金属发黑工艺

发黑工艺

钢制件的表面发黑处理，也有被称之为发蓝的。

发黑处理现在常用的方法有传统的碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种。

但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好。

A3钢用碱性发黑好一些。

碱性发黑细分出来，又有一次发黑和两次发黑的区别。

发黑液的主要成分是氢氧化钠和亚硝酸钠。

发黑时所需温度的宽容度较大，大概在135摄氏度到155摄氏度之间都可以得到不错的表面，只是所需时间有些长短而已。

实际操作中，需要注意的是工件发黑前除锈和除油的质量，以及发黑后的钝化浸油。发黑质量的好坏往往因这些工序而变化。

金属“发蓝”药液

采用碱性氧化法或酸性氧化法；使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，此处理过程称为“发蓝”。

黑色金属表面经“发蓝”处理后所形成的氧化膜，其外层主要是四氧化三铁，内层为氧化亚铁。

一、碱性氧化法“发蓝”药液

1．配方：硝酸钠50～100克氢氧化钠600～700克亚硝酸钠100～200克水1000克

2．制法：按配方计量后，在搅拌条件下，依次把各料加入其中，溶解，混合均匀即可。 3．说明：

（1）金属表面务必洗净和干燥以后，才能进行“发篮”处理。

（2）金属器件进行“发蓝”处理条件与金属中的含碳量有关，“发蓝”药液温度及金属器件在其中的处理时间可参考下表。金属中含碳量%工作温度（℃）处理时间（分）开始终止>0.7135-13714310-300.5-0.7135-14015030-50<0.4142-145153-15540-60合金钢142-145153-15560-90

（3）每隔一星期左右按期分析溶液中硝酸钠、亚硝酸钠和氢氧化钠的含量，以便及时补充有关成分。一般使用半年后就应更换全部溶液。

（4）金属“发蓝”处理后，最好用热肥皂水漂洗数分钟，再用冷水冲洗。然后,又用热水冲洗，吹于。

二、酸性氧化法“发蓝”药液

1．配方：磷酸3～10克硝酸钙80～100克过氧化锰10～15克水1000克

2．制法：按配方计量后，在不断搅拌条件下，依次把磷酸、过氧化锰和硝酸钙加入其中，溶解，混合均匀即可。

3．说明：

（1）金属器件先经洗净和干燥后才能进行“发蓝”处理。

（2）此法所得保护膜呈黑色，其主要成分是由磷酸钙和铁的氧化物所组成，其耐腐能力和机械强度均超过碱性氧化法所得的保护膜。

4.“发蓝”工作温度为100℃，处理时间为40～45分钟。在处理碳素钢时，药液中磷酸含量控制在3～5克／升；处理合金钢或铸钢时，磷酸含量控制在5～10克／升。应注意定期分析药液磷酸的含量。

5.“发蓝”处理后金属器件的清洗方法同上。

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标题: 钢铁常温发黑工艺

发信站: 蓝色星空 (2001年08月03日22:21:54 星期五), 站内信件

钢铁常温发黑工艺

尚书定

摘要钢铁常温发黑工艺由于其独特的优点而得到了广泛应用。详细介绍了钢铁常温发

黑的原理、配方、工艺过程及常见故障的排除。

关键词：钢铁发黑常温

Blackening of Iron and Steel at Room Temperature SHANG Shuding

SHANG shuding

Abstract:Processes of blackening of iron and steel at room temperature have

been extensively used for their peculiar advantages. The fundamental of blac

kening process as well as its formula, procedure and trouble－shooting cases

was described in detail.

