钢件表面发蓝(发黑)处理大全

钢件表面发蓝（发黑）处理
1．发蓝（发黑）原理
为了提高钢件的防锈能力，用强的氧化剂将钢件表面氧化成致密、光滑的四氧化三铁。

这种四氧化三铁薄层能有效地保护钢件内部不受氧化。

在高温下（约550℃）氧化成的四氧化三铁呈天蓝色，故称发蓝处理。

在低温下（约 3 50℃）形成的四氧化三铁呈暗黑色，故称发黑处理。

在兵器制造中，常用的是发蓝处理；在工业生产中，常用的是发黑处理。

能否把钢铁表面氧化致密、光滑的四氧化三铁，关键是选择好强的氧化剂。

强氧化剂是由氢氧化钠、亚硝酸钠、磷酸三钠组成。

发蓝时用它们的熔融液去处理钢件；发黑时用它们的水溶液去处理钢件。

常用的发黑溶液成分见表10-7。

表10-7 常用的氧化（发黑）溶液成分
此溶液的密度是1.4g/cm3，沸点是130℃。

在此溶液的作用下，铁的氧化过程是这样的：
Fe→Na2FeO2→Na2Fe2O4→Fe3O4
具体的化学反应是：
3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+NH3+H2O
6Na2FeO2+NaNO2+5H2O=3Na2Fe2O4+NH3+7NaOH
Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O=Fe3O4↓+4NaOH
生产实践经验证明，要获得光亮、致密的四氧化三铁膜层，氧化溶液中亚硝酸钠与氢氧化钠的比例，要保持在1：3～3.5之间。

2．发蓝（发黑）操作
发蓝（发黑）的操作流程：
工件装夹→去油→清洗→酸洗→清洗→氧化→清洗→皂化→热水煮洗→检查。

（1）工件装夹要根据工件的形状、大小，设计专门的夹具或吊具。

目的是使工件之间留有足够的间隙，工件间不能相互接触，要使每个工件都能完全浸入氧化液中被氧化。

（2）去油目的是除去工件表面的油污。

经过机加工后（发蓝、发黑是最后一道工序），工件表面难免不留下油污，用防锈油作工序间防锈的更是这样。

任何油污，都会严重影响四氧化三铁的生成，所以必须在发蓝、发黑之前除去。

常用的除油溶液配方，见表10-8。

表10-8 常用的除油溶液配方
将除油溶液加热至80～90℃，然后将工件浸入，浸入时间为
30min左右，若油污较多，还得延长除油时间，以除油彻底为准。

（3）酸洗酸洗的目的是除去工件表面的锈迹。

因为锈迹、锈斑会阻碍生成致密的四氧化三铁层。

即使工件无锈迹，也应进行酸洗，因为它使油污进一步去除干净，而且酸洗会提高工件表面分子的活化能，有利于下一工序的氧化，能生成较厚的四氧化三铁层。

酸洗溶液一般是10～15％浓度的硫酸溶液，温度是70～80℃，将工件浸入硫酸溶液中，浸入时间为30min左右，锈蚀较轻的钢件可浸20min，锈蚀严重者，则需要浸40min以上。

