Черный оксид

Черный оксид или чернение — это конверсионное покрытие для черных металлов, нержавеющей стали, меди и сплавов на ее основе, цинка , порошковых металлов и серебряного припоя . ^[1] Он используется для придания легкой коррозионной стойкости, улучшения внешнего вида и минимизации 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. ^[2]

Черные металлы

Стандартным черным оксидом является магнетит (Fe ₃ O ₄ ), который более механически стабилен на поверхности и обеспечивает лучшую защиту от коррозии, чем красный оксид ( ржавчина ) Fe ₂ O ₃ . Современные промышленные подходы к образованию черного оксида включают описанные ниже горячие и среднетемпературные процессы. Традиционные методы описаны в статье о воронении . Они представляют исторический интерес, а также полезны любителям для безопасного образования черного оксида с помощью небольшого оборудования и без токсичных химикатов.

Низкотемпературный оксид, также описанный ниже, не является конверсионным покрытием — низкотемпературный процесс не окисляет железо, а осаждает соединение меди и селена.

Горячий черный оксид

Горячие ванны с гидроксидом натрия (NaOH), нитратами, как нитрат натрия ( Na NO такими
₃ ) и/или нитриты, такие как нитрит натрия (NaNO ₂ ). ^[3] при 141 °C (286 °F) используются для преобразования поверхности материала в магнетит (Fe ₃ O ₄ ). В ванну необходимо периодически добавлять воду, соблюдая соответствующие меры для предотвращения взрыва пара .

Горячее чернение предполагает погружение детали в различные емкости. Заготовку обычно окунают автоматические транспортеры деталей для транспортировки между резервуарами. Эти резервуары содержат по порядку щелочное моющее средство , воду, гидроксид натрия температурой 140,5 °C (284,9 °F) (чернеющий состав) и, наконец, герметик, которым обычно является масло.

NaOH (каустическая сода) и повышенная температура приводят _{Fe 3} O ₄ к образованию на поверхности металла _{(черный оксид) вместо Fe 2} O ₃ (красный оксид; ржавчина). Хотя он физически плотнее красного оксида, свежий черный оксид является пористым, поэтому в качестве последующей обработки на нагретую часть наносится масло, которое герметизирует его, «погружаясь» в него. Комбинация предотвращает коррозию заготовки. У чернения есть много преимуществ, среди которых:

Чернение можно производить большими партиями, что 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 горячего черного оксида — MIL-DTL-13924, которая охватывает четыре класса процессов для различных подложек. Альтернативные спецификации включают AMS 2485, ASTM D769 и ISO 11408. ^{[ нужна ссылка ]}

Хлорид железа(III) (FeCl ₃ ) также можно использовать для чернения стали, погружая кусок стали в горячую ванну с 50% раствором FeCl ₃ , а затем в горячую кипящую воду. Обычно процесс повторяется несколько раз. ^[4]^{[ нужен неосновной источник ]}

Среднетемпературный черный оксид

Подобно горячему черному оксиду, среднетемпературный черный оксид превращает поверхность металла в магнетит (Fe ₃ O ₄ ). Однако среднетемпературный черный оксид чернеет при температуре 90–120 ° C (194–248 ° F), ^[5] значительно меньше, чем горячий черный оксид. Это выгодно, поскольку температура кипения ниже точки кипения раствора, а это означает, что не образуются едкие пары. ^{[ нужна ссылка ]}

Поскольку среднетемпературный черный оксид наиболее сопоставим с горячим черным оксидом, он также может соответствовать военной спецификации MIL-DTL-13924, а также AMS 2485. ^{[ нужна ссылка ]}

Холодный черный оксид

Холодный черный оксид, также известный как черный оксид комнатной температуры, наносится при температуре 20–30 ° C (68–86 ° F). ^[5] Это не оксидное конверсионное покрытие, а осажденное соединение селенида меди (Cu ₂ Se). Холодный черный оксид удобен для собственного чернения. Это покрытие дает цвет, аналогичный цвету, который дает конверсия оксида, но имеет тенденцию легко стираться и обеспечивает меньшую стойкость к истиранию. Нанесение масла, воска или лака повышает устойчивость к коррозии до уровня высоких и средних температур. Применение процесса холодного черного оксидирования включает в себя инструментальную и архитектурную отделку стали. Его еще называют холодным воронением. ^[6]

Медь

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; медные поверхности с содержанием меди менее 90% должны быть предварительно обработаны активирующей обработкой. Готовое покрытие химически стабильно и обладает высокой адгезией. Он стабилен до 400 ° F (204 ° C); выше этой температуры покрытие разрушается из-за окисления базовой меди. Для повышения коррозионной стойкости поверхность можно покрыть маслом, лаком или воском . Его также используют в качестве предварительной обработки перед покраской или эмалированием . Поверхность обычно сатиновая , но ее можно сделать глянцевой, покрыв прозрачной глянцевой эмалью. ^[7]

В микроскопическом масштабе дендриты на поверхности образуются , которые улавливают свет и увеличивают поглощающую способность . Благодаря этому свойству покрытие используется в аэрокосмической промышленности , микроскопии и других оптических приложениях для минимизации отражения света. ^[7]

В печатных платах (PCB) использование черного оксида обеспечивает лучшую адгезию слоев ламината из стекловолокна. ^[8] ПХБ погружают в ванну, содержащую гидроксид, гипохлорит и купрат , которая обедняется всеми тремя компонентами. Это указывает на то, что черный оксид меди частично поступает из купрата, а частично из медной схемы печатной платы. При микроскопическом исследовании слой оксида меди(I) отсутствует.

