钢铁表面的氧化

一、概述

钢铁零件通过氧化处理，使其表面生成保护性的氧化膜，膜厚的颜取决于钢铁零件的表面状态、合金成分和氧化处理的工艺条件，一般呈黑或蓝黑，经抛光的表面氧化后，泽光亮美观，铸钢和含硅较高的特种钢氧化膜呈褐或黑褐。膜层的厚度约为0.6-1.6μm，因此，氧化处理不影响零件的精度。氧化膜的耐蚀能力较差，氧化后需进行后处理以提高其耐蚀性和润滑性。

二、碱性氧化法（法蓝处理）

（一）、工艺特点

碱性氧化法是在较高的温度条件下，在含有一定氧化剂的氢氧化钠碱溶液中进行，氧化剂和氢氧化钠与金属铁作用，生成以磁性氧化铁（Fe3O4）为主要成分的氧化膜。

（二）、工艺规范

见表一。

（三）、溶液的配制

在氧化槽加入2/3体积的水，将计算量的氢氧化钠加入槽内，使其溶解（要防止氢氧化钠放热溅出）。然后在搅拌下，加入亚硝酸钠和硝酸钠，待全部溶解后，加水至规定体积。

氧化溶液要在沸腾温度下浸入钢板，或加入（20%以下）旧溶液进行处理，待溶液中积聚了一定量的铁离子，直至能使铁样片获得黑氧化膜后方可用于生产。

（四）、工艺维护

（1）、氧化溶液的组份在使用中会发生变化，可定期按分析结果调整，也可凭经验按溶液的沸点和所得膜层的质量来断定溶液是否需要调整。当溶液沸点过高时，表示浓度过高，此时易形成红挂灰，可加水稀释。沸点过低时，表示浓度不足，此时膜的颜不深或不能发蓝，应补加药品或蒸去多余的水分。氢氧化钠的添加量可按溶液沸点每升高1℃每升溶液添加10-15g计算。补加时可参照如下比例：对于一次氧化，NaOH : NaNO2=2-3 : 1;对于二次氧化，NaOH : NaNO2的比值，第一槽为2.5-3.5 : 1，第二槽为3.4 : 1。

灵性锁

（2）、在停产期间，因为槽温降低，溶液表面结成硬皮。溶液加热前必须先用铁棒捣碎表面硬皮，加水至工作液面，在搅拌均匀后，开始加热至工作温度。

（3）、氧化后要及时打捞掉入槽中的零件，以免这些钢铁件溶解在溶液中，使溶液铁离子增加。

（4）、氧化溶液在使用过程中，会逐渐积累铁锈，影响氧化质量，使零件表面产生红挂灰，因此应定期清除残渣，保持溶液的清洁，清除方法可用网勺捞，还可以按下述方法清除：

1）在溶液温度低于100℃时，在搅拌的情况下，按每升溶液加入甘油约5-10mL。

2) 加热至工作温度，此时液面浮起大量红褐铁氧化物，再用网勺捞起。

应注意，为避免溶液溢出，添加甘油时，溶液水面应低于工作时的液面。

（5）、氧化膜中夹杂的红挂灰多是氧化初期形成的，进行一次氧化时，最好在零件入槽10min后迅速取出，用热水漂洗，观察有无红挂灰。如有挂灰，用毛刷擦掉，或将零件放入含150-200g/L铬酐和10-15g/L硫酸溶液中，浸泡1-1.5min，清洗后重新入槽氧化。

