鋼鐵無(wú)毒常溫發(fā)黑工藝

1實(shí)驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

50mm×100mm的鐵片,經(jīng)除油､除銹后,進(jìn)行發(fā)黑處理。

1.2 膜層性能試驗(yàn)

1.2.1 耐蝕性試驗(yàn)

(1)在未浸油的試樣上滴一滴3%的硫酸銅和5%的草酸水溶液,然后觀察出現(xiàn)磚紅色時(shí)間。

(2)中性鹽霧試驗(yàn),按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO-3768-1976試驗(yàn)條件進(jìn)行。

1.2.2 結(jié)合力試驗(yàn)

用醫(yī)用紗布包上100g法碼,在試樣表面上來(lái)回均勻摩擦,直到某一點(diǎn)可見(jiàn)基體。

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 溶液體系的選擇

鋼鐵常溫發(fā)黑劑通常為硫酸銅-硒化物體系,要研究鋼鐵無(wú)毒常溫發(fā)黑劑,首先必須取代硒化物,并得到同樣的發(fā)黑外觀。但在此體系中,沒(méi)有硒化物存在時(shí),得到的是金屬銅層(磚紅色),所以,應(yīng)選擇一種催化劑,使反應(yīng)(1)向右能夠發(fā)生。

Cu²⁺+[R]→Cu₂O(黑色)(1)

式中[R]為鐵基或還原劑。并控制膜層中氧化亞銅的含量,以得到美觀的發(fā)黑層。我們選擇的基礎(chǔ)溶液組成及工藝條件為:

硫酸銅                                           　10g/L

葡萄糖酸鈉                                    　5g/L

冰醋酸                                           　 3g/L

pH                                                　  2.5

溫度                                              　 室溫

時(shí)間                                                   1~3min

2.2 催化劑的選擇

從式(1)可知,Cu²⁺與還原劑反應(yīng),理論上可以得到Cu₂O,但在實(shí)際反應(yīng)過(guò)程中,同時(shí)存在以下反應(yīng):

Cu²⁺+[R]→Cu(2)

Cu²⁺+H₂O→CuO(3)

在沒(méi)有催化劑存在時(shí),往往得到的是具有金屬光澤的銅層,相當(dāng)于化學(xué)鍍銅。如果使反應(yīng)停留在式(1),則必須選擇一種有機(jī)或無(wú)機(jī)的催化劑,從而使反應(yīng)按式(1)進(jìn)行,抑制銅和氧化銅的生成。

通過(guò)優(yōu)化試驗(yàn)選擇催化劑,其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1結(jié)果表明:催化劑(H)是式(1)的最佳催化劑。

2.3 表面活性劑的選擇

鋼鐵常溫發(fā)黑工藝存在著黑膜與基體結(jié)合力差的問(wèn)題。從發(fā)黑工藝原理而言,它不同于高溫堿性發(fā)藍(lán)。堿性發(fā)藍(lán)是基體直接參與了氧化還原反應(yīng),膜層主要成份是Fe₃O₄,而鋼鐵常溫發(fā)黑,是在基體表面上覆蓋一層黑色物質(zhì),盡管不排除鋼鐵基體參與反應(yīng),但基體參與的反應(yīng)不是主反應(yīng),發(fā)黑膜的主要成份也不是Fe₃O₄,而是Cu₂O,Cu₂O的含量決定了膜層的黑度,表面活性劑直接影響著結(jié)合力。通過(guò)選擇試驗(yàn),最后確定了一種能使膜層均勻､細(xì)致､結(jié)合力牢固的聚胺類表面活性劑,見(jiàn)表2。

表2結(jié)果表明:聚胺類表面活性劑B效果最佳,膜層可摩擦200次不露基體。

2.4 膜層性能試驗(yàn)

與傳統(tǒng)高溫堿性發(fā)藍(lán)的對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表3。

表3說(shuō)明:常溫發(fā)黑工藝,其結(jié)合力與高溫堿性發(fā)藍(lán)相當(dāng),其耐蝕性遠(yuǎn)好于高溫堿性發(fā)藍(lán)。

2.5.1 pH值的影響

pH值在1.0~4.5范圍內(nèi),對(duì)工件發(fā)黑時(shí)間無(wú)影響,皆為60s;對(duì)膜層結(jié)合力無(wú)影響,摩擦次數(shù)都為200次。所以本發(fā)黑工藝允許的pH值范圍寬,在1.0~4。5間都能滿足要求。

2.5.2 溫度的影響

溫度在0~80℃變化時(shí),對(duì)工件變黑時(shí)間無(wú)影響,時(shí)間為60s;同時(shí)對(duì)膜層結(jié)合力也無(wú)影響,其摩擦次數(shù)都為200次。所以,溫度在0~80℃之間變化時(shí),對(duì)發(fā)黑效果無(wú)影響。

3 結(jié)論

通過(guò)上述試驗(yàn),確定如下工藝配方及操作條件:

硫酸銅                                        8~10g/L

葡萄糖酸鈉                                 3~8g/L

冰醋酸                                        2~5g/L

催化劑(H)                                   0.01~0.03g/L

表面活性劑(B)                            0.01~0.1g/L

pH                                              2.0~2.5

溫度                                           室溫

時(shí)間                                           1~3min

本發(fā)黑工藝具有膜層結(jié)合力牢､耐蝕性高､無(wú)毒､溶液穩(wěn)定等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn):

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[2]鄧義.國(guó)內(nèi)外常溫發(fā)黑的發(fā)展[J].電鍍與環(huán)保,1997,(1)。

[3]戴榮田.DD-921鋼鐵常溫發(fā)黑劑的研究與應(yīng)用[J].表面技術(shù),1994,(5)。