什么是发黑处理(四氧化三铁保护膜)?介绍其优点、用途和注意事项等

发布日期: 2024-05-28

发黑也被称为“四氧化三铁保护膜”或“黑色氧化处理”等,顾名思义,是一种将钢铁材料表面变成黑色的表面处理方法。但它并不是真正将表面“染黑”。它利用化学反应在表面上形成一层黑色保护膜。发黑处理具有很多优点,例如防锈、成本低、无尺寸变化、不易剥落等。本节将详细介绍发黑处理工艺的原理、特点、流程和注意事项等。
本节将详细介绍发黑处理工艺的原理、特点、流程和注意事项等。

 

 

 什么是发黑处理(四氧化三铁保护膜)?

进行发黑处理时,在35-45%左右的氢氧化钠水溶液中加入氧化剂(如亚硝酸钠)或反应催化剂,然后加热至约130-150℃,再将钢铁零部件浸泡其中。
发黑处理是指在钢铁表面形成一层Fe304(四氧化三铁)的黑色薄膜(即“黑锈”),以保护钢铁内部材质不受氧化的处理工艺。除了发黑和四氧化三铁保护膜以外,还被称为SOB处理,碱性发黑处理,碱性着色等。进行发黑处理时,在35-45%左右的氢氧化钠水溶液中加入氧化剂(如亚硝酸钠)或反应催化剂,然后加热至约130-150℃,再将钢铁零部件浸泡其中。然后,零部件表面的铁被氧化,生成一种叫做铁酸钠的物质。接着,铁酸钠被还原,在零部件表面形成四氧化三铁保护膜。通常情况下,零件会经过防锈油处理(浸泡或涂抹)。其特点就是最终获得像“染成黑色”一样的外观。

 发黑处理的优点

发黑处理工艺具有以下特点,可用于许多领域。

  • 提高防锈能力
零部件表面的四氧化三铁薄膜(黑锈)具有坚固而稳定的状态。这层膜的存在可在一定程度上防止钢铁表面红锈(将钢铁腐蚀成粗糙状的铁锈)的产生。另外,四氧化三铁薄膜也是多孔性的,其特点是存在许多细孔和不规则之处。作为后处理步骤,用防锈油浸渍这些小孔可以防止水分进入,进一步提高防锈能力。虽然这种处理工艺不能达到像镀锌或镀镍一样强的防锈能力,但如果希望在赋予美观度的同时提供一定防锈保护能力,则建议采用发黑处理。
此外,如果采用防锈油进行后期处理,油分会保留在薄膜表面,还可以提高工具或机械部件等的滑动性能。
  • 不易剥落
电镀和喷涂是在零部件表面附着其他材料层的表面处理工艺。因此,附着的皮层有可能会脱落。而发黑处理是一种通过化学反应仅将零部件表面转化为另一种物质(四氧化三铁)的工艺方法,不会轻易剥落。可以说是比较持久的表面处理类型。
  • 尺寸精度基本稳定
在发黑处理工艺中,由于成膜速度不是很快,最终膜厚仅1-2µm左右。此外,薄膜是从部件表面向内部形成的。且处理温度相对较低(150℃以下),不用担心零件受热变形。因此,在发黑处理前后零部件的尺寸几乎没有变化。利用这一优势,发黑处理通常用于对精度要求较高的零部件。
  • 外表美观
发黑处理能够获得如同染黑一样的外观。其特点是处理前后的表面粗糙度不会发生变化,处理前有光泽的部分会呈现出类似黑漆的光泽,而哑光的部分则会呈现出无光泽的黑色。由于其外观能够给人以高级感,不仅用于工业产品,还用于室内产品和艺术品。
  • 价格低
与电镀和喷涂等其他表面处理工艺相比,由于其处理液的成本低,且不需要电极或工装夹具等,所以发黑处理的成本更低。如果在网笼中一次性处理大量零件,则可进一步降低处理单价。即使是尺寸和形状不同的零件,也可以一次性处理。因此,当您希望以较低成本同时处理各种不同零件时,发黑处理工艺是一个很好的选择。

