付振明，金玉謨，王貴昆

（1.青島征和工業(yè)有限公司，山東 青島 266705；2.平度吉?jiǎng)P化學(xué)科技服務(wù)商社，山東 青島 266700）

鏈條鏈板零件常溫發(fā)黑工藝及其應(yīng)用

付振明1,*，金玉謨1，王貴昆2

（1.青島征和工業(yè)有限公司，山東 青島 266705；2.平度吉?jiǎng)P化學(xué)科技服務(wù)商社，山東 青島 266700）

介紹了鏈條鏈板零件常溫發(fā)黑工藝，論述了前處理、常溫氧化發(fā)黑和后處理工藝的操作規(guī)范和控制要點(diǎn)。分析了發(fā)黑中常見缺陷產(chǎn)生的原因，提出了排除方法。應(yīng)用實(shí)踐表明，該常溫發(fā)黑工藝具有節(jié)能、高效、操作方便、環(huán)境污染小和成本低廉的特點(diǎn)，各項(xiàng)性能滿足客戶要求。

鏈板鏈條；常溫發(fā)黑；耐蝕性；故障排除

1 前言

與傳統(tǒng)的堿性高溫發(fā)黑工藝相比，常溫發(fā)黑工藝具有不受鋼材種類限制，節(jié)能、高效、無毒，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，環(huán)境污染小，成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，從而引起廣泛關(guān)注[1]。但是，10多年來市售的各種商品發(fā)黑液尚存許多不足之處，例如發(fā)黑液的穩(wěn)定性，所生成的表面膜的致密性、附著力和耐蝕性等都存在不同程度的欠缺，限制了常溫發(fā)黑工藝的生產(chǎn)應(yīng)用[2-3]。本文結(jié)合多年的生產(chǎn)實(shí)踐，以鏈條鏈板零件常溫發(fā)黑工藝[4]為例，分析闡述了生產(chǎn)應(yīng)用中的工藝控制和改進(jìn)措施，以便更好地推廣應(yīng)用該工藝，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 工藝流程

鏈板、鏈條常溫發(fā)黑工藝通常包括以下4種流程：

(1) 裝筐—去油去銹—沖洗—常溫發(fā)黑—沖洗—流動(dòng)水漂洗—換筐—浸脫水防銹油。

(2) 裝筐—去油去銹—沖洗—常溫發(fā)黑—沖洗—弱堿中和—漂洗—換筐—浸脫水防銹油。

(3) 裝筐—去油去銹—沖洗—常溫發(fā)黑—沖洗—封閉鈍化—沸水脫水—換筐—浸熱機(jī)油。

(4) 裝筐—去油去銹—沖洗—常溫發(fā)黑—沖洗—封閉鈍化—干燥—換筐—浸封閉漆。

上述流程中，后處理工序一次由簡(jiǎn)到繁，成本提高，產(chǎn)品質(zhì)量隨之提高。一般產(chǎn)品使用流程(1)即可達(dá)到質(zhì)量要求，特殊的、要求嚴(yán)苛的零件可選擇后續(xù)流程，或根據(jù)零件要求自由選擇增減某一工序。常溫發(fā)黑工藝和堿性發(fā)黑工藝相比，雖然工藝流程中前處理和后處理工序都相同，但前者的要求更嚴(yán)格，必須保證發(fā)黑前徹底除油、除銹，發(fā)黑后則必須使用脫水防銹油或高溫機(jī)油等封閉。鏈條鏈板零件常溫發(fā)黑工藝流程根據(jù)客戶要求而定，一般要求可選用流程(2)，要求嚴(yán)格的可選用流程(4)。

3 前處理工序

3. 1 去油

前處理是決定常溫發(fā)黑質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素，特別是除油工序，絕大多數(shù)工件上都有油污，發(fā)黑前必須徹底去除。除油不徹底會(huì)造成發(fā)黑膜結(jié)合力極差，造成工件膜層脫落、花斑等缺陷，甚至用棉紗就能擦掉。特別是常溫發(fā)黑工藝，因溶液自身無去油能力，油污對(duì)氧化膜形成的影響比高溫工藝大。

