金属表面发黑处理技术

常温发黑处理工艺

常温发黑处理工艺，主要由以下工艺步骤完成：1)清洗；2)脱脂：工件必须完全浸入脱脂液中；脱脂液浓度ph值12-14，处理时间10-30min，每过3-5分钟上下抖动几次，药液浓度低于ph12时补充脱脂粉；3)水洗；4)酸洗：酸洗液浓度ph值2-4，处理时间5-10min；5)水洗；6)发黑：池液浓度ph值2.5-3.5，处理时间10-12min；7)水洗；8)吹干；9)上油。本发明有益的效果是：1.发黑安全不用电，用碱性高温发黑需100％用电。2.提高工效：共需1-2分钟。3.发黑成本低，设备简单，操作方便；对发黑时间作了严格的控制。4.工艺适应性强：

金属材料发黑工艺钢制件的表面发黑处理，也有被称之为发蓝的。发黑处理现在常用的方法有传统的碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种。但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好。 A3钢用碱性发黑好一些。

碱性发黑细分出来，又有一次发黑和两次发黑的区别。 发黑液的主要成分是氢氧化钠和亚硝酸钠。

发黑时所需温度的宽容度较大，大概在135摄氏度到155摄氏度之间都可以得到不错的表面，只是所需时间有些长短而已。 实际操作中，需要注意的是工件发黑前除锈和除油的质量，以及发黑后的钝化浸油。发黑质量的好坏往往因这些工序而变化。 金属“发蓝”药液

采用碱性氧化法或酸性氧化法；使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，此处理过程称为“发蓝”。 黑色金属表面经“发蓝”处理后所形成的氧化膜，其外层主要是四氧化三铁，内层为氧化亚铁。 一、碱性氧化法“发蓝”药液

1．配方： 硝酸钠50～100克氢氧化钠600～700克亚硝酸钠100～200克水1000克 2．制法：按配方计量后，在搅拌条件下，依次把各料加入其中，溶解，混合均匀即可。 3．说明：

（1）金属表面务必洗净和干燥以后，才能进行“发篮”处理。

（2）金属器件进行“发蓝”处理条件与金属中的含碳量有关，“发蓝”药液温度及金属器件在其中的处理时间可参考下表。 金属中含碳量%工作温度（℃）处理时间（分）开始终止>0.7135-13714310-300.5-0.7135-14015030-50<0.4142-145153- 15540-60合金钢142-145153-15560-90

（3）每隔一星期左右按期分析溶液中硝酸钠、亚硝酸钠和氢氧化钠的含量，以便及时补充有关成分。一般使用半年后就应更换全部溶液。

（4）金属“发蓝”处理后，最好用热肥皂水漂洗数分钟，再用冷水冲洗。然后,又用热水冲洗，吹于。 二、酸性氧化法“发蓝”药液

1．配方： 磷酸3～10克硝酸钙80～100克过氧化锰10～15克水1000克

2．制法：按配方计量后，在不断搅拌条件下，依次把磷酸、过氧化锰和硝酸钙加入其中，溶解，混合均匀即可。 3．说明：

（1）金属器件先经洗净和干燥后才能进行“发蓝”处理。

（2）此法所得保护膜呈黑色，其主要成分是由磷酸钙和铁的氧化物所组成，其耐腐能力和机械强度均超过碱性氧化法所得的保护膜。

4.“发蓝”工作温度为100℃，处理时间为40～45分钟。在处理碳素钢时，药液中磷酸含量控制在3～5克／升；处理合金钢或铸钢时，磷酸含量控制在5～10克／升。应注意定期分析药液磷酸的含量。 5.“发蓝”处理后金属器件的清洗方法同上。

1 前言

钢铁常温发黑具有节能、高效、设备简单、操作方便和基本无环境污染等特点。从小件到面积较大、形状复杂、不同钢种的工件均可应用。但由于前处理难，各类发黑剂都存在不同弊病，该项技术推广很不平衡。笔者结合多年生产实践，谈谈生产应用中的工艺控制和改进措施，供同行参考。 2 工艺控制和改进措施 2.1 工艺流程

一般为化学除油→热水洗→清水洗→强腐蚀→二次清水洗→化学除油→热水洗→清水洗→弱腐蚀→二次清水洗→常温发黑→二次清水洗→浸脱水油→送验。 2.2 前处理

钢铁常温发黑前处理主要是除油和除锈，一般采用化学除油、盐酸腐蚀，也有应用湿法喷砂的［1］。具体工艺笔者以前做过详细介绍［2］ 。常温发黑液呈酸性，发黑前工件表面要求全润水，才能有效地保证黑膜的牢固度，否则再好的发黑剂也不能出合格产品。多年实践证明，无论是单独用除油剂，还是低浓度三大碱添加除油剂的除油槽，都要在50℃左右加热，以加快除油速度。操作时如果采用短时间（3～5min）除油、除锈交叉作业，工效明显提高。 2.3 常温发黑

