金属表面处理技术之一：钢铁发黑(发蓝)
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发蓝工艺介绍
· 一、发蓝工艺介绍:
钢铁的“发蓝”或“发黑”是指钢铁的化学氧化，钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理，使其表面生成一层均匀的蓝黑到黑色膜层的过程。根据处理温度的高低，钢铁的化学氧化可分为高温化学氧化和常温化学氧化。这里主要以高温碱性氧化为主。
二、发蓝工艺处理原理:
高温化学氧化是传统的发蓝方法，采用还有亚硝酸钠的浓碱性处理液，在140℃左右的温度下处理15min-90min。高温化学氧化得到的是以磁性氧化铁（Fe3O4）为主的氧化膜，膜厚一般只有0.5μm-1.5μm，最后可达2.5μm。氧化膜具有良好的吸附型。将氧化膜浸油或做其他后处理，其耐蚀性能可大大提高。由于氧化膜很薄，对零件的尺寸和精度几乎没有影响，因此在精密仪器、光学仪器、武器、及机器制造业中得到广泛的应用。
三、化学反应机理：
钢铁浸入溶液后，在氧化剂和碱的作用下，表面生成Fe3O4氧化膜，该过程包括以下三个阶段：
钢铁表面在热碱溶液和氧化剂（亚硝酸钠）的作用下生成亚铁酸钠
3Fe + NaNO2 + 5NaOH = 3Na2FeO2 + H2O + NH3↑
亚铁酸钠进一步与溶液中的氧化剂反应生成铁酸钠
6Na2FeO2 + NaNO2 + 5H2O = 3Na2Fe2O4 + 7NaOH + NH3↑
铁酸钠（Na2Fe2O4）与亚铁酸钠（Na2FeO2）相互作用生成磁性氧化铁
Na2Fe2O4 + Na2FeO2 +2 H2O = Fe3O4 + 4NaOH
在钢铁表面附近生成的Fe3O4，其在浓碱性溶液中的溶解度极小，很快就从溶液中结晶析出，并在钢铁表面形成晶核，而后晶核逐渐长大形成一层连续致密的黑色氧化膜。
四、发蓝工艺主要流程：
脱脂→除锈→清洗→发蓝→清洗→浸油→检验
一片绿叶
[神机真人]
以下是本人撰写的钢铁碱性氧化（发兰）工人技术培训材料的部分段落 ，供您参考。
2 氧化膜的特点及应用范围
钢铁的化学氧化处理亦称发蓝。钢铁通过氧化处理，在表面形成一层氧化膜，膜的厚度约为0.5~1.5μm，厚度很小，因此对工件尺寸无影响。由于氧化是在碱性溶液中进行的，氧化后的工件也就不会产生氢脆。氧化膜的组成主要是Fe3O4，称之为磁性氧化铁。这种氧化膜同空气中自然形成的氧化膜相比，膜层均匀而紧密，但以覆盖层标准来衡量，其防护性能仍很差，需要浸肥皂液，浸油或钝化处理后，防护性能和润滑性能才能得到提高。氧化主要应用于机械、仪器仪表、枪械等的精密零件及不能以其他覆层替代的防护—装饰性工件。弹簧钢、细钢丝、及簿钢片零件也常用氧化
膜作为防护层。
4 氧化膜的性质
影响氧
化膜质量(结构、色泽和防护性能)的主要因素是膜层的厚度。十分薄的膜(2~4nm)是无色的，没有防护能力。过厚(>2.5μm)的膜同样达不到最好的防护能力，其外观呈无光泽的黑色或灰黑色，结构疏松，抗磨能力差。合适的厚度为0.6~0.8μm，此时的氧化膜表面呈现出黑色或蓝黑色，带有光泽，膜层致密耐磨性能好，但不是所有钢材都能获得这种氧化膜，钢铁化学成份对膜层外观和结构有明显影响，合金钢和低碳钢的氧化膜层因易夹杂氧化铁而带有红色挂灰，而铸铁、硅钢的氧化膜外观呈黄色至浅黄色。