去油方法：可用堿性高溫去油，也可用金屬常溫清洗劑去油，或滾光去油。去油后的零件最好先用熱水清洗，再用流動(dòng)水漂洗干凈。

3. 2 水洗

自來水沖洗0.5 ～ 1.0 min，再用流動(dòng)自來水漂洗。

3. 3 去銹

必須確保發(fā)黑前基體表面完全裸露出金屬晶格，否則膜層會(huì)掛灰疏松。酸洗浸蝕是非常關(guān)鍵的工序，即使看似表面光潔無銹，也應(yīng)浸酸活化。

采用常規(guī)的鹽酸液除銹、再水洗，可用鹽酸(工業(yè)鹽酸和水體積之比為(2 ～ 3)∶1)酸洗1 ～ 5 min。為減輕氫脆的影響，時(shí)間應(yīng)控制在不超過10 min。

除銹同除油工序一樣，必須把銹跡清除干凈，否則造成發(fā)黑膜層結(jié)合力差、產(chǎn)生花斑等問題，嚴(yán)重影響發(fā)黑質(zhì)量。

去銹以工件表面露出均勻的鉛灰色為佳，且除銹后不得長(zhǎng)時(shí)間擱置在空氣中，須盡快入槽發(fā)黑。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，除銹后的零件如果再次形成浮銹或氧化膜，在發(fā)黑時(shí)，膜層疏松，表面掛浮灰。

酸洗過程一般采用濃鹽酸等強(qiáng)酸性物質(zhì)，如果漂洗不徹底，強(qiáng)酸性物質(zhì)被帶到發(fā)黑劑中，必然會(huì)影響發(fā)黑液的pH，使發(fā)黑質(zhì)量難以控制。

4 常溫氧化發(fā)黑

4. 1 工藝操作要求

4. 1. 1 工作液配制

發(fā)黑原液的組成成分主要包括主鹽、氧化劑、配位劑、穩(wěn)定劑和潤(rùn)濕劑等。

將發(fā)黑原液與水按照比例要求加入工作槽中，攪拌均勻即可。

4. 1. 2 要求

(1) 先加水后加溶液。水質(zhì)要求優(yōu)良，因?yàn)楦哂捕人蚴芪廴镜乃自斐赡硬涣蓟蛉芤翰环€(wěn)定。

(2) 除零件外，其他所有與溶液接觸的器具只能是塑料、陶瓷或鈦制品等材質(zhì)，鐵、銅、鋁等金屬器物會(huì)與溶液發(fā)生反應(yīng)，嚴(yán)重影響溶液使用壽命與穩(wěn)定性。

(3) 工作液的溶液濃度控制：濃度高，成膜所需時(shí)間短，膜質(zhì)綜合性能高，但色澤偏淺，成本增加，主要表現(xiàn)為工件帶出有效成分量大，副反應(yīng)產(chǎn)物多；濃度低，色澤偏深，成膜所需時(shí)間延長(zhǎng)，膜質(zhì)綜合性能隨之下降，但成本也隨之降低，溶液穩(wěn)定性提高，主要表現(xiàn)為工件帶出有效成分量小，副反應(yīng)產(chǎn)物極少。實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)黑液和水的質(zhì)量比多采用1∶3或1∶4，視產(chǎn)品不同而定。對(duì)于鏈條鏈板零件，選用1∶3的濃度配制。

4. 1. 3 基本操作

將清洗后無油垢、無銹斑的零件迅速浸入發(fā)黑工作液中，間歇上下提動(dòng)，以使所有零件充分與溶液接觸，浸漬4 ～ 8 min后取出，用自來水沖洗和漂洗干凈。

4. 2 控制要點(diǎn)

