鋼鐵的氧化處理

1、鋼鐵表面的氧化處理,為什么要進(jìn)行氧化處理？,當(dāng)鋼鐵處于潮濕的大氣中時(shí)，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(duì)鋼鐵進(jìn)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(guò)程，稱為氧化處理，簡(jiǎn)稱發(fā)藍(lán)，又稱發(fā)黑。,3,精密機(jī)床零件、光學(xué)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(duì)零件的尺寸和精度都幾乎沒(méi)有影響，同時(shí)氧化過(guò)程中不會(huì)析氫，不會(huì)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(jìn)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(rùn)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(guò)飽和，使金屬表面生成結(jié)晶晶核，結(jié)晶晶核逐漸長(zhǎng)大，形成一層連續(xù)成片的氧化膜。,氧化膜形成以后，氧化過(guò)程的繼續(xù)進(jìn)行取決于兩個(gè)因素： 界面反應(yīng)速度; 參加反應(yīng)物質(zhì)通過(guò)氧化膜的擴(kuò)散: 有三種情況： a）

3、僅是金屬離子向外擴(kuò)散，在氧化物/氣體界面上進(jìn)行反應(yīng); b) 僅氧向內(nèi)擴(kuò)散，在金屬/氧化物界面上進(jìn)行反應(yīng); c) 金屬離子和氧兩個(gè)方向相向擴(kuò)散，它們?cè)谘趸ぶ邢嘤霾⑦M(jìn)行反應(yīng) 。,9,氧化膜生長(zhǎng)速度和厚度取決于結(jié)晶形核速度與單個(gè)晶核生長(zhǎng)速度之比。 結(jié)晶晶核生長(zhǎng)速度較快時(shí)：金屬表面上晶核數(shù)量增多，各晶核相互結(jié)合而形成一層連續(xù)的氧化膜（如圖a）。 結(jié)晶晶核生長(zhǎng)速度較慢時(shí)：等到各結(jié)晶晶核相互結(jié)合的時(shí)候，每一個(gè)晶核已經(jīng)長(zhǎng)大，這時(shí)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(xué)氧化法 堿性氧化法（發(fā)藍(lán)） 熱氧化法 陽(yáng)極氧化法 酸性氧化法（常溫發(fā)藍(lán)）,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(guò)機(jī)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(lán)黑色；鑄鐵和含硅較高的鋼呈黑褐色 單槽法：操作簡(jiǎn)單，目前廣泛使用 雙槽法：鋼鐵件依次在兩個(gè)濃度和工藝條件不同的氧化槽中進(jìn)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(jiǎn)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(hù)性能好的藍(lán)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(guò)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(diǎn)，并且易出現(xiàn)紅色掛灰，對(duì)于Si、Mn、Cr、Ni含量高的合金鋼，很難得到滿意的外觀。 20世紀(jì)80年代中期國(guó)內(nèi)開發(fā)的發(fā)黑技術(shù)，具有節(jié)能，效率高，成本低等有點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。 常溫發(fā)黑劑：硫酸銅和亞硒酸，加上絡(luò)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(guò)程。 亞硒酸H2SeO3與Fe和Cu粒子反應(yīng)形成黑色的膜： 溶解的Fe2+氧化成Fe3+，并與 反應(yīng)生成黑色的 結(jié)晶參與成膜。 在有磷酸鹽和氧化劑存在時(shí)，還可能有FeHPO3和FePO3參與成膜，進(jìn)一步提高膜層與基體的結(jié)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(wú)堿氧化處理,無(wú)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(guò)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(jié)合具有高度的抗腐蝕性能。 被覆層具有較高的彈性。 抗磨強(qiáng)度（機(jī)

7、械強(qiáng)度）是氧化膜的若干倍； 抗腐蝕性能大大超過(guò)氧化膜。,26,無(wú)堿氧化處理的優(yōu)點(diǎn),與堿液形成的氧化膜比較： 在氧化處理溶液中保持的時(shí)間縮短1/21/3; 被覆層的抗蝕性能、附著力和機(jī)械強(qiáng)度比氧化膜高很多； 工作溫度100oC左右，耗能降低； 可以同時(shí)處理黑色金屬和有色金屬零件； 可以作為涂油漆層前的準(zhǔn)備工作，油漆層與磷酸鹽氧化物被覆層可以很好的結(jié)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(duì)于不合格的氧化膜，應(yīng)在酸洗溶液中除去，再重新進(jìn)行氧化處理，不允許酸洗的合金鋼可用機(jī)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(dāng)使膜防護(hù)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(jī)油等。 處理方法： （1）氧化處理后充分的進(jìn)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(diǎn)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(guò)程若有爆裂聲，說(shuō)明工件的孔眼、狹縫處有水存在，可以增