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發(fā)表于 2014-6-4 22:13:18
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鋼鐵的氧化處理技術(shù)及問(wèn)答
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1、什么是鋼鐵的氧化處理？ 將鋼鐵制成的零件放入含苛性鈉，硝酸鈉或亞硝酸鈉的溶液中處理，使零件表面生成一層很薄的黑色氧化膜。稱為氧化處理，簡(jiǎn)稱發(fā)黑。7 |8 S/ o% d* b U' _ n
2，氧化膜的生成原理是什么? 鋼鐵零件與零件加熱的堿溶液作用時(shí)，其表面發(fā)生溶解，而形成亞鐵化物，當(dāng)加入一定的氧化劑（亞硝酸鈉，硝酸鈉）后，使氧化過(guò)程的進(jìn)行得以改變，金屬表面上生成一層氧化膜，這一氧化膜由磁性氧化鐵組成。由于溶液于金屬臨界面形成氧化鐵的過(guò)飽和，使金屬表面生成結(jié)晶核，結(jié)晶核的逐漸增長(zhǎng)，形成了一層連續(xù)的成片的氧化膜。當(dāng)氧化膜將金屬完全覆蓋后，使溶液于金屬的作用隔絕，鐵的溶解速度和氧化膜生成的速度隨之降低。 氧化膜生長(zhǎng)的速度和氧化膜的厚度取決于結(jié)晶核形成的速度和單個(gè)結(jié)晶核生長(zhǎng)的速度之比。當(dāng)結(jié)晶核生長(zhǎng)的速度很快時(shí)，金屬表面上的結(jié)晶核的數(shù)量增多，各結(jié)晶核相互相互結(jié)合形成一層連續(xù)的氧化膜；當(dāng)結(jié)晶核形成的速度慢時(shí)，等到各結(jié)晶核相互結(jié)合的時(shí)候，每一個(gè)結(jié)晶核已經(jīng)增大，在這時(shí)形成的氧化膜較厚，甚至形成疏松的氧化膜。 3，氧化處理主要有哪幾種方法？其工藝特點(diǎn)是什么? 鋼鐵的氧化處理方法有；堿性氧化發(fā)，無(wú)堿氧化法和酸性氧化法等，但目前應(yīng)用最多的是堿性氧化法。 A,堿性氧化法。工藝特點(diǎn)是在較高的溫度的條件下，在含有一定的氧化劑的氫氧化鈉的溶液中進(jìn)行的；氧化劑和氫氧化鈉與金屬鐵的作用，生成以磁性氧化鐵為主要成分的氧化膜。 B，酸性氧化法（常溫發(fā)黑）。工藝特點(diǎn)與堿性高溫氧化相比，具有能在常溫下操作，節(jié)電節(jié)能；發(fā)黑時(shí)間短，生產(chǎn)效率高；設(shè)備投資少；污染程度少，改善工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。但也存在著發(fā)黑液不夠穩(wěn)定，膜層附著力不牢。耐蝕性差，對(duì)預(yù)處理要求高嚴(yán)格等問(wèn)題，有待生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)一步完善。
2 Q# N: J! h, N1 i# f 4，高溫氧化處理的基本原理是什么？ 鋼鐵的高溫氧化是將工件浸入在含有氧化劑的苛性鈉溶液中，在高于130度的溫度下進(jìn)行氧化處理。氧化膜的主要成分是磁性氧化鐵，也可以看做是鐵酸$ D$ F/ c# O6 l1 ^9 y, a/ p
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! P6 ?/ Z Y7 I5 V和氫氧化鐵的中和產(chǎn)物，這一轉(zhuǎn)化膜的形成歷程是電化學(xué)和化學(xué)過(guò)程。