Применимая военная спецификация США — MIL-F-495E. ^[9]

Нержавеющая сталь

Горячий черный оксид нержавеющей стали представляет собой смесь едких, окислительных и сернистых солей. Он чернит серии 300 и 400, а также дисперсионно-твердеющие сплавы нержавеющей стали 17-4 PH. Раствор можно использовать на чугуне и мягкой низкоуглеродистой стали. Полученное покрытие соответствует военной спецификации MIL-DTL-13924D, класс 4, и обеспечивает стойкость к истиранию. Черное оксидное покрытие используется на хирургических инструментах в условиях интенсивного освещения для снижения усталости глаз. ^{[ нужна ссылка ]}

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. ^{[ нужна ссылка ]}

Цинк

Черный оксид цинка также известен под торговым названием Ebonol Z. ^[10]

См. также

Ссылки

^ Черный оксид для цветных металлов , заархивировано из оригинала 23 января 2010 г. , получено 3 сентября 2009 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Оберг, Эрик Оберг; Э. Грин, Роберт (1996). Справочник по машиностроению: справочник для инженера-механика, дизайнера, инженера-технолога, чертежника, слесаря-инструментальщика и машиниста (25-е изд.). Нью-Йорк: Промышленная пресса. п. 1444. ИСБН 9780831125752 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Оберг, Эрик Оберг; Э. Грин, Роберт (1996). Справочник по машиностроению: справочник для инженера-механика, дизайнера, инженера-технолога, чертежника, слесаря-инструментальщика и машиниста (25-е изд.). Нью-Йорк: Промышленная пресса. п. 1442. ИСБН 9780831125752 .
^ «Чернение стали и чугуна» . www.finishing.com . Проверено 3 июля 2022 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Руководство по температуре черного оксида Birchwood Technologies» . www.birchwoodtechnologies.com . Берчвуд Технологии. 11 сентября 2020 г. Архивировано из оригинала 14 октября 2020 г. Проверено 13 октября 2020 г.
^ «Порошок селенида меди (I) – FUNCMATER» . www.funcmater.com . СИАНЬСКАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МАТЕРИАЛЬНАЯ ГРУППА, ООО . Проверено 8 марта 2023 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Эбонол 'C' , заархивировано из оригинала 1 сентября 2009 г. , получено 4 сентября 2009 г.
^ «Коричневый оксид против черного оксида, процессы иммерсионного олова для печатных плат / печатных плат» . Архивировано из оригинала 6 июля 2011 г.
^ «Покрытие химическое, черное, для медных сплавов» (PDF) . 30 сентября 1988 года . Проверено 25 сентября 2012 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ Enthone , заархивировано из оригинала 17 июля 2009 г. , получено 4 сентября 2009 г.

[1] Черный оксид для цветных металлов , заархивировано из оригинала 23 января 2010 г. , получено 3 сентября 2009 г.

[mh1444-2] Перейти обратно: ^а ^б Оберг, Эрик Оберг; Э. Грин, Роберт (1996). Справочник по машиностроению: справочник для инженера-механика, дизайнера, инженера-технолога, чертежника, слесаря-инструментальщика и машиниста (25-е изд.). Нью-Йорк: Промышленная пресса. п. 1444. ИСБН 9780831125752 .

[mh1442-3] Перейти обратно: ^а ^б Оберг, Эрик Оберг; Э. Грин, Роберт (1996). Справочник по машиностроению: справочник для инженера-механика, дизайнера, инженера-технолога, чертежника, слесаря-инструментальщика и машиниста (25-е изд.). Нью-Йорк: Промышленная пресса. п. 1442. ИСБН 9780831125752 .

[4] «Чернение стали и чугуна» . www.finishing.com . Проверено 3 июля 2022 г.

[:1-5] Перейти обратно: ^а ^б «Руководство по температуре черного оксида Birchwood Technologies» . www.birchwoodtechnologies.com . Берчвуд Технологии. 11 сентября 2020 г. Архивировано из оригинала 14 октября 2020 г. Проверено 13 октября 2020 г.

[6] «Порошок селенида меди (I) – FUNCMATER» . www.funcmater.com . СИАНЬСКАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МАТЕРИАЛЬНАЯ ГРУППА, ООО . Проверено 8 марта 2023 г.

[jackson-7] Перейти обратно: ^а ^б Эбонол 'C' , заархивировано из оригинала 1 сентября 2009 г. , получено 4 сентября 2009 г.

[8] «Коричневый оксид против черного оксида, процессы иммерсионного олова для печатных плат / печатных плат» . Архивировано из оригинала 6 июля 2011 г.

[9] «Покрытие химическое, черное, для медных сплавов» (PDF) . 30 сентября 1988 года . Проверено 25 сентября 2012 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[10] Enthone , заархивировано из оригинала 17 июля 2009 г. , получено 4 сентября 2009 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]