鋼鐵的氧化處理

1、鋼鐵表面的氧化處理,為什么要進行氧化處理？,當鋼鐵處于潮濕的大氣中時，在它的表面上形成了微電池，在氧的作用下鋼鐵表面上就形成了鐵銹。由于它非常疏松并且易吸濕，因而促使潮濕的大氣繼續(xù)對鋼鐵進行腐蝕，直至破壞。 如果在鋼鐵表面上形成一層致密的磁性氧化鐵(Fe3O4)薄膜，就能使鋼鐵具有一定的抗大氣腐蝕能力，阻止鋼鐵表面生銹，還能起到表面裝飾的作用。,2,鋼鐵的氧化處理,概念： 將鋼鐵件放入含苛性鈉、硝酸鈉或者亞硝酸鈉溶液中處理，使零件表面生成一層很薄的黑色氧化膜的過程，稱為氧化處理，簡稱發(fā)藍，又稱發(fā)黑。,3,精密機床零件、光學產(chǎn)品零件、儀器儀表零件、液壓控制系統(tǒng)器件等，在其表面可以形成一層很薄的膜

2、層（一般0.61.5微米），所以對零件的尺寸和精度都幾乎沒有影響，同時氧化過程中不會析氫，不會產(chǎn)生氫脆。 鋼鐵件氧化處理后可提高耐蝕性，但效果不夠理想，所以如果在氧化后進行后處理，可用皂化處理或鉻酸鹽鈍化填充或涂油脂等，便可明顯提高其耐蝕性和潤滑性。,4,氧化膜生成的基本原理,6,在堿性溶液中，加入一定量的氧化劑（亞硝酸鈉、硝酸鈉），金屬表面生成一層氧化膜（Fe3O4）。由于溶液與金屬界面形成氧化鐵的過飽和，使金屬表面生成結晶晶核，結晶晶核逐漸長大，形成一層連續(xù)成片的氧化膜。,氧化膜形成以后，氧化過程的繼續(xù)進行取決于兩個因素： 界面反應速度; 參加反應物質(zhì)通過氧化膜的擴散: 有三種情況： a）

3、僅是金屬離子向外擴散，在氧化物/氣體界面上進行反應; b) 僅氧向內(nèi)擴散，在金屬/氧化物界面上進行反應; c) 金屬離子和氧兩個方向相向擴散，它們在氧化膜中相遇并進行反應 。,9,氧化膜生長速度和厚度取決于結晶形核速度與單個晶核生長速度之比。 結晶晶核生長速度較快時：金屬表面上晶核數(shù)量增多，各晶核相互結合而形成一層連續(xù)的氧化膜（如圖a）。 結晶晶核生長速度較慢時：等到各結晶晶核相互結合的時候，每一個晶核已經(jīng)長大，這時形成的氧化膜較厚，甚至形成疏松的氧化膜（如圖b）,10,氧化處理的方法,化學氧化法 堿性氧化法（發(fā)藍） 熱氧化法 陽極氧化法 酸性氧化法（常溫發(fā)藍）,11,氧化處理之氧化前處理,零

4、件表面清理的質(zhì)量好壞直接影響氧化膜的質(zhì)量。 鋼件經(jīng)過機械加工或者熱處理后，表面有油污和氧化皮，影響氧化膜的生成。 熱處理后的零件可直接酸洗去除表面氧化膜，光潔度要求較高的零件可用布輪磨光或拋光。,12,氧化處理工藝高溫氧化處理,將鋼鐵浸入濃氫氧化鈉溶液中，在大于l00的高溫下氧化處理，氧化膜的主要成分是磁性氧化鐵(Fe3O4)。膜層顏色取決于鋼鐵材料的成分、表面狀態(tài)和氧化工藝規(guī)范。一般鋼鐵呈黑色和藍黑色；鑄鐵和含硅較高的鋼呈黑褐色 單槽法：操作簡單，目前廣泛使用 雙槽法：鋼鐵件依次在兩個濃度和工藝條件不同的氧化槽中進行兩次氧化處理。氧化膜較厚，耐蝕性較高。,13,14,配方1：通用氧化液，操作