# h* S! t4 ?7 O. q# W' u/ D6 t0 k 5，高溫氧化是氫氧化鈉對(duì)氧化膜有何影響? 提高氫氧化鈉的濃度，氧化膜的厚度稍有增加，但易出現(xiàn)疏松或多孔的缺陷；濃度過(guò)高還易產(chǎn)生紅色掛灰；在超過(guò)1100g/L時(shí)，則不能生成氧化膜；濃度過(guò)低時(shí)，氧化膜較薄，而且容易產(chǎn)生花斑，防護(hù)能力差。
% j8 B- j+ y I6 s9 t7 c# S 6，高溫氧化時(shí)氧化劑對(duì)氧化膜有何影響？ 提高氧化劑溶度可以加快氧化速度，膜層致密，牢固。氧化劑濃度低時(shí)，得到的氧化膜厚而疏松。
6 b& W: R Y! R9 g0 X8 V 7，高溫氧化時(shí)鐵離子濃度對(duì)氧化膜有何影響？ 氧化溶液中必須含有一定量的鐵離子才能獲得結(jié)合牢固，致密的氧化膜。鐵離子的濃度一般控制在0.5-2g/L。若鐵離子濃度過(guò)高，將使氧化速度降低，零件表面易出現(xiàn)紅色掛灰。此時(shí)，可將溶液稀釋，使沸點(diǎn)降到120度，沸騰片刻后靜置，這時(shí)部分鐵酸納水解成Fe（OH)2沉淀，除去沉淀后，再將氧化溶液加熱溶縮，待溫度升至工藝規(guī)范即可進(jìn)行生產(chǎn)。
0 h3 F; g( S! u7 c) B# q8 r8 c 8，高溫氧化是溫度對(duì)氧化膜有何影響？ A，堿性氧化處理必須在沸騰的溫度下進(jìn)行，溶液的沸點(diǎn)隨NaOH濃度的增加而升高。提高溫度可使氧化速度相應(yīng)加快，膜層薄而致密。溫度過(guò)高，氧化膜的溶解速度加快，成膜速度減慢，膜層疏松。在一般情況下，零件入槽溫度應(yīng)取上限值。 B，氧化溫度，時(shí)間與鋼鐵含碳量有密切關(guān)系，如表所示，生產(chǎn)操作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制。 5 ?( X2 n) `- n
鋼鐵含碳量/% 氧化溶液溫度/℃ 氧化時(shí)間/min 0.7以上 135-138 15-20 0.4-0.7 138-142 20-30 0.1-0.4 140-145 30-60 合金鋼 140-145 50-60 高速鋼 135-138 30-40
' O8 I) L2 G0 i. g' }& m 9，堿性氧化液中堿度度氧化膜有何影響？如何處理？
( I) H4 m" v) m3 m2 [ 影響：1，堿含量過(guò)高時(shí)，不能成膜，所生氧化膜被堿所溶解；2，堿度低時(shí)，氧化膜薄，發(fā)花，過(guò)低時(shí)，不生成氧化膜。 處理方法：在溶液里，堿的濃度增高時(shí)，相應(yīng)地地提高溶液的溫度，所獲氧化膜厚度增加。
7 |- s& m& S% X& {# e0 U2 U 10，堿性氧化液中氧化劑低對(duì)氧化膜有何影響？如何處理？ 影響：氧化劑含量低。氧化膜疏松且厚。 處理方法：可以提高氧化劑含量。氧化劑含量越高，生成的亞鐵酸納和鐵酸納越多，促使反應(yīng)速度加快，這樣生成的氧化膜速度也快，而且膜層致密和牢固。# ~; F/ S- P# J4 e, ^7 O
11，堿性氧化液初始溫度高時(shí)氧化膜疏松，如何處理？ 初始溫度太高，氧化膜的晶粒減少，會(huì)使氧化膜變得疏松。 處理方法；氧化溶液的溫度應(yīng)在進(jìn)槽時(shí)控制在下限，出槽時(shí)控制在上限。, f+ b3 |* Z# v4 r
12，堿性氧化液中三價(jià)鐵離子對(duì)氧化膜有何影響？如何處理？ 影響；在初配溶液里缺少鐵，會(huì)生成厚而松的氧化膜，而且與基體結(jié)合不牢，易被擦去。 處理方法；調(diào)整調(diào)整鐵板面積，保持鐵一定的溶液速度。