5 碱性氧化溶液成份及操作条件
如前所述，碱性氧化溶液都是含氧化剂的浓碱溶液，而按具体成份、浓度不同又分为多种配方。为了得到较厚和防护性能较高的氧化膜，还有采用浓度不同的两种溶液进行两次氧化(我们所在60年代中后期曾使用过)的方法。目前我所采用的是最基本最通用的一种溶液配方，这种溶液的浓度较小，也没有加促进剂，因此成膜速度较慢，需要较长的处理时间，膜层较薄，但比较光亮、美观，其成份及操作条件是：
氢氧化钠 (NaOH) 550 ~ 650克∕升
亚硝酸钠 (NaNO2) 150 ~ 200克∕升
温 度 (℃) 135 ~ 145 (确切的控制温度应视钢成份而定)
时 间 (min) 40 ~ 120 (确切的控制时间应视钢成份而定)
6 影响氧化质量的因素及工艺过程的控制
6.1 溶液成份
6.1.1 氢氧化钠的含量溶液中氢氧化钠的含量与氧化速度有关，浓度高些可加快氧化速度，膜厚度也略有增加，但决非越高越好，较适合的浓度是550~700克∕升，过高容易形成红色挂灰、疏松、多孔氧化膜。当氢氧化钠含量超过1100克∕升时就不再形成氧化膜，甚至原先已有的膜还会被溶解。氢氧化钠太低时，不仅氧化膜薄且易发花，防护性能亦差。
虽然氢氧化钠的范围相当宽，实际操作时仍应根据钢材(工件)的化学成份选择最合适的含量：高碳钢可以用较低的氢氧化钠，而低碳钢应采用较高的浓度。
6.1.2 亚硝酸钠浓度亚硝酸钠是溶液中的氧化剂。提高亚硝酸钠浓度，可使溶液中亚铁酸钠和铁酸钠增多，从而加快氧化速度，形成的氧化膜层致密且牢固。若亚硝酸钠含量过低时，氧化膜虽厚但疏松，氧化剂本身的消耗亦会增加，有时还会使氧化膜出现难看的暗绿色。通常亚硝酸钠含量控制在150~250克∕升范围内。
6.1.3 铁铁虽然并不包括在溶液成分之内，但是溶液中必须要含有少量的铁，只有那样，才能在工件表面形成致密且结合牢固的氧化膜。新配制的溶液中因缺乏铁致使所得到的膜十分疏松，同基体的结合
力亦很差。当然铁的含量亦不能过高，否则会导致氧化膜的成膜速度下降，且膜上
出现红色挂灰。一般铁的含量应控制在0.5 ~ 2.0克∕升范围内。
6.1.4 氧化温度、时间与钢铁(工件)含碳量的关系 用来制造工件的钢材中均含有少量碳。碳含量对氧化过程影响较大。一般，含碳量高的钢容易氧化，因而所采用的温度较低，时间也较短；含碳量低时不易被氧化，所用温度必须高些，时间也要长得多；中碳钢所需温度和时间介于两者之间。
氧化时间、温度和钢材含碳量的关系见表1
表1 氧化温度、时间和钢含碳量的关系
钢材(工件)含碳量(%) 氧化溶液温度(℃) 氧化时间(min)
0.7以上或铸铁 138 ~ 142 15 ~ 25
0.4 ~ 0.7 142 ~ 145 25 ~ 40
0.1 ~ 0.4 140 ~ 145 40 ~ 60
合金钢 135 ~ 138 50 ~ 120
高速钢 135 ~ 138 30 ~ 40
注：钢材的名称、牌号、含碳量、合金成份在黑色金属材料手册中可以查到
氧化过程的实际操作是在溶液沸腾或接近沸腾情况下进行的，溶液浓度同温度存在对应关系，溶液的沸腾温度随着氢氧化钠浓度增高而升高，所以这两个因素的影响其实是一致的，即溶液中氢氧化钠含量愈高，其沸腾温度就愈高。下图1是溶液温度(或氢氧化钠浓度)对膜成张速度的影响关系曲线。从图中可以看到：温度愈高，膜的成长速度愈快，最终获得的膜厚度也愈大。
