钢铁发蓝处理

钢铁发蓝处理

一 实验目的

1．了解钢铁发蓝处理的原理和方法。 2．掌握零件表面化学除锈和除油工艺。

二 实验原理

将钢铁零件放入含NaOH和NaNO2等药品的浓溶液中，在一定温度范围内使零件表面生成一层很薄（0.5～1.5μm）的蓝黑色氧化膜的过程叫发蓝（发黑）处理。这层氧化膜组织致密，能牢固地与金属表面结合，而且色泽美观，有较大的弹性和润滑性，能防止金属锈蚀。因此，在机械工业中得到广泛应用。

氧化膜（磁性Fe3O4）的生成原理，可用反应方程式表示如下：

3Fe＋NaNO2＋5NaOH＝3Na2FeO2＋NH3＋H2O 6Na2FeO2＋NaNO2＋5H2O＝3Na2Fe2O4＋NH3＋7NaOH Na2FeO2＋Na2Fe2O4＋2H2O＝Fe3O4＋4NaOH

三 仪器药品 1．仪器

发蓝槽、烧杯（250cm3；500cm3）、电炉、酒精灯。 2．药品

NaOH、NaNO2、K4[Fe(CN)6]、K2Cr2O7、HCl（以上药品均可用工业纯）、肥皂、机油（10号）、3％CuSO4、0.2％H2SO4、0.1％酚酞酒精溶液。 3．材料

细铁丝、滤纸。

四 实验步骤 1．发蓝液的配制

按每立方分米溶液中加NaOH 625 g、NaNO2 225g和K4[Fe(CN)6]15g配制。先把NaOH放入发蓝槽，加少量冷水，并加热至100℃左右，溶解后再放入适量水；再加入NaNO2和

K4[Fe(CN)6]，补充水至所需要的量；然后加热至溶液沸腾（约140℃左右）待用。新配制的溶液为乳白色，使用后颜色会加深。 2．发蓝前零件表面的预处理

发蓝件表面必须光洁，不得有油脂、金属氧化物或其它污物，以免在发蓝中生成不均匀、不连续的氧化膜，甚至不生成氧化膜。因此，发蓝零件表面必须彻底清理，清理包括机械清理、除油和酸洗。

(1) 机械清理：零件表面锈迹多时，可用细砂纸仔细擦拭，直至表面光洁。 (2) 除油：把工件放入除油液（配方见表1）中20min左右，然后拿出用流动清水冲

洗，以除净残碱液。

(3) 酸洗除锈：零件放入15～30％的HCl溶液里（含0.5～1％的甲醛缓蚀剂），浸泡5～

10 min，取出在流动清水中洗净残酸。

3．氧化发蓝处理

把预处理好的零件立即放进温度140℃左右的发蓝液里，之后会发现反应缓慢发生。随着温度的升高，反应剧烈进行，当温度升至145℃以上时，零件表面就形成了黑色的氧化膜。为了增加膜的厚度，氧化时间不应少于30 min。在氧化过程中要经常活动零件，以使氧化膜均匀。如果20 min后，工件仍不变色或颜色呈不连续状，说明油污未除净，需拿出重新预处理，或调整发蓝液成分。 4．发蓝后的处理

(1) 冲洗。工件从发蓝液中拿出后，应立即在流动清水里冲洗，把残留的碱性发蓝液冲净。

是否冲净可用0.1％酚酞酒精溶液的滤纸贴在工件表面上观察，如不显红色，说明残液已经冲净；若出现红色，需重新冲洗，必要时需用热水冲洗。

(2) 皂化或钝化。把冲净的工件放在浓度为20～30％的肥皂液里进行皂化处理，提高氧化

膜的抗蚀性。皂化温度控制在80～90℃，时间2～4 min；或者用浓度为3～5％的K2Cr2O7溶液进行钝化处理，温度在90～95℃，时间约10 min。工件皂化或钝化处理后，需立即在沸水中清洗并去掉残液，然后晾干或烘干。

(3) 浸油。为了提高膜的抗蚀力，填充孔隙，增强美观度，干燥后的工件应再浸入热油中

以形成一层薄油膜。为了提高浸油效果，通常在油中加入5％的凡士林。浸油温度以油沸为好，时间3～5 min。上述整个过程归纳于表1。 5．氧化膜的质量检查

质量检查包括：氧化膜的外观色泽、致密性、抗蚀性和耐磨性，以及清洗质量和工件尺

寸。

氧化膜的色泽根据工件材料成分不同，可以是深蓝色、蓝黑色，若是铸铁工件和高合金工件可呈现棕黑色。

氧化膜致密性检查，是把未浸油的工件浸入3％的中性CuSO4溶液中1 min，以工件表面上不出现铜色斑点为合格（工件棱边除外）。

氧化膜抗蚀性检查，是把未皂化浸油的工件浸入约0.2％H2SO4溶液中2 min后，用水清洗，零件表面以保持氧化色不变为合格。

表1 钢铁零件发蓝处理工序过程

工序名称 溶液配比 NaOH 50～60（g/dm3） 化学除油 Na2CO3 70、80（g/dm3） Na2SiO3 10～15（g/dm3） 清洗 流动水 HCl 15～30％ 酸洗 HCHO 0.5～1.5％ 清洗 流动水 NaOH 625（g/dm3） 氧化发蓝 NaNO2 225（g/dm3） K4[Fe(CN)6] 15（g/dm3） 清洗 清洗 流动水 热水 室温 140～150 室温 90～100 80～90 1～2 30～60 1～2 1～2 2～3 室温 1～2 室温或50 1～2 105～110 20～30 处理温度／℃ 处理时间／min 皂化、钝化 20～30％ 皂液 3～5％ K2Cr2O7液 清洗 烘干 浸油 热水 日光或烘箱 10号机油

五 预习要点

90～95 90～100 50 沸油 5～10 1～2 2～3 1．阅读教材，熟悉钢铁发蓝的原理、工艺及产品质量检验方法。 2．熟悉钢铁零件化学除锈及化学除油的原理和工艺。

六 思考题

1．钢铁发蓝的原理是什么？ 2．简述钢铁发蓝处理的工艺过程。 3．比较金属电镀和钢铁发蓝处理的异同。