CN114921747A - 钢件表面发黑的处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属制品表面处理技术领域，尤其涉及一种钢件表面发黑的处理工艺，包括：S1、工件的预处理；S2、入炉抽真空；S3、碳氮共渗；S4、黑化处理；本发明的处理工艺，通过氮化处理使工件表面分子具有活性，然后通过酸性水溶液进行氧化，使得工件表面发黑，且颜色较深，能够满足特殊行业的要求；在氧化过程中形成了四氧化三铁，在氮化过程中形成了氮化层，此两种结构会大大提高工件的表面硬度，能够使工件具有耐磨性；能够使工件具有较好的耐腐蚀性，中性盐雾实验可以达到760小时不腐蚀，采用气体发黑，可以做到无死角、无色差，对于结构形状复杂的工件也能够做到一次处理，大大缩减了工艺流程。
Description
技术领域
本发明涉及金属制品表面处理技术领域，尤其涉及一种钢件表面发黑的处理工艺。
背景技术
发黑是化学表面处理的一种常用手段，原理是使金属表面产生一层氧化膜，以隔绝空气，达到防锈目的。传统发黑处理常用的方法有碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种。但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好。碱性发黑又分为一次发黑和两次发黑。发黑液的主要成分是氢氧化钠和亚硝酸钠。发黑时所需温度的温差不大，大概在135-155℃之间都可以得到不错的表面，只是所需时间有些长短而已。
为了提高钢件的防锈能力，用强的氧化剂将钢件表面氧化成致密、光滑的四氧化三铁。这种四氧化三铁薄层能有效地保护钢件内部不受氧化。在约550℃的高温下，氧化成的四氧化三铁呈天蓝色，故称为发蓝处理。在约350℃的低温下，形成的四氧化三铁呈暗黑色，故称发黑处理。在兵器制造中，常用的是发蓝处理工艺；在工业生产中，常用发黑处理工艺。
QPQ工艺是一种液体碳氮共渗工艺，发黑后外观效果较好，但后期需要去除工件表面的盐分，并进行抛光，工艺过程繁琐，抛光工序对于结构形状复杂的工件不能做到完全抛光，会留下死角，导致外观色差问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种工艺简单、中间无化学污染物产生、达到均匀发黑的钢件表面发黑的处理工艺。
本发明提供一种钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
工件使用清洗液进行清洗，去除表面杂质，并进行烘干；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
将炉温加热至540-580℃后，通入氨气和二氧化碳气体，保温3-4h；
S4、黑化处理：
碳氮共渗结束后，抽真空至1KPa，通过打水泵向所述氮化氧化炉内通入酸性水溶液，流量为4-8L/h，通入70-130min后，停止通入酸性水溶液，然后通入氮气并降温至200℃后出炉。
本技术方案中，通过氮化处理使工件表面分子具有活性，然后通过酸性水溶液进行氧化，使得工件表面发黑，且颜色较深，能够满足特殊行业的要求，处理过程环保、无污染物残留，并且具有较好的耐磨性和耐腐蚀性能。
在本申请的一些实施例中，步骤S4中，所述酸性水溶液为草酸溶液、醋酸溶液、柠檬酸溶液的一种或几种的混合。
在本申请的一些实施例中，所述酸性水溶液的浓度为0.5％-2％，合适的溶液浓度可以促进工件表面四氧化三铁的形成，并且加速氧化，当四氧化三铁层厚度增加时，工件表面的黑色程度会随之发生相应的变化，即厚度增加，黑色加深；但过高的浓度会导致工件表面在高温下发生局部腐蚀，造成粗糙度变差。
在本申请的一些实施例中，步骤S4中，所述酸性水溶液通入的流量为6L/h，通入时间为90mi n。
在本申请的一些实施例中，步骤S4中，通入所述酸性水溶液的过程中，温度保持在540-580℃。
在本申请的一些实施例中，步骤S3中，氨气通入的流量为6m3/h，二氧化碳通入的流量为0.3m3/h，所述氨气和所述二氧化碳通入时间为3-4h。
在本申请的一些实施例中，步骤S1中，所述清洗液为浓度为5％-8％的碱性清洗溶液，所述碱性清洗溶液的温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质。
在本申请的一些实施例中，步骤S1中，烘干温度为120℃，烘干时间为30mi n。
在本申请的一些实施例中，步骤S4黑化处理后的工件，涂抹防锈油或者机油，使得工件的外观更佳。
基于上述技术方案，本发明的钢件表面发黑的处理工艺，通过氮化处理使工件表面分子具有活性，然后通过酸性水溶液进行氧化，使得工件表面发黑，且颜色较深，能够满足特殊行业的要求；
在氧化过程中形成了四氧化三铁，在氮化过程中形成了氮化层，此两种结构会大大提高工件的表面硬度，能够使工件具有耐磨性；
能够使工件具有较好的耐腐蚀性，中性盐雾实验可以达到760小时不腐蚀；
适宜的酸性水溶液浓度可以促进工件表面四氧化三铁的形成，并且加速氧化，当四氧化三铁层厚度增加时，工件表面的黑色程度会随之发生相应的变化，即厚度增加，黑色加深；
与QPQ工艺比较，采用气体发黑，可以做到无死角、无色差，对于结构形状复杂的工件也能够做到一次处理，大大缩减了工艺流程，无盐类残留和排放，无需抛光，无需再氧化的步骤。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1中工件的外观图；
图2为本发明实施例2中工件的外观图；
图3为本发明实施例3中工件的外观图；
图4为本发明实施例4中工件的外观图；
图5为本发明实施例5中工件的外观图；
图6为本发明实施例6中工件的外观图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
实施例1
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至560℃后，以6m3/h的流量通入氨气，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入蒸馏水，流量为6L/h，通入90min后，通入蒸馏水的过程中，温度始终保持在560℃，停止通入蒸馏水溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例2
