CN1195093C - 钢铁零件表面氧化方法 - Google Patents

Abstract

一种钢铁零件表面氧化方法属于热处理技术和环保领域。方法如下：为了在空气加热条件下能自动对零件进行氧化发蓝处理，氧化发蓝处理的同时完成工件的回火处理，采用的设备为空气炉；处理批量零件要获得均匀氧化膜，零件表面应事先经过清理，从220℃-420℃范围内的相应温度获得浅黄色、金黄色、暗红色、蓝色、浅褐色和黑色等氧化膜。本发明替代硝酸盐、碱、酸和亚硒酸等对环境有严重污染的物品，能自动化进行操作，从而大大降低劳动强度，排放的对环境无污染的气体，同时能大量节约清洗用水。

Description

钢铁零件表面氧化方法

技术领域

本发明涉及的是一种钢铁零件表面处理方法，特别是一种钢铁零件表面氧化方法，属于热处理技术和环保领域。

背景技术

钢铁零件表面发蓝或发黑是在零件表面生成一层蓝色或蓝黑色氧化膜或其它黑色薄膜的一种方法。目前用于这一技术的主要有三种工艺方法：熔盐氧化发黑、碱性氧化和常温发黑。熔盐氧化发黑是在熔融的硝酸盐介质中进行，具有严重的环境污染，不利于健康，而且能耗大，需要大量清洗用水，已正在被淘汰。常温发黑是一种二十世纪80年代末至九十年代初才兴起的一种技术，但实际上它不应属于钢铁表面氧化技术，而且处理工艺复杂，生产成本高，有严重环境污染，与碱性发蓝相比，其性能不够稳定。经文献检索发现，周红红在《材料保护》，2002年7月，P.45“钢铁常温和高温发黑方法的比较”一文中介绍，碱性氧化起源于20世纪30年代，是在含有氧化剂NaNO₂的NaOH碱性溶液中于135～150℃温度下处理钢铁零件，虽然其处理质量较好，但生产过程复杂、劳动强度大，环境污染严重，同时具有高能耗和低生产效率弊病。

发明内容

本发明目的在于克服现有钢铁零件表面氧化技术中的不足，提供一种钢铁零件表面氧化方法，该方法是一种符合清洁生产和绿色热处理要求的表面发蓝氧化方法，节约能源、无环境污染、工件色泽美观、氧化膜牢度和均匀性处于较佳状态，同时能自动进行处理，大大降低劳动强度，而碱性氧化法不具备这些特点。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明方法如下：

在空气炉中进行氧化处理，或在添加对环境无污染的物质，如水、高锰酸钾和富含氧的空分氮副产品的空气炉中进行氧化处理。氧化处理过程中均不产生对环境有污染的物质；钢铁零件氧化处理获得的色泽主要取决于大气气氛下加热的温度，从220℃～420℃范围内可获得浅黄色、金黄色、暗红色、蓝色、浅褐色和黑色氧化膜，具有一定的抗大气锈蚀性和美观装饰性。

以下对本发明方法作进一步的描述：

(1)为了在空气加热条件下能自动对零件进行氧化发蓝处理，氧化发蓝处理的同时完成工件的回火处理。采用的设备为空气炉，空气炉可以采用转动管形炉，炉子加热功率、管形炉长度尺寸、转速等按工件大小、批量和小时生产率决定，这种炉形特别适合一些薄片件，圆柱状件和标准件等。炉内管形转罐一般采用不锈钢板卷成形后焊接而成，罐内密焊有一定高度的不锈钢螺旋形筋板，使零件随炉罐转动由进料端向出料端移动，以满足加热回火和进行氧化发蓝的要求。为了使这些零件能均匀与加热空气(炉气)接触获得厚度和色泽均匀一致的氧化膜，零件在炉内要完成一定的翻动，这要求在罐内沿轴向方向焊上一定高度的斜筋片，筋片倾斜角度与工件前进方向一致，约为60°。随罐内离进料口距离不同，加焊斜筋片数量有不同，一般炉罐前部较多，炉罐中部较少，炉罐后部可酌量不加。

空气炉根据零件几何形状、数量可设计或应用其它炉型，如：推杆式炉、滚动式炉、震底式炉或罐式炉。对一些尺寸大、工件数量少的零件也可在装置有滴注器或喷射器的井式炉或箱式炉内进行。

(2)处理批量零件要获得均匀氧化膜，零件表面应事先经过清理，例如：在滚筒内滚光，或进行喷砂清理。

(3)处理零件的氧化膜色泽主要决定于空气中加热温度高低，生成氧化膜厚度不同，因而具有不同的色泽。从220℃～420℃范围内可获得浅黄色、金黄色、暗红色、蓝色、浅褐色和黑色等氧化膜，具有一定的抗大气锈蚀性和美观装饰性。加热温度和氧化膜色泽关系如下表：

加热温度	220/240℃	260/280℃	280/300℃	300/320℃	320/340℃	400/420℃
							色泽	浅黄色	金黄色	暗红色	蓝色	浅褐色	黑色

以下对本发明提供“优选”方式，进一步限定本发明：

为了使零件氧化膜具有更好的性能，可以在炉内氧化性气氛中通入水蒸汽，水蒸汽取自锅炉或市售蒸汽发生器。

为了降低加热温度和/或加速氧化的进行，可以在炉内氧化性气氛中加入高锰酸钾(KMnO₄)水溶液，水溶液应现配现用，因为KMnO₄受热后发生分解生成新生态氧，具有高的活性，易于与工件表面的铁起作用生成Fe₃O₄膜。

