再论钢铁常温发黑工艺应用

　　湖南常德纺织机械厂（湖南常德415004） 张文辉
Rediscussion on Application about Blackening Technique
for Iron andSteel Parts at Room Temperature
Zhang　Wenhui

1　前言
　　钢铁常温发黑具有节能、有效、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，发黑前须*********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。

《参考文献》

[1]　蔡毓英.HH902钢铁常温发黑剂的应用.材料保护，1996（9）：29
[2]　张文辉.试论钢铁件常温发黑生产应用难点.上海电镀，1994（4）
[3]　张广遇等.钢铁常温发黑.材料保护，1996（3）：29
[4]　吴双成.钢铁常温发黑.电镀与涂饰，1996（3）：15