鋼制件的表面發黑、表面磷化、表面鎳磷鍍

鋼制件的表面發黑處理，也有被稱之為發藍的。發黑處理現在常用的方法有傳統的堿性加溫發黑和出現較晚的常溫發黑兩種。但常溫發黑工藝對于低碳鋼的效果不太好。A3鋼用堿性發黑好一些。堿性發黑細分出來，又有一次發黑和兩次發黑的區別。發黑液的主要成分是氫氧化鈉和亞硝酸鈉。發黑時所需溫度的寬容度較大，大概在135攝氏度到155攝氏度之間都可以得到不錯的表面，只是所需時間有些長短而已。實際操作中，需要注意的是工件發黑前除銹和除油的質量，以及發黑后的鈍化浸油。發黑質量的好壞往往因這些工序而變化。金屬“發藍”藥液

采用堿性氧化法或酸性氧化法；使金屬表面形成一層氧化膜，以防止金屬表面被腐蝕，此處理過程稱為“發藍”。黑色金屬表面經“發藍”處理后所形成的氧化膜，其外層主要是四氧化三鐵，內層為氧化亞鐵。一、堿性氧化法“發藍”藥液

1.配方：硝酸鈉50～100克氫氧化鈉600～700克亞硝酸鈉100～200克水1000克

2.制法：按配方計量后，在攪拌條件下，依次把各料加入其中，溶解，混合均勻即可。

3.說明：

(1)金屬表面務必洗凈和干燥以后，才能進行“發籃”處理。

(2)金屬器件進行“發藍”處理條件與金屬中的含碳量有關，“發藍”藥液溫度及金屬器件在其中的處理時間可參考下表。

金屬中含碳量%？？？工作溫度(℃)？？處理時間(分)

大于0.7？？？？？？？135-137？？？？？？143

0.5-0.7？？？？？？？135-140？？？？？？150

小于0.4？？？？？？？142-145？？？？？153-155

合金鋼？？？？？？？-142-145？？？？？153-155(3)每隔一星期左右按期分析溶液中硝酸鈉、亞硝酸鈉和氫氧化鈉的含量，以便及時補充有關成分。一般使用半年后就應更換全部溶液。(4)金屬“發藍”處理后，最好用熱肥皂水漂洗數分鐘，再用冷水沖洗。然后，又用熱水沖洗，吹于。二、酸性氧化法“發藍”藥液

1.配方：磷酸3～10克硝酸鈣80～100克過氧化錳10～15克水1000克

2.制法：按配方計量后，在不斷攪拌條件下，依次把磷酸、過氧化錳和硝酸鈣加入其中，溶解，混合均勻即可。

3.說明：

(1)金屬器件先經洗凈和干燥后才能進行“發藍”處理。

(2)此法所得保護膜呈黑色，其主要成分是由磷酸鈣和鐵的氧化物所組成，其耐腐能力和機械強度均超過堿性氧化法所得的保護膜。

4.“發藍”工作溫度為100℃，處理時間為40～45分鐘。在處理碳素鋼時，藥液中磷酸含量控制在3～5克／升；處理合金鋼或鑄鋼時，磷酸含量控制在5～10克／升。應注意定期分析藥液磷酸的含量。

5.“發藍”處理后金屬器件的清洗方法同上。表面磷化

近來的研究發現表明作為磷化膜基底的金屬材料的表面狀態對磷化質量影響很大。現歸納如下：

1、表面碳的污染

鋼鐵表面碳的污染對磷化處理非常不利，磷化膜質量差。碳濃度大的鋼板耐式性差。碳濃度高的部位，磷酸鋅結晶不能析出，造成磷化膜缺陷，鹽霧試驗中會早期起泡和剝落。因此選材時就應注意這一點。

2、鋼鐵表面氧化膜

鋼鐵表面氧化膜的厚度直接影響磷化及效果。用偏光分析氧化膜與耐蝕性之間關系后發現：當氧化膜厚度小于16*10-6mm時較好。氧化膜過厚則耐蝕性差，當出現蘭色的氧化膜時，常常磷化不上。

3、鋼板表面的結晶方位

有報導在改變熱處理溫度等鋼板制造條件時，鋼板表面有不同的結晶方位，而結晶方位的不同又影響著磷化性。

4、冷軋鋼板組成元素在表面濃化對磷化的影響

由于熱力學和金屬物理學方面的原因會使冷軋鋼板組成元素在表面濃化，在不同的熱處理條件下將出現的錳忽然磷的表面濃化。當錳濃化高時，磷化反應良好。另一方面，P的濃化將延遲晶核的形成和生長，劣化反應性，濃化的P的氧化物，推遲了鐵的溶解，使磷化性降低。而表面的錫、鋁、鈦、鉻、鉛等會使磷化結晶粗大，造成耐蝕性降低。

