Svartoxid är en kemisk beläggningsprocess som tillämpas på järnmetaller, rostfritt stål, kopparlegeringar och zink-baserade stålmaterial. Till skillnad från svart anodisering använder svart oxid en kemisk reaktion för att bilda en svart skyddande film (järnoxid) på ytan.
Denna skyddsfilm är mellan 0,5 och 2,5 mikrometer tjock. Dess inverkan på delarnas ursprungliga dimensioner är försumbar; därför har det blivit det vanligaste valet för ytbehandling av hög-precisionskomponenter som växlar, lager och optiska instrument.
Svartoxid vs rost
Många människor kan felaktigt tro att svartoxid och rost är lika. Även om båda är ytbildande-järnoxider är deras kemiska strukturer och fysikaliska egenskaper helt olika.
Svart oxid(Fe₃O₄-Magnetite) har en tät och stabil struktur som gör att den kan fästa tätt mot metallsubstratet och förhindra ytterligare syrekorrosion.
Rost(Fe₂O₃-Hematite) har en lös, porös och hygroskopisk struktur som inte bildar ett effektivt skyddande lager. Dess närvaro påskyndar metallkorrosion.
Svartoxidprocess förklaras
Typer av svartoxid
Hot Black Oxide: Arbetsstycket måste nedsänkas i en hög-koncentration av alkalisk saltlösning vid temperaturer upp till 140-145 grader (285-295 grader F). Detta ger en robust, slitstark svart oxidfilm som uppfyller militära specifikationer (t.ex. MIL-DTL-13924).
Mellan-temperatursvartoxid: Temperaturintervallet är 90-120 grader. Jämfört med Hot Black Oxide minskar den de hårda kraven och de frätande ångorna som är förknippade med drift vid hög temperatur.
Kallsvartoxid: Kallsvartoxid drivs i rumstemperatur och skiljer sig från varmsvartoxid och medeltemperatursvartoxid.- Det avsätter faktiskt ett lager av svart kopparselenidförening på metallytan, inte en järnoxidomvandlingsfilm.
Process (med Hot Black Oxide som exempel)
Rengöring
Arbetsstycket sänks först ned i en starkt alkalisk rengöringstank för att förtvåla och avlägsna ytolja, skärvätska och föroreningar.
Skölja
Arbetsstycket överförs till en renvattentank för att skölja bort eventuellt kvarvarande rengöringsmedel.
Syrabetning
Arbetsstycken med rost-, skal- eller värmebehandlingsbeläggningar nedsänks i saltsyra eller svavelsyralösning för att avlägsna föroreningar och exponera det ursprungliga metallsubstratet.
Skölj igen
Betlösningen sköljs för att förhindra kontaminering av oxidationstanken.
Oxiderande
Arbetsstycket, efter den andra sköljningen, nedsänks i en kokande svartoxidsaltlösning i 15 till 30 minuter för att bilda ett enhetligt, tätt svart magnetitskikt.
Slutsköljning
Avlägsnande av kvarvarande oxidsalter från arbetsstyckets yta.
Försegling/post-behandling
Arbetsstycket är nedsänkt i en ersättningsförebyggande rost-olja, vax eller lack för tätning. Dessa tätningsmedel fyller mikroporerna i oxidskiktet och isolerar det från fukt och luft.
Fördelar och nackdelar med svart oxid
| Egenskaper | Detaljerad beskrivning |
|---|---|
| Kärnfördelar | |
| Utmärkt dimensionsstabilitet | Oxidfilmen är extremt tunn (0,5-2,5μm), vilket knappast ändrar de ursprungliga dimensionerna och toleranserna för delarna. |
| Måttlig korrosionsbeständighet | Efter korrekt tätning med olja, vax eller lack kan den ge ett utmärkt korrosionsskydd inomhus, med ett saltspraytest som når mer än 96 timmar. |
| Minskad ljusreflektion | Den svarta matta ytan kan effektivt absorbera ljus, minska bländning och reflektion, lämplig för optiska instrument, militära produkter och kirurgiska instrument. |
| Förbättrad smörjighet | Den porösa strukturen hos oxidfilmen kan adsorbera och lagra smörjmedel, bilda en "oljefilm" och effektivt minska friktion och slitage på rörliga delar. |
| Hög kostnad-effektivitet | Jämfört med processer som galvanisering eller beläggning har svartoxidation stora ekonomiska fördelar vid bearbetning av stora mängder små delar. |
| Ingen påverkan på materialegenskaper | Processtemperaturen är relativt låg och den förändrar inte materialets grundläggande fysiska egenskaper såsom elektrisk ledningsförmåga, magnetiska egenskaper eller hårdhet. |
| Begränsningar & överväganden | |
| Begränsad korrosionsbeständighet | Korrosionsbeständigheten beror på efter-tätningen. Om tätningsskiktet är skadat eller utmattat kommer skyddseffekten att minska avsevärt, och det är inte lämpligt för tuffa utomhus- eller marina miljöer. |
| Måttlig slitstyrka | Oxidfilmen är relativt tunn. Även om dess hårdhet är högre än substratets, skadas den lätt under hög-intensiv friktion eller repor av hårda föremål, vilket exponerar basmetallen. |
