表面发黑工艺.docx

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表面发黑工艺

黑色磷化工艺

摘要：

黑色磷化工艺在钢铁表面形成耐蚀性能良好的磷酸盐复合膜，防腐性好，附着力强。

铸铁、钢铁工件的黑色磷化工艺就是以磷酸盐、磷酸等对钢铁基体进行处理,形成一层非金属、不导电的转化膜的工艺过程。

在表面处理领域中，相当数量的铸铁、钢铁工件通过普通磷化或氧化工艺处理，以提高工件的防护、装饰性能。

由于普通磷化膜色泽不如氧化膜，而耐蚀性能又优于氧化膜，致使其防护性能和装饰性能难以兼顾。

黑色磷化工艺的出现，很好地解决了这个问题。

铸铁、钢铁工件的黑色磷化工艺就是以磷酸盐、磷酸等对钢铁基体进行处理,形成一层非金属、不导电的转化膜的工艺过程。

采用黑色磷化工艺，使磷化膜层既黑又牢固，外观均匀一致，膜层连续，呈致密的结晶结构。

在工业大气环境及海洋性气候条件下，其耐蚀性比普通磷化膜高数倍，比氧化膜、常温发黑膜高数十倍，表现出优异的耐蚀性能。

一、黑色磷化新工艺的优点

1.工艺易于控制，质量稳定，成本低廉。

2.磷化膜结晶均匀、致密，耐蚀性好，外观为均匀一致的深黑色，装饰性好。

3.对不同的材料和热处理方法，颜色一致性好，产品质量稳定。

4.磷化温度低、时间短，生产效率高。

5.生产过程中无毒物排出，有利于三废治理。

6.黑色磷化膜具有优异的减摩性（即减小摩擦系数，降低摩擦阻力）、耐磨性、良好的绝缘性、吸散热性和耐热性能。

7.黑色磷化工艺中的磷化部分可以单独使用，它能得到均匀的灰色磷化膜，用于喷塑前的磷化。

8.黑色磷化和喷塑前磷化可根据磷化时间不同控制磷化膜厚度。

9.黑色磷化膜工艺流程简单。

二、铸铁件的黑色磷化 

铸铁件的黑色磷化工艺难点在于,铸铁件晶粒结构疏松、工件表面不平整,磷化后清洗水易积留,使得工件抗腐蚀能力下降,易生锈发黄,同时铸铁件的机加工面易掉色也是黑色磷化工艺处理面临的难点。

   铸铁件黑色磷化的一般工艺如下：

脱脂→水洗→酸洗→水洗→表调→水洗→磷化→水洗→热水洗→脱水→浸油

工序

工艺过程

工艺条件

质量指标

备注

1

表面预处理

对重油污、重锈进行人工预处理

去除严重油污、毛刺、重锈迹

2

脱脂

脱脂剂

30~50Kg/m3

PH值:

11~13

温度：

60-75℃

时间：

10min

去除表面动植物、矿物油等。

3

水洗

工业自来水

PH:

7~8

温度：

常温

时间：

0.5min

去除工件表面脱脂剂

生产中保持溢流，应经常更换槽液

4

酸洗

工业盐酸：

300-500Kg/m3

添加剂：

10Kg/m3

温度：

常温

时间：

10min

无油无锈呈金属银白色

5

水洗

工业自来水溢流

PH:

6~7

温度：

常温

时间：

0.5min

保持溢流，应经常更换。

6

黑色表调

黑色表调剂

原液：

水=1：

8（体积比）

时间：

5-10分钟

PH:

2.2~2.5

温度：

常温

7

水洗

工业自来水溢流

PH:

6~7

温度：

常温

时间：

0.5min

8

磷化

磷化剂：

100Kg/M3

总酸度（TA）：

25-30Pt

游离酸（FA）：

2.0-3.0

温度：

40-45℃

时间：

15min

PH:

2.2-2.5

经常清理残渣控制好工艺参数

9

水洗

工业自来水溢流

PH:

6~7

温度：

常温

时间：

0.5~1min

清洗工件表面带出磷化液

保持溢流，应经常更换

10

热水洗

工业自来水

PH:

