鏈條鏈板零件常溫發黑工藝及其應用

付振明，金玉謨，王貴昆

（1.青島征和工業有限公司，山東 青島 266705；2.平度吉凱化學科技服務商社，山東 青島 266700）

鏈條鏈板零件常溫發黑工藝及其應用

付振明1,*，金玉謨1，王貴昆2

（1.青島征和工業有限公司，山東 青島 266705；2.平度吉凱化學科技服務商社，山東 青島 266700）

介紹了鏈條鏈板零件常溫發黑工藝，論述了前處理、常溫氧化發黑和后處理工藝的操作規范和控制要點。分析了發黑中常見缺陷產生的原因，提出了排除方法。應用實踐表明，該常溫發黑工藝具有節能、高效、操作方便、環境污染小和成本低廉的特點，各項性能滿足客戶要求。

鏈板鏈條；常溫發黑；耐蝕性；故障排除

1 前言

與傳統的堿性高溫發黑工藝相比，常溫發黑工藝具有不受鋼材種類限制，節能、高效、無毒，設備簡單，操作方便，環境污染小，成本低廉等諸多優點，從而引起廣泛關注[1]。但是，10多年來市售的各種商品發黑液尚存許多不足之處，例如發黑液的穩定性，所生成的表面膜的致密性、附著力和耐蝕性等都存在不同程度的欠缺，限制了常溫發黑工藝的生產應用[2-3]。本文結合多年的生產實踐，以鏈條鏈板零件常溫發黑工藝[4]為例，分析闡述了生產應用中的工藝控制和改進措施，以便更好地推廣應用該工藝，提高經濟效益和社會效益。

2 工藝流程

鏈板、鏈條常溫發黑工藝通常包括以下4種流程：

(1) 裝筐—去油去銹—沖洗—常溫發黑—沖洗—流動水漂洗—換筐—浸脫水防銹油。

(2) 裝筐—去油去銹—沖洗—常溫發黑—沖洗—弱堿中和—漂洗—換筐—浸脫水防銹油。

(3) 裝筐—去油去銹—沖洗—常溫發黑—沖洗—封閉鈍化—沸水脫水—換筐—浸熱機油。

(4) 裝筐—去油去銹—沖洗—常溫發黑—沖洗—封閉鈍化—干燥—換筐—浸封閉漆。

上述流程中，后處理工序一次由簡到繁，成本提高，產品質量隨之提高。一般產品使用流程(1)即可達到質量要求，特殊的、要求嚴苛的零件可選擇后續流程，或根據零件要求自由選擇增減某一工序。常溫發黑工藝和堿性發黑工藝相比，雖然工藝流程中前處理和后處理工序都相同，但前者的要求更嚴格，必須保證發黑前徹底除油、除銹，發黑后則必須使用脫水防銹油或高溫機油等封閉。鏈條鏈板零件常溫發黑工藝流程根據客戶要求而定，一般要求可選用流程(2)，要求嚴格的可選用流程(4)。

3 前處理工序

3. 1 去油

前處理是決定常溫發黑質量好壞的關鍵因素，特別是除油工序，絕大多數工件上都有油污，發黑前必須徹底去除。除油不徹底會造成發黑膜結合力極差，造成工件膜層脫落、花斑等缺陷，甚至用棉紗就能擦掉。特別是常溫發黑工藝，因溶液自身無去油能力，油污對氧化膜形成的影響比高溫工藝大。

去油方法：可用堿性高溫去油，也可用金屬常溫清洗劑去油，或滾光去油。去油后的零件最好先用熱水清洗，再用流動水漂洗干凈。

3. 2 水洗

自來水沖洗0.5 ～ 1.0 min，再用流動自來水漂洗。

3. 3 去銹

必須確保發黑前基體表面完全裸露出金屬晶格，否則膜層會掛灰疏松。酸洗浸蝕是非常關鍵的工序，即使看似表面光潔無銹，也應浸酸活化。

采用常規的鹽酸液除銹、再水洗，可用鹽酸(工業鹽酸和水體積之比為(2 ～ 3)∶1)酸洗1 ～ 5 min。為減輕氫脆的影響，時間應控制在不超過10 min。

除銹同除油工序一樣，必須把銹跡清除干凈，否則造成發黑膜層結合力差、產生花斑等問題，嚴重影響發黑質量。

去銹以工件表面露出均勻的鉛灰色為佳，且除銹后不得長時間擱置在空氣中，須盡快入槽發黑。實驗發現，除銹后的零件如果再次形成浮銹或氧化膜，在發黑時，膜層疏松，表面掛浮灰。

