不銹鋼化學著黑色溶液成分和工藝條件見表7-1和表7-2.
一、配方1 (見表7-1)
1. 重鉻酸鉀
含量太高,加熱后不能全部溶解,易發(fā)生色澤不勻的現(xiàn)象,含量太低,氧化力弱,膜層色淺。最佳含量為355g/L。
2. 硫酸
含量太高,反應較慢,易使零件表面光潔度降低。含量太低,反應速率很慢,最佳含量為347mL/L.
3. 溫度
低于90℃,反應進行很慢,膜層會產(chǎn)生玫紅、翠綠、淺棕等不規(guī)則的干涉色。溫度太高,反應進行很快,終點不易控制,膜層質量欠佳。
4. 時間
在開始大半時間內顏色無變化,中途取出察看一直是本色,色膜是在今過程的最后10%~20%的時間內方才出現(xiàn)的,且只持續(xù)1~2分鐘。在嚴格控制溫度的情況下,要掌握好最佳出槽時間,否則無法達到黑色氧化膜色澤一致。在氧化過程中,膜層顏色有一個從本色→淺棕→深棕→淺藍(或淺黑)→深藍(或深黑)的變化過程。而從淺藍至深藍的時間間隔僅0.5~1 分鐘。如果錯過這最佳點,就會又從深藍色回復到淺棕色,再也不會變黑。此時只能取出零件退除膜層后,重新氧化著色。因此,在氧化過程中,應嚴格控制時間,經(jīng)常取出零件水洗后察看色澤,這樣做不會影響氧化發(fā)黑質量,當顏色達到后及時中止氧化發(fā)黑時間。正確掌握時間是本工序成敗的關鍵。
配方3和配方4與配方1基本是同一類型,可相互參照。
二、配方2 (見表7-1)
1. 硫酸錳
在溶液中硫酸錳解離出來的二價錳離子(Mn2+)被硝酸根離子(NO-3)氧化,轉變成高錳酸離子(MnO-4),反應式如下:
3Mn2++5NO-3+7H2O → 3MnO-4+5NO2↑+14H+
在加熱的酸性溶液中,每兩個高錳酸離子放出5個新生態(tài)氧原子,其活性大,能與鎳、鉻、鐵等元素發(fā)生化學反應,生成黑色氧化膜,故錳是發(fā)黑劑。它能加速膜的生成,含量太低或無錳離子存在,氧化膜便不能變黑。
2. 硝酸鉀
在溶液中是氧化劑,能使二價錳離子氧化為高錳酸離子,再起氧化作用,硝酸根(NO-3)在加溫條件下也能直接與鎳、鉻等合金元素反應,生成它們的氧化物。硝酸鉀含量偏低,成膜慢,偏高易造成過腐蝕。
3. 重鉻酸鉀
在發(fā)黑過程中是氧化劑。氧化后本身變成三價鉻,當三價鉻濃度達到鉻的尖晶型氧化物時,形成錳、鎳、鐵、鉻等系列化合物,從而得到黑色氧化膜。其含量偏高、偏低均不能獲得有彈性有硬度的黑色膜,而且使膜變薄、變脆、疏松。
4. 硫酸銨
在溶液中通過絡合作用,控制反應速率。偏低時,絡合不了溶解下來的鎳、鉻等離子,使溶液惡化,成膜速率變慢。含量偏高,膜成型快。工件溶解過快,造成過腐蝕,膜層變薄,性能低劣。
5. 硫酸
使溶液保持一定的酸度,可以增加溶液的活性。
6. 溫度與時間
溶液溫度低于95℃,溶液活性不夠,基本沒有反應,成膜速率非常緩慢。溫度過高,超過115℃,表面溶解過快,造成過腐蝕。時間與溫度應配合適當,溫度取上限,時間取下限。對高合金不銹鋼比較合適的溫度是98℃,時間為80分鐘。掌握好發(fā)黑的最佳時間與配方1中對時間所述的控制同樣重要。
三、 配方5 (見表7-1)
工藝流程:水洗(除去不銹鋼表面的污物)→化學除油(氫氧化鈉80g/L,碳酸鈉20g/L,磷酸鈉40g/L,十二烷基硫酸鈉2g/L,溫度50~60℃,時間15~20min)→熱水洗→冷水洗→化學拋光[硫酸(d=1.84)230mL/L,鹽酸(36%~38%)70mL/L,硝酸(65%~68%)40ml/L,溫度50~80℃,時間3~20min]→水洗→活化[磷酸(≥85%)60mL/L、溫度室溫,時間1~2min]→水洗→發(fā)黑(配方5 的發(fā)黑液加熱到95~100℃,零件之間、與容器之間不得接觸,經(jīng)常攪拌,補充蒸餾水,保持溶液濃度,時間是要不時取出試件,用水沖洗干凈后觀察其顏色變化,達到純黑色膜即時出槽)→水洗→固化[使黑膜耐磨硬化:鉻酐250g/L,硫酸(d=1.84)2.5g/L,溫度40℃,時間5~15min]→水洗→浸脫水防銹油(3~5 分鐘)。
四、 配方7、8(見表7-2)
為無鉻型著色工藝。配方8著黑色時分兩步走,第一步先在草酸中浸若干時間,然后在硫代硫酸鈉溶液中浸黑為止。
在前處理中也采用環(huán)保型,不含六價鉻,適用于各種不銹鋼的化學拋光,對人和環(huán)境污染較小。見表7-3環(huán)保型不銹鋼化學拋光工藝。
但配方12、13含硝酸和磷酸鹽,對人和環(huán)境還存在危害,且溫度都是50℃,而以下配方14、15則較為實用。
配方14 : 草酸 150~200g/L 、硫脲 8~10g/L 、乙醇 6~10mL/L 、OP或無磷海鷗洗滌劑 5~10mL/L 、溫度 50~60℃ 、時間 3~5 分鐘。
配方15 :雙氧水 20~30mL/L 、鹽酸 20~30mL/L 、添加劑 20~30mL/L(易溶于水、無機物,可絡合鎳、鐵、鉻離子) 、水 20~30mL/L 、 溫度 常溫 。
配方15更為實用。添加劑可用氟化銨或硫酸銨。
環(huán)保型不銹鋼電解拋光液組成及工藝條件見表7-4。
配方18溶液導電率高,拋光光澤度提高15%,處理成本低,拋光中無異味,毒性小。
五、配方9 (見表7-2)
本配方適用于18Cr-8Ni不銹鋼。硫酸鉻要先溶解于少量水溶液中形成飽和溶液,再加入硫酸-磷酸溶液中,當溫度到200℃時,不銹鋼表面先發(fā)生溶解,氫氧停止析出,表面形成不溶性黑色薄膜。
六、配方10 (見表7-2)
配方10是用少量水將鉻酐完全溶解,然后在攪拌下加入硫酸,均勻后加熱到80~100℃后即可使用。水量要適量,才能成為黑化工藝。如果黑化未達到要求,可適量加入少量水即可達到黑化作用。
七、配方11 (見表7-2)
本配方在304不銹鋼表面獲得緊密覆蓋的黑化膜,有效提高基體的裝飾性和防護性。工藝過程為:先將試件堿性除油(NaOH 70g/L,90℃),再進行電化學拋光(磷酸10%,濃硫酸10%,2A/d㎡,35℃).將前處理后的不銹鋼放入恒溫爐中加熱至300℃,之后將試件迅速浸入30%硫代硫酸鈉溶液中,進行5min黑化處理,烘干后即得黑化膜層。