| Materialselektivitet | Den är främst lämplig för kolstål och låg-legerat stål. Även om det finns speciella formuleringar för rostfritt stål, koppar och andra material, är dess tillämpning inte lika utbredd som för stål. |
Black Oxide VS Andra ytbehandlingar
| Egenskaper | Svart oxid | Zinkplätering | Pulverlackering | Anodisering |
|---|---|---|---|---|
| Tillämpliga material | Stål, rostfritt stål, koppar | Stål | Olika metaller | Aluminium, titan och andra icke-metaller |
| Dimensionell förändring | Minimal (nästan noll) | Betydande ökning (5-25 mm) | Mycket stor (25-150 mm) | Betydande ökning (5-50 mm) |
| Korrosionsbeständighet | Måttlig (beror på tätningsmedel) | Utmärkt (Sacrificial Anod Protection) | Utmärkt (fysisk barriär) | Excellent |
| Slitstyrka | Måttlig | Dålig (Zinkbeläggning är relativt mjuk) | Excellent | Mycket utmärkt |
| Utseende | Professionell svart | Silver-Vit, färgad passivering | Rika färgalternativ | Rika färgalternativ |
| Tillämpliga scenarier | Precisionstoleransdelar, optiska, verktyg | Utomhus, Fästelement i tuffa miljöer | Utseendedelar, tillfällen som kräver hög slitstyrka | Dekoration och skydd av aluminiumprodukter |
Användningsområden
I slutet av artikeln
Svartoxid är en ytbehandlingsprocess som bildar en skyddande film av magnetit (Fe3O4) på stålytan. Denna metod bibehåller delarnas dimensionella noggrannhet samtidigt som den ger en estetiskt tilltalande "svärtad" yta. En annan fördel är att den är billigare än andra behandlingar och ger en viss grad av korrosionsbeständighet. Det bör dock noteras att vissa material blir röda eller grå istället för svarta efter behandlingen. Dessutom kommer den rostförebyggande-beläggningen att försämras när den är uttömd.
FAQ
F: Vilka är fördelarna och nackdelarna med hög-temperatursvärtning och rumstemperatur-svärtning?
S: Hög-svärtningsteknik är mogen och processen är stabil. Det har speciella fördelar för vissa material. På grund av dess längre utvecklingshistorik är tillverkare i allmänhet lättare att hitta. Nackdelen är att det kräver hög-uppvärmning. Rums-svärtning är en nyare svärtningsteknik som utvecklas snabbt. Det är bekvämt och snabbt, men dess svärtande effekt på låg-kolstål är inte bra. I allmänhet används{10}högtemperatursvärtningsteknik. Företag med resurserna kan förbereda sin egen{12}}lösning för svärtning av rumstemperatur.
F: Varför börjar svärtade delar utveckla rostfläckar efter en tid?
S: Möjliga orsaker är följande:
1. Hårda användningsförhållanden leder till skada och korrosion av oxidfilmen;
2. Svärtningsprocessen hanterades inte korrekt, förseglingen gjordes inte eller förseglingseffekten var dålig.
F: Varför utvecklar svärtade delar en vit frost på ytan efter att ha lagrats i ett lager under en längre tid?
S: Huvudorsaken är att de svärtade delarna inte rengjordes ordentligt. Först finns det kvarvarande kemisk lösning på ytan (i vilket fall behövs tvättning av varmt vatten efter svärtning); för det andra är koncentrationen av natriumhydroxid för hög (natriumhydroxid är svår att tvätta bort). För det tredje är formelns design ovetenskaplig (till exempel är formellösningen svår att tvätta bort med vatten).
F: Hur förhindrar man att svärtade delar rostar?
S: Detta kräver främst att processen förbättras. Detta kan närma sig från två aspekter: grundlig rengöring; och lägga till en förseglingsprocess efter svärtning för att fylla mikroporerna i oxidfilmskiktet, vilket förhindrar penetrering av fukt och korrosiva medier. Specifika krav kan diskuteras med svärtningstillverkaren; det är bara en fråga om kostnad.
F: Kommer svärtning att påverka precisionen? Kommer hög-temperatursvärtning att påverka delens dimensioner?
S: Ytoxidskiktet av svärtade delar mäts vanligtvis i mikrometer, med en storleksändring på några tusendelar, så påverkan är i princip minimal (såvida inte dina precisionskrav är mycket höga).
De viktigaste faktorerna som påverkar dimensionerna är:
① Betningstid;
② Hög-temperaturspänningsdeformation;
③ Materialform;
Därför, för hög-precisionsdelar eller delar gjorda av små, platta material, är det lämpligt att göra ett prov först eller ändra processsekvensen för att undvika onödiga förluster.
F: Vilka material kan svärtas?
S: Vanliga material som koppar, järn, aluminium och rostfritt stål kan alla svärtas.
Kommer svärtade delar att leda elektricitet?
Oxidfilmen som bildas av svärtning är icke-ledande, så svärtning har en viss isolerande effekt.