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至560℃后，以6m3/h的流量通入氨气，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为0.2％的柠檬酸溶液，流量为6L/h，通入90min后，通入柠檬酸溶液的过程中，温度始终保持在560℃，停止通入柠檬酸溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例3
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至560℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为0.5％的柠檬酸溶液，流量为6L/h，通入90min后，通入柠檬酸溶液的过程中，温度始终保持在560℃，停止通入柠檬酸溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例4
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至560℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为1％的柠檬酸溶液，流量为6L/h，通入90min后，通入柠檬酸溶液的过程中，温度始终保持在560℃，停止通入柠檬酸溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例5
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至560℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为2％的柠檬酸溶液，流量为6L/h，通入90min后，通入柠檬酸溶液的过程中，温度始终保持在560℃，停止通入柠檬酸溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例6
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至560℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为5％的柠檬酸溶液，流量为6L/h，通入90min后，通入柠檬酸溶液的过程中，温度始终保持在560℃，停止通入柠檬酸溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
如图1-图6所示，为实施例1-6的工件外观图片，表1为实施例1-6中工件的表面粗糙度实验结果，随着柠檬酸溶液浓度的增大，在浓度2％以内时，表面粗糙度变化不大，但超过5％后，粗糙度变差。
表1.实施例1-6的表面粗糙度实验结果
实施例7
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至540℃后，以6m3/h的流量通入氨气，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为0.2％的草酸溶液，流量为6L/h，通入90min后，通入草酸溶液的过程中，温度始终保持在540℃，停止通入草酸溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例8
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至580℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为0.5％的草酸溶液，流量为4L/h，通入130min后，通入草酸溶液的过程中，温度始终保持在560℃，停止通入草酸溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例9
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至580℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为1％的柠檬酸溶液，流量为8L/h，通入70min后，通入草酸溶液的过程中，温度始终保持在580℃，停止通入草酸溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例10
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至560℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为2％的草酸溶液，流量为6L/h，通入90min后，通入草酸溶液的过程中，温度始终保持在560℃，停止通入草酸溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
表2.实施例7-10的表面粗糙度实验结果
实施例11
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至560℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为0.2％的醋酸溶液，流量为6L/h，通入90min后，通入醋酸溶液的过程中，温度始终保持在560℃，停止通入醋酸溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例12
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至540℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为0.5％的醋酸溶液，流量为6L/h，通入90min后，通入醋酸溶液的过程中，温度始终保持在540℃，停止通入醋酸溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例13
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至580℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为1.0％的醋酸溶液，流量为8L/h，通入70min后，通入醋酸溶液的过程中，温度始终保持在580℃，停止通入醋酸溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例14