$ m" y3 ^5 b* z* X( V 13,堿性槽液不生成氧化膜是什么原因？如何處理？ 原因；1,溶液中沒(méi)有氧化劑；2,槽液濃度過(guò)高；3,槽液太稀；4,裝入的零件不能氧化；5,溶液過(guò)于陳舊。 處理方法；1,按分析結(jié)果添加亞硝酸鈉；2用水沖淡槽液；3，蒸發(fā)過(guò)量的水分；4,不銹鋼不能用于此法進(jìn)行氧化；5,不斷工作6-7個(gè)月更換槽液。
# k% U( }$ f4 J! W 14，、為防堿性氧化故障，槽液應(yīng)如何調(diào)整？ （1）,槽液沸點(diǎn)的調(diào)整。發(fā)黑槽液沸點(diǎn)的高低是隨槽液中氫氧化鈉濃度的大小而定的。該槽液正常的沸點(diǎn)為135-145度，當(dāng)超出此范圍時(shí)，必須進(jìn)行調(diào)整。 A，當(dāng)槽液沸點(diǎn)低于135度，達(dá)不到工作溫度時(shí)，必須加熱蒸發(fā)過(guò)量的水分或添加氫氧化鈉與亞硝酸鈉來(lái)調(diào)整。加氫氧化鈉是按每升高1度時(shí)，每升槽液中添加10-15g氫氧化鈉。而亞硝酸鈉是按氧化膜質(zhì)量需要進(jìn)行添加的。 B,因氫氧化鈉溶解時(shí)能發(fā)出大量的熱能，因此溶解氫氧化鈉配制槽液或添加氫氧化鈉時(shí)必須在停止加熱的情況下進(jìn)行。同時(shí)氫氧化鈉最好分批地加入槽中進(jìn)行溶解，以避免槽液發(fā)生過(guò)熱而產(chǎn)生沸騰二溢出。 * y2 t8 i; `# I! `+ h9 E
C,發(fā)黑槽加水或開(kāi)始加溫前，必須先將液面的硬殼。槽液中有大量沉渣或紅色硬殼時(shí)，必須將其除去。除去沉渣的辦法是用鐵勺或鐵絲網(wǎng)放置于槽底，當(dāng)槽液沸騰時(shí)而自動(dòng)將槽液攪拌浮上浸入網(wǎng)籃中取出除去。 5 U" Q" B5 l4 r+ v$ T" D
15,氧化處理液的使用特點(diǎn)是什么？ A，氧化液組成在使用過(guò)程中匯發(fā)生變化，應(yīng)定期分析調(diào)整，也可根據(jù)溶液沸點(diǎn)及膜質(zhì)來(lái)判斷是否需要調(diào)整。溶液沸點(diǎn)過(guò)高，表示溶液中氫氧化鈉濃度過(guò)高，此時(shí)易形成紅色掛灰，應(yīng)加水稀釋。沸點(diǎn)過(guò)低，表示氫氧化鈉濃度不足，此時(shí)膜的色澤不深或膜薄，應(yīng)補(bǔ)加藥品蒸發(fā)多余水分。氫氧化鈉補(bǔ)加量可按10-15g/℃計(jì)算。 B,氧化液在使用過(guò)程中會(huì)逐漸積累而影響氧化質(zhì)量，零件表面易產(chǎn)生紅色掛灰，因此應(yīng)定期清除沉渣，保持溶液清潔。除渣時(shí)可用網(wǎng)勺撈，也可按下述方法除去：液溫低于100℃時(shí)，邊攪拌邊加入甘油5-10mL/L，然后加熱至工作溫度，此時(shí)液面浮起大量紅褐色鐵的氧化物，即可用網(wǎng)勺撈去。 D，氧化以后，應(yīng)及時(shí)地打撈掉入槽中的零件，以免鐵溶解，使溶液中鐵離子增加。 F，停產(chǎn)一定時(shí)間后再進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，需把液面結(jié)成的硬殼搗碎，補(bǔ)加水至工作液面，攪拌均勻，然后才能加熱至工作溫度。
; G7 F/ G) y" Y9 Z' u 16,氧化處理的配制要點(diǎn)是什么？ A，先在槽內(nèi)放入2/3容積的水，將所需量的氫氧化鈉邊慢慢加入邊進(jìn)行攪拌，待完全溶解后，加入氧化劑，攪拌使之溶解，加入冷水至所需容積。 B，新配制的溶液加熱至沸騰，測(cè)定其沸點(diǎn)溫度，補(bǔ)充或蒸發(fā)水分至工藝要求的沸點(diǎn)溫度。 2 y e3 |& d% K8 P% \
