Черная окись или чернение — это конверсионное покрытие для черных металлов, нержавеющей стали, меди и сплавов на основе меди, цинка, порошковых металлов и серебряного припоя.[1]Он используется для придания легкой коррозионной стойкости, улучшения внешнего вида и сведения к минимуму отражения света.[2]Для достижения максимальной коррозионной стойкости черный оксид необходимо пропитать маслом или воском.[3]Одним из его преимуществ перед другими покрытиями является минимальное налипание.
1.Черный материал
Стандартным черным оксидом является магнетит (Fe3O4), который более механически стабилен на поверхности и обеспечивает лучшую защиту от коррозии, чем красный оксид (ржавчина) Fe2O3.Современные промышленные подходы к формованию черного оксида включают описанные ниже горячие и среднетемпературные процессы.Оксид также может быть получен электролитическим способом при анодировании.Традиционные способы описаны в статье о воронении.Они представляют исторический интерес, а также полезны для любителей безопасного образования черного оксида с небольшим оборудованием и без токсичных химикатов.
Низкотемпературное оксидирование, также описанное ниже, не является конверсионным покрытием — низкотемпературный процесс не окисляет железо, а осаждает соединение меди с селеном.
1.1 Горячий черный оксид
Горячие ванны с гидроксидом натрия, нитратами и нитритами при температуре 141 °C (286 °F) используются для преобразования поверхности материала в магнетит (Fe3O4).В ванну необходимо периодически добавлять воду с надлежащим контролем для предотвращения взрыва пара.
Горячее чернение предполагает погружение детали в различные емкости.Заготовка обычно «погружается» автоматическими транспортерами деталей для транспортировки между резервуарами.Эти резервуары содержат, по порядку, щелочной очиститель, воду, едкий натр при температуре 140,5 ° C (284,9 ° F) (чернящий состав) и, наконец, герметик, который обычно представляет собой масло.Каустическая сода и повышенная температура вызывают образование Fe3O4 (черный оксид) на поверхности металла вместо Fe2O3 (красный оксид; ржавчина).Хотя физически он плотнее красного оксида, свежий черный оксид пористый, поэтому на нагретую часть наносится масло, которое герметизирует его, «погружаясь» в него.Комбинация предотвращает коррозию заготовки.Плюсов чернения много, в основном:
Чернение можно производить большими партиями (идеально подходит для мелких деталей).
Существенного размерного влияния нет (в процессе чернения создается слой толщиной около 1 мкм).
Это намного дешевле, чем аналогичные системы защиты от коррозии, такие как краска и гальваника.
Самая старая и наиболее широко используемая спецификация для горячего черного оксида — MIL-DTL-13924, которая охватывает четыре класса процессов для различных подложек.Альтернативные спецификации включают AMS 2485, ASTM D769 и ISO 11408.
Это процесс, используемый для чернения проволочных канатов для театральных постановок и летающих эффектов.
1.2 Среднетемпературный черный оксид
Подобно горячему черному оксиду, среднетемпературный черный оксид превращает поверхность металла в магнетит (Fe3O4).Однако среднетемпературный черный оксид чернеет при температуре 90–120 ° C (194–248 ° F), что значительно меньше, чем горячий черный оксид.Это выгодно, потому что температура ниже точки кипения раствора, а это означает, что не образуются едкие пары.
Поскольку среднетемпературный черный оксид наиболее сравним с горячим черным оксидом, он также может соответствовать военным спецификациям MIL-DTL-13924, а также AMS 2485.
1.3Холодный черный оксид
Холодный черный оксид, также известный как черный оксид комнатной температуры, наносится при температуре 20–30 ° C (68–86 ° F).Это не оксидное конверсионное покрытие, а скорее осажденное соединение меди и селена.Холодный черный оксид обеспечивает более высокую производительность и удобен для чернения в домашних условиях.Это покрытие дает такой же цвет, что и оксидное преобразование, но имеет тенденцию легко стираться и обладает меньшей устойчивостью к истиранию.Нанесение масла, воска или лака доводит коррозионную стойкость до уровня высоких и средних температур.Одним из применений процесса холодного черного оксидирования может быть инструментальная обработка и архитектурная отделка стали (патина для стали).Его также называют холодным воронением.
2. Медь
Зеркальное отражение оксида меди.svg
Черный оксид меди, иногда известный под торговым названием Ebonol C, превращает поверхность меди в оксид меди.Чтобы процесс работал, поверхность должна содержать не менее 65% меди;для медных поверхностей, содержащих менее 90% меди, их необходимо предварительно обработать активирующей обработкой.Готовое покрытие является химически стабильным и очень прочным.Он стабилен до 400 ° F (204 ° C);выше этой температуры покрытие разрушается из-за окисления основной меди.Для повышения коррозионной стойкости поверхность может быть покрыта маслом, лаком или воском.Он также используется в качестве предварительной обработки перед покраской или эмалью.Поверхность обычно матовая, но ее можно сделать глянцевой, покрыв прозрачной глянцевой эмалью.
В микроскопическом масштабе на отделке поверхности образуются дендриты, которые улавливают свет и увеличивают поглощающую способность.Благодаря этому свойству покрытие используется в аэрокосмической, микроскопической и других оптических областях для минимизации отражения света.
В печатных платах (ПП) использование черного оксида обеспечивает лучшую адгезию слоев ламината из стекловолокна.ПХБ погружают в ванну, содержащую гидроксид, гипохлорит и купрат, в которой обедняются все три компонента.Это указывает на то, что черный оксид меди происходит частично из купрата и частично из медной схемы печатной платы.При микроскопическом исследовании слой оксида меди(I) отсутствует.
Применимой военной спецификацией США является MIL-F-495E.
3. Нержавеющая сталь
Горячий черный оксид для нержавеющей стали представляет собой смесь едких, окислительных и сернистых солей.Чернит серии 300 и 400 и дисперсионно-твердеющие сплавы из нержавеющей стали 17-4 PH.Раствор можно использовать для обработки чугуна и мягкой низкоуглеродистой стали.Полученное покрытие соответствует военной спецификации MIL-DTL-13924D Class 4 и обеспечивает стойкость к истиранию.Покрытие из черного оксида используется на хирургических инструментах в условиях интенсивного освещения для снижения утомляемости глаз.
Чернение нержавеющей стали при комнатной температуре происходит в результате автокаталитической реакции осаждения селенида меди на поверхности нержавеющей стали.Он обеспечивает меньшую стойкость к истиранию и такую же защиту от коррозии, как и процесс горячего чернения.Одним из применений чернения при комнатной температуре является архитектурная отделка (патина для нержавеющей стали).
4. Цинк
Черная окись цинка также известна под торговой маркой Ebonol Z. Другим продуктом является Ultra-Blak 460, который чернит оцинкованные и гальванизированные поверхности без использования каких-либо хромированных и цинковых отливок.
Время публикации: 23 ноября 2021 г.