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发表于 2008-11-4 16:58:08
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来自： 中国吉林吉林市
2 氧化膜的特点及应用范围
2 k+ y ^9 C8 F% n2 l钢铁的化学氧化处理亦称发蓝。钢铁通过氧化处理，在表面形成一层氧化膜，膜的厚度约为0.5~1.5μm，厚度很小，因此对工件尺寸无影响。由于氧化是在碱性溶液中进行的，氧化后的工件也就不会产生氢脆。氧化膜的组成主要是Fe3O4，称之为磁性氧化铁。这种氧化膜同空气中自然形成的氧化膜相比，膜层均匀而紧密，但以覆盖层标准来衡量，其防护性能仍很差，需要浸肥皂液，浸油或钝化处理后，防护性能和润滑性能才能得到提高。氧化主要应用于机械、仪器仪表、枪械等的精密零件及不能以其他覆层替代的防护—装饰性工件。弹簧钢、细钢丝、及簿钢片零件也常用氧化膜作为防护层。
/ `3 b( f* v f; a0 A$ z) E+ ]4 氧化膜的性质 9 L. K) D/ }8 `2 f
影响氧化膜质量(结构、色泽和防护性能)的主要因素是膜层的厚度。十分薄的膜(2~4nm)是无色的，没有防护能力。过厚(>2.5μm)的膜同样达不到最好的防护能力，其外观呈无光泽的黑色或灰黑色，结构疏松，抗磨能力差。合适的厚度为0.6~0.8μm，此时的氧化膜表面呈现出黑色或蓝黑色，带有光泽，膜层致密耐磨性能好，但不是所有钢材都能获得这种氧化膜，钢铁化学成份对膜层外观和结构有明显影响，合金钢和低碳钢的氧化膜层因易夹杂氧化铁而带有红色挂灰，而铸铁、硅钢的氧化膜外观呈黄色至浅黄色。
8 q& @9 d" ^. I1 P' L5 碱性氧化溶液成份及操作条件 , N) I1 L, K5 ?( u( P6 p
如前所述，碱性氧化溶液都是含氧化剂的浓碱溶液，而按具体成份、浓度不同又分为多种配方。为了得到较厚和防护性能较高的氧化膜，还有采用浓度不同的两种溶液进行两次氧化(我们所在60年代中后期曾使用过)的方法。目前我所采用的是最基本最通用的一种溶液配方，这种溶液的浓度较小，也没有加促进剂，因此成膜速度较慢，需要较长的处理时间，膜层较薄，但比较光亮、美观，其成份及操作条件是：
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氢氧化钠 (NaOH) 550 ~ 650克∕升
, Q2 v. P" M# H8 u) ?亚硝酸钠 (NaNO2) 150 ~ 200克∕升 6 g5 t' O* {) C
1 T/ f' w0 O& s+ Y6 F温 度 (℃) 135 ~ 145 (确切的控制温度应视钢成份而定) / \# T' P/ X \8 r4 T0 n& A% w
时 间 (min) 40 ~ 120 (确切的控制时间应视钢成份而定) $ H! ]" M; V- z6 B
) @1 F6 h! N3 \4 ]7 I* _1 r6 影响氧化质量的因素及工艺过程的控制 3 ^9 P2 G( T8 @" z
6.1 溶液成份 # P# A" c x% a, n: n
6.1.1 氢氧化钠的含量 溶液中氢氧化钠的含量与氧化速度有关，浓度高些可加快氧化速度，膜厚度也略有增加，但决非越高越好，较适合的浓度是550~700克∕升，过高容易形成红色挂灰、疏松、多孔氧化膜。当氢氧化钠含量超过1100克∕升时就不再形成氧化膜，甚至原先已有的膜还会被溶解。氢氧化钠太低时，不仅氧化膜薄且易发花，防护性能亦差。
- G4 w& ^, [& S% G虽然氢氧化钠的范围相当宽，实际操作时仍应根据钢材(工件)的化学成份选择最合适的含量：高碳钢可以用较低的氢氧化钠，而低碳钢应采用较高的浓度。
1 @4 k0 o3 a! I6.1.2 亚硝酸钠浓度 亚硝酸钠是溶液中的氧化剂。提高亚硝酸钠浓度，可使溶液中亚铁酸钠和铁酸钠增多，从而加快氧化速度，形成的氧化膜层致密且牢固。若亚硝酸钠含量过低时，氧化膜虽厚但疏松，氧化剂本身的消耗亦会增加，有时还会使氧化膜出现难看的暗绿色。通常亚硝酸钠含量控制在150~250克∕升范围内。 . A4 ^# j2 h7 W5 I, O# m
