鋼鐵零件堿性化學(xué)氧化工藝改進(jìn)

何成利，戎國燦

(1.國營第六七二廠，黑龍江齊齊哈爾 161006;2.武漢市武昌區(qū)國燦表面高新技術(shù)服務(wù)部，湖北武漢 430070)

鋼鐵零件堿性化學(xué)氧化工藝改進(jìn)

何成利1，戎國燦2

(1.國營第六七二廠，黑龍江齊齊哈爾 161006;2.武漢市武昌區(qū)國燦表面高新技術(shù)服務(wù)部，湖北武漢 430070)

鋼鐵零件經(jīng)化學(xué)氧化可獲得黑色表面，且精度高、無氫脆，具一定防銹能力，在機(jī)械、儀器、軍品等行業(yè)應(yīng)用。通常堿性化學(xué)氧化在高溫、高濃度條件下工作，氧化時間長，容易產(chǎn)生紅色掛灰，能耗高。改進(jìn)后的堿性化學(xué)氧化工藝加入添加劑，降低了工作液濃度，縮短了氧化時間，能有效地避免紅色掛灰，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率。

堿性化學(xué)氧化;紅色掛灰;氧化時間;能耗

引 言

鋼鐵零件經(jīng)堿性化學(xué)氧化(發(fā)藍(lán))處理，使其表面獲得氧化膜能有效地保護(hù)鋼鐵基體不受腐蝕，以達(dá)到短期防銹目的。鋼鐵件化學(xué)高溫氧化以其成本低，操作簡單，生產(chǎn)效率高，無磁性，無氫脆的特點，在機(jī)械、儀器、軍工等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

1 鋼鐵零件氧化工藝

鋼鐵零件化學(xué)氧化通常有三種工藝:鋼鐵零件熱處理余熱氧化、酸性氧化和堿性化學(xué)氧化。

1.1 鋼鐵零件熱處理余熱氧化

鋼鐵零件在熱處理過程中，當(dāng)回火θ降至300～500℃時，利用零件熱量浸入發(fā)黑劑中數(shù)分鐘，便可以形成氧化膜，再在120～180℃中烘干，浸油。

其特點是工序簡單，溶液無需加熱(烘干需加溫)，可節(jié)約能源，工作效率高。缺點是非熱處理零件不宜采用此方法。

1.2 酸性氧化

通常由銅-硒系或銅-硒-磷酸鹽體系，在室溫條件下經(jīng)1～5min處理后浸封閉劑。

其特點是無需加溫，可節(jié)約能源;時間短，生產(chǎn)效率高;溶液成分復(fù)雜，調(diào)整較困難;其結(jié)合力、防腐性需進(jìn)一步提高。

1.3 堿性化學(xué)氧化

堿性化學(xué)氧化將零件浸入氫氧化鈉-亞硝酸鈉混合溶液中，θ控制在130～150℃，15～60min后，經(jīng)填充→皂化→浸油，形成氧化膜防腐層。

鋼鐵件堿性化學(xué)氧化溶液組成和操作條件列于表1。

表1 鋼鐵件堿性化學(xué)氧化溶液的組成和操作條件

氧化膜的主要成分是磁性氧化鐵(Fe3O4)，通常認(rèn)為其電化學(xué)作用機(jī)理是:鐵發(fā)生溶解反應(yīng)Fe－2e→Fe2+，在有氧化劑存在下的強(qiáng)堿溶液中生成鐵酸HFeO2－，F(xiàn)eOOH+e和HFeO2發(fā)生中和及脫水反應(yīng)生成也可能會有部分Fe(OH)2生成。

目前廣泛采用的典型工藝

堿性化學(xué)氧化的特點是溶液成分簡單，調(diào)整方便，結(jié)合力好;溶液需要加溫，能源消耗大，增加了成本;因溶液中NaOH及NaNO2質(zhì)量濃度高，氧化時間長，易產(chǎn)生紅色掛灰，有資料介紹［1］用二槽或三槽氧化工藝可以解決紅色掛灰問題，但增加了工藝復(fù)雜性，加大能源消耗。

鋼鐵件堿性化學(xué)氧化溶液需含有一定量的鐵，一般應(yīng)控制在1～2g/L，使膜層致密，結(jié)合力牢固;但當(dāng)鐵含量過高時，會影響成膜速度，并且氧化膜上易出現(xiàn)紅色掛灰。產(chǎn)生紅色掛灰比較一致的看法是紅色掛灰是氫氧化鐵附著在氧化膜表面。產(chǎn)生的原因［1-5］為，氧化液中氫氧化鈉和亞硝酸鈉質(zhì)量濃度太高;氧化時間太長;氧化液中鐵離子濃度高。

2 堿性化學(xué)氧化工藝的改進(jìn)

2.1 改進(jìn)后高溫氧化工藝

改進(jìn)后高溫氧化溶液配方和操作條件為:

該添加劑由武漢市武昌區(qū)國燦表面高新技術(shù)服務(wù)部生產(chǎn)。

2.2 工藝流程

鋼鐵件化學(xué)氧化的工藝流程為(適合自動線生產(chǎn)):

