钢铁件氧化

钢铁件氧化 钢铁件的氧化俗称发蓝、煮黑，是钢铁件防锈的重要方法之一，经氧化处理后不改变工件表面精度，不影响外径尺寸，油封处理后可大大提高抗腐蚀能力。但该工艺技术要求较严，操作上稍有疏忽就难以满足质量要求，特别是溶液的工作温度上、下不准超过2℃，前处理不彻底氧化膜会发花，后处理稍有马虎即起不到应有的防护性能。故严格遵守工艺要求，认真对待每一个工艺步骤是保证氧化膜质量的重要关键。 一．防止氧化膜表面出现红霜的八大手段 工件经氧化处理后表面有时会附着一层红色沉淀物，这是氧化液使用过久，积有过多的三氧化二铁引起的，这种较少结晶的氧化铁在浓碱液中溶解度很小，因而氧化时会在工件表面沉淀析出，这种现象可采取下列措施予以消除和预防。 (1)严格控制发蓝溶液的工作温度。发蓝溶液所需的工作温度是以钢铁制件的含碳量高低或有无合金成分为依据。含碳量较高的制件，发蓝时溶液的起始温度和终点温度都低一点，而含碳量较低的制件或是合金钢制件则相反。不同种类钢铁制件同时进行发蓝时，时间上要错开，第一槽可先处理含碳量高的制件，待处理到达终点时，溶液的温度也上去了，恰好为含碳量较低的制件起始入槽时需要的温度。这样可避免红色挂霜的出现。 (2)采取二次发蓝工艺。具体做法是：制件先在工作温度较低的溶液配方中进行发蓝处理15min左右，然后将其移至稍高于正常工作温度的溶液中继续发蓝40～60min，第一槽溶液温度控制在130～135℃，第二槽溶液温度控制在140～150℃(随钢铁制件含碳量的高低有所区别)。制件在第一槽中形成晶核，然后在第二槽中继续生长，使之连接成片，从而获得致密且较厚具有高耐蚀性的氧化膜，又能大大地减轻红色挂霜的出现。 (3)发蓝过程中增加制件的冲洗步骤。制件在发蓝槽中处理5min之后，从槽中取出来，在自来水龙头下猛冲一下，此时由于制件表面黏附的红色挂霜刚刚形成，较薄，容易冲洗掉，然后再继续发蓝时就较少再会出现红色挂霜。 (4)发蓝溶液中添加亚铁氰化钾。由于亚铁氰化钾能与高价铁离子络合生成普鲁士蓝沉淀，从而降低溶液中铁离子含量，减轻红色沉淀物在制件表面的出现，但此法费用稍高并稍有毒性。 (5)加强发蓝溶液的维护。加强发蓝溶液的维护是防止出现红色挂霜最有效的方法之一，是治本的方法，制件表面红色挂霜在一定程度上是随着发蓝溶液中高价铁离子的增加而加重的，为此当发蓝溶液中积聚一定量的高价铁离子之后需要进行清理，具体方法如下：先在发蓝溶液中加入原体积l／4的热水，使之稀释，然后加热至沸(此时溶液的沸点温度约l20℃左右)，待静置后吸出槽底红色沉淀物于盆内(待沉淀后上层清液可回发蓝槽)，上层清液进行浓缩或补加材料使之合乎工艺配方要求的质量浓度，再进行发蓝其膜层表面将不会出现红色挂霜。此法需经常进行。 (6)氰化钠溶液中清除。氧化膜表面已形成的红色挂霜可在氰化钠溶液中浸泡除去。经此溶液处理后，制件表面的红色挂霜能彻底除尽，需要注意的是，事后要加强清洗。 (7)手工揩擦去除。此法适用于大件，经发蓝并浸油后用一块软质绒布在制件表面有次序地轻轻揩擦，红色挂霜即会随绒布所到之处被除去。 (8j氧化20～30min之后取出工件，经充分清洗后在废旧的稀铬酸溶液中漂去红色挂霜，再经清洗并继续氧化，此时不再会有挂霜生成，如不足20～30min时间即进行去挂霜漂洗，则在继续氧化时还会出现红色挂霜。 二．氧化时间过短膜层出现锈迹 ’ 笔者在协助某电镀厂工作时，曾听到客户对钢铁件氧化膜质量问题的反映，主要是防护性能差，易出现锈点，因此特意到氧化组去看个究竟。只见操作中工件进入氧化槽不到10min即被取出来冲洗、干燥。问其为何氧化时间这么短，对方称工件已经很黑了，他们的领会是“黑”了就该是完成了工艺，其实这一理解是木全面的。