4. 2. 1 零件裝掛

采用專用掛具或掛鉤對(duì)零件進(jìn)行懸掛式氧化發(fā)黑，效果最好。這種方式由于溶液與工件表面充分接觸，故形成的膜層厚度均勻、色澤一致，不良現(xiàn)象極低。對(duì)于鏈條鏈板零件，采用專用掛具進(jìn)行掛裝，避免了平板類零件之間相互重疊、積壓的現(xiàn)象，提高了常溫發(fā)黑質(zhì)量。

小零件或不宜采用這種方式的工件(如各種五金件)，可采用裝筐或桶的方式浸漬。但要注意，發(fā)黑過程中應(yīng)進(jìn)行間歇振動(dòng)或滾動(dòng)，以使零件與溶液充分接觸，避免或減少零件之間相互重疊、積壓。需要注意的是：裝載量要適宜，過大的裝載量使工件重疊、積壓，不易分散，工件不能與溶液充分接觸，造成膜層不均；另外，避免劇烈攪拌。劇烈攪拌所形成的強(qiáng)烈機(jī)械摩擦與碰撞，易造成新生膜層脫落，既影響膜層質(zhì)量，又造成溶液污染，加快老化。

4. 2. 2 發(fā)黑時(shí)間

發(fā)黑時(shí)間短，膜層不連續(xù)，膜成長(zhǎng)不完全，膜層過薄，有花斑；延長(zhǎng)發(fā)黑時(shí)間，發(fā)黑膜的厚度增加，耐蝕性和耐磨性能提高，但材料消耗量大，成本也相應(yīng)提高。當(dāng)發(fā)黑時(shí)間超過15 min時(shí)，發(fā)黑膜的性能反而有所下降，表面產(chǎn)生過多的黑色氧化物。該多余部分疏松，結(jié)合力不好。因此，并非發(fā)黑時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)黑效果越好。對(duì)于鏈條鏈板零件，采用1∶3稀釋液，反應(yīng)時(shí)間控制在4 ～ 8 min。

4. 2. 3 發(fā)黑溫度

溫度對(duì)發(fā)黑成膜的速度和質(zhì)量也有一定的影響。常溫發(fā)黑成膜速度包含發(fā)黑速度和磷化速度。溫度對(duì)發(fā)黑速度影響不大，但是對(duì)磷化速度有明顯影響。原則上發(fā)黑液可在5 ～ 45 °C下使用，但溫度低于10 °C時(shí)，反應(yīng)速度較慢，黑度和均勻性差，磷化速度慢，發(fā)黑膜的附著力低，有時(shí)甚至產(chǎn)生浮灰。此時(shí)應(yīng)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間。溫度高于40 °C，反應(yīng)速度過快，膜結(jié)合力差，發(fā)黑溶液的穩(wěn)定性明顯降低，沉渣量增加，致使發(fā)黑生產(chǎn)成本提高。對(duì)于鏈條鏈板零件，控制發(fā)黑溫度為15 ～ 35 °C。

4. 2. 4 pH

pH低，氧化力強(qiáng)，成膜反應(yīng)速度過快，同時(shí)酸度高，鐵溶解多，淤渣也多。反應(yīng)過程中，pH有上升趨勢(shì)。當(dāng)pH ＞3時(shí)，反應(yīng)速度慢，膜層不連續(xù)，外觀不理想。它標(biāo)志著溶液老化，需補(bǔ)加濃縮液來調(diào)節(jié)pH。對(duì)于鏈條鏈板零件，應(yīng)控制pH為2.0 ～ 2.5。

4. 2. 5 材質(zhì)

對(duì)于鋼鐵材質(zhì)，發(fā)黑液無選擇；但對(duì)于鑄鐵件，其發(fā)黑液濃度宜稀一些；對(duì)于中、低碳鋼，可采用中等濃度的發(fā)黑液；對(duì)于高碳鋼、合金鋼，則要求發(fā)黑液濃一些。

4. 3 溶液維護(hù)

(1) 定期用精密試紙檢查溶液的pH，如果超出工藝范圍就加以調(diào)整。如將溶液過濾，補(bǔ)加發(fā)黑劑，使工作液的pH恢復(fù)到規(guī)定范圍即可。

