Чорний оксид – це процес хімічного конверсійного покриття, що застосовується до чорних металів, нержавіючої сталі, мідних сплавів і сталевих матеріалів на основі цинку-. На відміну від чорного анодування, чорний оксид використовує хімічну реакцію для утворення чорної захисної плівки (оксиду заліза) на поверхні.
Ця захисна плівка має товщину від 0,5 до 2,5 мікрометрів. Його вплив на вихідні розміри деталей незначний; тому він став найпоширенішим вибором для обробки поверхні високо-точних компонентів, таких як шестерні, підшипники та оптичні інструменти.
Чорний оксид проти іржі
Багато людей можуть помилково вважати, що чорний оксид та іржа подібні. Хоча обидва є поверхневими-оксидами заліза, їхні хімічні структури та фізичні властивості абсолютно різні.
Чорний оксид(Fe₃O₄-магнетит) має щільну та стабільну структуру, завдяки чому він щільно прилягає до металевої основи та запобігає подальшій кисневій корозії.
Іржа(Fe₂O₃-гематит) має пухку, пористу та гігроскопічну структуру, яка не може утворити ефективний захисний шар. Його присутність прискорює корозію металу.
Пояснення процесу чорного оксиду
Види чорного оксиду
Гарячий чорний оксид: деталь має бути занурена в розчин лужної солі високої-концентрації за температури до 140-145 градусів (285-295 градусів F). Це створює міцну, зносостійку чорну оксидну плівку, яка відповідає військовим специфікаціям (наприклад, MIL-DTL-13924).
Середньо{0}}температурний чорний оксид: діапазон температур становить 90-120 градусів. Порівняно з гарячим чорним оксидом, він зменшує суворі вимоги та корозійні пари, пов’язані з роботою при високій температурі.
Холодний чорний оксид: хімічний принцип роботи при кімнатній температурі відрізняється від гарячого чорного оксиду та середньо{0}}температурного чорного оксиду. Насправді він утворює шар чорної сполуки селеніду міді на поверхні металу, а не плівку з оксиду заліза.
Процес (на прикладі гарячого чорного оксиду)
прибирання
Заготівля спочатку занурюється в сильнолужний очисний резервуар для омилення та видалення поверхневого масла, ріжучої рідини та забруднень.
промити
Заготівля переноситься в резервуар для чистої води, щоб змити залишки миючого засобу.
Кислотне травлення
Деталі з покриттям від іржі, окалини або термічної обробки занурюють у розчин соляної або сірчаної кислоти для видалення домішок, оголюючи вихідну металеву основу.
Знову промийте
Травильний розчин промивають, щоб запобігти забрудненню резервуара окислення.
Окислювальний
Заготовку після другого промивання занурюють у киплячий розчин солі чорного оксиду на 15-30 хвилин для утворення однорідного щільного чорного магнетитового шару.
Остаточне полоскання
Видалення залишків оксидних солей з поверхні заготовки.
Пломбування/піс{0}}обробка
Заготівлю занурюють у мастило, віск або лак-для захисту від іржі для герметизації. Ці герметики заповнюють мікропори оксидного шару, ізолюючи його від вологи та повітря.
Переваги та недоліки чорного оксиду
| характеристики | Детальний опис |
|---|---|
| Основні переваги | |
| Відмінна стабільність розмірів | Оксидна плівка надзвичайно тонка (0,5-2,5 мкм), майже не змінюючи початкові розміри та допуски деталей. |
| Помірна стійкість до корозії | Після належної герметизації олією, воском або лаком він може забезпечити чудовий захист від корозії всередині приміщень, а випробування на сольовий туман триватиме понад 96 годин. |
| Зменшене відбиття світла | Чорна матова поверхня може ефективно поглинати світло, зменшуючи відблиски та відбиття, підходить для оптичних інструментів, військової продукції та хірургічних інструментів. |
| Покращена змащувальна здатність | Пориста структура оксидної плівки може адсорбувати та зберігати мастильні матеріали, утворюючи «масляну плівку» та ефективно зменшуючи тертя та знос рухомих частин. |
| Висока економічна-ефективність | Порівняно з такими процесами, як гальванічне покриття або покриття, чорне оксидування має значні економічні переваги при обробці великої кількості дрібних деталей. |
| Не впливає на властивості матеріалу | Температура процесу відносно низька, і вона не змінює основні фізичні властивості матеріалу, такі як електропровідність, магнітні властивості або твердість. |
| Обмеження та міркування | |
| Обмежена стійкість до корозії | Стійкість до корозії залежить від-герметика після обробки. Якщо шар герметика пошкоджено або виснажено, ефект захисту значно впаде, і він не підходить для суворих зовнішніх або морських умов. |
| Помірна зносостійкість | Оксидна плівка відносно тонка. Незважаючи на те, що його твердість вища, ніж у підкладки, його легко пошкодити під дією високо-тертя або дряпання твердими предметами, оголюючи основний метал. |
