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再论钢铁常温发黑工艺应用

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-31  浏览次数:673
核心提示:  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
   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

  笔者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。

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