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钢铁发蓝工艺简述
摘要：发蓝工艺是一种材料保护技术，其实质是使钢铁表面通过化学反应，生成一种均匀致密、有一定厚度、附着力强、耐蚀性能好的蓝黑氧化膜，起到美化和保护工件的作用，广泛用于机械零部件和钢带的表面处理[1]。 关键词：钢铁；工艺；发蓝
前言
众所周知，传统碱性发蓝液一般用氢氧化钠(NaOH)、亚硝酸钠(NaNO2)、硝酸钠(NaN03)等配制而成，工艺过程需在140℃以上加热氧化处理30～90min后，再加热皂化、清洗，上油等。碱性发蓝不仅能耗大、生产周期长，而且所用亚硝酸盐对人体健康有害，还存在环境污染等问题，因此研究和推广常温发蓝工艺是十分必要的。所谓钢铁常温发蓝是指把经 除油、除锈处理的钢铁零件，在常温状态下浸入、喷淋或涂刷常温发蓝剂，进行发蓝处理的一种工艺方法。常温发蓝是近年来开发应用的一种新技术，目前在我国机械制造业已得到了一定的应用。该技术在机械零件、工具等钢铁件的表面防护，装饰方面应用前景广阔，是代替传统碱性发蓝的一种节能、环保新工艺。
一．钢铁常温发蓝原理及后效现象
1．原理常温发蓝剂是发蓝工艺过程所用的重要原料，主要由无机盐、无机酸，氧化剂和活化剂组成，有液态和固态两类。常温发蓝液呈蓝或绿。原液的pH值一般为1～2，加适量自来水稀释后成为工作液。将工件浸入工作液时，其中的氧化剂首先与工件表面的铁反应生成FeO，FeO再与工作液中溶解的氧反应生成Fe304。反应初期，FeO快速形成并转变为Fe304氧化膜，当氧化膜逐渐覆盖整个工件表面后，使工件基体表面与工作液隔离，氧化速度降低，氧化膜增厚速度变慢。
2．常温发蓝的后效现象常温发蓝处理后的工件，在一定时间内，随着时间的延长，工件表面残留的工作液将继续与工件表面发生氧化反应，使Fe304氧化膜不断致密和增厚，这个过程就是常温发蓝的后效现象。由于溶解在工作液中的氧有限，常温发蓝时首先在工件表
面形成一层很薄的FeO薄膜，并逐渐向Fe304转变，因此可以说常温发蓝的最后阶段是Fe20。不断形成、长大为致密的保护膜的过程。显然，刚经过常温发蓝处理的工件表面获得的还是不十分致密的含有FeO的薄膜。常温发蓝处理后，工件表面的FeO还需要一定时间才能转变为较厚、致密的Fe304保护膜。
二．常温发蓝工艺
常温发蓝的具体工艺流程一般为：除油一水洗一除锈一水洗一发蓝一水洗一上油。由于整个工艺过程可实现全常温处理，不需加热，所以工艺过程对设备没有特殊要求，用塑料容器即可，投资少，见效快，操作方便。
1．除油
除油是常温发蓝的关键工序。除油是否彻底将直接影响发蓝质量，常用除油方法有4种，其处理方法和使用范围详见表l，其中喷砂处理后发蓝效果很好，喷砂可同时完成(或一定程度实现)除油和除锈。
方法 | 处理工艺 | 适用范围 |
常温清洗 | 用常温金属清洗剂或有机溶剂浸洗 | 形状简单的工件 |
碱液加热清洗 | 在85％烧碱+15％磷酸三钠+少量水玻璃清洗液中，加热至90℃左右煮20～30min | 形状复杂、油多的工件 |
喷砂 | 将工件进行液体喷砂处理 | 表面粗糙度度无特殊要求的工件 |
烘烤 | 在300"C微区扫描电化学工作站左右的炉温下，使工件表面的油污烧尽即可硬度无特殊要求、形状复杂的工件 | 硬度无特殊要求、形状复杂的工件 |
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表一常见除油方法
2．水洗
常温发蓝工艺过程中的所有水洗工序均以流动水冲洗为宜，时间为l-3min。其中除锈后和上油前的水洗时间不宜过长，洗去工件表面残留物，不出现黄锈斑即可。
3．除锈
用30％的工业盐酸加适量缓蚀剂对工件进行酸洗除锈。酸洗可除锈并活化工件表面。一般低碳钢件的酸洗时间可适当长些，高碳钢和铸铁件的酸洗时间可稍短，以减少发蓝后的可擦物。
4．发蓝处理