(2) 生產(chǎn)過程中，鋼鐵表面活化產(chǎn)生 Fe2+，過量的 Fe2+與溶液反應(yīng)會(huì)生成沉淀。在氧化劑存在的條件下，F(xiàn)e2+氧化為Fe3+，F(xiàn)e3+與發(fā)黑液反應(yīng)也生成沉淀。這些反應(yīng)會(huì)消耗發(fā)黑劑中的有效成分。發(fā)黑液閑置時(shí)，最好隔絕空氣封閉存放。使用一段時(shí)間后，發(fā)黑液會(huì)產(chǎn)生少量白色沉淀物，需定時(shí)去除沉淀物，并補(bǔ)充原有發(fā)黑液，否則會(huì)影響發(fā)黑質(zhì)量。

(3) 工件及鐵質(zhì)器物掉落發(fā)黑液中，必須當(dāng)即撈出，以免引起無謂的消耗，加快溶液老化。

(4) 高溫、低溫以及日光暴曬等皆對(duì)發(fā)黑液有一定影響，故溶液應(yīng)避光、室內(nèi)存放。

(5) 溶液不宜長(zhǎng)期一直補(bǔ)充使用，應(yīng)定期對(duì)全部溶液進(jìn)行更新。

5 后處理工序

5. 1 沖洗

氧化后，沖洗工序非常重要。因氧化溶液呈酸性，若沖洗不凈，殘留液會(huì)導(dǎo)致耐蝕性劇降。

5. 2 空氣氧化

發(fā)黑后的工件應(yīng)暴露在空氣中2 ～ 3 min，使發(fā)黑膜表面微孔中的殘留液與基體金屬繼續(xù)作用，使成膜完全。

5. 3 鈍化封閉

將工件浸入鈍化液(酐鉻20 ～ 30 g/L)中，在室溫下抖動(dòng)5 ～ 8 s，可以形成堿式鉻酸鹽，填充于發(fā)黑膜的微孔中，從而提高發(fā)黑膜的抗蝕能力及硬度，同時(shí)可以消除不良發(fā)黑膜表面的掛灰。

5. 4 中和

中和處理是用3% ～ 5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))碳酸鈉溶液刷洗或浸漬1 min(或氫氧化鈉20 ～ 30 g/L，室溫，時(shí)間10 s)，其目的是為了中和發(fā)黑液殘液，并填充膜層孔隙，否則殘留的酸性發(fā)黑液將降低膜層的耐蝕性。注意，高硬度水質(zhì)易形成不溶性懸浮物，沾附在發(fā)黑膜表面形成花斑。采用5%肥皂水最好，既有中和作用又起封閉填充作用，可極大提高耐蝕性。

5. 5 脫水封閉

前三道工序視質(zhì)量要求狀況皆可增減，但必須用防銹油進(jìn)行封閉處理。封閉后，工件的黑度、光澤度與耐蝕性皆大幅提高。封閉可采用以下3種方式：

(1) 脫水防銹油封閉。將已發(fā)黑并用水沖洗和漂洗過的零件浸入脫水防銹油，封閉3 ～ 5 min，并上下提動(dòng)3 ～ 5次即可(浸脫水防銹油效果最佳)。它適用于五金類零件及中小型工業(yè)零件。

(2) 熱浸油。水洗后在110 ～ 200 °C的機(jī)油或變壓器油中浸5 ～ 10 min，可提高抗蝕能力，適用于工礦、冶金等行業(yè)的大中型零件。

(3) 浸封閉劑。高檔零件(如照相器材、光學(xué)儀器等)需要高耐磨和光澤度好的，可用沸水脫水后，浸封閉劑(如丙烯酸清漆、聚氨酯漆等)處理。

6 檢驗(yàn)

經(jīng)上述工藝流程(2)處理的鏈板，其檢測(cè)結(jié)果如表 1所示。其中，耐磨性檢驗(yàn)是用普通濾紙按在受檢面上，摩擦30次受檢面而不露底后，再用標(biāo)準(zhǔn)硫酸銅點(diǎn)滴，耐蝕性仍符合要求。

