1、第五節 鋼件表面發藍（發黑）處理1.發藍（發黑）原理為了提高鋼件的防銹能力，用強的氧化劑將鋼件表面氧化成致密、光滑的四氧化三鐵。這種四氧化三鐵薄層能有效地保護鋼件內部 不受氧化。在高溫下（約550C）氧化成的四氧化三鐵呈天藍色，故 稱發藍處理。在低溫下（約 3 50 C）形成的四氧化三鐵呈暗黑色， 故稱發黑處理。在兵器制造中，常用的是發藍處理；在工業生產中， 常用的是發黑處理。能否把鋼鐵表面氧化致密、光滑的四氧化三鐵，關鍵是選擇好強 的氧化劑。強氧化劑是由氫氧化鈉、亞硝酸鈉、磷酸三鈉組成。發藍 時用它們的熔融液去處理鋼件；發黑時用它們的水溶液去處理鋼件。 常用的發黑溶液成分見表10-7。表10

2、-7 常用的氧化（發黑）溶液成分原料名稱氫氧化鈉NaOH亞硝酸鈉NaNO磷酸三鈉Na3PO水HO質量組成（）3310255此溶液的密度是1.4g/cm3,沸點是130C。在此溶液的作用下,鐵的氧化過程是這樣的：Fe NaFeO NaFe。 FeO具體的化學反應是：3Fe+NaNO2+5NaOH=3NaeO+NH+HO6Na2FeO+NaN2+5HO=3NaFeO+NH+7NaOHNa2FeO+NaFeQ+2HO=FeQ ； +4NaOH生產實踐經驗證明，要獲得光亮、致密的四氧化三鐵膜層，氧化 溶液中亞硝酸鈉與氫氧化鈉的比例，要保持在 1: 33.5之間。 2.發藍（發黑）操作發藍（發黑）的操作

3、流程：工件裝夾一去油一清洗一酸洗一清洗一氧化-清洗-皂化一熱 水煮洗一檢查。（1）工件裝夾 要根據工件的形狀、大小，設計專門的夾具或 吊具。目的是使工件之間留有足夠的間隙，工件間不能相互接觸，要 使每個工件都能完全浸入氧化液中被氧化。（2）去油 目的是除去工件表面的油污。經過機加工后（發藍、 發黑是最后一道工序），工件表面難免不留下油污，用防銹油作工序 間防銹的更是這樣。任何油污，都會嚴重影響四氧化三鐵的生成，所 以必須在發藍、發黑之前除去。常用的除油溶液配方，見表 10-8表10-8 常用的除油溶液配方原料名稱碳酸鈉NaCO氫氧化鈉NaOH磷酸三鈉NaPO水玻璃NaSQ水HO質量組成（）73

4、3285將除油溶液加熱至8090C,然后將工件浸入，浸入時間為30min 左右，若油污較多，還得延長除油時間，以除油徹底為準。（3）酸洗 酸洗的目的是除去工件表面的銹跡。因為銹跡、銹 斑會阻礙生成致密的四氧化三鐵層。即使工件無銹跡，也應進行酸洗， 因為它使油污進一步去除干凈，而且酸洗會提高工件表面分子的活化 能，有利于下一工序的氧化，能生成較厚的四氧化三鐵層。酸洗溶液一般是1015%濃度的硫酸溶液，溫度是 7080C,將 工件浸入硫酸溶液中，浸入時間為30min左右，銹蝕較輕的鋼件可浸 20min,銹蝕嚴重者，則需要浸 40min以上。（4）氧化 氧化是發藍、發黑的主要工序。四氧化三鐵膜層是

5、否致密、是否光滑、是否有足夠的厚度，取決于氧化階段。發藍的工藝溫度是550C o發黑的工藝溫度是130145 Co浸入 時間是5080min。含碳量高的高碳鋼，氧化速度較快，浸入時間可 短些。含碳量低的低碳鋼，氧化速度慢，浸入時間需要長些。合金鋼 特別是高合金鋼，工件表面有一定的殘余奧氏體，對堿溶液有較強的 抗抵作用，不易生成Fe3O,因而浸入時間需更長一些。表10-9列出 了有關鋼種氧化（發黑）時溶液的溫度及浸入時間。表10-9 不同鋼件氧化溫度與時間鋼種入梢溫度（C）出梢溫度（C）處理時間（min）局碳鋼120125125 13040低、中碳鋼12513013013550銘硅鋼125130

