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钢铁高温发黑剂 碱性氧化发黑 故障及其处理方法

钢铁高温发黑工艺以及常见问题处理方式


          配方 l 为目前应用较为普遍的方法,配方 2 抗蚀性能优于配方 1

槽液的配制时,计算好的氢氧化钠盛于篮框中,缓援放进已盛有水的发蓝糟中, 不断晃动,待溶解后,再将所需要的亚硝酸钠加入溶解,最后加氟化钠并加水至容积。



钢铁高温氧化发黑工艺过程


除油水洗酸洗→溢流水洗溢流水洗→高温氧化发黑(发蓝)水洗

皂液封闭(35%日用肥皂,温度 8090℃,5lOmin)→清洗热风快速吸干

浸油(机油、锭子油或变压器油温度 105llO℃,5lOmin)→揩去多余的油

包装。

采用配方 2 如适当提高操作方法,可进一步提高膜层质量,其步骤是:工件入槽发蓝约 5min 左右,即取出迅速浸入回收清洗槽中使之冷却(槽中含有一定量的碱,不能是清水),继续入槽发蓝,隔 15min 重复浸洗一次,再入槽发蓝至结束。故障现象 1

槽液沸腾温度低。

原因分析:发蓝操作一般是在沸腾温度下进行的.溶液的沸腾温度与溶液中各组分的浓度有密切关系,其中因氢氧化钠的含量最多,故它对沸腾温度起着指导作用。下表为氢氧化钠含量与溶液沸腾温度的关系。

氢氧化钠含量(g/l)

沸点()500 600   700 800 900 1000 1100

117.5   125   131 136.5  142   147 152

 

亚硝酸钠含量与温度的关系,可将亚硝酸钠看作氢氧化钠的量来计算。也就是说, 知道了氢氧化钠与亚硝酸钠含量之和,就可以从上表中估计出该溶液的沸点。根据这一原理,如果发生槽液沸腾温度过低,则说明溶液组分浓度低。

处理方法:补充成分,或将溶液蒸浓; 故障现象 2

槽液沸腾温度高。

原因分析:如上所述,槽液沸腾温度过高时,说明溶液组分浓度高。

处理方法:停止加热,待其降温,然后加入温热的稀碱溶液,稀释至所需浓度。必须注意,不能在高温下直接加入冷水,否则由于两者温差过大,发生溶液飞溅伤人事故。

故障现象 3

发蓝过程中不生成氧化膜或氧化膜生成速度迟缓。

原因分析:发蓝过程中遇到不生成氧化膜或氧化膜生成速度慢,可从以下两方面


去找原因:

(1) 亚硝酸钠含量低。

钢铁表面由碱性氧化工艺所获得的这一蓝黑色膜层,业已证实均为磁性氧化铁

Fe3O4。只有氧化剂参与情况下,才会生成 Fe3O4。亚硝酸钠在碱性发蓝溶液中, 主要起氧化剂的作用,所得到的氧化膜呈光泽性蓝黑色,色泽美观。

提高氧化剂含量生成氧化亚铁盐和氧化铁盐亦越多,Fe3O4 的生成速度随之加快,所得膜层致密牢固。亚硝酸钠含量以 200200gl 左右最为满意,当溶液中亚硝酸钠含量极少甚至没有时,氧化膜生成速度迟缓或者不生成氧化膜。 处理方法:及时补充亚硝酸钠至规定浓度。

(2) 槽液温度太低。

氧化过程的进行必须保持较高的温度,否则氧化膜生成速度迟缓。处理方法:按故障现象 1

故障现象 4

氧化膜表面生成红色挂灰。

原因分析:氧化膜表面发生虹色挂灰的原因是多方面的:

(1) 氧化时温度过高。

在氧化溶液中,Na2Fe2O2 Na2Fe2O4 相互作用在钢铁件表面生成 Fe3O4 的同时,Na2Fe2O4 易发生水解,转变为含水氧化铁(氢氧化铁)

Fe2O3.mH2O 在高温下容易脱去部分结晶水。含有较少结晶水的氧化铁Fe2O3.(m-n)H2O,在浓碱中溶解度更小,容易在溶液液中或零件表面生成红色的沉淀。

根据上述反应式可看出,产生虹色挂灰的主要原因是温度过高,使氢氧化铁失去部分结晶水所致。

氧化操作过程中,由于溶液处于沸腾状况,水分不断蒸发,NaOH 含量相应变浓, 温度则逐渐上升,当超过 150℃时,就有发生红色挂灰的危险。实际生产中,一般控制在 140145℃之间,工件入槽时的温度可在 135℃左右,氧化结束时不超 145℃为宜。

(2) 溶液中 Fe3+含量过多。

随着氧化过程的进行,溶液中 Fe3+含量不断积累,氧化速度随之降低,生成氧氧化铁的量逐渐增加。故铁的含量也应控制,最多不能超过 2g/l

处理方法:过多的铁通常采用下法处理;稀释溶液,使溶液沸点降至 120℃左右, 沸腾片刻后,静止溶液,于是部分 Na2Fe2O4 水解成 Fe(OH)3 沉淀而沉入槽底, 澄清和倾析槽液,除去 Fe(OH)3 沉淀物,然后加热浓缩槽液,沸点达到工艺要求时,即可用于生产。