| Вибірковість матеріалу | В основному підходить для вуглецевої та низько-легованої сталі. Хоча існують спеціальні склади для нержавіючої сталі, міді та інших матеріалів, його застосування не таке широке, як сталь. |
Чорний оксид проти інших видів обробки поверхні
| характеристики | Чорний оксид | Покриття цинком | Порошкове фарбування | Анодування |
|---|---|---|---|---|
| Застосовні матеріали | Сталь, нержавіюча сталь, мідь | сталь | Різні метали | Алюміній, титан та інші не-метали |
| Зміна розмірів | Мінімальний (майже нуль) | Значне збільшення (5-25 мм) | Дуже великий (25-150 мм) | Значне збільшення (5-50 мм) |
| Стійкість до корозії | Помірний (залежить від герметика) | Відмінно (захист жертовного анода) | Відмінно (фізичний бар'єр) | Чудово |
| Зносостійкість | Помірний | Погано (цинкове покриття відносно м’яке) | Чудово | Дуже відмінно |
| Зовнішній вигляд | Професійний чорний | Срібний-Білий, кольорова пасивація | Багаті варіанти кольорів | Багаті варіанти кольорів |
| Застосовні сценарії | Точні деталі, оптика, інструменти | На вулиці, кріплення в суворих умовах | Деталі зовнішнього вигляду, випадки, що вимагають високої зносостійкості | Оздоблення та захист алюмінієвих виробів |
Області застосування
В кінці статті
Чорний оксид — це процес обробки поверхні, який утворює захисну плівку з магнетиту (Fe3O4) на поверхні сталі. Цей метод зберігає точність розмірів деталей, водночас створюючи естетично привабливу «почорнілу» поверхню. Ще одна перевага полягає в тому, що він дешевший, ніж інші види обробки, і забезпечує певну стійкість до корозії. Однак слід зазначити, що деякі матеріали після обробки стають червоними або сірими замість чорних. Крім того, покриття для захисту від іржі-зруйнується, коли воно вичерпано.
FAQ
З: Які переваги та недоліки чорніння при високій-температурі та чорніння при кімнатній-температурі?
A: Технологія високотемпературного чорніння- є зрілою, і процес стабільний. Він має особливі переваги для певних матеріалів. Завдяки більшій історії розвитку виробників, як правило, легше знайти. Недоліком є те, що він вимагає високо-нагрівання. Чорніння-при кімнатній температурі — це нова технологія чорноння, яка швидко розвивається. Це зручно та швидко, але його ефект чорніння на низько-вуглецеву сталь є поганим. Зазвичай використовується високотемпературна{10}}технологія чорніння. Компанії, які мають ресурси, можуть підготувати власний-рішення для затемнення кімнатної температури.
З: Чому через деякий час на почорнілих частинах починають з’являтися плями іржі?
A: Можливі причини:
1. Суворі умови використання призводять до пошкодження та корозії оксидної плівки;
2. Процес чорніння не проводився належним чином, запечатування не було зроблено, або ефект запечатування був поганим.
Питання: Чому після тривалого зберігання на складі на почорнілих частинах утворюється білий іній?
A: Основна причина полягає в тому, що почорнілі частини не були очищені належним чином. По-перше, на поверхні є залишки хімічного розчину (в цьому випадку після почорніння необхідно промити гарячою водою); по-друге, занадто висока концентрація гідроксиду натрію (їдкий натрій важко змити). По-третє, конструкція формули є ненауковою (наприклад, розчин формули важко змити водою).
З: Як запобігти іржавінню почорнілих частин?
Відповідь: Це головним чином вимагає вдосконалення процесу. До цього можна підійти з двох аспектів: ретельне очищення; і додавання процесу герметизації після чорніння для заповнення мікропор у шарі оксидної плівки, запобігаючи проникненню вологи та корозійних середовищ. Конкретні вимоги можна обговорити з виробником чорніння; це лише питання вартості.
З: Чи вплине чорніння на точність? Чи вплине-почорніння за високої температури на розміри деталей?
A: Поверхневий оксидний шар почорнілих деталей зазвичай вимірюється в мікрометрах, зі зміною розміру на кілька тисячних, тому вплив в основному мінімальний (якщо ваші вимоги до точності не дуже високі).
Основні фактори, що впливають на розміри:
① Час маринування;
② Деформація від високотемпературного напруження-;
③ Форма матеріалу;
Тому для високоточних-деталей або деталей, виготовлених із малих плоских матеріалів, радимо спочатку зробити зразок або змінити послідовність процесу, щоб уникнути непотрібних втрат.
Q: Які матеріали можна чорнити?
A: Такі звичайні матеріали, як мідь, залізо, алюміній і нержавіюча сталь, можна чорнити.
Чи будуть почорнілі частини проводити електрику?
Оксидна плівка, утворена чорнінням, не-електропровідна, тому чорніння має певний ізоляційний ефект.