（4）氧化氧化是发蓝、发黑的主要工序。

四氧化三铁膜层是否致密、是否光滑、是否有足够的厚度，取决于氧化阶段。

发蓝的工艺温度是550℃。

发黑的工艺温度是130～145℃。

浸入时间是50～80min。

含碳量高的高碳钢，氧化速度较快，浸入时间可短些。

含碳量低的低碳钢，氧化速度慢，浸入时间需要长些。

合金钢特别是高合金钢，工件表面有一定的残余奥氏体，对碱溶液有较强的抗抵作用，不易生成Fe3O4，因而浸入时间需更长一些。

表10-9列出了有关钢种氧化（发黑）时溶液的温度及浸入时间。

表10-9 不同钢件氧化温度与时间
槽液的正常颜色是白色。

如果槽液呈红色或棕色，表示亚硝钠浓度过大，应及时调整槽液的成分。

如果溶液呈绿色，则表示铁离子浓度过大，应及时更新溶液。

（5）皂化所谓皂化，是用肥皂水溶液在一定温度下浸泡工件。

目的是形成一层硬脂酸铁薄膜，以提高工件的抗腐蚀能力。

常用的皂化液浓度是30～50g（肥皂）/L。

把皂化液加热至80～100℃，将氧化后的工件放入皂化液浸泡10min左右。

（6）检查
氧化完毕后，要对工件进行检查，看Fe3O4膜层是否合格。

检查的方法是：任意抽取三件工件，置于浓度为2％的硫酸铜溶液中浸泡20s，不退黑色者为合格。

三件工件中有一件以上不合格，则整槽工件视为不合格，需再氧化一次，以加深四氧化三铁的厚度。

3．可能出现的缺陷及解决措施
钢件发黑工艺，在操作过程中，可能会出现如下一些缺陷。

（1）氧化膜疏松氧化膜应很致密，与基本结合很牢固。

如果生成的氧化膜疏松，容易擦掉，这是不正常的现象。

出现这种情况，主要是由于新配制的氧化溶液缺少铁离子引起的。

解决办法，是加入一些旧的氧化溶液，或者加入一些干净的钢屑，煮沸30min，以增加氧化溶液的铁离子浓度，这现象就会消除。

（2）工件表面呈红褐色锈斑氧化膜应呈深黑色，光亮且平滑。

如果工件表面出现红褐色斑点或连成一片，这主要是由于氧化溶液中
氢氧化钠过浓、生成氧化铁过多所致。

解决办法是调整溶液成分，补充加入一些亚硝酸钠和水，以降低NaOH浓度。

（3）工件表面呈淡灰色工件表面失去乌黑光泽，呈淡灰色，这是由于氧化溶液中氢氧化钠浓度过低引起的。

解决办法，补充加入适量的氢氢化钠。

（4）不生成氧化膜经处理40～50min后，工件表面仍不上色（生成氧化膜），这主要是由于溶液温度过低，亚硝酸钠浓度不足引起的。

解决办法是提高溶液温度，适当增加亚硝酸钠量。

（5）氧化膜表面发花工件在黑色基体上出现零星的白点，有时白点还较密集，这种现象工人称之为“发花”。

发花原因主要是氧化时间不够引起的。

解决办法，是延长氧化时间（即浸泡时间），还可以补充加入少量氢氧化钠。

（6）工件表面呈绿色如果工件表面的氧化膜不是乌黑色，而是绿色，这是工件过氧化的结果，是由于氧化溶液温度过高、亚硝酸钠浓度过高引起的。

解决办法是加入适量冷水（注意：加水时必须穿戴好老保护具，缓缓加入，以免槽液飞溅，造成灼伤事故）和加入少量氢氧化钠，以降低溶液温度及亚硝酸钠的浓度。

4．氧化溶液成分的测定
从以上氧化膜缺陷分析中可知，当氧化溶液成分出现波动时，就会造成氧化膜的缺陷，至使发黑操作失败。

氧化溶液成分，主要指氢氧化钠浓度和亚硝酸钠浓度。

在发黑过程中，水分不断被蒸发，亚硝酸钠和氢氧化钠又非等比消耗，所以，此消彼长，浓度变化是必然的。

操作时间越长，变化就越大。

为了不使氧化溶液的成分出现大的波动，应该每隔2～3h ，就取样测定它们的浓度，以便及时计算并补充添加有关原料。

下面介绍氢氧化钠、亚硝酸钠浓度的测定方法。

（1）氢氧化钠浓度的测定 吸取氧化溶液10ml ，置于量瓶中，加蒸馏水至500ml ，摇匀，这便是稀释液。

吸取稀释液5ml 置于锥瓶中，加蒸馏水100ml ，加酚酞1～2滴，溶液变为红色。

用0.1N 的盐酸标准溶液进行滴定，滴至红色消失，记下盐酸消耗量V1（ml ）。

再加甲基橙2滴，溶液变为黄色。

继续用0.1N 的盐酸进行滴定，滴至黄色转变为红色为止，记下盐酸的消耗量V2（ml ）。

按下式计算氢氧化钠的浓度（ g/l ）：
())/(1000500
5
1004.01.021l g V V NaOH ⨯⨯⨯⨯-= 或
按下式计算氢氧化钠的百分浓度： ()14
10005005
1004
.01.021⨯⨯⨯⨯-=V V NaOH （％） （2）亚硝酸钠浓度的测定 吸取氧化溶液10ml ，置于量瓶中，加蒸馏水至500ml 刻度处，摇匀，这便是稀释的氧化溶液。