钢铁件氧化时先生成四氧化三铁，四氧化三铁在碱液中溶解度很小，当浓度达到饱和时结晶出来，先形成晶核，再长大成晶体，最终才连成一片完整的膜，这一过程随氧化件的材料不同各有所区别，如高碳钢约需20～30min，低碳钢、合金钢约需50～60min，若氧化处理不到10min即被取出来，这时实际上晶核还正在长大过程中，尚未连成片的程度，不过用肉眼是不易识别的，此时用硫酸铜检验肯定是通不过的，故见“黑”为准是满足不了质量要求的。严格地说也是职业道德问题，这种产品使用不久必然会“露馅”。这样做久而久之，企业的信誉也必然遭到损害。 三．由氧化前预处理不当得到的教训 工件的前处理要求甚为严格，其质量要求不亚于电镀前的预处理。有人采用“二合一”的工艺方法，即氧化的同时来除去工件表面的油污，该法欠妥。经验证明，工件表面的油污若未能除尽，氧化的质量是无法满足要求的。另外，工件表面在氧化前已形成了自然氧化膜，在这自然形成的氧化膜上无法形成四氧化三铁的黑色氧化膜，最后导致氧化后的工件表面严重发花，甚至出现斑斑白点。这种故障时有所见，某电镀厂就是因忽视了这一点致使氧化件多批返修，不但经济上遭到损失，还失去了信誉，连续有两家客户不告而别。 因此，工件的前处理很重要，一定要先经充分的化学去油后才能进入酸洗工序，必要时还需经过刷洗和电解除油。只有通过上述多道工序后，才能获得满意的氧化膜。 四．由氧化后处理不当膜层锈蚀 某厂由于对氧化件后处理的意义认识不够，以走过场的形式应付操作，结果不但未曾起到提高氧化膜的防护作用，反而加速了氧化膜的锈蚀。经了解主要是工件氧化后清洗不彻底，配制肥皂水的水质未经软化处理，致使溶液中产生絮状漂浮物。随后又附积在氧化膜的表面，在未经充分干燥之前急于涂上机油等错误做法的结果。最后氧化件尚未送出厂已经出现锈迹，不得不一批又一批地返修。更难以理解的是，在这种情况下还未能意识到引起锈蚀的根本原因。后经笔者提示并提出下列要求后，问题得到彻底解决。 (1)氧化处理之后要充分地进行冷、热水清洗。氧化溶液碱性大，用冷水清洗难以彻底洗净工件表面的碱液，工件的盲孔、狭缝等处清洗后往往仍呈碱性，为此，冷水清洗后还需要用具有良好流动性的热水清洗，以除去工件表面尤其是隐藏在隐蔽部位的碱性物质。又因热水通常是静态的，用过的热水都会呈现不同程度的碱性，故最后还需在流动冷水中进行漂洗。 (2)要重视皂化处理工序中的三点要求。氧化件经肥皂水皂化处理之后，虽能有效地提高氧化膜的防护性能，但必须要有正规的工艺条件相配合，其中主要的有以下三点。 ①配制肥皂水的水质须经软化处理，以防溶液中出现絮状物而污染氧化膜表面。 ②肥皂水的温度不得低于90℃，以利于提高其流动性。 ③处理时间不得少于3min，以保证肥皂水与氧化膜有足够的皂化作用时间。 (3)干燥处理要彻底。在烘烤之前需先将工件的盲孔、狭缝等处。的残留水分先用压缩空气吹出来，然后再进行烘烤，经干燥后的工件}表面乃至工件的孔眼、狭缝等处不准再有游离水存在。 (4)热油封闭处理的温度要有保证。热油温度不可低于l05℃，机油只有在高于此温度条件下流动性才好，才能真正起到填充、封闭氧化膜孔隙的作用，达到驱逐工件表面吸附水的目的。 浸油过程中若有爆裂声，说明工件的孔眼、狭缝等处尚有水分存在，这时要增加浸油时间，至无水滴爆裂声为止。 (5)卸下绑扎的铁丝要细心。氧化膜层很薄，稍有摩擦即有可艄遭到破坏，应尽力予以避免。 (6)包装的必要性。若工件在周转箱内luoti存放，在周转运输遵+程中必然会受到损伤，且包装还可避免其他镀件遭到氧化件表面机油的污染。 五．氧化件的绑扎 绑扎工件用的材料铁丝最适宜，因铁丝强度大、价格低，不会污染氧化液。不宜选用铜丝，铜丝在酸洗时会在绑扎处置换出铜层，铜丝与工件的绑扎部位因摩擦而粘在工件表面，这一切都会影响该处氧化膜的正常生成，且铜丝在高温、高浓度的氧化液中还会溶解。