不銹鋼化學著黑色溶液成分及工藝條件的影響

不銹鋼化學著黑色溶液成分和工藝條件見表7-1和表7-2.

一、配方1 (見表7-1)

1. 重鉻酸鉀

  含量太高，加熱后不能全部溶解，易發生色澤不勻的現象，含量太低，氧化力弱，膜層色淺。最佳含量為355g/L。

 2. 硫酸

 含量太高，反應較慢，易使零件表面光潔度降低。含量太低，反應速率很慢，最佳含量為347mL/L.

3. 溫度

  低于90℃,反應進行很慢，膜層會產生玫紅、翠綠、淺棕等不規則的干涉色。溫度太高，反應進行很快，終點不易控制，膜層質量欠佳。

 4. 時間

  在開始大半時間內顏色無變化，中途取出察看一直是本色，色膜是在今過程的最后10%~20%的時間內方才出現的，且只持續1~2分鐘。在嚴格控制溫度的情況下，要掌握好最佳出槽時間，否則無法達到黑色氧化膜色澤一致。在氧化過程中，膜層顏色有一個從本色→淺棕→深棕→淺藍（或淺黑）→深藍（或深黑）的變化過程。而從淺藍至深藍的時間間隔僅0.5~1 分鐘。如果錯過這最佳點，就會又從深藍色回復到淺棕色，再也不會變黑。此時只能取出零件退除膜層后，重新氧化著色。因此，在氧化過程中，應嚴格控制時間，經常取出零件水洗后察看色澤，這樣做不會影響氧化發黑質量，當顏色達到后及時中止氧化發黑時間。正確掌握時間是本工序成敗的關鍵。

 配方3和配方4與配方1基本是同一類型，可相互參照。

二、配方2 (見表7-1)

1. 硫酸錳

 在溶液中硫酸錳解離出來的二價錳離子（Mn²⁺)被硝酸根離子（NO^-₃)氧化，轉變成高錳酸離子（MnO^-₄),反應式如下：

           3Mn²⁺+5NO^-₃+7H₂O → 3MnO^-₄+5NO₂↑+14H⁺

 在加熱的酸性溶液中，每兩個高錳酸離子放出5個新生態氧原子，其活性大，能與鎳、鉻、鐵等元素發生化學反應，生成黑色氧化膜，故錳是發黑劑。它能加速膜的生成，含量太低或無錳離子存在，氧化膜便不能變黑。

2. 硝酸鉀

  在溶液中是氧化劑，能使二價錳離子氧化為高錳酸離子，再起氧化作用，硝酸根（NO^-₃)在加溫條件下也能直接與鎳、鉻等合金元素反應，生成它們的氧化物。硝酸鉀含量偏低，成膜慢，偏高易造成過腐蝕。

3. 重鉻酸鉀

  在發黑過程中是氧化劑。氧化后本身變成三價鉻，當三價鉻濃度達到鉻的尖晶型氧化物時，形成錳、鎳、鐵、鉻等系列化合物，從而得到黑色氧化膜。其含量偏高、偏低均不能獲得有彈性有硬度的黑色膜，而且使膜變薄、變脆、疏松。

4. 硫酸銨

 在溶液中通過絡合作用，控制反應速率。偏低時，絡合不了溶解下來的鎳、鉻等離子，使溶液惡化，成膜速率變慢。含量偏高，膜成型快。工件溶解過快，造成過腐蝕，膜層變薄，性能低劣。

5. 硫酸

 使溶液保持一定的酸度，可以增加溶液的活性。

6. 溫度與時間

 溶液溫度低于95℃,溶液活性不夠，基本沒有反應，成膜速率非常緩慢。溫度過高，超過115℃,表面溶解過快，造成過腐蝕。時間與溫度應配合適當，溫度取上限，時間取下限。對高合金不銹鋼比較合適的溫度是98℃,時間為80分鐘。掌握好發黑的最佳時間與配方1中對時間所述的控制同樣重要。

三、 配方5 (見表7-1)

  工藝流程：水洗（除去不銹鋼表面的污物）→化學除油（氫氧化鈉80g/L,碳酸鈉20g/L,磷酸鈉40g/L,十二烷基硫酸鈉2g/L,溫度50~60℃,時間15~20min)→熱水洗→冷水洗→化學拋光［硫酸（d=1.84)230mL/L,鹽酸（36%~38%)70mL/L,硝酸（65%~68%)40ml/L,溫度50~80℃,時間3~20min]→水洗→活化［磷酸（≥85%)60mL/L、溫度室溫，時間1~2min]→水洗→發黑（配方5 的發黑液加熱到95~100℃,零件之間、與容器之間不得接觸，經常攪拌，補充蒸餾水，保持溶液濃度，時間是要不時取出試件，用水沖洗干凈后觀察其顏色變化，達到純黑色膜即時出槽）→水洗→固化［使黑膜耐磨硬化：鉻酐250g/L,硫酸（d=1.84)2.5g/L,溫度40℃,時間5~15min]→水洗→浸脫水防銹油（3~5 分鐘)。

四、 配方7、8(見表7-2)

 為無鉻型著色工藝。配方8著黑色時分兩步走，第一步先在草酸中浸若干時間，然后在硫代硫酸鈉溶液中浸黑為止。

 在前處理中也采用環保型，不含六價鉻，適用于各種不銹鋼的化學拋光，對人和環境污染較小。見表7-3環保型不銹鋼化學拋光工藝。

 但配方12、13含硝酸和磷酸鹽，對人和環境還存在危害，且溫度都是50℃,而以下配方14、15則較為實用。

 配方14 ： 草酸  150~200g/L 、硫脲   8~10g/L 、乙醇  6~10mL/L 、OP或無磷海鷗洗滌劑  5~10mL/L 、溫度  50~60℃ 、時間  3~5 分鐘。

 配方15 ：雙氧水  20~30mL/L  、鹽酸  20~30mL/L  、添加劑   20~30mL/L(易溶于水、無機物，可絡合鎳、鐵、鉻離子） 、水  20~30mL/L 、 溫度  常溫 。

 配方15更為實用。添加劑可用氟化銨或硫酸銨。

 環保型不銹鋼電解拋光液組成及工藝條件見表7-4。

 配方18溶液導電率高，拋光光澤度提高15%,處理成本低，拋光中無異味，毒性小。

五、配方9 (見表7-2)

 本配方適用于18Cr-8Ni不銹鋼。硫酸鉻要先溶解于少量水溶液中形成飽和溶液，再加入硫酸－磷酸溶液中，當溫度到200℃時，不銹鋼表面先發生溶解，氫氧停止析出，表面形成不溶性黑色薄膜。

六、配方10 (見表7-2)

 配方10是用少量水將鉻酐完全溶解，然后在攪拌下加入硫酸，均勻后加熱到80~100℃后即可使用。水量要適量，才能成為黑化工藝。如果黑化未達到要求，可適量加入少量水即可達到黑化作用。

七、配方11 (見表7-2)

  本配方在304不銹鋼表面獲得緊密覆蓋的黑化膜，有效提高基體的裝飾性和防護性。工藝過程為：先將試件堿性除油（NaOH 70g/L,90℃),再進行電化學拋光（磷酸10%,濃硫酸10%,2A/d㎡,35℃).將前處理后的不銹鋼放入恒溫爐中加熱至300℃,之后將試件迅速浸入30%硫代硫酸鈉溶液中，進行5min黑化處理，烘干后即得黑化膜層。