工藝溫度是130~145℃。浸入時間是50~80min。含碳量高的高碳鋼，氧化速度較快，浸入時間可短些。含碳量低的低碳鋼，氧化速度慢，浸入時間需要長些。合金鋼特別是高合金鋼，工件表面有一定的殘余奧氏體，對堿溶液有較強的抗抵作用，不易生成Fe3O4，因而浸入時間需更長一些。表10-9列出了有關(guān)鋼種氧化(發(fā)黑)時溶液的溫度及浸入時間。

表10-9 不同鋼件氧化溫度與時間

槽液的正常顏色是白色。如果槽液呈紅色或棕色，表示亞硝鈉濃度過大，應(yīng)及時調(diào)整槽液的成分。如果溶液呈綠色，則表示鐵離子濃度過大，應(yīng)及時更新溶液。

(5)皂化 所謂皂化，是用肥皂水溶液在一定溫度下浸泡工件。目的是形成一層硬脂酸鐵薄膜，以提高工件的抗腐蝕能力。常用的皂化液濃度是30~50g(肥皂)/L。把皂化液加熱至80~100℃，將氧化后的工件放入皂化液浸泡10min左右。

(6)檢查

氧化完畢后，要對工件進(jìn)行檢查，看Fe3O4膜層是否合格。檢查的方法是：任意抽取三件工件，置于濃度為2%的硫酸銅溶液中浸泡20s，不退黑色者為合格。三件工件中有一件以上不合格，則整槽工件視為不合格，需再氧化一次，以加深四氧化三鐵的厚度。