酸洗過程一般采用濃鹽酸等強酸性物質，如果漂洗不徹底，強酸性物質被帶到發黑劑中，必然會影響發黑液的pH，使發黑質量難以控制。

4 常溫氧化發黑

4. 1 工藝操作要求

4. 1. 1 工作液配制

發黑原液的組成成分主要包括主鹽、氧化劑、配位劑、穩定劑和潤濕劑等。

將發黑原液與水按照比例要求加入工作槽中，攪拌均勻即可。

4. 1. 2 要求

(1) 先加水后加溶液。水質要求優良，因為高硬度水或受污染的水易造成膜層不良或溶液不穩定。

(2) 除零件外，其他所有與溶液接觸的器具只能是塑料、陶瓷或鈦制品等材質，鐵、銅、鋁等金屬器物會與溶液發生反應，嚴重影響溶液使用壽命與穩定性。

(3) 工作液的溶液濃度控制：濃度高，成膜所需時間短，膜質綜合性能高，但色澤偏淺，成本增加，主要表現為工件帶出有效成分量大，副反應產物多；濃度低，色澤偏深，成膜所需時間延長，膜質綜合性能隨之下降，但成本也隨之降低，溶液穩定性提高，主要表現為工件帶出有效成分量小，副反應產物極少。實際應用中，發黑液和水的質量比多采用1∶3或1∶4，視產品不同而定。對于鏈條鏈板零件，選用1∶3的濃度配制。

4. 1. 3 基本操作

將清洗后無油垢、無銹斑的零件迅速浸入發黑工作液中，間歇上下提動，以使所有零件充分與溶液接觸，浸漬4 ～ 8 min后取出，用自來水沖洗和漂洗干凈。

4. 2 控制要點

4. 2. 1 零件裝掛

采用專用掛具或掛鉤對零件進行懸掛式氧化發黑，效果最好。這種方式由于溶液與工件表面充分接觸，故形成的膜層厚度均勻、色澤一致，不良現象極低。對于鏈條鏈板零件，采用專用掛具進行掛裝，避免了平板類零件之間相互重疊、積壓的現象，提高了常溫發黑質量。

小零件或不宜采用這種方式的工件(如各種五金件)，可采用裝筐或桶的方式浸漬。但要注意，發黑過程中應進行間歇振動或滾動，以使零件與溶液充分接觸，避免或減少零件之間相互重疊、積壓。需要注意的是：裝載量要適宜，過大的裝載量使工件重疊、積壓，不易分散，工件不能與溶液充分接觸，造成膜層不均；另外，避免劇烈攪拌。劇烈攪拌所形成的強烈機械摩擦與碰撞，易造成新生膜層脫落，既影響膜層質量，又造成溶液污染，加快老化。

4. 2. 2 發黑時間

發黑時間短，膜層不連續，膜成長不完全，膜層過薄，有花斑；延長發黑時間，發黑膜的厚度增加，耐蝕性和耐磨性能提高，但材料消耗量大，成本也相應提高。當發黑時間超過15 min時，發黑膜的性能反而有所下降，表面產生過多的黑色氧化物。該多余部分疏松，結合力不好。因此，并非發黑時間越長，發黑效果越好。對于鏈條鏈板零件，采用1∶3稀釋液，反應時間控制在4 ～ 8 min。

4. 2. 3 發黑溫度

溫度對發黑成膜的速度和質量也有一定的影響。常溫發黑成膜速度包含發黑速度和磷化速度。溫度對發黑速度影響不大，但是對磷化速度有明顯影響。原則上發黑液可在5 ～ 45 °C下使用，但溫度低于10 °C時，反應速度較慢，黑度和均勻性差，磷化速度慢，發黑膜的附著力低，有時甚至產生浮灰。此時應延長反應時間。溫度高于40 °C，反應速度過快，膜結合力差，發黑溶液的穩定性明顯降低，沉渣量增加，致使發黑生產成本提高。對于鏈條鏈板零件，控制發黑溫度為15 ～ 35 °C。

4. 2. 4 pH

pH低，氧化力強，成膜反應速度過快，同時酸度高，鐵溶解多，淤渣也多。反應過程中，pH有上升趨勢。當pH ＞3時，反應速度慢，膜層不連續，外觀不理想。它標志著溶液老化，需補加濃縮液來調節pH。對于鏈條鏈板零件，應控制pH為2.0 ～ 2.5。

4. 2. 5 材質

對于鋼鐵材質，發黑液無選擇；但對于鑄鐵件，其發黑液濃度宜稀一些；對于中、低碳鋼，可采用中等濃度的發黑液；對于高碳鋼、合金鋼，則要求發黑液濃一些。

4. 3 溶液維護

(1) 定期用精密試紙檢查溶液的pH，如果超出工藝范圍就加以調整。如將溶液過濾，補加發黑劑，使工作液的pH恢復到規定范圍即可。

(2) 生產過程中，鋼鐵表面活化產生 Fe2+，過量的 Fe2+與溶液反應會生成沉淀。在氧化劑存在的條件下，Fe2+氧化為Fe3+，Fe3+與發黑液反應也生成沉淀。這些反應會消耗發黑劑中的有效成分。發黑液閑置時，最好隔絕空氣封閉存放。使用一段時間后，發黑液會產生少量白色沉淀物，需定時去除沉淀物，并補充原有發黑液，否則會影響發黑質量。

