86再論鋼鐵常溫發黑工藝技術應用
再論鋼鐵常溫發黑工藝應用
湖南常德紡織機械廠（湖南常德415004） 張文輝
Rediscussion on Application about Blackening Technique
for Iron andSteel Parts at Room Temperature
Zhang Wenhui
1 前言
鋼鐵常溫發黑具有節能、有效、設備簡單、操作方便和基本無環境污染等特點。從小件到面積較大、形狀復雜、不同鋼種的工件均可應用。但由于前處理難，各類發黑劑都存在不同弊病，該項技術推廣很不平衡。筆者結合多年生產實踐，談談生產應用中的工藝控制和改進措施，供******參考。
2 工藝控制和改進措施
2.1 工藝流程
一般為化學除油→熱水洗→清水洗→強腐蝕→二次清水洗→化學除油→熱水洗→清水洗→弱腐蝕→二次清水洗→常溫發黑→二次清水洗→浸脫水油→送驗。
2.2 前處理
鋼鐵常溫發黑前處理主要是除油和除銹，一般采用化學除油、鹽酸腐蝕，也有應用濕法噴砂的［1］。具體工藝筆者以前做過詳細介紹［2］ 。常溫發黑液呈酸性，發黑前工件表面要求全潤水，才能有效地保證黑膜的牢固度，否則再好的發黑劑也不能出合格產品。多年實踐證明，無論是單獨用除油劑，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。操作時如果采用短時間（3～5min）除油、除銹交叉作業，工效明顯提高。
2.3 常溫發黑
鋼鐵常溫發黑劑自80年代中期國內開發以來，市場商品逐漸增多。生產應用效果大體都是膜的結合力不如高溫發黑的，溶液穩定差等［3］。
HH902鋼鐵常溫發黑劑在這兩方面有較大突破。筆者所在廠幾年生產實踐證實，膜的牢固度無需等待24h的后效，就能獲得結合力******的黑色膜層，******可同高溫發黑媲美。溶液穩定性方面，工作液產生白色沉淀少，也不易影響膜層質量，不需經常調整；母液存放兩年以上無沉淀，效果不變。
ZT發黑劑將丙烯酸類涂料添加在發黑劑內，兩工序合二為一，簡化生產。膜的結合力、耐蝕性******，只是黑膜黑度偏淡藍顏色。
溶液維護與調整常溫發黑時，鋼鐵表面活化產生Fe2＋，過量Fe2＋與Se2－反應生成白色沉淀；在氧化劑存在的條件下，Fe2＋氧化為Fe3＋反應也生成沉淀，均無謂消耗溶液內Se2－，縮短使用壽命，生產中應采取如下措施：
（1） 生產線設計 發黑槽前兩只清水槽要用硬塑板或鋼板槽內襯軟塑料板制作，以防鐵槽生銹污染清水，在生產中將Fe2＋帶入發黑槽。
（2） 發黑用器皿 小批量生產用塑料籃，批量生產用鈦籃、鈦框、鈦滾桶等，杜絕發黑時產生Fe2＋和消耗發黑劑。鈦器皿雖一次性投入資金較多，但耐酸堿，又與發黑劑不起反應，使用壽命10年以上，綜合計算還顯著降低生產成本。
（3） 發黑槽加蓋 停工時將溶液用塑料蓋蓋嚴，防止空氣中氧氣入內，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以上就要加以調整。比較簡單的辦法是，先將溶液自然沉淀過濾，補加母液使工作液恢復到pH2.4范圍即可繼續發黑。
如果不是批量生產，發黑液配制以每批零件量計算，一次性發黑藥液用完為原則，這樣不但保證黑膜均勻，結合力好，還能避免由于溶液存放時自我消耗。
2.4 后處理
（1） 常規技術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發黑膜層標準，發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，可浸強力封閉劑，表面光亮度好、硬度高。
生產中為了降低生產成本，可根據發黑件的表面技術要求，盡量采用簡單的后處理工藝。
2.5 生產中注意要點
（1） 前處理須***達到工件全潤水，不允許有殘留油污、銹點和氧化皮等。
（2） 發黑前用清水洗時，要嚴格清洗掉工件內外鹽酸液，否則易產生沉淀。
（3） 新配槽液常溫發黑時間控制為2～3min，老槽液可延長至5～10min。一般視工件黑灰色出槽為佳（隨時間延長轉為黑色），出槽時黑色，膜層較疏松，結合力不理想。
（4） 有機膜的封閉應選用水溶性丙烯酸酯乳液，發黑后清洗干凈可直接浸涂，工藝較簡單。溶液配制按說明，乳液與水一定要攪拌均勻，調整至工件膜層無流痕，方可投入生產。
（5） 浸脫水油要擺脫傳統浸油習慣（入槽略浸一下就出槽），封閉有一個先脫水并使油相浸潤工件的過程，時間控制在3～8min。
3 生產成本
筆者就所在廠批量生產用HH902發黑劑，幾年來做了詳細統計結果表明，配槽費加設備投資，常溫發黑低于高溫發黑。日生產費用常溫發黑為1.93元／m2，高溫發黑為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 膜層質量討論
從成膜機理可以看出，鋼鐵常溫發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鍍鎳、鍍銅的質量。由于成膜機理不成熟，工藝參數多憑經驗，生產商品發黑劑就不可能完善，存在膜層疏松多孔，結合力和耐磨性比高溫差。因此為了保證常溫發黑膜層質量，發黑前須*********去除工件的油和銹蝕，結合力才有保證。發黑后處理也不能沿用高溫發黑的工藝，改用能脫掉膜層內水份又具有防銹等作用的脫水油，潤濕封閉可達高溫發黑膜層的耐蝕性效果。市售發黑劑耐磨性還是不盡人意。發黑后增加一道有機膜的封閉層［4］，可滿足其耐磨性要求，同時也提高膜層的耐蝕性。
《參考文獻》
[1] 蔡毓英.HH902鋼鐵常溫發黑劑的應用.材料保護，1996（9）：29
[2] 張文輝.試論鋼鐵件常溫發黑生產應用難點.上海電鍍，1994（4）
[3] 張廣遇等.鋼鐵常溫發黑.材料保護，1996（3）：29
[4] 吳雙成.鋼鐵常溫發黑.電鍍與涂飾，1996（3）：15