吸取0.1N 的标准高锰酸钾溶液10ml ，置于锥形瓶中，加蒸馏水100ml ，硫酸10ml ，加热至50℃左右。

这时溶液呈红色。

用稀释的氧化溶液进行滴定，至红色消失为止，记下稀释氧化溶液的消耗量V （ml ）。

按下式计算亚硝酸钠的浓度（g/l ）： 1000500
100345.0101.02⨯⨯⨯⨯=V NaNO （g/l ） 或按下式计算亚硝酸钠的百分浓度：
141000500
100345.0101.02⨯⨯⨯⨯=V NaNO （％） 式中V —滴定时用去的稀释氧化液的ml 数；14—10ml 氧化溶液的质量。

5．除油溶液成分的测定
除油与氧化有着密切关系，除油不彻底，很难获得高质量的四氧化三铁层膜。

所以，除油溶液也要经常测定其成分，以便及时补充天加有关原料，以保证除油效果。

（1）氢氧化钠的测定 吸取除油溶液5ml 置于锥形瓶中，加蒸馏水100ml ，摇均匀。

加酚酞指示剂2～3滴，用0.1N 的盐酸标准溶液进行滴定，滴至红色消失为终点，记录盐酸消耗量V1（ml ）。

在此溶液中加入甲基橙指示剂2滴，溶液变为黄色。

用0.1N 盐酸标准溶液进行滴定，至黄色变为粉红色为终点，记录盐酸消耗量V2（ml ）（不包括V1量）。

在两次滴定后，将溶液煮沸5～10min ，待冷到常温后，加酚酞指示剂2～3滴，用0.1N 氢氧化钠标准溶液进行滴定，滴至玫瑰红色为终点，记录氢氧化钠消耗量V3（ml ）。

按下式计算氢氧化钠的浓度（g/l ）：
10005
040.0)(21⨯⨯⨯-=A N V V NaOH （g/l ）
或按下式计算氢氧化钠的百分浓度：
1001100
10005040.0)(21⨯⨯⨯⨯-=A N V V NaOH （％） 式中 V1—第一次滴定时用去的盐酸ml 数；
V2—第二次滴定时用去的盐酸ml 数；
N A — 滴定用盐酸的标准当量浓度，在这里是0.1；
0.040—是NaOH 分子里与1000的比值（40÷1000=0.040）； 5—吸取的除油液ml 数；
1000——1L 的ml 数；
1100——1L 除油溶液的质量。

（2）碳酸钠的测定 按下式计算碳酸钠的浓度（g/l ）：
10005
106.0)(3232⨯⨯⨯-⨯=B A N V N V CO Na （g/l ）: 或按下式计算碳酸钠的浓度：
1001100
10005106.0)(3232⨯⨯⨯⨯-⨯=B A N V N V CO Na （％） 式中
V2—第二次滴定时用去的盐酸ml 数；
N A — 滴定用盐酸的标准当量浓度，在这里是0.1；
V 3——第三次滴定用的氢氧化钠的ml 数；
N b ——滴定用的氢氧化钠的标准当量浓度，这里是0.1；
0.106—是碳酸钠分子量与1000的比值（106/1000=0.106）。

（3）磷酸三钠的测定
按下式计算磷酸三钠的浓度（g/l ）：
10005
)380.0(123243⨯⨯⨯=•b N V O H PO Na （g/l ） 或按下式计算磷酸三钠的百分浓度：
1001100
10005)380.0(123243⨯⨯⨯⨯=•b N V O H PO Na （％） 式中 0.380—是磷酸三钠及十二个结晶水的分子量与1000的比值（380/1000=0.380）。