6、130 14060高合金鋼130135135 14570高速鋼135140140 15080梢液的正常顏色是白色。如果梢液呈紅色或棕色，表示亞硝鈉濃 度過大，應及時調整梢液的成分。如果溶液呈綠色，則表示鐵離子濃 度過大，應及時更新溶液。（5）皂化 所謂皂化，是用肥皂水溶液在一定溫度下浸泡工件。目的是形成一層硬脂酸鐵薄膜，以提高工件的抗腐蝕能力。常用的皂化液濃度是3050g （肥皂）/L。把皂化液加熱至80100C,將氧化后的工件放入皂化液浸泡10min 左右。（ 6）檢查氧化完畢后，要對工件進行檢查，看 FeO膜層是否合格。檢查 的方法是：任意抽取三件工件，輅于濃度為 2%的硫酸銅溶液中浸泡

7、20s,不退黑色者為合格。三件工件中有一件以上不合格，則整梢工 件視為不合格，需再氧化一次，以加深四氧化三鐵的厚度。3可能出現的缺陷及解決措施鋼件發黑工藝，在操作過程中，可能會出現如下一些缺陷。（ 1）氧化膜疏松氧化膜應很致密，與基本結合很牢固。如果生成的氧化膜疏松，容易擦掉，這是不正常的現象。出現這種情況，主要是由于新配制的氧化溶液缺少鐵離子引起的。解決辦法，是加入一些舊的氧化溶液，或者加入一些干凈的鋼屑，煮沸30min,以增加氧化溶液的鐵離子濃度，這現象就會消除。（ 2） 工件表面呈紅褐色銹斑氧化膜應呈深黑色，光亮且平滑。如果工件表面出現紅褐色斑點或連成一片，這主要是由于氧化溶液中氫氧化鈉

8、過濃、生成氧化鐵過多所致。解決辦法是調整溶液成分，補充加入一些亞硝酸鈉和水，以降低 NaO郵度。（ 3）工件表面呈淡灰色工件表面失去烏黑光澤，呈淡灰色，這是由于氧化溶液中氫氧化鈉濃度過低引起的。解決辦法，補充加入適量的氫氫化鈉。（4）不生成氧化膜 經處理4050min后，工件表面仍不上色，這主要是由于溶液溫度過低，亞硝酸鈉濃度不足引起的。解決辦法是提高溶液溫度，適當增加亞硝酸鈉量。（ 5）氧化膜表面發花工件在黑色基體上出現零星的白點，有時白點還較密集，這種現象工人稱之為“發花”。發花原因主要是氧化時間不夠引起的。解決辦法，是延長氧化時間（即浸泡時間），還可以補充加入少量氫氧化鈉。（ 6）工件表

9、面呈綠色如果工件表面的氧化膜不是烏黑色，而是綠色，這是工件過氧化的結果，是由于氧化溶液溫度過高、亞硝酸鈉濃度過高引起的。解決辦法是加入適量冷水（ 注意： 加水時必須穿戴好老保護具，緩緩加入，以免槽液飛濺，造成灼傷事故）和加入少量氫氧化鈉，以降低溶液溫度及亞硝酸鈉的濃度。4氧化溶液成分的測定從以上氧化膜缺陷分析中可知，當氧化溶液成分出現波動時，就會造成氧化膜的缺陷，至使發黑操作失敗。氧化溶液成分，主要指氫氧化鈉濃度和亞硝酸鈉濃度。在發黑過程中，水分不斷被蒸發，亞硝酸鈉和氫氧化鈉又非等比消耗，所以， 此消彼長，濃度變化是必然的。操作時間越長，變化就越大。為了不使氧化溶液的成分出現大的波動，應該每隔

10、23h,就取樣測定它們的濃度，以便及時計算并補充添加有關原料。下面介紹氫氧化鈉、亞硝酸鈉濃度的測定方法。（1）氫氧化鈉濃度的測定吸取氧化溶液10ml,輅于量瓶中，加蒸儲水至500ml,搖勻，這便是稀釋液。吸取稀釋液5ml輅于錐瓶中，加蒸儲水100ml,力口酚醐12滴, 溶液變為紅色。用0.1N的鹽酸標準溶液進行滴定，滴至紅色消失， 記下鹽酸消耗量Vi (ml)。再加甲基橙2滴，溶液變為黃色。繼續用0.1N的鹽酸進行滴定, 滴至黃色轉變為紅色為止，記下鹽酸的消耗量 V2 (ml)。按下式計算 氫氧化鈉的濃度(g/l )：V -V20.1 0.04NaOH =2 1000(g/l)10 500或按