目前常温发蓝剂有液态和固态两类。工作液的配比一般为：固态发蓝剂：水=l：(50～60)，液态发蓝剂：水=l谐振隧穿器件：(6～8)为宜。工作液的pH值为2～3，发蓝剂稀释前后的pH值变化较小，故保证了氧化剂的强氧化能力。发蓝时，工件浸入工作液后应上下或左右搅动，
也可将工件从工作液中提出并在空气中停留数秒(以加快发蓝速度)后，再浸入工作液，如此反复至发蓝均匀，一般3～5min且p可。需要注意的是，工件在空气中停留的时间不能太长，否贝Ⅱ会出现黄锈斑。为了保证工件的发蓝质量和速度，处理数批工件后，工作液中的有效成分因消耗而降低，通常表现为发蓝速度变慢，氧化膜薄，这时需添加发蓝剂。发蓝过程中在工作液里将有白沉淀物(附产物)产生，应定期清除，除去白沉淀物后的工作液仍可继续使用。一般发蓝时间超过5min应考虑添加发蓝剂，以提高发蓝速度。而且在发蓝过程中，要注意观察工件的发蓝情况，以便确定是否进行下道工序或采取相应的措施．
5.上油
将发蓝好的工件冲洗干净后，浸入脱水防锈油中，同时不断搅动，使工件脱水充分，封闭工件表面微孔，提高发蓝层的耐腐蚀能力，增加光泽及美观。也可在l％～3％乳化油中煮沸，吊出自然干燥后再浸机油。
三．常温发蓝件的质量检查
经过上述除油至上油工序，整个常温发蓝工艺过程就结束了。发蓝质量的好坏，将影响工件的耐蚀性和美观，因此必须对发蓝工件进行质量检查。由于常温发蓝具有后效现象，所以一般放置8h后再做质量检查。
1．外观检查发蓝处理的目的是对工件表面进行保护和装饰，故要求发蓝膜均匀，不允许发花、发黄。用布轻微擦拭，检查氧化膜与工件表面结合是否牢固，如果可擦物太多。甚至擦后露出工件基体，则应重新发蓝。
2．氧化膜疏松度检查发蓝件放置8h后，用无毒的3％的硫酸铜水溶液点滴检查，超过30s未现铜者定为合格。
3．耐蚀性检查耐蚀性检查方法包括：①用5％草酸水溶液浸泡，超过3min不出现工件基体者为合格。②用20％醋酸水溶液浸泡，超过10min不出现工件基体者为合格。⑦按现行的相关质量标准进行检查。工厂一般按上述①和②两项进行检查即可。
四．常见缺陷的原因及措施
影响工件常温发蓝质量的主要因素，除发蓝剂本身质量外，还与常温发蓝的工序流程密切
相关。常温发蓝工艺常见缺陷、原因，以及应采取的措施详见表2。
缺陷种类 | 产生原因 | 采取措施 |
未发蓝 | 除油不彻底或工作液浓度太低 | 重新除油(喷砂)、添加发蓝剂 |
发花 | 未酸洗或除油不净 | 重新发蓝，各工序认真操作 |
可擦物多 | 工作液浓度太高或发蓝时间过长 | 调整工作液浓度。适当缩短发蓝时间 |
浅 | 工作液浓度太低或发蓝时间太短 | 添加发蓝剂，调整发蓝时间 |
有锈斑 | 未酸洗或酸洗不好重作时 | 各工序认真操作 |
酸洗后或上油前工件在空气中停留的时间过长 | 尼龙手套缩短工件在空气中停留的时间 |
未上油或油中积水太多 | 擦掉锈斑后上油，抽去油中积水 |
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表2常温发蓝工艺常见缺陷．原因及措施
五．结语
(1)节能与常温金属清洗剂配套使用，可节电100％，一般可节电80％以上。基本取消了传统碱性发蓝工艺中的加热过程(除油、发蓝、皂化等)。
(2)生产效率高、周期短发蓝处理时间仅3-5min，不需皂化，每批次发蓝处理可省时2-3h以上。
(3)降低生产成本与传统碱性发蓝相比，常温发蓝可降低生产成本1/3～电子灯丝1/2。
排水帽
(4)发蓝质量好常温发蓝工艺稳定性和产品耐蚀性均优于传统碱性发蓝。
(5)设备投资少、见效快、适用范围广可利用现有设施，塑料容器即可，适用于碳钢、合金钢和铸铁[2]。
参考文献
[1]程学渝，何苏.钢铁发蓝工艺研究[C].2012年先进节能热处理技术与装备研讨会论文集,苏州，金属加工杂志社2012-2012年
[2]王华江韩治勇张秀芹．常温发蓝在生产中的实际应用[J].企业技术开发2001,(1)
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