有些工业用氢氧化钠固体呈红棕色,含有大量的铁杂质,发蓝膜因此而质量低劣。此点应引起注意。尽管发蓝工艺比较简单,但仍然要求严格的工艺条件。为了保证发蓝件的质量,不应使用这种含铁量较多的氢氧化钠,大多数文献中都介绍新配槽液要求加入少量铁,使之含铁量控制在 0.52g/l。事实上,即使目前质量较好的工业用氢氧化钠,亦含有一定的铁,且发蓝槽一般均由铁制,所以新液中可不必另加铁进去。

(3) 氧化剂过多。

产生这一种情况的可能性比较少,因为氧化剂易分解,大多数情况是少而不是过多,但过多的氧化剂亦可造成危害:它可使沸腾温度提高,溶液中 Fe3+含量增多,导致红色挂灰的发生。


故障现象 5

氧化膜表面发花,或局部无膜层。

原因分析:氧化膜表面发花或局部无膜的原因有以下两方面:

(1) 前处理不好

当除油和酸洗等前处理工作做得不好时,往往会发生这一现象。钢铁氧化与电镀工艺一样,必须使金属表面的油污和锈蚀完全去尽,否则将阻碍溶液与金属表面的良好接触,使氧化反应不能正常进行,导致氧化膜发花。故遇到此种情况时, 首先应检查一下零件前处理是否洁净。

(2) 氧化时间短或零件相互挤压。

氧化时间过短或零件之间相互挤压重叠,翻动不够,使工件与槽液接触不好,往往会出现氧化膜发花现象,所以氧化时间不应少于 1 小时,并经常翻动,特别是薄片零件,要与其它形状的零件混杂一起进行氧化,或把零件一个个的扎起来氧化。

故障现象 6

氧化膜表面有白色斑渍。

原因分析:由于氧化膜:本身呈黑色,如表面有白色斑渍时,特别显眼,造成白色斑渍的原因是:

(1) 工件未清洗干净。

发蓝完毕后,如果末清洗干净,附着于表面的碱或盐类于结之后即产生白色斑渍, 它不但影响外观,而且产品极易锈蚀,故出槽后,一定要反复冲洗干净。

(2) 皂化(封闭)溶液不洁净。

为提高发蓝膜的防护能力,发蓝完毕后,需在 8090℃下,以 35%的家用肥皂液中浸渍 5lOmim,其目的是:①使生成硬脂酸铁填满氧化膜空隙,同时在表面生成一层封闭的硬脂酸盐薄膜,故亦称封闭处理;②提高金属表面的润油性,使浸油时易为油所浸润。配制肥皂液时:一定要用软水或蒸馏水;因硬水中含有较多的钙镁等金属离子,易与肥皂生成不溶于水的硬脂酸盐沉淀,附着在工件表面而不易洗去,干后呈现白色斑渍。

处理方法:当皂化液出现棉絮状或混浊物时,应重新更换溶液。故障现象 7

氧化膜无光发木。

原因分析:氧化膜无光发木主要是金属本身表面光洁度不高以及与选用的氧化剂有关。如果采用硝酸钠为氧化剂的话,膜层就无光泽。故氧化工艺配方大多采用亚硝酸钠为氧化剂。为了提高表面的光洁度,建议采用下述化学抛光工艺(适用于低碳钢制品)

 

故障现象 8

氧化膜抗蚀性能差,易锈蚀。

原因分析:引起氧化膜抗蚀性能较差的原因很多,大致有以下五个方面:

(1) 工件表面的光洁度差。

一般说金属表面的光洁度越高,越不易锈蚀,故发蓝件如允许的话,希望表面光洁度尽可能高一点,亦可用上述故障 7 的方法进行化学抛光。

(2) 选择的氧化液配方不好。

氧化液的配方很多,不少配方只是使表面变黑而已,抗蚀性能极差,本文介绍的两个配方是目前抗蚀性能较好的工艺,而配方 2 更优于配方 1


(3) 氧化时间短。

实验证明,当其它工艺条件均正常时,发蓝时间 2030min 60min 有明显的差别,2030min 大都比 60min 抗蚀性能差,而且前者波动性很大。为了保证发蓝件质量,发蓝时间最好控制在 1h 左右,但超过 1h 以上,其抗蚀能力不再由明显的提高。

(4) 氧化剂含量低。

氧化剂含量低时,膜层生成速度迟缓,虽然发蓝时间已到,但膜层较薄。实验证明,含亚硝酸钠 80g/l 220g/l,分别从两种发蓝槽中制取的发蓝试片,用点试法比较,80g/l 远远差于 220g/l,可见氧化剂含量对膜层的抗蚀性能有明显的影响。

(5) 未封闭和浸油。

碱性发蓝所获得的氧化膜层厚度极薄,且又多孔,防护性能很差,必须辅以皂液封闭与浸油处理,并且要求在有油保护条件下使用,如果其它工艺条件均按规范要求操作,而出槽后未立即用皂液封闭,则工件在清洗干燥过程中迅速出现锈蚀, 故封闭和及油工序绝对不能马虎省略。




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2019-06-17

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