表1 經(jīng)工藝(2)處理后的鏈板鏈條耐蝕性檢測(cè)結(jié)果Table 1 Test results of corrosion resistance of chain board and chain hardware after treatment with No.2 process

按照工藝流程(4)處理的鏈板鏈條零件，實(shí)質(zhì)是在原發(fā)黑層表面又涂覆了一層高耐蝕、耐磨的有機(jī)固化層，其各項(xiàng)性能指標(biāo)在表1的基礎(chǔ)上可再提高10倍以上，適合更加嚴(yán)苛的工件要求。

7 發(fā)黑工藝中常見故障及其排除

發(fā)黑過程中，常見缺陷及其產(chǎn)生原因和排除方法見表2。

表2 發(fā)黑工藝常見缺陷、產(chǎn)生原因及排除方法Table 2 Common defects, causes and elimination methods during blackening process

8 結(jié)語

常溫發(fā)黑是近年來推廣普及的表面處理新技術(shù)。由于它使用簡(jiǎn)單，不須加溫(室溫使用)，工作效率高，無三廢排放，可有效改善工作條件，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，不需專用設(shè)備，適用于各種鋼鐵工件的發(fā)黑處理等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而深受廣大用戶的歡迎。根據(jù)上述工藝，通過對(duì)不同材質(zhì)、不同形狀大小的鏈板、鏈條零件進(jìn)行常溫發(fā)黑，其品質(zhì)達(dá)到了客戶要求，且經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。實(shí)踐證明，只要能正確使用藥液，并嚴(yán)格工藝控制，那么處理的工件就會(huì)油黑發(fā)亮，藥膜堅(jiān)固而摩擦不掉，達(dá)到令人滿意的長(zhǎng)期防銹效果。

[1] 鄧文. 國(guó)內(nèi)外常溫發(fā)黑的發(fā)展[J].電鍍與環(huán)保, 1997, 17 (1): 17-19.

[2] 羅宏, 劉劍. 鋼鐵常溫發(fā)黑工藝及其生產(chǎn)應(yīng)用[J]. 電鍍與涂飾, 2003, 22 (2): 22-24.

[3] 尚書定. 鋼鐵常溫發(fā)黑工藝[J].電鍍與涂飾, 1999, 18 (2): 56-60.

[4] 付振明, 金玉謨. 發(fā)動(dòng)機(jī)用內(nèi)嚙合機(jī)制齒形鏈的設(shè)計(jì)方法和試驗(yàn)研究[J].機(jī)械傳動(dòng), 2009, 33 (6): 86-88.

Process of blackening at atmospheric temperature for chain board and chain hardware and its application //

FU Zhen-ming*, JIN Yu-mo, WANG Gui-kun

A blackening process at atmospheric temperature for chain board and chain hardware was introduced. The operation specification and process control main points of the pretreatment, oxidation blackening and post-treatment were described. The causes of producing common defects during blackening were analyzed, and the trouble removal were presented. Application practices indicated that the blackening process at atmospheric temperature has good characteristics of energy saving, high efficiency, easy operation, less environmental pollution and low cost, and the performance meets the user’s requirement.

chain; blackening at atmospheric temperature ; corrosion resistance; defect removal

Qingdao CHOHO Industrial Co., Ltd., Qingdao 266705, China

TG178

A

1004 – 227X (2010) 12 – 0041 – 04

2010–06–27

2010–08–07

國(guó)家中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金無償資助項(xiàng)目（08C26213711011）。

付振明（1965–），男，山東青島人，本科，高級(jí)工程師，鏈傳動(dòng)行業(yè)專家?guī)鞂＜?，中?guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)機(jī)械傳動(dòng)分會(huì)第五屆委員會(huì)副主任委員，主要從事鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、表面熱處理和熱處理工藝的研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) fzm8268@163.com。

[ 編輯：韋鳳仙 ]