17,氧化處理前的表面準(zhǔn)備工作有什么重要性？ A,零件表面清理的質(zhì)量好壞直接影響氧化膜的質(zhì)量，因此不能忽視氧化前的表面準(zhǔn)備工作。 B,一般需要氧化的鋼制零件是經(jīng)過(guò)機(jī)械加工或熱處理過(guò)的，其表面上有油污和氧化皮，這些都會(huì)影響氧化膜的生成。它們的存在能隔絕氧化溶液與鋼鐵的基體金屬接觸。必須采用化學(xué)方法或機(jī)械清理方法，將零件表面的油污和氧化皮清理干凈后，才能進(jìn)行氧化，從而能得到完整，均勻，牢固的氧化膜。
+ w0 k' M: k6 Y; u6 q0 V2 b7 E C，經(jīng)熱處理過(guò)的零件可直接酸洗除去表面氧化皮，光潔度要求高的零件可用布來(lái)拋光。
) ]. u4 s8 _- o1 A! h' S6 A 18,活化是怎么回事？活化不好對(duì)發(fā)黑膜有何影響? 零件經(jīng)過(guò)脫脂和酸洗后，在進(jìn)入發(fā)黑液之前還有一步重要的環(huán)節(jié)就是活化，其作用是增強(qiáng)發(fā)黑膜的附著力。零件在活化過(guò)程中，一方面可繼續(xù)去除殘留的銹斑，會(huì)使表面產(chǎn)生微小缺陷，有利于膜的牢固附著，因此，可將零件浸入質(zhì)量分量10%的硫酸酸洗3-4min，表面粗糙度低的零件，可適當(dāng)延長(zhǎng)活化時(shí)間，此時(shí)可見(jiàn)到零件表面出現(xiàn)小氣泡，這時(shí)可用水沖洗干凈后放入發(fā)黑液中。 活化好的工件進(jìn)入發(fā)黑槽中后很快形成均有的紅黑色表面，并且逐步加深，活化不好的零件不但得不到這個(gè)結(jié)果，而且還加大發(fā)黑劑的消耗量，因此，活化是得到牢固發(fā)黑膜和降低成本的關(guān)鍵。
/ k1 @7 e6 J3 j0 R" n2 u- h 19，氧化發(fā)黑槽液這樣維護(hù)？ A，氧化溶液的組分在使用中由于消耗是會(huì)有變化的，因此必須定期進(jìn)行化學(xué)分析，并按分析的結(jié)果進(jìn)行材料的補(bǔ)充。為了使化學(xué)分析的結(jié)果能代表溶液的真實(shí)情況，并做到每一次的化學(xué)分析結(jié)果都具有連續(xù)性和對(duì)比性，取樣分析前將溶液加熱至全部溶化，同時(shí)加水原配槽時(shí)規(guī)定的液面寬刻度并攪拌均勻。當(dāng)然也可以憑經(jīng)驗(yàn)按溶液的沸點(diǎn)和成膜的質(zhì)量來(lái)確定溶液的調(diào)整方案。氫氧化鈉的添加量按溶液沸點(diǎn)每升高1度約添加10～15g/L計(jì)。在添加氫氧化鈉的同時(shí)也必須補(bǔ)加氧化劑。 B，隨著氧化溶液使用期的延長(zhǎng)，溶液中會(huì)逐步積累氯離子；同時(shí)由于空氣中的二氧化碳會(huì)與溶液中的氫氧化鈉反應(yīng)，溶液中也會(huì)逐步積累碳酸鈉。當(dāng)它們積累到一定數(shù)量時(shí)，就會(huì)對(duì)膜層的質(zhì)量產(chǎn)生危害。為了不影響磁性氧化膜鐵膜層的質(zhì)量，溶液中氯化鈉的含量不宜高于50g/L，如超過(guò)上述含量，溶液需更換。在沸騰的溶液中加水時(shí)，很容易出現(xiàn)水分的急速膨脹蒸發(fā)而造成飛濺出來(lái)傷人的事故，加水時(shí)必須量少而慢，最好是使用回收槽中的含堿熱水。 C，氧化時(shí)在溶液中形成紅色的氧化物有一部分沉于槽底，但是由于溶液在工作時(shí)溶液處于微沸的狀態(tài)，因此大部分會(huì)浮在液面上，必須隨時(shí)用網(wǎng)勺撈去，當(dāng)積累到危害成膜的時(shí)候，必須清槽。 " [, v* F& p( S
20,堿性氧化前處理不當(dāng)，膜發(fā)花是什么原因？怎么辦?
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