钢铁常温发黑剂自80年代中期国内开发以来，市场商品逐渐增多。生产应用效果大体都是膜的结合力不如高温发黑的，溶液稳定差等［3］。

HH902钢铁常温发黑剂在这两方面有较大突破。笔者所在厂几年生产实践证实，膜的牢固度无需等待24h的后效，就能获得结合力良好的黑色膜层，完全可同高温发黑媲美。溶液稳定性方面，工作液产生白色沉淀少，也不易影响膜层质量，不需经

常调整；母液存放两年以上无沉淀，效果不变。

ZT发黑剂将丙烯酸类涂料添加在发黑剂内，两工序合二为一，简化生产。膜的结合力、耐蚀性良好，只是黑膜黑度偏淡蓝颜色。

溶液维护与调整常温发黑时，钢铁表面活化产生Fe2＋，过量Fe2＋与Se2－反应生成白色沉淀；在氧化剂存在的条件下，Fe2＋氧化为Fe3＋反应也生成沉淀，均无谓消耗溶液内Se2－，缩短使用寿命，生产中应采取如下措施：

（1） 生产线设计 发黑槽前两只清水槽要用硬塑板或钢板槽内衬软塑料板制作，以防铁槽生锈污染清水，在生产中将Fe2＋带入发黑槽。

（2） 发黑用器皿 小批量生产用塑料篮，批量生产用钛篮、钛框、钛滚桶等，杜绝发黑时产生Fe2＋和消耗发黑剂。钛器皿虽一次性投入资金较多，但耐酸碱，又与发黑剂不起反应，使用寿命10年以上，综合计算还显著降低生产成本。 （3） 发黑槽加盖 停工时将溶液用塑料盖盖严，防止空气中氧气入内，减慢Fe3＋生成速度而减少沉淀物的形成。 定期用精密试纸检查溶液pH值，高于2.6以上就要加以调整。比较简单的办法是，先将溶液自然沉淀过滤，补加母液使工作液恢复到pH2.4范围即可继续发黑。

如果不是批量生产，发黑液配制以每批零件量计算，一次性发黑药液用完为原则，这样不但保证黑膜均匀，结合力好，还能避免由于溶液存放时自我消耗。 2.4 后处理

（1） 常规技术要求改用脱水油封闭。

（2） 膜层耐蚀性要求较高，可加钝化处理，再浸脱水油。

（3） 耐蚀性、耐磨性要求都高于常规发黑膜层标准，发黑后浸丙烯酸酯乳液固化剂，略自然干燥后浸脱水油。 （4） 膜层要求耐温400℃的不油封，可浸强力封闭剂，表面光亮度好、硬度高。 生产中为了降低生产成本，可根据发黑件的表面技术要求，尽量采用简单的后处理工艺。 2.5 生产中注意要点

（1） 前处理必须达到工件全润水，不允许有残留油污、锈点和氧化皮等。 （2） 发黑前用清水洗时，要严格清洗掉工件内外盐酸液，否则易产生沉淀。

（3） 新配槽液常温发黑时间控制为2～3min，老槽液可延长至5～10min。一般视工件黑灰色出槽为佳（随时间延长转为黑色），出槽时黑色，膜层较疏松，结合力不理想。

（4） 有机膜的封闭应选用水溶性丙烯酸酯乳液，发黑后清洗干净可直接浸涂，工艺较简单。溶液配制按说明，乳液与水一定要搅拌均匀，调整至工件膜层无流痕，方可投入生产。

（5） 浸脱水油要摆脱传统浸油习惯（入槽略浸一下就出槽），封闭有一个先脱水并使油相浸润工件的过程，时间控制在3～8min。 3 生产成本

就所在厂批量生产用HH902发黑剂，几年来做了详细统计结果表明，配槽费加设备投资，常温发黑低于高温发黑。日生产

费用常温发黑为1.93元／m2，高温发黑为4.17元／m2，降低54%，考虑到后处理部分工件需钝化或丙烯酸酯乳液等封闭，总成本也要降低30%以上。 4 膜层质量讨论

从成膜机理可以看出，钢铁常温发黑是在钢铁表面形成CuSe、Cu2O等的覆盖层，这种覆盖层不同于成熟的化学镀镍、镀铜的质量。由于成膜机理不成熟，工艺参数多凭经验，生产商品发黑剂就不可能完善，存在膜层疏松多孔，结合力和耐磨性比高温差。因此为了保证常温发黑膜层质量，发黑前必须彻底去除工件的油和锈蚀，结合力才有保证。发黑后处理也不能沿用高温发黑的工艺，改用能脱掉膜层内水份又具有防锈等作用的脱水油，润湿封闭可达高温发黑膜层的耐蚀性效果。市售发黑剂耐磨性还是不尽人意。发黑后增加一道有机膜的封闭层［4］，可满足其耐磨性要求，同时也提高膜层的耐蚀性。