表面发黑处理工艺

零件表面发黑处理工艺

1发黑是钢质零件表面氧化处理的俗称

2发黑处理的分类

2.1传统的碱性加温发黑

2.2出现较晚的常温发黑

2.3已进行氧化处理过的工件，再用重铬酸钾溶液作为填充液进行钝化处

理，称为发蓝处理。

3发黑处理目的

3.1发黑生成的致密氧化膜对工件表层起防锈作用

3.2增加工件表层的美观及光泽

3.3消除淬火过程中的内应力

4氧化膜的成分，性能和状态

4.1氧化膜的成分为Fe3O4，和少量的Fe2O3，FeO

4.2Fe3O4为黑色，致密牢固，是钢件最理想的氧化膜成分

4.3Fe2O3为红色，质地疏松，吸潮，应避免其出现

4.4FeO

4.5氧化膜极薄，不影响零件的精度与力学性能

5碱性加温发黑

5.1碱性加温发黑处理工艺，主要由以下工艺步骤完成：1）擦拭，2）碱

除油，3）酸洗除锈，4）清洗，5）在氢氧化钠、亚硝酸钠和水的混合

溶液中进行加温氧化处理，6）清洗，7）皂化，8）清洗干燥，9）上

油。

6以下为用碱性加温发黑为例介绍发黑处理工艺的全过程

6.1擦拭工件表面油和污物

6.1.1用棉纱擦去工件表面的油和污物

6.2除油

6.2.1可使用5%~10%的Na2CO3或Na3PO4的水溶液浸泡除油，时为约

为15~20min，温度控制有80~100℃

6.2.2以下为其他的常用除油溶液，温度和时间与上例大致相同

6.2.2.11号，Na2CO3，5~8g/L，水溶液

6.2.2.22号，Na2CO3，10~15g/L，水溶液

6.2.2.33号，NaOH，15g/L，水溶液

6.2.2.44号，NaOH，5g/L+ Na2CO3，15g/L，水溶液

6.2.2.55号，NaOH，Na2CO3，Na3PO4，Na2SO3，水溶液

6.2.2.63号为最常用，成分与发黑溶液相近，可以替代

6.2.3除油溶液大多在沸腾的情况下工作

6.3除锈

6.3.1无锈迹的新加工零件可以不作除锈处理

6.3.2除锈应安排在碱洗除油之前进行

6.3.3锈迹较重时，应先用砂布打磨清除

6.3.4HCl除锈：使用14%~18%的HCl的水溶液浸泡除锈，时间视情况

而定，温度控制在不超过30℃，以减少盐酸挥发。

6.3.5H2SO4除锈：使用15%~20%的H2SO4的水溶液浸泡除锈，时间

视情况而定，温度控制在不超过40~60℃

6.4氧化

6.4.1氧化剂的配方

6.4.1.136%NaOH+14%NaNO2+50%水

6.4.1.2工作温度和时间

6.4.1.2.1低碳钢140~142℃30~40分钟

6.4.1.2.2中碳钢138~140℃25~30分钟

6.4.1.2.3高碳钢142~145℃40~50分钟

6.4.1.2.4一般合金钢145~148℃~40分钟

6.4.1.2.5一般弹簧钢146~150℃~40分钟

6.4.1.2.6高速钢146~150℃~60分钟

6.4.2应注意低温入炉，即下限温度入炉，工件放入锅槽前，溶液温度一

般不超过135~138℃，这样可以得到较小的晶体，形成较厚的良好

的氧化膜。

6.4.3对氧化溶液的试样检测

6.4.3.1低碳钢工件放入氧化溶液1~2分钟，取出观查试样颜色

6.4.3.2刚刚转变为乌黑色，此为氧化溶液正常。

6.4.3.3已完全转为深黑色，此为氧化溶液过浓。

6.4.3.4仅出现淡黑色，此为氧化溶液过淡。

6.4.3.5当溶液温度正常时，工件氧化膜不理想，可增加NaNO2

来调节碱性溶液的浓度

6.4.4氧化膜的形成原理

6.4.4.1Fe→Na2FeO2→Na2Fe2O4→Fe3O4

6.4.4.2此过程中NaNO2为氧化剂

6.4.5氧化膜的颜色变化过程

6.4.5.1初现黄色→橙色→红色→紫红色→紫色→深蓝色→黑色6.4.6NaOH的作用

6.4.6.1充当氧化催化剂

6.4.6.2提高溶液温度

6.4.6.3NaOH具有去油作用，利于氧化膜的形成

6.4.6.4NaOH过少，则溶液温度升不高，此氧化膜薄，色谈

6.4.6.5NaOH过多，则溶液温度过高，此时氧化膜薄会被破坏，

形成红色的Fe2O3

6.4.7NaNO2的作用

6.4.

7.1充当氧化剂

6.4.

7.2NaNO2过少，则氧化速度慢，氧化膜变得松而厚，易剥

落。

6.4.

