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發(fā)表于 2014-6-4 22:13:18
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鋼鐵的氧化處理技術(shù)及問答, a0 g0 a* p0 ?* G# t7 }' i* I) s
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1、什么是鋼鐵的氧化處理,？ 將鋼鐵制成的零件放入含苛性鈉,，硝酸鈉或亞硝酸鈉的溶液中處理，使零件表面生成一層很薄的黑色氧化膜,。稱為氧化處理,，簡稱發(fā)黑。" D h" r! ?5 e1 V' }
2,，氧化膜的生成原理是什么? 鋼鐵零件與零件加熱的堿溶液作用時,，其表面發(fā)生溶解,，而形成亞鐵化物，當(dāng)加入一定的氧化劑（亞硝酸鈉,，硝酸鈉）后,，使氧化過程的進(jìn)行得以改變，金屬表面上生成一層氧化膜,，這一氧化膜由磁性氧化鐵組成,。由于溶液于金屬臨界面形成氧化鐵的過飽和，使金屬表面生成結(jié)晶核,，結(jié)晶核的逐漸增長,，形成了一層連續(xù)的成片的氧化膜。當(dāng)氧化膜將金屬完全覆蓋后,，使溶液于金屬的作用隔絕,，鐵的溶解速度和氧化膜生成的速度隨之降低。 氧化膜生長的速度和氧化膜的厚度取決于結(jié)晶核形成的速度和單個結(jié)晶核生長的速度之比,。當(dāng)結(jié)晶核生長的速度很快時,，金屬表面上的結(jié)晶核的數(shù)量增多，各結(jié)晶核相互相互結(jié)合形成一層連續(xù)的氧化膜,；當(dāng)結(jié)晶核形成的速度慢時,，等到各結(jié)晶核相互結(jié)合的時候，每一個結(jié)晶核已經(jīng)增大,，在這時形成的氧化膜較厚,，甚至形成疏松的氧化膜。 3,，氧化處理主要有哪幾種方法,？其工藝特點(diǎn)是什么? 鋼鐵的氧化處理方法有；堿性氧化發(fā),，無堿氧化法和酸性氧化法等,，但目前應(yīng)用最多的是堿性氧化法。 A,堿性氧化法,。工藝特點(diǎn)是在較高的溫度的條件下,，在含有一定的氧化劑的氫氧化鈉的溶液中進(jìn)行的；氧化劑和氫氧化鈉與金屬鐵的作用,，生成以磁性氧化鐵為主要成分的氧化膜,。 B，酸性氧化法（常溫發(fā)黑）,。工藝特點(diǎn)與堿性高溫氧化相比,，具有能在常溫下操作，節(jié)電節(jié)能；發(fā)黑時間短,，生產(chǎn)效率高,；設(shè)備投資少；污染程度少,，改善工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),。但也存在著發(fā)黑液不夠穩(wěn)定，膜層附著力不牢,。耐蝕性差,，對預(yù)處理要求高嚴(yán)格等問題，有待生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)一步完善,。( k! ?' @* C( Y# _0 h; O
4,，高溫氧化處理的基本原理是什么？ 鋼鐵的高溫氧化是將工件浸入在含有氧化劑的苛性鈉溶液中,，在高于130度的溫度下進(jìn)行氧化處理,。氧化膜的主要成分是磁性氧化鐵，也可以看做是鐵酸, x8 n+ i% n+ x1 x& z' f
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和氫氧化鐵的中和產(chǎn)物,，這一轉(zhuǎn)化膜的形成歷程是電化學(xué)和化學(xué)過程。- s1 t4 J) J; `, t$ R