Keywords:iron and steel, blackening, room temperature

1前言

钢铁常温发黑工艺由于其独特的优点而得到了广泛的应用。国内已有40多个厂家推

出了商品常温发黑剂，关于此方面的论文也是竞相刊发。这无疑促进了该工艺的推广应

用。但由于技术保密原因，各厂家在具体应用时，由于不了解配方，而不能加以调试，

从而造成了一定的困难。本文试图在配方方面加以介绍，使人们对该工艺有更深层次的

了解，从而更好地熟悉和应用该工艺，提高经济效益。

2钢铁常温发黑的原理

钢铁常温发黑的原理比较复杂，涉及许多氧化还原反应和原电池反应。从理论上分

析，可能有如下反应发生：

Fe+Cu2＋→Fe2＋＋Cu

3Fe+SeO32-＋6H＋→3Fe2＋＋Se2-＋3H2O

4Fe2＋＋O2＋4H＋→4Fe3＋＋2H2O

Cu2＋＋Se2-→CuSe(黑)

Fe2＋＋Se2-→FeSe(黑)

2Fe3＋＋3SeO2-3→Fe2（SeO3）2(黑)

3Cu+2SeO2-3＋6H＋→2CuSe+Cu2＋＋3H2O

由FeSe、CuSe、Fe2（SO4）3参与成膜，形成常温发黑层。

3常温发黑液的组成

①主盐无论是硒化物系，还是非硒化物的常温发黑剂，Cu2＋都是成膜的关键组分

，最常用的为硫酸铜。

②氧化剂在常温发黑剂中，必有氧化剂和铜盐、铁基体等参与氧化还原反应才能

成膜，常用的有二氧化硒、亚硒酸等，此外还有硝酸、亚硝酸盐、硝酸盐等。

③加速剂起催化作用，能提高反应成膜速度，最常用的为氯化镍、硫酸镍等。

④络合剂主要作用是络合铜，控制其置换速度，以保障结合力、常用的有柠檬酸

盐、酒石酸盐、氟化物、磺基水杨酸等。

⑤稳定剂主要是维持发黑剂pH值稳定。从而使常温发黑操作正常稳定。常选材料

有硼酸、磷酸、磷酸缓冲液、氨水、磷酸二氢盐等。

⑥表面活性剂使基体表面润滑、发黑膜均匀一致，可消除发花、浮灰现象，常用

的有OP乳化剂、十二烷基硫酸钠等。

4钢铁常温发黑液具体配方

现根据各种杂志所刊发钢铁常温发黑论文资料，并依据我公司研究成果，公布以下具体配方，供进行此项研究者参考。

配方1：

硫酸铜4～8 g/L

二氧化硒4～8 g/L

磷酸盐7～15 g/L

硝酸盐2～4 g/L

柠檬酸盐2～4 g/L

稳定剂20 ml/L

pH 2.0～2.5

时间3～5 min

配方2(武汉水运工程学院提供)：

硫酸铜1～3 g/L

亚硒酸2～3 g/L

磷酸2～4 g/L

有机酸 1.0～1.5 g/L

十二烷基硫酸钠0.1～0.3 g/L

复合添加剂10～15 g/L

pH2～3

时间2～6 min

配方3(贵州航空发动机公司提供)：

硫酸铜3～7 g/L

硫酸镍2～3 g/L

乙二胺四乙酸二钠4～5 g/L

亚硒酸4～5 g/L

磷酸盐 2.0～3.0 g/L

pH值 2.0～3.0

时间30～60 s

配方4(大庆石油学院提供)：

硫酸铜 2.0～2.5 g/L

硝酸 1.0～2.0 ml/L

二氧化硒 2.5～3.0 g/L

磷酸 1.0～1.5 ml/L

对苯二酚0.8～1.2 g/L

发黑促进剂 1.5～2.0 g/L

乙二胺四乙酸二钠0.5～0.8 g/L

