钢铁的发黑处理[优质材料]

②硝酸盐要在铁的存在下，才会还原为亚硝酸盐或亚硝基化合 物。无论是硝酸盐还是亚硝酸盐都不能直接氧化二价的铁离子。使 后者氧化的化合物有可能是Fe(NO)n,不含有这个化合物的新配溶液 是不能得到良好的膜层的。
③在成膜过程中，金属上的氧化物也应算作基底的一部分，它 可导致局部电池的电极反应延续进行。结晶析出成膜理论不能解释 这一事实。
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中根结据晶这析个出理的论，，并钢附上着的在Fe工3O件4晶表体面转上化而膜得是到这的个。氧它化的物结的构过与饱厚和度溶取液 决于金属-溶液界面液相区的磁性氧化铁溶液的过饱和。
这个理论没有考虑到对钢的化学氧化机理有着重大影响的某些 方面：
氧的同①时Fe它(O在H)瞬2或时HF间eO便2-转在化有为氧氢的氧存化在铁下（十或分铁不酸稳盐定），。与强烈地吸附
1、NaOH的作用
①使零件表面产生轻微腐蚀，析出亚铁离子，促使氧化膜的形成。
②提高溶液的沸点，保证发黑过程所必须的温度。溶液中NaOH含量 越多，则溶液的沸点越高。在发兰过程中就是通过调整NaOH的含量 而控制溶液的沸点的。
NaFe2O4+(m+1)H2OFe2O3.mH2O+2NaOH Fe2O3.mH2O→Fe2O3.(m-n)H2O+n H2O 形成氧化膜的整个过程可以图解表示如下： 钢件制作Fe→Na2FeO2→Na2Fe2O4→Fe2O3.mH2O→Fe2O3.(m-n)H2O
Fe3O4(氧化膜）
氧化膜上的红色挂 灰或槽底的褐红色 沉淀物
1、在氧化剂的存在下铁与浓碱作用生成亚铁酸钠：
Fe+[O]+Na2FeO2+H2O 或： 3Fe+NaNO2+5NaOH→3Na2FeO2+NH3↑+H2O 亚铁酸钠朝溶液本体部位扩散同氧化剂相遇并进一步氧化成铁 酸钠Na2Fe2O4：
8Na2FeO2+NaNO3+6H2O→4Na2Fe2O4+NH3↑+9NaOH 或： 6Na2FeO2+NaNO2+5H2O→3Na2Fe2O4+NH3↑+7NaOH 2、铁酸钠与未被氧化的亚铁酸钠作用，生成构成膜层的磁性氧化 铁：
钢铁的发黑处理
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一、概述
钢铁制件在自然条件下，由于与空气中的氧相接处，其表面会形 成一层10-20A的氧化物薄膜。自然成膜时，依据金属本身的物理性 能，表面状态及氧化条件的不同，所形成的氧化膜有的较薄，有的 致密完整，有的却很疏松而不完整。多数情况下所形成的自然氧化 膜不能有效地防止金属继续被腐蚀。
钢铁的氧化处理方法很多，有碱性化学氧化法、无碱氧化法、高 温气体氧化法和电化学氧化法等。目前，工业上广泛采用的是碱性 化学氧化法。（还有酸性氧化法）
氧化膜的特点：色泽美观、无氢脆、有弹性、膜层薄（0.51.5um），对零件的尺寸和精度无显著影响，对消除热处理后生成的 应力也有一定的作用。
发黑处理属于表面氧化处理方法的一种，将金属零件放在很浓的 碱和氧化剂的溶液中，在一定的温度下加热、氧化，使金属表面生 成一层均匀致密而且与基本金属牢固结合的四氧化三铁薄膜的工艺 过程叫做发黑。由于操作中各种因素的影响，这层薄膜的颜色有蓝 黑色、黑色、红棕色、棕褐色等。
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发黑处理的目的主要有以下三点： 1、对金属表面起防锈作用。 2、增加金属表面的美观及光泽。 3、发黑时间的加热有助于减少工件中应力。
因为发黑处理具有上述作用，而且成本低、质量高，所以在金 属表面处理中和工序间的防锈等得到广泛的应用。
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二、氧化膜形成的基本原理

〈N离和生a子铁成一NO，酸磁〉3）亚钠性原溶铁（四理液离氧：N中a子化钢2加Fe与三铁热2O火铁零4，）碱 。件开，和 其在始然氧 化很表后化 学浓面再剂 反的光由起 应火受铁作 方碱到酸用 程（N钠a， 式NO与aH生 为O的亚H成 ：）微铁亚和腐酸铁氧蚀钠酸化作进钠剂用一（（，步NN析起aaN2出F作Oe2亚或O用2）铁，
影响膜层厚度的主要因素是溶解的苛性碱浓度和温度。由于氧 化是在溶液的沸点或接近于沸点的温度下进行的，而溶液的浓度与 沸点又存在着对应关系，所以这两个因素的影响其实是统一的。温 度越高，氧化膜的形成速度也越快，最终获得的氧化膜的厚度也越 厚。一般厚氧化膜常是疏松和容易被擦掉的。因此钢的氧化不易在 高于145°的沸腾温度下进行。此外，在这样高的温度下还会加速铁 酸盐的水解而在工作上形成含水氧化铁的红色挂灰，以致膜层质量 低劣。当氧化液温度高于170°C和氢氧化钠含量大于1000g/时，工 件表面就不能生成氧化膜。发生这种现象的主要原因是在高温下亚 铁酸钠与铁酸钠相互作用生成氧化膜的反应成慢、磁性氧化铁的溶 解度增大。
发黑液中氧化剂的浓度对膜层厚度也有一定的影响。随着氧化
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三、发黑溶液中各介质的作用

尽管发黑溶液有着多种不同的配方，但是最基本的组成物总不
外乎是碱和氧化剂。生产中，碱多使用NaOH,而氧化剂则多使用 NaNO3和NaNO2，碱金属的铬酸盐也可作为氧化剂的使用，但使用较少。 为了改善氧化膜的质量和色泽，往往还在发黑液中添加一些磷酸三 钠或草酸盐等其它药品。这些组成物在发黑液中分别起着如下作用：
Na2Fe2O4+Na2FeO2+2H2O→Fe3O4↓+4NaOH
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由于某些情况，在形成四氧化三铁氧化膜的同时，有部分铁酸钠水 解是，力生求成避红免色的的（氧这化种铁 现的 象水 一合 般物 在（ 氢氧Fe化2O3钠.mH含2o量),高沉、积亚在硝2件酸表钠面含上量，低这 时产生。）这种现象的产生，主要是溶液中有红色肢体状氧化铁存 在的缘故。即：
（二）氧化膜的性质：
为它的钢水铁合上物的。氧氧化化膜膜由的亚结铁构-高、铁色氧泽化和物防F护e3O性4组能成取，决其于中它部的分厚可度能。
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十分薄的膜（2–4nm）并不改变钢表面的外观，同时也不具有防护作 用。厚度大于2.5um的氧化膜则无光泽，呈黑色或灰黑色，其结构疏 松、抗磨性差。较适合的厚度为0.6~0.8um，呈现黑色或蓝黑色，而 且是带有光泽的致密膜层。钢材的化学成分对氧化膜的外观和结构 有明显的影响。合金钢和低碳钢一般难以得到带光泽的深黑色或蓝 黑色膜，且膜内易夹有红色的氧化铁挂灰。