王洪奎

(天津自行車(chē)三廠，天津 300163)

鋼鐵高溫堿性氧化常見(jiàn)缺陷及糾正方法

王洪奎

(天津自行車(chē)三廠，天津 300163)

鋼鐵堿性氧化處理是防止零件銹蝕的防護(hù)手段之一。氧化膜具有防腐蝕和修飾零件功能。由于氧化處理工藝過(guò)程和對(duì)設(shè)備的要求都比較簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率很高，被許多制造行業(yè)廣泛采用。從生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)，對(duì)氧化處理工藝中氧化膜的常見(jiàn)缺陷進(jìn)行初步分析，提出操作環(huán)節(jié)中的解決方法。關(guān) 鍵 詞:鋼鐵零件;氧化處理;氧化膜;缺陷;糾正方法

引 言

鋼鐵在自然環(huán)境中由于空氣中氧的作用會(huì)自然生成氧化物薄膜。自然形成的氧化膜會(huì)使金屬表面具有一定的鈍化性質(zhì)，但不能可靠地防止銹蝕，這是由于氧化膜多孔、疏松和不均勻。

為提高鋼鐵零件的防護(hù)性能，可以采取化學(xué)和電化學(xué)方法使鋼鐵表面形成一層人工氧化膜。該方法即為鋼鐵件的氧化處理(又稱發(fā)藍(lán)或煮黑處理)。目前采用最多的是堿性氧化。鋼鐵件在氫氧化鈉和亞硝酸鈉組成的溶液中在適宜的溫度下能生成Fe3O4(磁性氧化鐵)的連續(xù)、致密的氧化膜［1］。氧化膜具有一定的防腐蝕能力。其厚度很薄(約0.6～1.5μm)，不會(huì)影響零件的配合尺寸。因此在機(jī)械、兵器、電子、儀表及日用五金等領(lǐng)域生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。

本文擬對(duì)氧化處理工藝中常見(jiàn)缺陷，從工藝流程和操作環(huán)節(jié)提出一些應(yīng)對(duì)方法。供業(yè)內(nèi)同行借鑒與交流。

1 氧化膜生成緩慢或膜薄

氧化液的主要成分是NaOH和NaNO2。NaOH是主要成膜物質(zhì)，氧化處理是在沸騰溶液中進(jìn)行的，溶液沸點(diǎn)通常在130～150℃范圍內(nèi)，溶液沸點(diǎn)主要隨ρ(NaOH)而變化，因此ρ(NaOH)是調(diào)節(jié)氧化處理操作溫度規(guī)范的主要因素，ρ(NaOH)與溶液沸點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示［2］。

表1 NaOH質(zhì)量濃度與氧化液沸點(diǎn)對(duì)照表

ρ(NaOH)過(guò)低會(huì)造成氧化膜生成緩慢或膜薄，當(dāng)氧化液加熱到某種鋼鐵材料的氧化規(guī)范溫度時(shí)溶液沒(méi)有達(dá)到沸騰狀態(tài)，就說(shuō)明NaOH不足。

氧化液中的氧化劑為NaNO2，ρ(NaNO2)過(guò)低會(huì)造成氧化膜疏松、顏色及光澤均不良。為使氧化膜成膜快、膜層正常，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1)新配制氧化液采用合理的工藝配方，無(wú)論采用哪種配方，ρ(NaOH)應(yīng)高于 650g/L，ρ(NaNO2)應(yīng)高于150g/L。

2)為使新溶液正常投產(chǎn)，可在溶液中加一些舊液或鐵屑;如配液采用工業(yè)級(jí)NaOH，只須用廢件試煮1～2槽即可。

3)為使溶液沸點(diǎn)迅速提高，可向氧化液中補(bǔ)加NaOH，以粒狀或棒狀原料最好;工業(yè)級(jí)原料應(yīng)砸成小塊，以便于溶解。從實(shí)踐可知，ρ(NaOH)增加15g/L，氧化液沸點(diǎn)升高1℃左右。