5,，高溫氧化是氫氧化鈉對氧化膜有何影響? 提高氫氧化鈉的濃度,，氧化膜的厚度稍有增加，但易出現(xiàn)疏松或多孔的缺陷,；濃度過高還易產(chǎn)生紅色掛灰,；在超過1100g/L時，則不能生成氧化膜,；濃度過低時，氧化膜較薄,，而且容易產(chǎn)生花斑,，防護(hù)能力差。
% X# K b) o# x5 r7 A# D# E ?2 I 6,，高溫氧化時氧化劑對氧化膜有何影響,？ 提高氧化劑溶度可以加快氧化速度，膜層致密,，牢固,。氧化劑濃度低時，得到的氧化膜厚而疏松,。
: z$ h0 H. l# X' T 7,，高溫氧化時鐵離子濃度對氧化膜有何影響？ 氧化溶液中必須含有一定量的鐵離子才能獲得結(jié)合牢固，致密的氧化膜,。鐵離子的濃度一般控制在0.5-2g/L,。若鐵離子濃度過高，將使氧化速度降低,，零件表面易出現(xiàn)紅色掛灰,。此時，可將溶液稀釋,，使沸點(diǎn)降到120度,，沸騰片刻后靜置，這時部分鐵酸納水解成Fe（OH)2沉淀,，除去沉淀后,，再將氧化溶液加熱溶縮，待溫度升至工藝規(guī)范即可進(jìn)行生產(chǎn),。
' C# Q/ e2 D# c% L0 B 8,，高溫氧化是溫度對氧化膜有何影響？ A,，堿性氧化處理必須在沸騰的溫度下進(jìn)行,，溶液的沸點(diǎn)隨NaOH濃度的增加而升高。提高溫度可使氧化速度相應(yīng)加快,，膜層薄而致密,。溫度過高，氧化膜的溶解速度加快,，成膜速度減慢,，膜層疏松。在一般情況下,，零件入槽溫度應(yīng)取上限值,。 B，氧化溫度,，時間與鋼鐵含碳量有密切關(guān)系,，如表所示，生產(chǎn)操作時應(yīng)嚴(yán)格控制,。 3 Q0 h% `. B0 i/ C# w
鋼鐵含碳量/% 氧化溶液溫度/℃ 氧化時間/min 0.7以上 135-138 15-20 0.4-0.7 138-142 20-30 0.1-0.4 140-145 30-60 合金鋼 140-145 50-60 高速鋼 135-138 30-40
/ d0 a) ^- p1 z0 V 9,，堿性氧化液中堿度度氧化膜有何影響？如何處理,？ 8 s9 A8 _+ j2 i4 H
影響：1,，堿含量過高時，不能成膜,，所生氧化膜被堿所溶解,；2,，堿度低時，氧化膜薄,，發(fā)花,，過低時，不生成氧化膜,。 處理方法：在溶液里,，堿的濃度增高時，相應(yīng)地地提高溶液的溫度,，所獲氧化膜厚度增加,。
, n+ s7 V, H: `+ m, p 10，堿性氧化液中氧化劑低對氧化膜有何影響,？如何處理,？ 影響：氧化劑含量低。氧化膜疏松且厚,。 處理方法：可以提高氧化劑含量,。氧化劑含量越高，生成的亞鐵酸納和鐵酸納越多,，促使反應(yīng)速度加快,，這樣生成的氧化膜速度也快，而且膜層致密和牢固,。& A a7 U0 B# p, b1 N9 [4 Q
11,，堿性氧化液初始溫度高時氧化膜疏松，如何處理,？ 初始溫度太高,，氧化膜的晶粒減少，會使氧化膜變得疏松,。 處理方法,；氧化溶液的溫度應(yīng)在進(jìn)槽時控制在下限，出槽時控制在上限,。
5 G8 M0 I$ _: s8 r4 K0 v' A6 s 12,，堿性氧化液中三價(jià)鐵離子對氧化膜有何影響？如何處理,？ 影響；在初配溶液里缺少鐵,，會生成厚而松的氧化膜,，而且與基體結(jié)合不牢，易被擦去,。 處理方法,；調(diào)整調(diào)整鐵板面積，保持鐵一定的溶液速度。