 发黑处理的用途

当需要维持零件的尺寸精度、需要美观的黑色表面、需具有一定的防腐蚀能力时,发黑处理是最理想的选择。
当需要维持零件的尺寸精度、需要美观的黑色表面、需具有一定的防腐蚀能力时,发黑处理是最理想的选择。
具体来说,它可用于螺钉和螺栓、各种工具、精密机械零件、模具、汽车零件、内饰和艺术品等钢制品。不过,尽管它具有一定的防腐蚀性能,但在室外环境下使用时的耐腐蚀性较差,因此不适合在湿气较重或靠近海洋的环境下使用。

 

 发黑处理的工序

发黑处理的工序如下所示。所需时间约为50分钟,与其他表面处理方法相比,处理时间短是一大优势。
发黑处理的工序如下所示。所需时间约为50分钟,与其他表面处理方法相比,处理时间短是一大优势。
①脱脂
如果油脂残留在零部件表面,在发黑过程中可能会出现着色不均的情况。因此,将待处理的零部件浸泡在50-60°C的脱脂剂中2-5分钟,以去除表面油脂。如果零部件已经用油进行过防锈处理,则在浸入脱脂剂之前用抹布擦去油污。需要注意的是,在脱脂剂中浸泡时间过长可能会导致生锈。
②水洗
必须用溢流水充分冲洗零部件,因为任何残留的脱脂剂都会使得发黑处理工艺难以进行。如果零件表面有锈蚀或污垢,则应再次进行酸洗。酸洗后要用足够的清水仔细冲洗零部件,因为即使有少量酸液进入发黑处理的处理液中,也会有突沸的危险。
③发黑处理
将置于网篮中的零部件浸入处于沸腾状态的处理液中,并晃动多次使整个零部件完全接触处理液,同时煮沸15-20分钟。注意一定要确保在正确的温度下煮沸零部件,因为温度过高会导致零部件褪色变红。此外,如果零件的平面部与网篮紧密接触,处理后可能会留下网痕。平面部分较多的零件,需要采取从上方悬吊等方法来进行处理。
④热水清洗
将零部件快速(约5-6秒)移动到50-80℃的热水中,让热水保持溢流状态,充分冲洗零部件。如果将零部件转移到热水冲洗槽的时间过长,零部件表面的水分就会蒸发,使零部件表面暴露在空气中,从而形成红锈。请务必予以注意。
⑤水洗
用溢流水充分清洗零部件,确保其中心充分冷却。如果清洗不充分,则可能会快速生锈。
⑥防锈处理
利用防锈油对发黑处理后的零部件进行处理(浸泡或涂抹)之后,在常温下充分晾干。浸泡时,请勿与⑤之前的步骤混用网篮。

 

 发黑处理时的注意事项

虽然发黑处理有很多优点,但应注意以下几点。

  • 有些材质不适合发黑处理

发黑处理是一种适用于铁基材料的表面处理方法。但铸件、淬火件、线切割零件等处理后可能会变成红黑色,而不是纯黑色。还应注意的是,铬、镍和其他金属含量较高的合金钢会呈现灰色而非黑色。

  • 防锈油耗尽易生锈

由于四氧化三铁保护膜本身防锈效果较差,如前述,通常需要对保护膜表面涂抹防锈油来进一步防锈处理。但是,这种防锈油一旦耗尽,外部的水分和空气就会侵入四氧化三铁保护膜内部的微孔中,导致产生红锈。所以请提前认识到发黑处理的防锈能力是有限的。

 总结

发黑处理是在钢铁材料表面形成一层四氧化三铁保护膜的表面处理工艺。这种方法在能够保持零部件尺寸精度的同时,还能呈现出美观的 “染黑 “表面。它的另一个优点是比其他处理方法便宜,并能提供一定程度的防腐蚀能力。不过,需要注意的是,有些材质的零部件处理后会变成红色或灰色而不是黑色。而且当表面防锈油一旦耗尽,则防锈能力会变差。

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