再論鋼鐵常溫發(fā)黑工藝應(yīng)用

發(fā)布于：06-10

核心提示：1??前言鋼鐵常溫發(fā)黑具有節(jié)能、高效、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便和基本無環(huán)境污染等特點(diǎn)。從小件到面積較大、形狀復(fù)雜、不同鋼種的工件
1??前言
鋼鐵常溫發(fā)黑具有節(jié)能、高效、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便和基本無環(huán)境污染等特點(diǎn)。從小件到面積較大、形狀復(fù)雜、不同鋼種的工件均可應(yīng)用。但由于前處理難，各類發(fā)黑劑都存在不同弊病，該項(xiàng)技術(shù)推廣很不平衡。筆者結(jié)合多年生產(chǎn)實(shí)踐，談?wù)勆a(chǎn)應(yīng)用中的工藝控制和改進(jìn)措施，供同行參考。
2??工藝控制和改進(jìn)措施
2.1??工藝流程
一般為化學(xué)除油→熱水洗→清水洗→強(qiáng)腐蝕→二次清水洗→化學(xué)除油→熱水洗→清水洗→弱腐蝕→二次清水洗→常溫發(fā)黑→二次清水洗→浸脫水油→送驗(yàn)。
2.2??前處理
鋼鐵常溫發(fā)黑前處理主要是除油和除銹，一般采用化學(xué)除油、鹽酸腐蝕，也有應(yīng)用濕法噴砂的[1]。具體工藝筆者以前做過詳細(xì)介紹[2]?。常溫發(fā)黑液呈酸性，發(fā)黑前工件表面要求全潤(rùn)水，才能有效地保證黑膜的牢固度，否則再好的發(fā)黑劑也不能出合格產(chǎn)品。多年實(shí)踐證明，無論是單獨(dú)用除油劑，還是低濃度三大堿添加除油劑的除油槽，都要在50℃左右加熱，以加快除油速度。操作時(shí)如果采用短時(shí)間(3～5min)除油、除銹交叉作業(yè)，工效明顯提高。
2.3??常溫發(fā)黑
鋼鐵常溫發(fā)黑劑自80年代中期國(guó)內(nèi)開發(fā)以來，市場(chǎng)商品逐漸增多。生產(chǎn)應(yīng)用效果大體都是膜的結(jié)合力不如高溫發(fā)黑的，溶液穩(wěn)定差等[3]。
HH902鋼鐵常溫發(fā)黑劑在這兩方面有較大突破。筆者所在廠幾年生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，膜的牢固度無需等待24h的后效，就能獲得結(jié)合力良好的黑色膜層，完全可同高溫發(fā)黑媲美。溶液穩(wěn)定性方面，工作液產(chǎn)生白色沉淀少，也不易影響膜層質(zhì)量，不需經(jīng)常調(diào)整;母液存放兩年以上無沉淀，效果不變。
ZT發(fā)黑劑將丙烯酸類涂料添加在發(fā)黑劑內(nèi)，兩工序合二為一，簡(jiǎn)化生產(chǎn)。膜的結(jié)合力、耐蝕性良好，只是黑膜黑度偏淡藍(lán)顏色。
溶液維護(hù)與調(diào)整常溫發(fā)黑時(shí)，鋼鐵表面活化產(chǎn)生Fe2+，過量Fe2+與Se2-反應(yīng)生成白色沉淀;在氧化劑存在的條件下，F(xiàn)e2+氧化為Fe3+反應(yīng)也生成沉淀，均無謂消耗溶液內(nèi)Se2-，縮短使用壽命，生產(chǎn)中應(yīng)采取如下措施：
(1)??生產(chǎn)線設(shè)計(jì)??發(fā)黑槽前兩只清水槽要用硬塑板或鋼板槽內(nèi)襯軟塑料板制作，以防鐵槽生銹污染清水，在生產(chǎn)中將Fe2+帶入發(fā)黑槽。
(2)??發(fā)黑用器皿??小批量生產(chǎn)用塑料籃，批量生產(chǎn)用鈦籃、鈦框、鈦滾桶等，杜絕發(fā)黑時(shí)產(chǎn)生Fe2+和消耗發(fā)黑劑。鈦器皿雖一次性投入資金較多，但耐酸堿，又與發(fā)黑劑不起反應(yīng)，使用壽命10年以上，綜合計(jì)算還顯著降低生產(chǎn)成本。