. t" W2 |! l% s4 G, |% U; w. n 13,堿性槽液不生成氧化膜是什么原因,？如何處理,？ 原因；1,溶液中沒有氧化劑,；2,槽液濃度過高,；3,槽液太稀,；4,裝入的零件不能氧化,；5,溶液過于陳舊。 處理方法,；1,按分析結(jié)果添加亞硝酸鈉,；2用水沖淡槽液；3,，蒸發(fā)過量的水分,；4,不銹鋼不能用于此法進(jìn)行氧化；5,不斷工作6-7個月更換槽液,。
$ o) Q5 Y- q7 R* h0 ~ 14,，、為防堿性氧化故障,，槽液應(yīng)如何調(diào)整,？ （1）,槽液沸點(diǎn)的調(diào)整。發(fā)黑槽液沸點(diǎn)的高低是隨槽液中氫氧化鈉濃度的大小而定的,。該槽液正常的沸點(diǎn)為135-145度,，當(dāng)超出此范圍時，必須進(jìn)行調(diào)整,。 A,，當(dāng)槽液沸點(diǎn)低于135度，達(dá)不到工作溫度時,，必須加熱蒸發(fā)過量的水分或添加氫氧化鈉與亞硝酸鈉來調(diào)整,。加氫氧化鈉是按每升高1度時，每升槽液中添加10-15g氫氧化鈉,。而亞硝酸鈉是按氧化膜質(zhì)量需要進(jìn)行添加的,。 B,因氫氧化鈉溶解時能發(fā)出大量的熱能，因此溶解氫氧化鈉配制槽液或添加氫氧化鈉時必須在停止加熱的情況下進(jìn)行,。同時氫氧化鈉最好分批地加入槽中進(jìn)行溶解,，以避免槽液發(fā)生過熱而產(chǎn)生沸騰二溢出。
; U& n, n Q; R+ A: y b) ^: E: L C,發(fā)黑槽加水或開始加溫前,，必須先將液面的硬殼,。槽液中有大量沉渣或紅色硬殼時,，必須將其除去。除去沉渣的辦法是用鐵勺或鐵絲網(wǎng)放置于槽底,，當(dāng)槽液沸騰時而自動將槽液攪拌浮上浸入網(wǎng)籃中取出除去,。
. l* _# ?: }5 f; s5 U5 Q$ n+ i% ?15,氧化處理液的使用特點(diǎn)是什么？ A,，氧化液組成在使用過程中匯發(fā)生變化,，應(yīng)定期分析調(diào)整，也可根據(jù)溶液沸點(diǎn)及膜質(zhì)來判斷是否需要調(diào)整,。溶液沸點(diǎn)過高,，表示溶液中氫氧化鈉濃度過高，此時易形成紅色掛灰,，應(yīng)加水稀釋,。沸點(diǎn)過低，表示氫氧化鈉濃度不足,，此時膜的色澤不深或膜薄,，應(yīng)補(bǔ)加藥品蒸發(fā)多余水分。氫氧化鈉補(bǔ)加量可按10-15g/℃計(jì)算,。 B,氧化液在使用過程中會逐漸積累而影響氧化質(zhì)量,，零件表面易產(chǎn)生紅色掛灰，因此應(yīng)定期清除沉渣,，保持溶液清潔,。除渣時可用網(wǎng)勺撈，也可按下述方法除去：液溫低于100℃時,，邊攪拌邊加入甘油5-10mL/L,，然后加熱至工作溫度，此時液面浮起大量紅褐色鐵的氧化物,，即可用網(wǎng)勺撈去,。 D，氧化以后,，應(yīng)及時地打撈掉入槽中的零件,，以免鐵溶解，使溶液中鐵離子增加,。 F,，停產(chǎn)一定時間后再進(jìn)行生產(chǎn)時，需把液面結(jié)成的硬殼搗碎,，補(bǔ)加水至工作液面,，攪拌均勻，然后才能加熱至工作溫度,。$ N) q1 r; k1 A, d8 X
16,氧化處理的配制要點(diǎn)是什么,？ A，先在槽內(nèi)放入2/3容積的水,，將所需量的氫氧化鈉邊慢慢加入邊進(jìn)行攪拌,，待完全溶解后，加入氧化劑,，攪拌使之溶解,，加入冷水至所需容積。 B,，新配制的溶液加熱至沸騰,，測定其沸點(diǎn)溫度，補(bǔ)充或蒸發(fā)水分至工藝要求的沸點(diǎn)溫度,。 # A% d' H1 b: o9 o