在绑扎过程中需要注意下列几个问题。 (1)绑扎位置的选择。选择绑扎位置时要避免兜水、窝气等缺陷，大面积件还要避免相互贴合。 (2)绑扎重型工件要考虑铁丝的承受力。重型件要选择直径大的铁丝，操作时一旦断裂将会发生严重的设备、质量乃至人身事故，对于尚需长时间酸洗的工件更需注意。 (3)精加工件与有氧化皮的工件要分别串扎。如果在绑扎过程中将精加工件和有过厚氧化皮的工件混扎在一起，这时精加工件随有氧化皮的工件同时在酸中浸泡，待有氧化皮的工件表面氧化皮除尽时，精加工件表面原有的光洁度必然会受到破坏，精度随之受到影响。 (4)高碳钢与低碳钢、合金钢要分别绑扎。不同材质分别绑扎的目的是因为不同材料氧化时对溶液的初始与终止的沸点温度要求有所不同，若同时氧化处理必然难以满足各自的工艺要求。分别绑扎后可以利用各自对氧化液温度的要求，依次进行氧化处理。例如：待高碳钢件达到出槽温度时恰好是低碳钢或合金钢的初始氧化时所要求的温度，这时再把低碳钢或合金钢件入槽处理，可以避免不同材料对溶液温度的不同要求而影响氧化质量。 (5)小件绑扎问题。批量较大的标准件、相互之间接触面积较小的工件，氧化时均可放在铁丝编织的篮筐内进行，但要不断在液下轻轻抖动(切勿在液面上抖动，以防受到损伤)，使其时时改变位置，以免因相互之间的贴合而影响该部位氧化膜的正常生成。 (6)绑扎时要注意角度和方向，避免产生窝气而影响质量。 六．氧化件表面铜焊点氧化成黑色 铜焊件经氧化处理之后，铜焊点仍呈黄色，工件呈黑、黄二色，反差很大，影响外观，这时可采用如下方法予以弥补。 将发蓝过的工件经充分冲洗，用毛笔蘸黄铜氨液氧化剂涂在铜焊面上，该处会很快由原来的黄色逐渐变为蓝黑色，达到与氧化膜近似的颜色。 铜焊表面生成的蓝黑色氧化铜薄膜遇高温时会泛红，故油封时油温不宜太高。 七．维护氧化溶液的五点要求 氧化液的使用寿命取决于使用方法和日常维护，其中需注意如下几点。 (1)宜集中使用。集中使用既可节省能源，又能防止因溶液频频加温而引起溶液分解速度加快。 (2)严防溶液遭到污染。加强工件的预处理工序，严防油污、酸}性物质带入槽中。 (3)严格掌握工艺条件。工作时防止溶液沸点温度过高和溶液无休止的沸腾，以免引起溶液中有效成分的无谓分解。为此，氧化后期}可采取间歇加温，或调小加温的电源功率，使溶液由剧烈沸腾改为缓和的沸腾，从而减缓溶液的分解速度。 (4)定期除去溶液中的杂质。溶液沸腾之前先捞去液面上覆盖的莨碳酸盐及其皂化物。氧化后在溶液尚未完全冷却之前清除沉入槽底的氧化铁。 (5)及时调整溶液的沸点温度保证沸点温度满足氧化件材料牌号甏要求。 (6)定期对溶液进行化检分析，保证有关组分维持在工艺配方范围之内。 八．判断氧化溶液中氢氧化钠和亚硝酸钠比例 氧化溶液中氢氧化钠(NaOH)与亚硝酸钠(NaNO2)在正常嘲方的比例条件下的浓度可通过溶液的沸点来判断，如沸点较高，氢辆浔化钠与亚硝酸钠的浓度也较高，反之亦然。 然而氢氧化钠与亚硝酸钠的比值失调时，往往较难判断，而这穗l失调对氧化膜的质量会有很大的影响，如氢氧化钠比例偏高时，形成的氧化膜虽厚，但膜层疏松；亚硝酸钠比例偏高时；形成的氧化膜较!薄，且较致密。这是理论上的结论，肉眼难以看出两者厚度、致密度上的差别。 但可通过氧化溶液的颜色大致区别出溶液中氢氧化钠与亚硝酸钠。的比例关系，如氢氧化钠比例偏高时，溶液表面呈现青灰色薄膜，当氢氧化钠的比例进一步提高时，青灰色膜层加厚，甚至溶液会出现稀粥状；亚硝酸钠比例偏高时，溶液表面的青灰色逐渐退去，取而代之的是溶液表面出现浅紫红色薄膜，甚至溶液也可能呈浅紫红色。 这一现象可通过烧杯、试管来观察，但对使用过久的氧化溶液就不甚明显了，只能通过相互比较才能识别。