6~7

温度：

60-70℃

时间：

0.5~1min

脱水清洗，热封闭

经常更换

11

脱水

脱水防锈油

温度：

常温

时间：

20-30min

油水分离

12

浸油

PSO-2超薄层防锈油

温度：

常温

时间：

20-30min

   由经上述工艺处理后的工件,磷化膜薄而致密,黑而亮,具有较好的防护性和装饰性,做为直接的防护、装饰膜,无需再做其他处理，其防锈期可达一年以上。

三、钢铁件黑色磷化 

   黑色磷化工艺在钢铁件上的应用也越来越广泛,要求越来越高,有的甚至要求硫酸铜点滴达到20分钟,中性盐雾（连续喷雾）达到120小时,而相同条件下普通磷化液硫酸铜的点滴一般不超过5分钟,中性盐雾（连续喷雾）离要求更是低的多。

      钢铁件黑色磷化的一般工艺如下：

脱脂→水洗→酸洗→水洗→中和→水洗→表调→磷化→水洗→脱水→浸油

工序

工艺过程

工艺条件

质量指标

备注

1

表面预处理

对重油污、重锈进行人工预处理

去除严重油污、毛刺、重锈迹

2

脱脂

脱脂剂：

30~50Kg/m3

PH值  ：

11~13

温度：

60-75℃

时间：

10-15min

去除表面动植物、矿物油等。

3

水洗

工业自来水

PH值  ：

7~8

温度：

常温

时间：

1-2min

去除带出的除油液，工件表面形成连续水膜

生产中保持溢流，应经常更换槽液

4

酸洗

工业盐酸：

300-500Kg/m3

POR-2添加剂：

10Kg/m3

温度：

RT

时间：

10-30min

目测金属表面被水润湿，无油无锈呈金属银白色。

注意控制槽液浓度，定期清底。

5

水洗

工业自来水溢流

PH:

6~7

温度：

常温

时间：

1-2min

保持溢流，应经常更换。

6

中和

纯碱Na2CO3：

3-5Kg/m3

PH值:

10~12

温度：

常温

时间：

1-2min

7

水洗

工业自来水溢流

PH值:

6~7

温度：

常温

时间：

1-2min

保持溢流，应经常更换。

8

表调

表调剂：

2-3Kg/M3

PH值：

8.5~10

温度：

RT

时间：

1-2min

9

磷化

磷化剂：

140Kg/M3

总酸度（TA）：

50Pt

游离酸（FA）：

5-6

温度：

95-98℃

时间：

3-12min

工件表面形成致密连续磷化膜。

经常清理残渣控制好工艺参数

10

水洗

工业自来水溢流

PH值：

6~7

温度：

常温

时间：

0.5~1min

清洗带出磷化液

保持溢流，应经常更换

11

脱水

脱水防锈油

温度：

常温

时间：

20-30Min

12

浸油

防锈油

温度：

常温

时间：

20-30Min

由经上述工艺处理后的工件,磷化膜薄而致密,黑而亮,具有较好的防护性和装饰性,做为直接的防护、装饰膜,无需再做其他处理,其防锈期可达一年以上,用酒精擦拭后用硫酸铜做点滴，能做20分钟以上。

黑磷化

氧化发黑

制件的表面发黑处理，也有被称之为发蓝的。

发黑处理现在常用的方法有传统的碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种。

但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好。

A3钢用碱性发黑好一些。

发黑液的主要成分是氢氧化钠和亚硝酸钠。

发黑时所需温度的宽容度较大，大概在135摄氏度到155摄氏度之间都可以得到不错的表面，只是所需时间有些长短而已。

实际操作中，需要注意的是工件发黑前除锈和除油的质量，以及发黑后的钝化浸油。

发黑质量的好坏往往因这些工序而变化。

金属“发蓝”药液

采用碱性氧化法或酸性氧化法；使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，此处理过程称为“发蓝”。

  黑色金属表面经“发蓝”处理后所形成的氧化膜，其外层主要是四氧化三铁，内层为氧化亚铁。

一、碱性氧化法“发蓝”药液

  1．配方：

硝酸钠50～100克氢氧化钠600～700克亚硝酸钠100～200克水1000克。

2．制法：

按配方计量后，在搅拌条件下，依次把各料加入其中，溶解，混合均匀即可。

  3．说明：

（1）金属表面务必洗净和干燥以后，才能进行“发篮”处理。

（2）金属器件进行“发蓝”处理条件与金属中的含碳量有关，“发蓝”药液温度及金属器件在其中的处理时间可参考下表。

金属中含碳量%工作温度（℃）处理时间（分）开始终止>0.7135-13714310-300.5-0.7135-14015030-50<0.4142-145153-15540-60合金钢142-145153-15560-90