4)溫度是氧化處理最重要的工藝參數(shù)，一定要準(zhǔn)確掌控。為此，氧化槽應(yīng)配備熱電偶溫度顯示器。也可以用普通玻璃溫度計(jì)測(cè)量溫度，為了防止溫度計(jì)被堿蝕及損壞，可將0～300℃玻璃溫度計(jì)放在細(xì)鐵管內(nèi)，鐵管浸入槽內(nèi)的一端封閉，管內(nèi)灌裝防銹油，置于槽內(nèi)一側(cè)便于觀察的地方。

2 氧化膜呈紅色或表面有紅色掛灰

造成氧化膜是紅色的原因是溶液濃度過(guò)高;氧化膜上有紅色掛灰則是由溶液中雜質(zhì)含量過(guò)高所致［3］。應(yīng)采取以下措施:

1)ρ(NaOH)和ρ(NaNO2)過(guò)高時(shí)，通過(guò)加水稀釋溶液調(diào)整至正常規(guī)范。

2)及時(shí)撈出掉落在槽中的零件，防止溶液中鐵離子積累過(guò)多。

3)面積較大的工件表面輕微發(fā)紅色，可能是由于Fe3O4生成的同時(shí)，有Fe2O3·xH2O沉淀，可在零件完成浸油處理后，用刷子將紅色膜刷掉。

4)氧化液長(zhǎng)期工作，F(xiàn)e(OH)3逐漸升高，ρ(Fe3+)＞2g/L時(shí)應(yīng)清理溶液。方法是稀釋溶液，使θ沸點(diǎn)降至于115～120℃，靜置使Fe(OH)3沉淀，然后傾倒上部溶液，除去沉淀物，再補(bǔ)加NaOH提高θ沸點(diǎn)至工藝要求。

5)對(duì)氧化膜色澤和厚度均要求較高的零件(如某些軍品生產(chǎn)零件)采取二次氧化(雙槽氧化)。零件先在規(guī)范溫度下限槽中進(jìn)行第一次氧化，時(shí)間5～10min(形成氧化膜晶核)，然后不經(jīng)清洗立即轉(zhuǎn)入第二槽繼續(xù)氧化(使氧化膜成片并加厚)，第二次氧化的溫度高于第一次氧化，直至氧化到規(guī)范溫度的上限時(shí)出槽。二次氧化是防止氧化膜帶紅色掛灰的有效辦法。

3 氧化膜色澤不均勻或出現(xiàn)花斑

產(chǎn)生此類(lèi)缺陷的原因主要是前處理不良及氧化過(guò)程中零件相互遮掩或粘連等。糾正方法:

1)氧化工藝的前處理與電鍍是相同的，不容忽視，除油、去氧化皮和酸浸蝕工序一定要到位，保證前處理質(zhì)量。

2)經(jīng)常用帶小孔的漏勺或鐵絲網(wǎng)布將氧化液雜質(zhì)和污物清除，防止沾附在工件上。

3)在氧化過(guò)程中，盡量不要中途加水或補(bǔ)充N(xiāo)aOH，以免引起溫度較大波動(dòng)，影響氧化膜質(zhì)量。

4)形狀復(fù)雜工件氧化時(shí)應(yīng)用專用掛具，注意裝卡位置，不能使零件的凹進(jìn)部位滯留空氣形成氣袋。

5)較小的零件裝載在籃筐內(nèi)氧化時(shí)，裝載量不能過(guò)大，氧化過(guò)程中應(yīng)操動(dòng)天車(chē)使零件在氧化槽中上下移動(dòng)數(shù)次，促使溶液充分流動(dòng)，防止零件互相粘連或重疊在一起。

6)在氧化過(guò)程中，每隔5～10min從氧化槽中提出掛具或籃筐在冷、熱水槽中清洗一下再繼續(xù)氧化。

4 零件氧化后或庫(kù)存期間表面泛白斑

產(chǎn)生原因?yàn)?氧化后清洗不良;干燥不徹底;皂化及浸油處理溫度低或有雜物。糾正辦法:

1)加強(qiáng)氧化后清洗，對(duì)形狀復(fù)雜或有窄縫、盲孔的零件不易清洗的部位，用熱風(fēng)吹出殘留堿液，然后清洗干凈。

2)皂化處理液用純凈水配制，用3%～5%肥皂液，θ皂化為85～90℃，皂化后將零件徹底晾干再浸油。皂液中如凝結(jié)棉絮狀渾濁物應(yīng)及時(shí)更換新液。

3)浸油處理要使用純凈的中性防銹油，10#機(jī)油或變壓器油，θ浸油為105 ～110℃，t浸油為5 ～10min，油中不能含氧化物質(zhì)。

5 氧化膜耐蝕性差，局部容易產(chǎn)生銹跡

造成氧化膜耐蝕性能較差的原因很多，除以上指出的影響因素外，氧化處理的時(shí)間是主要因素。從生產(chǎn)中觀察到，碳鋼材料的零件在氧化處理時(shí)氧化膜生成速度較快，只需10～15min表面已經(jīng)形成了藍(lán)黑色的膜層。再繼續(xù)氧化，膜層顏色變化不大;但經(jīng)3%CuSO4·5H2O溶液點(diǎn)滴試驗(yàn)，就可以明顯看到:t氧化為40min比t氧化為15min的氧化膜耐腐蝕性能要高得多。在生產(chǎn)實(shí)踐中，操作者往往只注重氧化膜的生成速度和顏色，而忽略其耐蝕性，t氧化不足是常有的事。這就導(dǎo)致零件使用過(guò)程中氧化膜容易銹蝕。因此只有足夠的氧化處理時(shí)間，才能保證氧化膜有優(yōu)良的耐腐蝕能力。

另外還應(yīng)指出，不同含碳量和合金成分的鋼鐵材料氧化處理的溫度和時(shí)間及氧化膜的色澤也有不同［4］。表2列出了不同鋼鐵材料的氧化規(guī)范及色澤，只有遵循正確的操作規(guī)范，才能獲得理想的氧化膜。至于外觀顏色有輕微差異，是允許的，因?yàn)檫@并不影響氧化膜的抗腐蝕能力。

表2 不同鋼鐵材料的氧化處理規(guī)范與外觀顏色

6 結(jié)語(yǔ)

鋼鐵零件氧化處理的關(guān)鍵是掌控好ρ(NaOH)和ρ(NaNO2)及相互間的比例。提高除油、除銹、氧化、皂化及浸油工序的質(zhì)量是獲得優(yōu)良氧化膜的保證。相對(duì)于其它表面處理工藝，氧化處理雖不復(fù)雜，但更較多地依賴操作者的專業(yè)技能和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。有的資料介紹在堿性氧化處理液中加入硝酸鈉、硝酸鉀、鉻酸鉀及磷酸鈉等成分，目的是改善氧化膜的外觀及性能，但實(shí)踐證明效果并不明顯，過(guò)多成分的加入反而使溶液的管理復(fù)雜化。還有的添加氰化鈉和亞鐵氰化鉀，因有毒更不宜提倡。本文作為氧化處理操作實(shí)踐的小結(jié)，偏頗之處，望同行指正。

［1］覃奇賢，郭鶴桐，張宏祥，等.電鍍?cè)砼c工藝［M］.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，1993:390-391.

［2］陳其忠.333例電鍍故障排除法［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1998:372.

［3］李才紅.鋼鐵緊固件氧化發(fā)紅故障分析及解決方法［J］.電鍍與精飾，2008，30(4):18-19.

［4］表面處理工藝手冊(cè)編審委員會(huì).表面處理工藝手冊(cè)［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1991:383-384.

Common Defects and Their Correction Methods in High Temperature Alkaline Oxidation of Iron and Steel Articles

WANG Hong-kui

TG174.451

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1001-3849(2010)12-0027-04

2010-07-09