裝掛→除油→水洗→酸性除油、除銹→水洗→預(yù)浸→氧化(設(shè)溫度、時間控制、加水裝置)→回收→水洗→中和(攪拌)→水洗→瀝干(吹風(fēng))→浸脫水防銹油→防銹油→卸掛。

2.3 改進(jìn)后高溫堿性氧化的特點

1)NaOH與NaNO2質(zhì)量濃度均下降，降低了有害物料的消耗，不容易產(chǎn)生紅掛灰。NaOH質(zhì)量濃度為傳統(tǒng)工藝的78% ～83%，NaNO2質(zhì)量濃度為傳統(tǒng)工藝的50% ～67%。NaOH與NaNO2質(zhì)量濃度下降能否影響沸點和氧化速度，據(jù)資料［5］介紹，500g/L NaOH時其沸點為125℃。由于添加劑中含Ca2+、Mn4+、PO43－及CMC(羥甲基纖維素鈉)，在熱堿溶液能分解成強(qiáng)氧化劑，可以提高反應(yīng)溫度，并能和亞鐵離子絡(luò)合沉淀，抑制了氫氧化鐵的生成，從而有效的防止了紅色掛灰的出現(xiàn)。

2)時間大大縮短，提高了效率，節(jié)約了能耗。傳統(tǒng)工藝氧化時間為30～40min，新工藝只需8～15min，僅為傳統(tǒng)工藝的20% ～50%，生產(chǎn)效率大幅度提高，能耗大幅度降低

3)氧化膜耐蝕性優(yōu)異。與傳統(tǒng)工藝相比，改進(jìn)后的氧化工藝得到的氧化膜中含有 Ca2+、Mn4+、PO43－及CMC基團(tuán)，因而結(jié)晶細(xì)致，膜層致密，耐蝕性優(yōu)異。按GB5936-88標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗，以3%硫酸銅溶液滴于氧化膜表面。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氧化膜表面出現(xiàn)紅點t≥20s為合格。新工藝得到的氧化膜出現(xiàn)紅點的t為60～90s。按GB/T15519-2002標(biāo)準(zhǔn)，外觀無紅棕色或綠色污跡產(chǎn)生，草酸試驗結(jié)果顯示該膜為優(yōu)質(zhì)膜。

3 工藝維護(hù)

3.1 溶液的維護(hù)調(diào)整

生產(chǎn)過程中物料會發(fā)生消耗，影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。應(yīng)該定期分析氫氧化鈉并補(bǔ)足液面。按照 ρ(氫氧化鈉)∶ρ(亞硝酸鈉)∶ρ(GCHF-1 添加劑)=100∶20∶12的比例進(jìn)行物料補(bǔ)充。

改進(jìn)后的鋼鐵件堿性化學(xué)氧化工藝已在汽車零件、軍工產(chǎn)品上得到了大量應(yīng)用，獲得了用戶的一致好評。

3.2 工藝流程說明

1)當(dāng)零件經(jīng)除油、酸洗后，氧化前可先在回收水中預(yù)浸以中和酸洗殘酸，避免SO42－或 Cl－帶入氧化槽。

2)氧化槽內(nèi)設(shè)溫度控制，時間控制及加水裝置，能使工藝規(guī)范得到有效控制，確保產(chǎn)品品質(zhì)，易于自動線生產(chǎn)。

3)中和槽考慮到環(huán)保要求，不使用重鉻酸鉀中和，而用有機(jī)酸，加空氣強(qiáng)烈攪拌，可使零件盲孔、夾縫及孔穴內(nèi)的殘余堿液中和清洗干凈，避免日后返堿、白點的疵病。

4)浸脫水防銹油和浸防銹油代替皂化，可以改善作業(yè)環(huán)境、減少能耗和提高耐蝕性。

［1］沈品華.現(xiàn)代電鍍手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011:5-7.

［2］奚兵.如何防止發(fā)蘭的紅色掛霜［J］.電鍍與精飾，2006，25(2):13.

［3］曾華梁，吳仲達(dá)，秦月文，等.電鍍工藝手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1997:442.

［4］李方紅.鋼鐵緊固件氧化發(fā)紅故障分析及解決方法［J］.電鍍與精飾，2008，30(4):18.

［5］王洪奎.鋼鐵高溫堿性氧化常見缺陷及糾正方法［J］.電鍍與精飾，2010，32(12):27-29.

Improvement on Alkaline Chemical Oxidation Technology of Steel Parts

HE Cheng-li1，RONG Guo-can2
(1.State-Owned No.672 Factory，Qiqihar，161006，China;2.Guocan Surface High Technology Service Department of Wuchang District，Wuhan，430070，China)

The black surface of steel parts can be obtained by chemical oxidation with high precision，no hydrogen brittleness and abilities of rust resistance，which can be used in machinery，instrument，military industries，and so on.Usually，the alkaline chemical oxidation was done in high temperature and concentration.But with the increase of oxidation time，the surface of steel parts was easy to produce red frosting which led to high energy consumption.The improved alkaline chemical oxidation technology can effectively avoid the red frosting，enhance the product quality and the working efficiency by adding additives，reducing the working liquid concentration，and shortening the oxidation time.

alkaline chemical oxidation;red frosting;oxidation time;energy consumption

TG174.451

B

1001-3849(2012)06-0030-03

2011-12-03

2012-02-08