钢铁的氧化处理讲解

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钢铁的氧化处理
• 概念： 将钢铁件放入含苛性钠、硝酸钠或者亚硝 酸钠溶液中处理，使零件表面生成一层很薄 的黑色氧化膜的过程，称为氧化处理，简称 发蓝，又称发黑。
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• 精密机床零件、光学产品零件、仪器仪表零件、液 压控制系统器件等，在其表面可以形成一层很薄的 膜层（一般0.6~1.5微米），所以对零件的尺寸和精 度都几乎没有影响，同时氧化过程中不会析氢，不 会产生氢脆。 • 钢铁件氧化处理后可提高耐蚀性，但效果不够理想， 所以如果在氧化后进行后处理，可用皂化处理或铬 酸盐钝化填充或涂油脂等，便可明显提高其耐蚀性 和润滑性。
抗腐蚀性能。
• 被覆层具有较高的弹性。 • 抗磨强度（机械强度）是氧化膜的若干倍； • 抗腐蚀性能大大超过氧化膜。
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无碱氧化处理的优点
• 与碱液形成的氧化膜比较： • 在氧化处理溶液中保持的时间缩短1/2~1/3; • 被覆层的抗蚀性能、附着力和机械强度比氧化膜高很多； • 工作温度100oC左右，耗能降低； • 可以同时处理黑色金属和有色金属零件； • 可以作为涂油漆层前的准备工作，油漆层与磷酸盐——氧化物 被覆层可以很好的结合。
度要求较高的零件可用布轮磨光或抛光。
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氧化处理工艺—高温氧化处理
• 将钢铁浸入浓氢氧化钠溶液中，在大于l00℃的高温下氧化处
理，氧化膜的主要成分是磁性氧化铁(Fe3O4)。膜层颜色取 决于钢铁材料的成分、表面状态和氧化工艺规范。一般钢铁 呈黑色和蓝黑色；铸铁和含硅较高的钢呈黑褐色 • 单槽法：操作简单，目前广泛使用 • 双槽法：钢铁件依次在两个浓度和工艺条件不同的氧化槽中 进行两次氧化处理。氧化膜较厚，耐蚀性较高。
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（2）满足皂化处理中的三点要求； （3）干燥处理要彻底，干燥够工件表面及孔眼、缝隙等处不能有
游离水存在；
（4）热油封闭处理的温度不可低于1050C，填充、封闭氧化膜孔 隙； （5）浸油过程若有爆裂声，说明工件的孔眼、狭缝处有水存在， 可以增加浸油时间，至无水滴爆裂声。
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关于钢铁氧化处理还有很多知识可以作介绍，比如： • 钢铁氧化处理用设备； • 溶液的配制及各种方法处理过程中的规范性； • 氧化膜的质量检测； • 氧化膜常见缺陷及排除方法。
• 《钢铁表面氧化和磷化处理问答》王尚义 著 化学工业出版社
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• 经皂化处理后，膜的孔隙被封住，提高了抗腐蚀性能。
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氧化后处理
• (2)碱性氧化后处理： • 碱性氧化后处理不当使膜防护性变差； • 产生原因： （1）工件氧化后清洗不彻底；（2）配制的肥皂水的水质未经软 化处理，致使溶液中产生絮状漂浮物，该漂浮物随后富集在氧 化膜的表面；（3）未经充分干燥前涂覆机油等。 处理方法： （1）氧化处理后充分的进行冷、热水清洗，除去工件表面的碱性 物质；
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• 氧化膜生长速度和厚度取决于结晶形核速度与单个 晶核生长速度之比。 • 结晶晶核生长速度较快时：金属表面上晶核数量增 多，各晶核相互结合而形成一层连续的氧化膜（如 图a）。 • 结晶晶核生长速度较慢时：等到各结晶晶核相互结 合的时候，每一个晶核已经长大，这时形成的氧化 膜较厚，甚至形成疏松的氧化膜（如图b）
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配方1：通用氧化液， 操作简单，膜层美观 光亮，但膜层较薄 配方2：氧化速度快， 膜层致密但光亮度较 差
配方1：可获得保护 性能好的蓝黑色光亮 氧化膜 配方2：可获得较厚 的黑色氧化膜