6.1.3 铁 铁虽然并不包括在溶液成分之内，但是溶液中必须要含有少量的铁，只有那样，才能在工件表面形成致密且结合牢固的氧化膜。新配制的溶液中因缺乏铁致使所得到的膜十分疏松，同基体的结合力亦很差。当然铁的含量亦不能过高，否则会导致氧化膜的成膜速度下降，且膜上出现红色挂灰。一般铁的含量应控制在0.5 ~ 2.0克∕升范围内。 2 C2 }; r7 S) p( [4 ]% H
6.1.4 氧化温度、时间与钢铁(工件)含碳量的关系 用来制造工件的钢材中均含有少量碳。碳含量对氧化过程影响较大 。一般，含碳量高的钢容易氧化，因而所采用的温度较低，时间也较短；含碳量低时不易被氧化，所用温度必须高些，时间也要长得多；中碳钢所需温度和时间介于两者之间。 4 L4 O1 x' _# n) s# E+ H" e @
氧化时间、温度和钢材含碳量的关系见表1
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表1 氧化温度、时间和钢含碳量的关系
* Z1 s8 d5 N" D$ \1 z钢材(工件)含碳量(%) 氧化溶液温度(℃) 氧化时间(min) $ ?7 m3 V* l3 Z7 B5 w9 R; O
0.7以上或铸铁 138 ~ 142 15 ~ 25 & h' L ?# F* Y4 g
( }4 S: R; s' @' o8 i0.4 ~ 0.7 142 ~ 145 25 ~ 40 8 i2 |6 j1 L6 }4 t. J5 A' _) Y
" v1 L7 d0 d5 G* O5 E8 t+ E/ |0.1 ~ 0.4 140 ~ 145 40 ~ 60
. h& Y( }4 y5 d
! `" Q4 V' v5 x+ X合金钢 135 ~ 138 50 ~ 120 . N; d) |# w/ n$ \1 B3 @
' A. R$ A) k2 y ^
高速钢 135 ~ 138 30 ~ 40
: C. ?' D9 _& J0 a6 d( Y* [3 S5 }6 D" g O! H& o" S" K
注：钢材的名称、牌号、含碳量、合金成份在黑色金属材料手册中可以查到
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氧化过程的实际操作是在溶液沸腾或接近沸腾情况下进行的，溶液浓度同温度存在对应关系，溶液的沸腾温度随着氢氧化钠浓度增高而升高，所以这两个因素的影响其实是一致的，即溶液中氢氧化钠含量愈高，其沸腾温度就愈高。下图1是溶液温度(或氢氧化钠浓度)对膜成张速度的影响关系曲线。从图中可以看到：温度愈高，膜的成长速度愈快，最终获得的膜厚度也愈大。 3 U6 q R' F" j4 ^5 \( C. X8 \; N' ?
过厚的氧化膜常常是疏松和不耐磨擦的。此外，在过高的温度下还会促进溶液中铁酸盐加速水解，形成含水氧化铁红色挂灰附着在工件上，致使膜的质量低劣。因此，化学氧化操作不宜在温度超过145℃的沸腾溶液中进行。 $ [3 z# ?) ]6 R; v4 ~" j
6 z0 ?7 B f+ A) h |5 @, e4 w6.2 氧化溶液的配制 $ O) q4 i( D9 {6 P
6.2.1 计算并称量所需之氢氧化钠和亚硝酸钠；将所需氢氧化钠分批加入氧化槽中，用部分冷水在搅拌下使其溶解，再加水至计算容积的4/5； ! z, j/ _4 w% ]' n8 C5 ~: I1 Z
6.2.2 将亚硝酸钠缓缓加入槽中；
3 _6 ^9 B9 q9 x! _$ G) \6.2.3 加水至计算容积(液面的标高)后将溶液加热至沸腾；
k- Q' {; S, T. m6.2.4 测量温度，取样分析，必要时进行调整；
+ v3 [+ V! Y r" e6.2.5 用标准样件试氧化，送检合格后即可投入使用。 ! _; f3 }0 e) p
注：新配溶液中因缺铁，在处理首批工件时可能得不到合格的氧化膜，可用下列任一种方法进行调整:a.以废工件处理一个班次。 b.按每升溶液加入2.5g Fe2(SO4)3•9H2O。 c.加入20%左右旧氧化溶液。 |
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发表于 2008-11-5 09:03:06
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