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至560℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为2.0％的醋酸溶液，流量为6L/h，通入90min后，通入醋酸溶液的过程中，温度始终保持在560℃，停止通入醋酸溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
表3.实施例11-14的表面粗糙度实验结果
实施例15
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至560℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为0.2％的醋酸和柠檬酸的混合溶液，流量为6L/h，通入90min后，通入混合溶液的过程中，温度始终保持在560℃，停止通入混合溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例16
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至540℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为0.5％的醋酸和草酸的混合溶液，流量为8L/h，通入70min后，通入混合溶液的过程中，温度始终保持在540℃，停止通入混合溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例17
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至540℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为1.0％的柠檬酸和草酸的混合溶液，流量为4L/h，通入130min后，通入混合溶液的过程中，温度始终保持在540℃，停止通入混合溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
实施例18
钢件表面发黑的处理工艺，包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
将加工好的工件使用清洗液进行清洗，清洗液浓度为5％-8％，温度在50-80℃，去除表面切削液、磨削液、油污等杂质，并在120℃下烘干30min，保持攻工件干燥；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
打开氮化氧化炉的加热系统和风扇，将炉温加热至580℃后，以6m3/h的流量通入氨气，同时，以0.3m3/h的流量通入二氧化碳气体，通入3-4h；
S4、黑化处理：
步骤3碳氮共渗结束后，炉内抽真空至1KPa，通过打水泵向氮化氧化炉内通入质量浓度为2.0％的柠檬酸、草酸和醋酸的混合溶液，流量为6L/h，通入90min后，通入混合溶液的过程中，温度始终保持在580℃，停止通入混合溶液后通入氮气并降温至200℃后出炉。
表4.实施例15-18的表面粗糙度实验结果
在上述实施例中，步骤S4黑化处理后的工件，涂抹防锈油或者机油，使得工件的外观更佳。
本发明的钢件表面发黑的处理工艺，通过氮化处理使工件表面分子具有活性，然后通过酸性水溶液进行氧化，使得工件表面发黑，且颜色较深，能够满足特殊行业的要求；在氧化过程中形成了四氧化三铁，在氮化过程中形成了氮化层，此两种结构会大大提高工件的表面硬度，能够使工件具有耐磨性；能够使工件具有较好的耐腐蚀性，中性盐雾实验可以达到760小时不腐蚀；适宜的酸性水溶液浓度可以促进工件表面四氧化三铁的形成，并且加速氧化，当四氧化三铁层厚度增加时，工件表面的黑色程度会随之发生相应的变化，即厚度增加，黑色加深；与QPQ工艺比较，采用气体发黑，可以做到无死角、无色差，对于结构形状复杂的工件也能够做到一次处理，大大缩减了工艺流程，无盐类残留和排放，无需抛光，无需再氧化的步骤。
最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (9)
1.一种钢件表面发黑的处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1、工件的预处理：
工件使用清洗液进行清洗，去除表面杂质，并进行烘干；
S2、入炉抽真空：
将步骤S1处理后的工件放入氮化氧化炉中，抽真空至1KPa，然后冲入氮气复压至102KPa；
S3、碳氮共渗：
将炉温加热至540-580℃后，通入氨气和二氧化碳气体，保温3-4h；
S4、黑化处理：
碳氮共渗结束后，抽真空至1KPa，通过打水泵向所述氮化氧化炉内通入酸性水溶液，流量为4-8L/h，通入70-130min后，停止通入酸性水溶液，然后通入氮气并降温至200℃后出炉。
2.根据权利要求1所述的钢件表面发黑的处理工艺，其特征在于，步骤S4中，所述酸性水溶液为草酸溶液、醋酸溶液、柠檬酸溶液的一种或几种的混合。
3.根据权利要求2所述的钢件表面发黑的处理工艺，其特征在于，所述酸性水溶液的浓度为0.5％-2％。
4.根据权利要求3所述的钢件表面发黑的处理工艺，其特征在于，步骤S4中，所述酸性水溶液通入的流量为6L/h，通入时间为90min。
5.根据权利要求4所述的钢件表面发黑的处理工艺，其特征在于，步骤S4中，通入所述酸性水溶液的过程中，温度保持在540-580℃。
6.根据权利要求5所述的钢件表面发黑的处理工艺，其特征在于，步骤S3中，氨气通入的流量为6m3/h，二氧化碳通入的流量为0.3m3/h，所述氨气和所述二氧化碳通入时间为3-4h。
7.根据权利要求1所述的钢件表面发黑的处理工艺，其特征在于，步骤S1中，所述清洗液为浓度为5％-8％的碱性清洗溶液，所述碱性清洗溶液的温度在50-80℃。
8.根据权利要求7所述的钢件表面发黑的处理工艺，其特征在于，步骤S1中，烘干温度为120℃，烘干时间为30min。
9.根据权利要求8所述的钢件表面发黑的处理工艺，其特征在于，步骤S4黑化处理后的工件，涂抹防锈油或者机油。
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