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各组成作用
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高温氧化处理工艺过程（双槽法）
前处理
后处理
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氧化处理工艺—常温氧化处理
• 传统的氧化存在着碱浓度高，温度高，能耗大，生产 效率低等缺点，并且易出现红色挂灰，对于Si、Mn、 Cr、Ni含量高的合金钢，很难得到满意的外观。 • 20世纪80年代中期国内开发的发黑技术，具有节能， 效率高，成本低等有点，得到广泛应用。 • 常温发黑剂：硫酸铜和亚硒酸，加上络合剂和稳定剂 等以改善成膜条件和提高成膜质量。
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氧化处理的方法
• 化学氧化法
• 碱性氧化法（发蓝）
• 热氧化法 • 阳极氧化法 • 酸性氧化法（常温发蓝）
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氧化处理之氧化前处理
• 零件表面清理的质量好坏直接影响氧化膜的质量。
• 钢件经过机械加工或者热处理后，表面有油污和氧
化皮，影响氧化膜的生成。
• 热处理后的零件可直接酸洗去除表面氧化膜，光洁
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钢铁常温发黑配方
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氧化处理工艺—无碱氧化处理
• 无碱氧化法即氧化——磷化法。 • 形成磷酸盐——氧化物被覆层。厚度约1~4 m ，膜层是在处理 过程中由于金属的部分溶解而形成。 • 可使黑色金属制品的表面呈现黑色，其外观与自碱液氧化处理 的氧化膜相同，但其被覆层与油膜或油漆膜相结合具有高度的
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氧化膜生成的基本原理
在碱性溶液中，加入一定量的氧 化剂（亚硝酸钠、硝酸钠），金 属表面生成一层氧化膜（Fe3O4）。 由于溶液与金属界面形成氧化铁 的过饱和，使金属表面生成结晶 晶核，结晶晶核逐渐长大，形成 一层连续成片的氧化膜。
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• 氧化膜形成以后，氧化过程的继续进行取决于两个因素： 界面反应速度; 参加反应物质通过氧化膜的扩散: • 有三种情况： a）仅是金属离子向外扩散，在氧化物/气体界面上进行反应; b) 仅氧向内扩散，在金属/氧化物界面上进行反应; c) 金属离子和氧两个方向相向扩散，它们在氧化膜中相遇 并进行反应 。
钢铁表面的氧化处理
为什么要进行氧化处理？
• 当钢铁处于潮湿的大气中时，在它的表面上形成 了微电池，在氧的作用下钢铁表面上就形成了铁 锈。由于它非常疏松并且易吸湿，因而促使潮湿 的大气继续对钢铁进行腐蚀，直至破坏。
• 如果在钢铁表面上形成一层致密的磁性氧化铁 (Fe3O4)薄膜，就能使钢铁具有一定的抗大气腐 蚀能力，阻止钢铁表面生锈，还能起到表面装饰 的作用。
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发黑ห้องสมุดไป่ตู้原理
• 在酸性条件下，钢铁表面析出Cu，与基体形成微电池，加速成 膜过程。 • 亚硒酸H2SeO3与Fe和Cu粒子反应形成黑色的膜：
• 溶解的Fe2+氧化成Fe3+，并与 反应生成黑色的 结晶参与成膜。 • 在有磷酸盐和氧化剂存在时，还可能有FeHPO3和FePO3参与 成膜，进一步提高膜层与基体的结合力和抗腐蚀性。
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溶液成分与处理工艺
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碱性氧化处理
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氧化后处理
• 对于不合格的氧化膜，应在酸洗溶液中除去，再重新进行氧化 处理，不允许酸洗的合金钢可用机械的方法除掉旧的氧化膜 • 不合格的氧化膜经除油后，可在10%~15%的盐酸或硫酸溶液 中退除。 (1)高温氧化后处理： • 皂化处理或重铬酸盐填充处理；