(3)??發(fā)黑槽加蓋??停工時(shí)將溶液用塑料蓋蓋嚴(yán)，防止空氣中氧氣入內(nèi)，減慢Fe3+生成速度而減少沉淀物的形成。
定期用精密試紙檢查溶液pH值，高于2.6以上就要加以調(diào)整。比較簡(jiǎn)單的辦法是，先將溶液自然沉淀過濾，補(bǔ)加母液使工作液恢復(fù)到pH2.4范圍即可繼續(xù)發(fā)黑。
如果不是批量生產(chǎn)，發(fā)黑液配制以每批零件量計(jì)算，一次性發(fā)黑藥液用完為原則，這樣不但保證黑膜均勻，結(jié)合力好，還能避免由于溶液存放時(shí)自我消耗。
2.4??后處理
(1)??常規(guī)技術(shù)要求改用脫水油封閉。
(2)??膜層耐蝕性要求較高，可加鈍化處理，再浸脫水油。
(3)??耐蝕性、耐磨性要求都高于常規(guī)發(fā)黑膜層標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)黑后浸丙烯酸酯乳液固化劑，略自然干燥后浸脫水油。
(4)??膜層要求耐溫400℃的不油封，可浸強(qiáng)力封閉劑，表面光亮度好、硬度高。
生產(chǎn)中為了降低生產(chǎn)成本，可根據(jù)發(fā)黑件的表面技術(shù)要求，盡量采用簡(jiǎn)單的后處理工藝。
2.5??生產(chǎn)中注意要點(diǎn)
(1)??前處理必須達(dá)到工件全潤(rùn)水，不允許有殘留油污、銹點(diǎn)和氧化皮等。
(2)??發(fā)黑前用清水洗時(shí)，要嚴(yán)格清洗掉工件內(nèi)外鹽酸液，否則易產(chǎn)生沉淀。
(3)??新配槽液常溫發(fā)黑時(shí)間控制為2～3min，老槽液可延長(zhǎng)至5～10min。一般視工件黑灰色出槽為佳(隨時(shí)間延長(zhǎng)轉(zhuǎn)為黑色)，出槽時(shí)黑色，膜層較疏松，結(jié)合力不理想。
(4)??有機(jī)膜的封閉應(yīng)選用水溶性丙烯酸酯乳液，發(fā)黑后清洗干凈可直接浸涂，工藝較簡(jiǎn)單。溶液配制按說明，乳液與水一定要攪拌均勻，調(diào)整至工件膜層無流痕，方可投入生產(chǎn)。
(5)??浸脫水油要擺脫傳統(tǒng)浸油習(xí)慣(入槽略浸一下就出槽)，封閉有一個(gè)先脫水并使油相浸潤(rùn)工件的過程，時(shí)間控制在3～8min。
3??生產(chǎn)成本
筆者就所在廠批量生產(chǎn)用HH902發(fā)黑劑，幾年來做了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，配槽費(fèi)加設(shè)備投資，常溫發(fā)黑低于高溫發(fā)黑。日生產(chǎn)費(fèi)用常溫發(fā)黑為1.93元/m2，高溫發(fā)黑為4.17元/m2，降低54%，考慮到后處理部分工件需鈍化或丙烯酸酯乳液等封閉，總成本也要降低30%以上。
4??膜層質(zhì)量討論
從成膜機(jī)理可以看出，鋼鐵常溫發(fā)黑是在鋼鐵表面形成CuSe、Cu2O等的覆蓋層，這種覆蓋層不同于成熟的化學(xué)鍍鎳、鍍銅的質(zhì)量。由于成膜機(jī)理不成熟，工藝參數(shù)多憑經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)商品發(fā)黑劑就不可能完善，存在膜層疏松多孔，結(jié)合力和耐磨性比高溫差。因此為了保證常溫發(fā)黑膜層質(zhì)量，發(fā)黑前必須徹底去除工件的油和銹蝕，結(jié)合力才有保證。發(fā)黑后處理也不能沿用高溫發(fā)黑的工藝，改用能脫掉膜層內(nèi)水份又具有防銹等作用的脫水油，潤(rùn)濕封閉可達(dá)高溫發(fā)黑膜層的耐蝕性效果。市售發(fā)黑劑耐磨性還是不盡人意。發(fā)黑后增加一道有機(jī)膜的封閉層[4]，可滿足其耐磨性要求，同時(shí)也提高膜層的耐蝕性。