17,氧化處理前的表面準(zhǔn)備工作有什么重要性,？ A,零件表面清理的質(zhì)量好壞直接影響氧化膜的質(zhì)量，因此不能忽視氧化前的表面準(zhǔn)備工作,。 B,一般需要氧化的鋼制零件是經(jīng)過機(jī)械加工或熱處理過的,，其表面上有油污和氧化皮，這些都會影響氧化膜的生成,。它們的存在能隔絕氧化溶液與鋼鐵的基體金屬接觸,。必須采用化學(xué)方法或機(jī)械清理方法，將零件表面的油污和氧化皮清理干凈后,，才能進(jìn)行氧化,，從而能得到完整，均勻,，牢固的氧化膜,。
; s( R( v, t9 V: O C，經(jīng)熱處理過的零件可直接酸洗除去表面氧化皮,，光潔度要求高的零件可用布來拋光,。
6 W% Y4 K! l+ w- L) t* { 18,活化是怎么回事？活化不好對發(fā)黑膜有何影響? 零件經(jīng)過脫脂和酸洗后,，在進(jìn)入發(fā)黑液之前還有一步重要的環(huán)節(jié)就是活化,，其作用是增強(qiáng)發(fā)黑膜的附著力。零件在活化過程中,，一方面可繼續(xù)去除殘留的銹斑,，會使表面產(chǎn)生微小缺陷，有利于膜的牢固附著,，因此,，可將零件浸入質(zhì)量分量10%的硫酸酸洗3-4min，表面粗糙度低的零件,，可適當(dāng)延長活化時間,，此時可見到零件表面出現(xiàn)小氣泡,，這時可用水沖洗干凈后放入發(fā)黑液中。 活化好的工件進(jìn)入發(fā)黑槽中后很快形成均有的紅黑色表面,，并且逐步加深,，活化不好的零件不但得不到這個結(jié)果，而且還加大發(fā)黑劑的消耗量,，因此,，活化是得到牢固發(fā)黑膜和降低成本的關(guān)鍵。' F3 ^7 |/ H! g' e9 M) I1 J8 a
19,，氧化發(fā)黑槽液這樣維護(hù),？ A，氧化溶液的組分在使用中由于消耗是會有變化的,，因此必須定期進(jìn)行化學(xué)分析,，并按分析的結(jié)果進(jìn)行材料的補(bǔ)充。為了使化學(xué)分析的結(jié)果能代表溶液的真實(shí)情況,，并做到每一次的化學(xué)分析結(jié)果都具有連續(xù)性和對比性,，取樣分析前將溶液加熱至全部溶化，同時加水原配槽時規(guī)定的液面寬刻度并攪拌均勻,。當(dāng)然也可以憑經(jīng)驗(yàn)按溶液的沸點(diǎn)和成膜的質(zhì)量來確定溶液的調(diào)整方案,。氫氧化鈉的添加量按溶液沸點(diǎn)每升高1度約添加10～15g/L計(jì)。在添加氫氧化鈉的同時也必須補(bǔ)加氧化劑,。 B,，隨著氧化溶液使用期的延長，溶液中會逐步積累氯離子,；同時由于空氣中的二氧化碳會與溶液中的氫氧化鈉反應(yīng),，溶液中也會逐步積累碳酸鈉。當(dāng)它們積累到一定數(shù)量時,，就會對膜層的質(zhì)量產(chǎn)生危害,。為了不影響磁性氧化膜鐵膜層的質(zhì)量，溶液中氯化鈉的含量不宜高于50g/L,，如超過上述含量,，溶液需更換。在沸騰的溶液中加水時,，很容易出現(xiàn)水分的急速膨脹蒸發(fā)而造成飛濺出來傷人的事故,，加水時必須量少而慢，最好是使用回收槽中的含堿熱水,。 C,，氧化時在溶液中形成紅色的氧化物有一部分沉于槽底，但是由于溶液在工作時溶液處于微沸的狀態(tài)，因此大部分會浮在液面上,，必須隨時用網(wǎng)勺撈去,，當(dāng)積累到危害成膜的時候，必須清槽,。
4 u! D* t p! M& z4 { 20,堿性氧化前處理不當(dāng),，膜發(fā)花是什么原因？怎么辦?
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