（6）、氧化溶液的使用期限与氧化的零件数量、溶液的维护质量有关。更换时，可先澄清1-2天，然后除去溶液上面的表皮层和槽底沉淀。

（7）、氧化的温度、时间与钢铁的含碳量有密切关系。氧化操作过程中应按表-2中的工艺条件进行严格控制。

表-1 钢铁氧化工艺规范

配方号含量（ g/L ）组份和操作条件	一次氧化				二次氧化
	1	2	3	4	5		6
	1	2	3	4	第一槽	第二槽	第一槽	第二槽
氢氧化钠（NaOH）	550-650	600-700	600-700	650-700	500-600	700-800	550-650	600-700
亚硝酸钠（NaN2O）	130-250	180-220	200-250	200-220	100-150	150-200
硝酸钠（NaNO3）		50-70		50-70			130-150	150-200
二氧化锰（MnO2）				20-25
重铬酸钾(K2Cr2O7)			25-35
温度（℃）	135-145	138-150	130-135	135-145	135-140	145-152	135-145	140-150
时间（min）			15		10-20	60-90	15-20	20-30
碳钢	15-45	30-50		20-30
合金钢	15-60	30-60		30-60

二次氧化获得的膜较厚，耐蚀性较高，而且可避免出现红挂灰。

表-二氧化温度、时间与含碳量的关系

微型电磁泵客流分析数据

钢铁含碳量（%）	氧化溶液温度（℃）	氧化时间（min）
0.7以上	135-138	15-20
0.4-0.7	138-142	20-24
0.1-0.4	140-145	35-60
合金钢	140-145	50-60
高速钢	135-138	30-40

（五）、氧化后处理

为提高氧化膜的防锈能力，氧化后需进行皂化或填充处理，其工艺规范见表-三。氧化零件经皂化或填充后，除需涂漆的，其它全部要在105-110℃机油、锭子油、炮油或变压器油

中浸渍5-10min，若不经皂化或填充处理，氧化清洗后可直接浸Ts-1脱水防锈乳油（含5-10%Ts-1防锈油的机油），后者的效果更好。

三、酸性氧化法（常温发黑）

1．除油

可在碱性除油剂中进行，也可用有机溶剂（二氯乙烷、三氯乙烷等）清洗或用水基清洗剂除油，或采用喷砂处理。

表-三钢铁氧化后处理工艺规范

后处理	溶液配方		工作条件
后处理	成分	含量（g/L）	温度（℃）	时间（min）
填充	重铬酸钾（K2Cr2O7）	50-80	70-90	5-10
填充	铬酐（CrO3）磷酸（H3PO4）	2 1	60-70	0.5-1
皂化	肥皂	30-50	80-90	5-10

2．漂洗

冷水溢流漂洗1min。

3．酸腐蚀

10%HCl，浸渍2-5min。

4．漂洗

冷水溢流漂洗1min。

5．常温发黑

将发黑剂H-845原液（无锡市龙山常温发黑剂厂生产）用自来水稀释，稀释的比例随材质不同控制在1:5-1:14。稀释后的溶液即可进行零件的发黑处理。将经上述前处理的零件浸入发黑液，上下搅动数次，约2-5min即可。

6．漂洗

冷水溢流漂洗1min。

7．封闭

用Ts-1脱水防锈油（南京长江化工厂生产），搅拌脱水2min即可。

当发黑药效降低时，药液蓝退去，PH值由1.2上升至2-3，并有白沉淀物产生，表明发黑液老化。此时，可过滤澄清，分离沉淀，然后添加发黑剂，可继续使用。

四、其他氧化处理

工艺规范见表-四

表-四钢铁其他氧化处理工艺规范

类型含量（ g/L ）组变压器油泵成和操作条件	氢氧化钠-黄血盐氧化	冷氧化	无碱氧化（又称氧化磷化）
氢氧化钠（NaHO）	800-900
亚硝酸钠（NaNO2）	80-90
亚铁（K4Fe(CN)6）	30-80
硫代硫酸钠（Na2S2O3）		50-70
氯化铵（NH4智能机器人问答Cl）		4-7
硝酸（HNO3）		7-10
磷酸（H3PO4）		5-8	10-18
硝酸钡（Ba(NO3)2）			70-100
二氧化锰（MnO2）			10-20
磷酸锰铁盐 xMn(H2PO4) yFe(H2PO4)			30-40
温度(℃)	上槽：140-144 下槽：150左右	15-30
时间（min）	80-90	30-60