KMnO₄水溶液可以采用滴入式或喷射式加入，滴入式可用与滴注式气体渗碳炉上相同的滴入器(市购)，喷射式可采用一般喷漆用的喷枪。

在制造空分氮时，将富含氧的气体加以排放，为了降低氧化处理加热温度或加速氧化进行，炉内可通入制造空分氮时获得的富含氧的副产品气体，其中氧分压大于0.21atm，这种气体与大气相比，增加了氧的分压，会使钢铁工件表面加快进行氧化，有利于发蓝氧化膜生成。

本发明具有实质性特点和显著的进步，本发明是一种符合清洁生产和绿色热处理要求的工艺技术，可以替代硝酸盐、碱、酸和亚硒酸等对环境有严重污染的物品，能自动化进行操作，从而大大降低劳动强度，在电加热条件下只应用空气或制氮副产品的富含氧气体，排放的是对环境无污染的气体，同时能大量节约清洗用水，而且提高了零件在大气中的抗锈蚀能力，增加了美观和装饰性。

具体实施方式

结合本发明的内容提供以下实施例：

实施例1：自行车链片等零件，材料40Mn淬火后回火在310℃进行，故氧化处理可伴随工件回火同时可在本发明装置内进行，两端敞开炉口在空气中加热或通入水蒸汽或喷入KMnO₄水溶液条件下同时进行表面发蓝处理。事先链片要作滚光处理。经本发明装置处理后的零件上能获得均匀牢固的蓝色氧化膜，具有一定的耐蚀性能和美观装饰性。某链条厂采用φ800×7000的管形炉进行生产，产量为300Kg/h。

实施例2：很多照相机零件均要求表面氧化成黑色，在管形炉内处理，温度为420℃，通入一定量蒸汽，管形炉罐可以旋转得慢些，罐内斜筋片在炉前部可适量增加，使零件在这一部分区域内翻动较多。为了氧化膜均匀美观，零件事先经过滚光。经过本装置处理工件的表面生成的氧化膜呈黑色，其抗蚀性能与碱性发黑相当。

实施例3：纺织机上某零件，表面要求处理成淡黄至金黄色，可以以一定方式搁置后在井式炉内进行处理，炉上配置滴注器或喷枪，炉内通空分氮尾气(富含氧)或适量滴注(喷射)KMnO₄水溶液，炉温220/240℃。工件少，尺寸大的也可在箱式炉中进行，配制喷射KMnO₄溶液喷枪。处理零件色彩美观(呈淡黄色)，不易锈蚀。

实施例4：自行车飞轮，低碳钢渗碳淬火后要求呈金黄色，根据生产批量一般在推杆式管形炉内进行，两端炉口敞开，在空气气氛中于240～280℃温度下作氧化处理，自行车飞轮经过切削加工，表面达到一定光洁度，氧化成金黄色后增加了美观装饰性，经过长期使用不会出现锈迹。

Claims (10)

1、一种钢铁零件表面氧化方法，其特征在于方法如下：

(1)为了在空气加热条件下能自动对零件进行氧化发蓝处理，氧化发蓝处理的同时完成工件的回火处理，采用的设备为空气炉；

(2)处理批量零件要获得均匀氧化膜，零件表面应事先经过清理；

(3)从220℃~420℃范围内的相应温度获得浅黄色、金黄色、暗红色、蓝色、浅褐色和黑色等氧化膜。

2、根据权利要求1所述的钢铁零件表面氧化方法，其特征是，所述的空气炉采用转动管形炉，炉子加热功率、管形炉长度尺寸、转速，根据工件大小、批量和小时生产率决定。

3、根据权利要求1所述的钢铁零件表面氧化方法，其特征是，对于一些尺寸大、工件数量少的零件在具有滴注器或喷射器的井式炉或箱式炉内进行。

4、根据权利要求1或2所述的钢铁零件表面氧化方法，其特征是，为了使这些零件能均匀与加热炉气接触获得厚度和色泽均匀一致的氧化膜，零件在炉内要翻动，这要求在罐内沿轴向方向焊上一定高度的斜筋片，筋片倾斜角度与工件前进方向一致，为60°。

5、根据权利要求1所述的钢铁零件表面氧化方法，其特征是，所述的表面事先经过清理，是指：在滚筒内滚光，或进行喷砂清理。

6、根据权利要求1所述的钢铁零件表面氧化方法，其特征是，处理零件的氧化膜加热温度在220-240℃时，色泽为：浅黄色；加热温度在260-280℃时，色泽为：金黄色；加热温度在280-300℃时，色泽为：暗红色；加热温度在300-320℃时，色泽为：蓝色；加热温度在320-340℃时，色泽为：浅褐色；加热温度在400-420℃时，色泽为：黑色。

7、根据权利要求1所述的钢铁零件表面氧化方法，其特征是，为了使零件氧化膜具有更好的性能，在炉内氧化性气氛中通入水蒸汽，水蒸汽取自锅炉或市售蒸汽发生器。

8、根据权利要求1所述的钢铁零件表面氧化方法，其特征是，为了降低加热温度和/或加速氧化，在炉内氧化性气氛中加入高锰酸钾水溶液，水溶液现配现用，因为KMnO₄受热后发生分解生成新生态氧，具有高的活性，易于与工件表面的铁起作用生成Fe₃O₄膜。

9、根据权利要求1或者8所述的钢铁零件表面氧化方法，其特征是，KMnO₄水溶液采用滴入式或喷射式加入。

10、根据权利要求1所述的钢铁零件表面氧化方法，其特征是，为了降低氧化处理加热温度或加速氧化进行，炉内通入制造空分氮时获得的富含氧的副产品气体，其中氧分压大于0.21atm，这种气体与大气相比，增加了氧的分压，会使钢铁工件表面加快进行氧化，有利于发蓝氧化膜生成。