7.3NaNO2过多，则氧化速度快，氧化膜变薄，耐蚀力低。

6.4.8溶液中Fe2O3的作用

6.4.8.1溶液中的Fe2O3能减轻新配氧化溶液的氧化过剧现象，氧

化过剧会导致氧花膜的过厚和疏松。

6.4.8.2溶液中的Fe2O3的含量可通过加生铁屑有捞渣的办法来

调整，新配的氧化溶液应加入适量的行铁屑。

6.4.9Na3PO4的作用

6.4.9.1Na3PO4可作为进一步提高氧化质量的添加剂。

6.4.9.2Na3PO4能去污以进一步清洁工件

6.4.9.3Na3PO4能产生大量汽泡，催进表面排污

6.4.9.4黄血盐也具有同Na3PO4类似的作用，可以提高氧化质量

6.4.10氧化溶液的温度控制

6.4.10.1氧化溶液的温度是通过控制NaOH的浓度来实现的，

NaOH的浓度决定了溶液的沸点。

6.4.10.2实际生产中，应不停地对溶液进行加温，以溶液处于沸点

温度，并且沸腾作用可以用来绞拌氧化溶液。

6.4.10.3沸腾小水花，则说有NaOH浓度高，溶液温度高

6.4.10.4沸腾大水花，则说有水份过高，溶液温度不够

6.5皂化

6.5.1工件氧化处理后，应立即温水清洗，现冷水清洗，再沸水清洗。

6.5.2皂化：使用5%民用肥皂的水溶液浸泡，时间为约为3~10min，温

度为80~100℃

6.5.3皂化可使工件表面生成一层硬脂酸铁的薄膜，以填充氧化膜的小

孔，使氧化膜的耐蚀能力进一步提高。

6.5.4皂化后必须立即进行温水清洗，水温60~80℃，以除去皂化液，出

水后应立即干燥。

6.6上油

6.6.1工件清洗干燥后，放入温度为105~110℃的10#机械油，变压器油，

凡士林油的混合油中，比例为1：1：1，时间为5~10分钟，以不

再有气泡冒出为准。

6.6.2这样可以使工件表面包一层油膜，耐蚀能力进一步提高，并使氧化

膜光泽美观。

6.7粗糙度的影响

6.7.1粗糙度越小的加工件，发黑效果越好，必要时可先作抛光处理

6.8以下为常用的几种氧化处理配方

6.8.177%NaOH+23%NaNO2；

6.8.268%NaOH+32%NaNO2

6.8.390%NaOH+10%NaNO2

6.8.4另可加入总量为10% Na3PO4

6.9碱性加温发黑后的金属颜色

6.9.1由于材料的化学成分不同，发黑所获得的氧化膜颜色有不同，有蓝

黑色，黑色，红棕色等。

6.9.2碳素钢及不般合金钢为黑色，

6.9.3铬硅钢为红棕色到黑棕色，

6.9.4高速钢为黑褐色

6.9.5铸铁为紫褐色

6.10常见的发黑缺陷和处理方法

6.10.1花斑

6.10.1.1不同工件表面贴合可产生花斑

6.10.1.2可直接回炉重新发黑

6.10.1.3花斑较重时只能酸洗后重新发黑

6.10.2颜色淡

6.10.2.1氧化溶液温度低可造成颜色淡

6.10.2.2可直接回炉重新发黑

6.10.3颜色发红

6.10.3.1氧化溶液温度过高可造成颜色发红

6.10.3.2用80~90℃温水浸泡清洗，重复2~3次，直至将红色泡出，

再回炉重新发黑

6.10.3.3发红情况很严重时则只能酸洗后重新发黑

7对发黑质量的检查

7.1外观检查：外观检查应尽量在日光光源下进行，要求氧化后的颜色乌

黑，并且均匀一致，无花斑和锈迹。机加工表面应乌黑并有亮泽。

7.2氧化膜疏松度的测定：在去油后的工件上滴上数滴3%的中性硫酸铜，

若在30秒内不显示为铜色为合格。

7.3高碳金钢和合金钢的氧化膜颜色，视材料成分的不同，可能会略显棕

色或褐色，此为正常颜色。

8常温酸性发黑

8.1常温发黑处理工艺，主要由以下工艺步骤完成：1)清洗；2)脱脂：工件

必须完全浸入脱脂液中；脱脂液浓度ph值12-14，处理时间10-30min，

每过3-5分钟上下抖动几次，药液浓度低于ph12时补充脱脂粉；3)水

洗；4)酸洗：酸洗液浓度ph值2-4，处理时间5-10min；5)水洗；6)发

黑：池液浓度ph值2.5-3.5，处理时间10-12min；7)水洗；8)吹干；9)

上油。

8.2常温发黑有以下优缺点1）不用加温，节约能源电。2.提高工效，工艺

时间短。30成本低，设备简单，操作方便。4.工艺适应性强，可以对

球墨铸铁进行发黑处理。