11、下式計算氫氧化鈉的百分濃度：一V1 -V20.1 0.04 1000(%)510 - 50014NaOH = 12(2)亞硝酸鈉濃度的測定吸取氧化溶液10ml,輅于量瓶中，加蒸儲水至500ml刻度處，搖勻，這便是稀釋的氧化溶液。吸取0.1N的標準高鎰酸鉀溶液10ml,輅于錐形瓶中，加蒸儲水 100ml,硫酸10ml,加熱至50c左右。這時溶液呈紅色。用稀釋的氧 化溶液進行滴定，至紅色消失為止，記下稀釋氧化溶液的消耗量V(ml)。按下式計算亞硝酸鈉的濃度(g/l )：NaNO20.1 10 0.0345 1000V 10 (g/l )500或按下式計算亞硝酸鈉的百分濃度:NaNO20.1 10

12、0.0345 1000K V10 14(%)500式中V一滴定時用去的稀釋氧化液的ml數；14 10ml氧化溶液的質量5.除油溶液成分的測定除油與氧化有著密切關系，除油不徹底，很難獲得高質量的四氧 化三鐵層膜。所以，除油溶液也要經常測定其成分，以便及時補充天 加有關原料，以保證除油效果。(1)氫氧化鈉的測定 吸取除油溶液5ml輅于錐形瓶中，加蒸 儲水100ml,搖均勻。加酚醐指示劑23滴，用0.1N的鹽酸標準溶 液進行滴定，滴至紅色消失為終點，記錄鹽酸消耗量 Vi (ml)。在此溶液中加入甲基橙指示劑 2滴，溶液變為黃色。用0.1N鹽 酸標準溶液進行滴定，至黃色變為粉紅色為終點，記錄鹽酸消耗量

13、V2 (ml)(不包括Vi量)。在兩次滴定后，將溶液煮沸510min,待冷到常溫后，加酚醐指 示劑23滴，用0.1N氫氧化鈉標準溶液進行滴定，滴至玫瑰紅色為 終點，記錄氫氧化鈉消耗量 V3 (ml)。按下式計算氫氧化鈉的濃度(g/l )：NaOH1000 (g/l )-2) Na 0.040 5或按下式計算氫氧化鈉的百分濃度:NaOH(V -V2) Na 0.040510001100100 (%)式中V1一第一次滴定時用去的鹽酸 ml數；V2第二次滴定日t用去的鹽酸 ml數；N一滴定用鹽酸的標準當量濃度，在這里是 0.1 ;0.040一是 NaOH子里與 1000 的比值(40+1000=0.

14、040);5一吸取的除油液ml數；10001L的ml數;11001L除油溶液的質量(2)碳酸鈉的測定 按下式計算碳酸鈉的濃度(g/l )：Na2co3(V2 NA -V3 NB) 0.106X1000 (g/l)或按下式計算碳酸鈉的濃度Na2co3(V2 NA -V3 NB) 0.106510001100M100 (%)式中3一第二次滴定時用去的鹽酸 ml數；N一滴定用鹽酸的標準當量濃度，在這里是 0.1 ;V3第三次滴定用的氫氧化鈉的ml數；N滴定用的氫氧化鈉的標準當量濃度，這里是0.1 ;0.106 一是碳酸鈉分子量與 1000的比值(106/1000=0.106 )(3)磷酸三鈉的測定按

15、下式計算磷酸三鈉的濃度(g/l )：Na3PO4 .12H2。= (V3 - Nb M0.380)黑 1000 (g/l )5或按下式計算磷酸三鈉的百分濃度：Na3PO4 *12H2O =(V3 Nb 0.380)510001100M100 (%)1000 的式中0.380 一是磷酸三鈉及十二個結晶水的分子量與比值( 380/1000=0.380 )。(4)水玻璃(硅酸鈉)的測定 吸取除油溶液20ml輅于燒懷中,加1%濃度的鹽酸20ml,搖勻后，加熱蒸發至干，待冷卻后，再加1% 濃度的鹽酸10ml,加蒸儲水100ml,加熱使鹽類溶解，用濾紙過濾，并用1%鹽酸洗滌燒懷和沉淀物78次，將沉淀和濾紙移于已知重量的瓷塔鍋中，在9