浅谈钢的氧化处理

摘要： 金属腐蚀给国民经济带来的损失是十分惊人的，据统计，全世界大约钢铁年产量的30%都会因腐蚀而报废，在我国，每年因腐蚀而丧失用途的钢铁产品需要的替换量达到了每年钢铁生产的20%，在我们周围的废物堆、废汽车厂随处可见这些腐蚀的后果。本文简要介绍了钢的氧化处理。

Abstract： The loss of metal corrosion is remarkable for the national economy， according to the statistics， about 30% production of iron and steel will be scrapped due to corrosion in the world， in our country， the rate of steel products requiring replacement is up to 20% because of corrosion every year， the consequences of the corrosion are everywhere around us in the waste heap， scrap car factory. This paper briefly introduces the oxidation of steel processing.

关键词： 发蓝；发黑；化学氧化

Key words： blue；black；chemical oxidation

中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）33-0321-02

0 引言

钢的氧化处理又称发蓝或发黑，即在含有氧化剂的溶液中处理钢铁，使其表面生成一层均匀的蓝黑到黑色膜层的过程。钢铁的化学氧化根据处理温度的高低，可以分为高温化学氧化法和常温化学氧化法，由于两种方法采用处理液的成分不同，因此，膜的组成以及成膜的机理也不相同。

1 钢铁高温化学氧化（碱性化学氧化）

①化学反应机理：高温化学氧化作为传统的发黑方法，一般在强碱溶液里添加硝酸钠和亚硝酸钠等氧化剂，在140°C左右的温度下处理15～90分钟，生成以Fe3O4为主要成分的氧化膜，膜厚一般为0.5～1.5微米，最厚可达2.5微米。氧化膜具有很好的吸附性，浸油或经过其他处理后的氧化膜能够大大提高其耐蚀性。由于氧化膜很薄，几乎不影响零件的尺寸和精度，因此，广泛应用于精密的仪器、光学一起以及武器和机器的制造业中。其化学反应机理为：

3Fe+NaNO2+5NaOH3Na2FeO2+H2O+NH3

6Na2FeO2+NaNO2+5H2O3Na2Fe2O4+7NaOH+NH3

Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2OFe3O4+4NaOH

在钢铁表面附近生成的Fe3O4，其在浓碱性溶液中的溶解度极小，很快就从溶液中结晶析出，并在钢铁表面形成晶核，而后晶核逐渐长大形成一层连续致密的黑色氧化膜。

在生成FE3O4的同时，部分铁酸钠可能发生水解而生成氧化铁的水合物：

Na2Fe2O4+（m+1）H2OFe2O3·mH2O+2NaOH

含水氧化铁在较高温度下失去部分水而形成红色沉淀物附在氧化膜表面，成为红色挂灰，或称“红霜”，这是钢铁氧化过程中常见的故障，应尽量避免。

②钢铁高温氧化工艺：钢铁高温氧化工艺见表1。

2 钢铁常温化学氧化（酸性化学氧化）

2.1 钢铁常温发黑机理：80年代以来，钢铁常温化学氧化作为一种新技术得到了迅速的发展。与碱性高温氧化工艺相比，这种工艺具有明显的优势：氧化速度快，节能高效，膜层抗蚀性好，操作简单且成本低以及污染环境小等。经过发黑处理的钢铁表面可以得到均匀的黑色或蓝黑色外观，其表面膜的主要成分是CuSe，功能与Fe3O4相似。目前，在市场就有常温发黑溶液供应，品种型号很多，但是其主要成分是CuSO4、二氧化硒，此外还含有各种催化剂、缓冲剂以及络合剂和辅助材料。其机理为：

①SeO2溶于水中生成亚硒酸（H2SeO3）：

SeO2+H2OH2SeO3

②钢铁工件浸入发黑液中时，溶液中的游离Cu与Fe发生置换反应，金属铜覆盖在工件表面，且伴随着Fe的溶解：

CuSO4+FeFeSO4+Cu

Fe+2H+Fe+H2

③金属Cu与H2SeO3发生氧化还原反应，生成黑色的硒化铜膜，同时伴随着副反应发生，生成CuSeO3及FeSeO3的挂灰成分：

3Cu+3H2SeO3CuSe+2CuSeO3+3H2O

2.2 钢铁常温发黑工艺：钢铁常温发黑工艺见表2。

3 氧化膜的后处理

经过化学养护处理的钢铁工件，虽然氧化膜能够有效提高工件的耐蚀性，但是防护性仍旧较差，因此，工件经过氧化后还应当进行皂化处理、浸油或者在铬酸盐溶液里进行填充处理。

4 不合格氧化膜的退除

脱脂后的不合格氧化膜，在体积分数10-15%的HCl或H2SO4中浸蚀数秒或数十秒即可退除，而后再重新进行氧化。

5 结语

根据钢件的含碳量和对工件的氧化要求可以调整氧化处理时间，零件的精度不会受到氧化处理工艺的影响，为了使工件达到耐磨、耐蚀以及防护与装饰的目的，此工艺常用于仪器仪表、工具、枪械以及某些机械零件的表面。

参考文献：

[1]邓立元，罗娟，周书天，杨润昌.钢铁常温无毒发黑研究的现状与展望[J].电镀与环保，2001（02）.

[2]黄海宾.铜常温发黑新工艺[J].电镀与环保，1999（01）.

[3]罗宏，刘剑.钢铁常温发黑工艺及其生产应用[J].电镀与涂饰，2003（02）.