（3）每隔一星期左右按期分析溶液中硝酸钠、亚硝酸钠和氢氧化钠的含量，以便及时补充有关成分。

一般使用半年后就应更换全部溶液。

  （4）金属“发蓝”处理后，最好用热肥皂水漂洗数分钟，再用冷水冲洗。

然后,又用热水冲洗，吹于。

二、酸性氧化法“发蓝”药液

  1．配方：

磷酸3～10克硝酸钙80～100克过氧化锰10～15克水1000克

  2．制法：

按配方计量后，在不断搅拌条件下，依次把磷酸、过氧化锰和硝酸钙加入其中，溶解，混合均匀即可。

  3．说明：

（1）金属器件先经洗净和干燥后才能进行“发蓝”处理。

（2）此法所得保护膜呈黑色，其主要成分是由磷酸钙和铁的氧化物所组成，其耐腐能力和机械强度均超过碱性氧化法所得的保护膜。

  4.“发蓝”工作温度为100℃，处理时间为40～45分钟。

在处理碳素钢时，药液中磷酸含量控制在3～5克／升；处理合金钢或铸钢时，磷酸含量控制在5～10克／升。

应注意定期分析药液磷酸的含量。

  5.“发蓝”处理后金属器件的清洗方法同上。

金属表面的氧化、磷化、纯化处理是实现其化学转变的方法，其目的是为了提高清理后金属的防腐能力，增强金属与涂膜的附着力，通过上述几种方法的化学作用，使金属表面形成保护性的薄膜。