5、簡單，膜層美觀光亮，但膜層較薄 配方2：氧化速度快，膜層致密但光亮度較差,配方1：可獲得保護性能好的藍黑色光亮氧化膜 配方2：可獲得較厚的黑色氧化膜,各組成作用,21,高溫氧化處理工藝過程（雙槽法）,22,前處理,后處理,氧化處理工藝常溫氧化處理,傳統(tǒng)的氧化存在著堿濃度高，溫度高，能耗大，生產(chǎn)效率低等缺點，并且易出現(xiàn)紅色掛灰，對于Si、Mn、Cr、Ni含量高的合金鋼，很難得到滿意的外觀。 20世紀80年代中期國內(nèi)開發(fā)的發(fā)黑技術，具有節(jié)能，效率高，成本低等有點，得到廣泛應用。 常溫發(fā)黑劑：硫酸銅和亞硒酸，加上絡合劑和穩(wěn)定劑等以改善成膜條件和提高成膜質(zhì)量。,23,發(fā)黑的原理,在酸性條件下，鋼鐵表面

6、析出Cu，與基體形成微電池，加速成膜過程。 亞硒酸H2SeO3與Fe和Cu粒子反應形成黑色的膜： 溶解的Fe2+氧化成Fe3+，并與 反應生成黑色的 結晶參與成膜。 在有磷酸鹽和氧化劑存在時，還可能有FeHPO3和FePO3參與成膜，進一步提高膜層與基體的結合力和抗腐蝕性。,24,鋼鐵常溫發(fā)黑配方,25,氧化處理工藝無堿氧化處理,無堿氧化法即氧化磷化法。 形成磷酸鹽氧化物被覆層。厚度約14 ，膜層是在處理過程中由于金屬的部分溶解而形成。 可使黑色金屬制品的表面呈現(xiàn)黑色，其外觀與自堿液氧化處理的氧化膜相同，但其被覆層與油膜或油漆膜相結合具有高度的抗腐蝕性能。 被覆層具有較高的彈性。 抗磨強度（機

7、械強度）是氧化膜的若干倍； 抗腐蝕性能大大超過氧化膜。,26,無堿氧化處理的優(yōu)點,與堿液形成的氧化膜比較： 在氧化處理溶液中保持的時間縮短1/21/3; 被覆層的抗蝕性能、附著力和機械強度比氧化膜高很多； 工作溫度100oC左右，耗能降低； 可以同時處理黑色金屬和有色金屬零件； 可以作為涂油漆層前的準備工作，油漆層與磷酸鹽氧化物被覆層可以很好的結合。,27,溶液成分與處理工藝,28,29,堿性氧化處理,30,氧化后處理,對于不合格的氧化膜，應在酸洗溶液中除去，再重新進行氧化處理，不允許酸洗的合金鋼可用機械的方法除掉舊的氧化膜 不合格的氧化膜經(jīng)除油后，可在10%15%的鹽酸或硫酸溶液中退除。 (

8、1)高溫氧化后處理： 皂化處理或重鉻酸鹽填充處理； 經(jīng)皂化處理后，膜的孔隙被封住，提高了抗腐蝕性能。,31,氧化后處理,(2)堿性氧化后處理： 堿性氧化后處理不當使膜防護性變差； 產(chǎn)生原因： （1）工件氧化后清洗不徹底；（2）配制的肥皂水的水質(zhì)未經(jīng)軟化處理，致使溶液中產(chǎn)生絮狀漂浮物，該漂浮物隨后富集在氧化膜的表面；（3）未經(jīng)充分干燥前涂覆機油等。 處理方法： （1）氧化處理后充分的進行冷、熱水清洗，除去工件表面的堿性物質(zhì)；,32,（2）滿足皂化處理中的三點要求； （3）干燥處理要徹底，干燥夠工件表面及孔眼、縫隙等處不能有游離水存在； （4）熱油封閉處理的溫度不可低于1050C，填充、封閉氧化膜孔隙； （5）浸油過程若有爆裂聲，說明工件的孔眼、狹縫處有水存在，可以增