OP-10乳化剂适量

配方5(南方轻工研究所提供)：

硝酸铜4～6 g/L

亚硒酸5～10 g/L

磷酸5～10 ml/L

氯化钠1～2 g/L

pH 1.1～1.2

配方6(河南中原机械厂提供)：

硫酸铜2～4 g/L

二氧化硒 4 g/L

磷酸10～15 g/L

氯化镍10～15 g/L

酒石酸钾钠 2 g/L

柠檬酸钾 2 g/L

时间3～6 min

配方7(杭州大学化学系提供)：

硫酸铜(CuSO4.5H2O） 3 g/L

磷酸缓冲液(H3PO4.KH2PO4） 4 g/L

亚硒酸(H2SeO3） 1 g/L

添加剂 3 g/L

时间1～3 min 配方8：

硫酸铜 4 g/L

硫酸镍 1 g/L

亚硒酸 4 g/L

磷酸二氢锌 2 g/L

硼酸 4 g/L

DPE-Ⅲ1～2 ml/L

pH 2.5～3.5

时间10～60 s 配方9：

硫酸铜3～5 g/L

亚硒酸3～5 g/L

磷酸二氢锌4～5 g/L

柠檬酸2～3 g/L

硝酸钾 1 g/L

添加剂20 ml/L

配方10：

硫酸铜4～5 g/L

二氧化硒4～5 g/L

硫酸镍3～4 g/L

氧化锌2～3 g/L

磷酸10～15 g/L TX-10乳化剂10 g/L

稳定剂5～10 g/L

时间3～8 min 配方11：

硫酸铜4～6 g/L

二氧化硒 1.5～3 g/L

硫酸镍0.5～2 g/L

柠檬酸钾 2 g/L

对苯二酚1～1.5 g/L

时间1～5 min

配方12：

硫酸铜 2 g/L

亚硒酸 4 g/L

钼酸钠 2 g/L

硫代硫酸钠 1 g/L

硫酸镍 4 g/L

pH 1.5～2.5

时间5～8 min

配方13：

二氧化硒 5 g/L

硫酸铜 4 g/L

硫酸镍 4 g/L

硝酸锌10 g/L

磷酸10 g/L

TX-10乳化剂 5 g/L

络合剂10 ml/L

时间2～5 min

5工艺参数的影响

5.1发黑液浓度的影响

常温发黑剂浓度过高时，成膜速度过快，膜层较疏松，结合力不好；浓度过低，发

黑速度慢。然而，不同材料由于表面活性不同溶液含量也应不同。

5.2pH值的影响

pH值是影响发黑效果的一个最重要的参数。若pH值过高，成膜速度慢，甚至不能发黑成膜，pH值过低，则反应速度过快，结合力不好，而且随pH值的进一步降低会溶解生成的膜层。pH一般制在1.5～2.5之间，必要时可用硝酸或氨水调整。

5.3温度的影响

温度低于10℃时，反应速度较慢，黑度和均匀性差，此时应延长反应时间。当温度大于40℃时，反应速度过快，结合力差，温度一般控制在15～35℃。

5.4时间的影响

黑化时间需根据基体成分和温度而定，一般在3～10 min。若时间过短，则膜成长不完全，膜层过薄，有花斑；若发黑时间过长，则表面会过多地为黑色氧化物，多余部分

疏松，结合力不好。

6常温发黑工艺简介

钢铁常温发黑工艺流程主要包括前处理、发黑和后处理3个部分，其工艺流程为：化学除油→热水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→冷水洗→发黑(可2次发黑)→水洗→水洗→中和→水洗→浸油封闭。