金属表面形成氧化膜保护层而使金属不易腐蚀或与其他物质反应；或经化学、电化学方法处理使金属由活泼变为不活泼状态的过程叫钝化。

钝化的金属活动性大减，叫钝态或钝化态。

例如用冷浓硝酸处理铝而生成坚密的氧化膜保护层即铝钝化的一种方法。

铁与浓硫酸、浓硝酸接触，表面生成致密的氧化膜，阻止反应的进一步进行，称为铁的钝化

（一）金属的氧化处理

    金属的氧化处理是金属表面与氧或氧化剂作用而形成保护性的氧化膜，防止金属腐蚀。

氧化方法有酸性氧化法（黑色金属）、化学氧化法（有色金属）、热氧化法、碱性氧化法、阳极氧化法等，

金属的表面氧化应该有阳极氧化和微弧氧化

微观上看可能差不多

但实质上有着明显的差别

应该说微弧氧化效果最好

同时价格也最贵

现将前两种加以分述：

（1）酸性氧化法  这种方法较为经济，处理后金属表面所形成的保护膜耐腐蚀性、机械强度较高，应用较为广泛，其处理液配方及工艺见表4-8。

表4-8  酸处理液配方及工艺

            配方[配比量/（g/L）]            工艺条件          适用范围

序号    硝酸钙    过氧化锰    正磷酸    温度/℃  时间/min

1        80-100    10-15      8-10      100    40-45          通用

2        80-100    10-15      3-5                              碳钢

3        80-100    10-15      5-10                          合金钢及铸件

经过酸性氧化处理的零件表面所得到的黑色保护膜的成分为磷酸钙和铁的氧化物。

应注意的是采用酸怀氧化处理的金属零件必须认真脱脂。

（2）化学氧化法  这种氧化方法主要适用于有色金属的氧化处理，其典型配方及工艺见表4-9。

表4-9  化学氧化液配方及工艺

序号碳酸钠/g铬酸钠/g氢氧化钠/g水/g过硫酸钾/g碱性碳酸钠/g氨水（25%）/g处理温度/℃处理时间/min适用范围

1  50  15  2-2.5  1000  ———80-10015-25铝及铝合金

2——40-50100010-15——60-6515-25铜及铜合金

3—————200-300100018-355-10铜及铜合金

无论采用哪一种溶液进行处理，其后均必须分别在冷、热（60-80℃）水中进行冲洗1-2min，然后烘干或吹干。

（二）金属的磷化处理

    金属表面磷化就是用锰、锌、铁等金属的正磷酸盐溶液处理金属表面，使其生成一层不溶性磷酸盐保护膜的过程。

磷化处理的目的是使所生成的保护膜可以提高金属的绝缘性和抗腐蚀性，并且还可以作为涂料的良好底层。

金属表面磷化处理方法分为冷磷化（常温磷化）、热磷化、喷少磷化以及电化学磷化等几种。

    磷化处理方法，一般是将零件浸入硝酸锌和马日夫盐所配成的处理液中进行磷化，使零件表面形成一层灰黑色、细晶和多孔性磷化膜，然后再浸渍重铬酸钾溶液和涂上油漆进行封闭。

磷化处理液配方及工艺见表4-10。

表4-10  磷化处理液配方及工艺

序号  配方（材料名称）    配比/（g/L）  处理温度/℃    处理时间/min    酸度

1        硝酸锌            100        50              60-70

        马日夫盐            

3-5总酸度50-70

游离酸5-7

2硝酸锌

磷酸二氢锌120

40-6560-7013总酸度60-80

游离酸5-7

3硝酸锌

马日夫盐

氟化钠

氧化锌50-100

61-65

3-6

6-820-3030-40总酸度70-72

酸比=总酸度/游离酸=12-15

4磷酸

氧化锌

亚硝酸钠80

35

1-2室温2总酸度10

游离酸8

磷化处理在汽车工业中是对汽车覆盖件、驾驶室、车箱板等涂漆零件的涂前处理的主要方法，要求磷化膜细密、平滑、均匀、厚度适中并且具有一定耐热性。

    （三）金属的纯化处理

    金属纯化处理的目的同上面介绍的氧化、磷化处理一样，也是保护金属防止腐蚀的。

纯化处理液的主要成分是铬酸盐及少量的磷酸、硫酸或硝酸等，其典型配方如下：

          铬酸/（g/L）            2.25

          或铬酐/（g/L）        （1.1）

          磷酸/（g/L）菜          1.1

    在接近沸腾的溶液中进行纯化。

这种方法多用于铝、镁、锌、锡等有色金属，尤其防止锌及锌镀层的发白弊端是一种很好的方法，对钢铁制品也可以生成纯化层。

发黑工艺

钢制件的表面发黑处理，也有被称之为发蓝的。

发黑处理现在常用的方法有传统的碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种。

但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好。

Q235钢用碱性发黑好一些。

碱性发黑细分出来，又有一次发黑和两次发黑的区别。

发黑液的主要成分是氢氧化钠和亚硝酸钠。

发黑时所需温度的宽容度较大，大概在135摄氏度到155摄氏度之间都可以得到不错的表面，只是所需时间有些长短而已。

实际操作中，需要注意的是工件发黑前除锈和除油的质量，以及发黑后的钝化浸油。

发黑质量的好坏往往因这些工序而变化。

金属“发蓝”药液

  采用碱性氧化法或酸性氧化法；使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，此处理过程称为“发蓝”。

  黑色金属表面经“发蓝”处理后所形成的氧化膜，其外层主要是四氧化三铁，内层为氧化亚铁。

一、碱性氧化法“发蓝”药液

  1．配方：

硝酸钠50～100克氢氧化钠600～700克亚硝酸钠100～200克水1000克

  2．制法：

按配方计量后，在搅拌条件下，依次把各料加入其中，溶解，混合均匀即可。

  3．说明：

（1）金属表面务必洗净和干燥以后，才能进行“发篮”处理。

（2）金属器件进行“发蓝”处理条件与金属中的含碳量有关，“发蓝”药液温度及金属器件在其中的处理时间可参考下表。

金属中含碳量%工作温度（℃）处理时间（分）开始终止>0.7135-13714310-300.5-0.7135-14015030-50<0.4142-145153-15540-60合金钢142-145153-15560-90

  （3）每隔一星期左右按期分析溶液中硝酸钠、亚硝酸钠和氢氧化钠的含量，以便及时补充有关成分。

一般使用半年后就应更换全部溶液。

  （4）金属“发蓝”处理后，最好用热肥皂水漂洗数分钟，再用冷水冲洗。

然后,又用热水冲洗，吹于。

二、酸性氧化法“发蓝”药液

  1．配方：

磷酸3～10克硝酸钙80～100克过氧化锰10～15克水1000克

  2．制法：

按配方计量后，在不断搅拌条件下，依次把磷酸、过氧化锰和硝酸钙加入其中，溶解，混合均匀即可。

  3．说明：

（1）金属器件先经洗净和干燥后才能进行“发蓝”处理。

（2）此法所得保护膜呈黑色，其主要成分是由磷酸钙和铁的氧化物所组成，其耐腐能力和机械强度均超过碱性氧化法所得的保护膜。

  4.“发蓝”工作温度为100℃，处理时间为40～45分钟。

在处理碳素钢时，药液中磷酸含量控制在3～5克／升；处理合金钢或铸钢时，磷酸含量控制在5～10克／升。

应注意定期分析药液磷酸的含量。

  5.“发蓝”处理后金属器件的清洗方法同上。