过厚的氧化膜常常是疏松和不耐磨擦的。此外，在过高的温度下还会促进溶液中铁酸盐加速水解，形成含水氧化铁红色挂灰附着在工件上，致使膜的质量低劣。因此，化学氧化操作不宜在温度超过145℃的沸腾溶液中进行。
6.2 氧化溶液的配制
6.2.1 计算并称量所需之氢氧化钠和亚硝酸钠；将所需氢氧化钠分批加入氧化槽中，用部分冷水在搅拌下使其溶解，再加水至计算容积的4/5；
6.2.2 将亚硝酸钠缓缓加入槽中；
6.2.3 加水至计算容积(液面的标高)后将溶液加热至沸腾；
6.2.4 测量温度，取样分析，必要时进行调整；
6.2.5 用标准样件试氧化，送检合格后即可投入使用。
注：新配溶液中因缺铁，在处理首批工件时可能得不到合格的氧化膜，可用下列任一种方法进行调整:a.以废工件处理一个班次。 b.按每升溶液加入2.5g Fe2(SO4)3?9H2O。 c.加入20%左右旧氧化溶液。
金属表面处理技术之一：钢铁发黑（发蓝）
作者：小玮
钢铁表面发黑被广泛应用于各种钢铁制品的防腐及装饰处理。目前,钢铁发黑主要有高温碱性发黑、常温发黑。
一、高温碱性氧化发黑:
高温碱性发黑（又称发蓝） 是钢铁最典型的发黑方法,已有几十年的历史,且工艺相对成熟,发黑质量稳定
,膜的外观、附着力和耐蚀性为目前各方法中最为理想的。因此,它仍是目前钢铁发黑的最主要的方法 。这种方法采
用NaNO 2 和NaOH 的浓溶液, 将欲发黑的工件置于此液中, 在140℃ 左右（视共建材质不同，发黑液温度略有不同，一般高碳钢在138℃，中碳钢在140℃，低碳钢在142℃）煮40min左右。X射线衍射分析结果表明,在钢铁件表面形成致密的晶态结构的Fe 3 O 4 膜。该氧化膜与钢铁基体表面接触良好,具有很好的附着力和防腐性能。
高温碱性发黑的机理: 高温碱性发黑过程中涉及到的化学反应有多个,首先在高温下发生下列反应
2NaNO 2 = Na 2 O + N 2 O 3 (1)
生成的N 2 O 3 再和溶液中析出的氢发生反应
2N 2 O 3 + 6H 2 = 4NH 3 + 3O 2 (2)
生成的氧会与铁发生下列一系列反应
2Fe + O 2 =2FeO (3)
4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3 (4)
3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 (5)
一般认为,上述反应按哪种方式进行主要取决于溶液中氧的浓度。氧的浓度高会生成Fe 2 O 3 使表面发红。因此,应适当控制氧化剂的含量,从而得到黑色的晶态Fe 3 O 4 膜。
FeO是氧化亚铁.
它是黑色粉末. 难溶于水.
纯铁是银白色的。
氧化铁Fe2O3是红褐色的。
四氧化三铁Fe3O4也是黑色的。
铁的氧化物有氧化亚铁（FeO）、氧化铁（Fe2O3）和四氧化三铁（Fe3O4）等。
FeO是一种黑色粉末，它不稳定，在空气里加热，就迅速被氧化成Fe3O4。
Fe2O3是一种红棕色粉末，俗称铁红，它可用作油漆的颜料。
Fe3O4是一种复杂的化合物，它是具有磁性的黑色晶体，俗称磁性氧化铁。
铁的氧化物都不溶于水，也不跟水起反应。
FeO和Fe2O3都能跟酸起反应，分别生成亚铁盐和铁盐。