6.1除油

除油是关键，如果工件上油未除净，就会直接影响黑化的质量，出现花斑或发黑膜

结合力差，甚至不能上色。在此推荐一个除油配方。

氢氧化钠80～100g/L

磷酸三钠50～60g/L

洗衣粉3～5 g/L

温度80℃以上

时间1～10 min

对于油污比较严重的工件：可以先用有机溶剂清洗后再化学除油，还可再增加一道

电化学除油工序。

化学除油后必须先用热水洗。

6.2酸洗

对于锈蚀不太严重的工件，可采用常规的盐酸液除锈、再水洗，对于锈层和氧化皮

较厚的工件，推荐采用以下配方：

盐酸300～350 g/L

硫酸150～200 g/L

OP-10乳化剂3～5 g/L

十二烷基硫酸钠0.02～0．05g/L

时间至锈除尽为止

酸洗应注意防止工件过腐蚀，可向酸洗液中加入硫脲等缓蚀剂。

6.3发黑

将经过前处理的工件直接浸入发黑液中，当工件完全发黑时，即可取出。必须注意

：时间不能过长，否则，发黑膜疏松，结合力差。为了获得最佳发黑效果，可将工件抖

动数次，以便着色均匀。

发黑时间可根据实际情况进行适当调整。例如：随着发黑量的增多，发黑剂有效成

分不断消耗，发黑速度逐渐变慢，需适当延长发黑时间。另外，冬季发黑时间应长一些

，夏季发黑时间应短一些。

工件从发黑液中取出后，应空留几分钟，以继续成膜反应，增加结合力。因成膜反

应缓慢，随发黑件存放时间延长，其外观会更黑，耐蚀性和结合力也会越来越好。

工件取出后若发现局部着色不均匀，可漂洗后放回发黑液中继续着色，直到满意为止。

为得到效果最佳的常温发黑膜，可采用2次发黑工艺，即工件先后在两个发黑槽中发黑，两个发黑槽液成分一致、浓度不同。一般第2槽浓度较低，约为第1槽浓度的1/4左右，其它操作条件一致。应注意：工件经第一次发黑后，应充分水洗再进行第Ⅱ次发黑。

6.4中和

中和处理是用3%～5％碳酸钠溶液刷洗或浸渍1 min，其目的是为了中和发黑液残液

，并填充膜层孔隙，否则残留的酸性发黑液将降低膜层耐蚀性。

6.5封闭处理

工件发黑后常用防锈油进行封闭处理，可采用以下3种方式：

①工件经中和水洗后，再热水洗，甩干，彻底干燥后，浸热防锈油(80～90℃)进行

封闭处理，时间约2 min。

②工件经热水清洗、甩干后直接浸入脱水防锈油中进行封闭处理，时间在3～5 min

，取出后自然晾干。

③工件发黑后先在80～90℃的1%肥皂溶液中填充处理，取出干燥后可以直接浸普通机油或防锈油。

7常见故障及排除

7.1结合力不好

可能原因：①除油、除锈不彻底

②发黑时间过长

③pH值过低

排除方法：①加强前处理

②控制发黑时间

③调整发黑液

7.2发黑膜颜色不够黑

可能原因：①发黑时间短

②发黑液浓度低

排除方法：①延长发黑时间

②补充浓缩发黑液

7.3发黑膜发花

可能原因：①前处理不够彻底

②发黑时间太短

排除方法：①加强前处理

②延长发黑时间

7.4发不上黑

可能原因：①油未除净

②发黑液浓度过低

③酸度过大

排除方法：①加强前处理

②提高发黑液浓度

③调整酸度

7.5光泽差

可能原因：①防锈油太少

②油中水分过多

③浸油时间太短

排除方法：①补充防锈油

②排除油中的水

③延长浸油时间

作者单位：尚书定河南南阳中原电镀技术实业公司邮编：473082

参考文献

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2李广玉等.球墨铸铁件常温发黑.材料保护，1997，7

3尹家刚.钢铁常温发黑工艺流程.嘉兴电镀交流，1995，5

4邝少林，暨调和编.电镀理论与工艺.湖南大学化工系金属腐蚀与防护教研室5杨国梁等.钢铁常温发黑.材料保护，1992，5

6尚书定.钢铁常温氧化.上海电镀，1992，4

7邓文.国内外常温发黑的发展，电镀与环保，1997，1

8戴龙田.DD-921钢铁常温发黑剂的研制与应用.表面技术，1994，1