5、鍍鋅板鈍化與采用不同鍍鋅方式的鍍鋅板

鍍鋅板是否經過鈍化對磷化效果有很大的影響。經過鈍化處理后的鍍鋅板磷化性差，所生成的結晶雜亂粗大。熱浸鍍鋅與電鍍鋅板相比，前者的磷化性差，后者的磷化性好。各種合金的鍍鋅板磷化差別也很大。

綜上所述，在進行磷化處理前，應該先對所處理的材質進行詳細的了解，只有這樣，才能選擇好合適的工藝及配方。磷化前表面調整處理的影響

所謂磷化表面調整句是采用磷化表面調整劑使需要磷化的金屬表面改變微觀狀態，促使磷化過程中形成結晶細小的、均勻、致密的磷化膜。

磷化前零件的表面處理對磷化膜質量影響極大，尤其是酸洗或高溫強堿清洗對薄層磷化影響最明顯。研究結果表明，冷軋鋼板表面存在著一層厚度為(50~150)*10-10m的四氧化三鐵和三氧化二鐵的完整氧化層，磷酸鹽結晶就在此基礎上生成，得到完整致密的磷化膜。如果經過酸洗，則只剩下30*10-10m以下的三氧化二鐵氧化層，過于薄且不完整，所以很難得到良好均勻的磷化膜，還因為酸洗表面產生析碳，也影響磷化膜的形成。對于高溫或強堿清洗，由于鋼板表面上的活性點轉變成氧化物或氫氧化物，使構成磷化膜的結晶晶核減少，因而促使生成稀疏粗大的結晶，影響磷化質量，尤其是低溫薄層里邊化及低鋅磷化對預處理特別敏感，不進行表面調整處理，就難形成磷化膜。

最初采用的是3~5%的草酸水溶液做磷化表面調整劑，現在采用效果更好的磷酸鈦膠體溶液處理，由于膠粒表面能很高，對物體表面有極強的吸附作用，膠體微粒吸附在零件表面上形成均勻的吸附層，在磷化時，這層極薄的吸附層就是一層分布均勻，數量極多的磷酸鹽結晶晶核，因而促進結晶均勻快速形成，限制了大晶體的生長，結果就促使了磷化膜的細化和致密，提高了成膜性，縮短了磷化時間，降低膜厚，同時也能消除鋼鐵表面狀態的差異對磷化質量的影響。在工藝生產中，表面調整劑的用量約為0.5g/m2，在生產中應注意保持槽液的良好，避免沉淀。另外應防止堿酸及磷化液進入表面調整工作液，以防止工作液因污染而失效。磷化工藝(含設備)管理方面的影響

除了磷化處理劑及被處理鋼材的影響外，很多影響因素存在于磷化工藝及管理方面。

1、磷化工藝的設計應合理

磷化工藝包括脫脂、除銹、表面調整、磷化、鈍化及各工序間的水洗，有的還包括水洗后的烘干。一般希望除銹工序不安排在前處理生產線上，他會造成很大的弊端。酸霧對生產線環境的污染易造成零件再度生銹，零件焊縫處很難洗凈，造成耐蝕性大幅度下降。因此要加強防銹，讓冷軋板不通過酸洗，非酸洗的在成型前先進行酸洗。

2、前處理的結構是否滿足工藝與材料的要求

生產實踐中，由于竄水、加熱系統、除渣系統、加料系統等方面的原因，造成許多磷化質量問題。這就要求對設備結構進行管理和要求面鎳磷鍍

鎳磷鍍技術，是近年發展起來的先進的金屬表面防護技術。不用直流電源設備，是將工件直接浸到溫度90℃左右的鍍液中，完成鍍層沉積。對電鍍無法進行的大型設備和細小物件，或要求有較高的精度具有凹凸紋的復雜外形，或深孔內壁，或要求有較高的表面硬度和耐磨性，或塑料陶瓷，玻璃，石英等非金屬材料表面金屬化均可獲得致密均勻，并較電鍍更為優良的鎳磷鍍層。

鎳磷鍍層對石油化工生產中大量存在含氯離子、硫化氫、二氧化硫、二氧化碳等環境有良好的耐腐蝕性能。

鎳-磷合金鍍層具有高硬度和高耐磨性。在干燥和潤滑的情況下，具有比硬鉻更好的耐磨性，已被廣泛用來代替高合金材料和硬鉻鍍層。

以超微金剛石、碳納米管與鎳-磷合金制備出鎳-磷-碳納米管-金剛石多元復合鍍層在刀具、研磨、潤滑、摩擦、化工、耐蝕保護鍍層、裝飾等方面將會比鎳-磷合金有更廣泛的應用。在各種金屬表面制備出鎳-磷-碳納米管-金剛石多元復合鍍層。以碳鋼為例，目前碳鋼相對不銹鋼的價格比為1∶5—1∶15，在碳鋼表面制備出鎳-磷-碳納米管-金剛石復合鍍層的成本，即使加上電鍍處理的費用，也肯定會低于不銹鋼價格。這種復合鍍層一旦能夠實現大規模生產，其社會效益和經濟效益都是很可觀的。