（4）水玻璃（硅酸钠）的测定 吸取除油溶液20ml 置于烧怀中，加1％浓度的盐酸20ml ，摇匀后，加热蒸发至干，待冷却后，再加1％浓度的盐酸10ml ，加蒸馏水100ml ，加热使盐类溶解，用滤纸过滤，并用1％盐酸洗涤烧怀和沉淀物7～8次，将沉淀和滤纸移于已知重量的瓷坩锅中，在950～1000℃的高温电阻电炉中灼烧10～20min ，出炉后置于干燥器中冷却，然后称量，获得沉淀物的质量（g ）。

按下式计算水玻璃的浓度（g/l ）：
100003.232⨯⨯=V
G SiO Na （g/l ） 或按下式计算水玻璃的百分浓度：
1001100
100003.232⨯⨯⨯=V G SiO Na （％） 式中： G —灼烧后沉淀物的质量（ g ）
V —吸收的除油溶液ml 数；
2.03—Na 2SiO 2的分子量与SiO 2分子量的比值；
1000—1L 的ml 数；
1100—1L 的除油溶液的质量。

将钢在空气中加热或直接浸于浓氧化性溶液中，使其表面产生极薄的氧化物膜的材料保护技术，也称发黑。

钢铁零件的发蓝可在亚硝酸钠
和硝酸钠的熔融盐中进行，也可在高温热空气及500℃以上的过热蒸气中进行，更常用的是在加有亚硝酸钠的浓苛性钠中加热。

发蓝时的溶液成分、反应温度和时间依钢铁基体的成分而定。

发蓝膜的成分为磁性氧化铁，厚度为0.5～1.5微米，颜色与材料成分和工艺条件有关，有灰黑、深黑、亮蓝等。

单独的发蓝膜抗腐蚀性较差，但经涂油涂蜡或涂清漆后，抗蚀性和抗摩擦性都有所改善。

发蓝时，工件的尺寸和光洁度对质量影响不大。

故常用于精密仪器、光学仪器、工具、硬度块等。

金属“发蓝”药液
采用碱性氧化法或酸性氧化法；使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，此处理过程称为“发蓝”。

黑色金属表面经“发蓝”处理后所形成的氧化膜，其外层主要是四氧化三铁，内层为氧化亚铁。

一、碱性氧化法“发蓝”药液
1．配方：硝酸钠50～100克氢氧化钠600～700克亚硝酸钠100～200克水1000克
2．制法：按配方计量后，在搅拌条件下，依次把各料加入其中，溶解，混合均匀即可。

3．说明：
（1）金属表面务必洗净和干燥以后，才能进行“发篮”处理。

（2）金属器件进行“发蓝”处理条件与金属中的含碳量有关，“发蓝”药液温度及金属器件在其中的处理时间可参考下表。

金属中含
碳量%工作温度（℃）处理时间（分）开始终止>0.7135-13714310-300.5-0.7135-14015030-50<0.4142-145153-1 5540-60合金钢142-145153-15560-90
（3）每隔一星期左右按期分析溶液中硝酸钠、亚硝酸钠和氢氧化钠的含量，以便及时补充有关成分。

一般使用半年后就应更换全部溶液。

（4）金属“发蓝”处理后，最好用热肥皂水漂洗数分钟，再用冷水冲洗。

然后,又用热水冲洗。

二、酸性氧化法“发蓝”药液
1．配方：磷酸3～10克硝酸钙80～100克过氧化锰10～15克水1000克
2．制法：按配方计量后，在不断搅拌条件下，依次把磷酸、过氧化锰和硝酸钙加入其中，溶解，混合均匀即可。

3．说明：
（1）金属器件先经洗净和干燥后才能进行“发蓝”处理。

（2）此法所得保护膜呈黑色，其主要成分是由磷酸钙和铁的氧化物所组成，其耐腐能力和机械强度均超过碱性氧化法所得的保护膜。

4.“发蓝”工作温度为100℃，处理时间为40～45分钟。

在处理碳素钢时，药液中磷酸含量控制在3～5克／升；处理合金钢或铸钢时，磷酸含量控制在5～10克／升。

应注意定期分析药液磷酸的含量。

5.“发蓝”处理后金属器件的清洗方法同
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