(3) 工件及鐵質器物掉落發黑液中，必須當即撈出，以免引起無謂的消耗，加快溶液老化。

(4) 高溫、低溫以及日光暴曬等皆對發黑液有一定影響，故溶液應避光、室內存放。

(5) 溶液不宜長期一直補充使用，應定期對全部溶液進行更新。

5 后處理工序

5. 1 沖洗

氧化后，沖洗工序非常重要。因氧化溶液呈酸性，若沖洗不凈，殘留液會導致耐蝕性劇降。

5. 2 空氣氧化

發黑后的工件應暴露在空氣中2 ～ 3 min，使發黑膜表面微孔中的殘留液與基體金屬繼續作用，使成膜完全。

5. 3 鈍化封閉

將工件浸入鈍化液(酐鉻20 ～ 30 g/L)中，在室溫下抖動5 ～ 8 s，可以形成堿式鉻酸鹽，填充于發黑膜的微孔中，從而提高發黑膜的抗蝕能力及硬度，同時可以消除不良發黑膜表面的掛灰。

5. 4 中和

中和處理是用3% ～ 5%(質量分數)碳酸鈉溶液刷洗或浸漬1 min(或氫氧化鈉20 ～ 30 g/L，室溫，時間10 s)，其目的是為了中和發黑液殘液，并填充膜層孔隙，否則殘留的酸性發黑液將降低膜層的耐蝕性。注意，高硬度水質易形成不溶性懸浮物，沾附在發黑膜表面形成花斑。采用5%肥皂水最好，既有中和作用又起封閉填充作用，可極大提高耐蝕性。

5. 5 脫水封閉

前三道工序視質量要求狀況皆可增減，但必須用防銹油進行封閉處理。封閉后，工件的黑度、光澤度與耐蝕性皆大幅提高。封閉可采用以下3種方式：

(1) 脫水防銹油封閉。將已發黑并用水沖洗和漂洗過的零件浸入脫水防銹油，封閉3 ～ 5 min，并上下提動3 ～ 5次即可(浸脫水防銹油效果最佳)。它適用于五金類零件及中小型工業零件。

(2) 熱浸油。水洗后在110 ～ 200 °C的機油或變壓器油中浸5 ～ 10 min，可提高抗蝕能力，適用于工礦、冶金等行業的大中型零件。

(3) 浸封閉劑。高檔零件(如照相器材、光學儀器等)需要高耐磨和光澤度好的，可用沸水脫水后，浸封閉劑(如丙烯酸清漆、聚氨酯漆等)處理。

6 檢驗

經上述工藝流程(2)處理的鏈板，其檢測結果如表 1所示。其中，耐磨性檢驗是用普通濾紙按在受檢面上，摩擦30次受檢面而不露底后，再用標準硫酸銅點滴，耐蝕性仍符合要求。

表1 經工藝(2)處理后的鏈板鏈條耐蝕性檢測結果Table 1 Test results of corrosion resistance of chain board and chain hardware after treatment with No.2 process

按照工藝流程(4)處理的鏈板鏈條零件，實質是在原發黑層表面又涂覆了一層高耐蝕、耐磨的有機固化層，其各項性能指標在表1的基礎上可再提高10倍以上，適合更加嚴苛的工件要求。

7 發黑工藝中常見故障及其排除

發黑過程中，常見缺陷及其產生原因和排除方法見表2。

表2 發黑工藝常見缺陷、產生原因及排除方法Table 2 Common defects, causes and elimination methods during blackening process

8 結語

常溫發黑是近年來推廣普及的表面處理新技術。由于它使用簡單，不須加溫(室溫使用)，工作效率高，無三廢排放，可有效改善工作條件，經濟實用，不需專用設備，適用于各種鋼鐵工件的發黑處理等諸多優點，因而深受廣大用戶的歡迎。根據上述工藝，通過對不同材質、不同形狀大小的鏈板、鏈條零件進行常溫發黑，其品質達到了客戶要求，且經濟效益和社會效益顯著。實踐證明，只要能正確使用藥液，并嚴格工藝控制，那么處理的工件就會油黑發亮，藥膜堅固而摩擦不掉，達到令人滿意的長期防銹效果。

[1] 鄧文. 國內外常溫發黑的發展[J].電鍍與環保, 1997, 17 (1): 17-19.

[2] 羅宏, 劉劍. 鋼鐵常溫發黑工藝及其生產應用[J]. 電鍍與涂飾, 2003, 22 (2): 22-24.

[3] 尚書定. 鋼鐵常溫發黑工藝[J].電鍍與涂飾, 1999, 18 (2): 56-60.

[4] 付振明, 金玉謨. 發動機用內嚙合機制齒形鏈的設計方法和試驗研究[J].機械傳動, 2009, 33 (6): 86-88.

Process of blackening at atmospheric temperature for chain board and chain hardware and its application //

FU Zhen-ming*, JIN Yu-mo, WANG Gui-kun

A blackening process at atmospheric temperature for chain board and chain hardware was introduced. The operation specification and process control main points of the pretreatment, oxidation blackening and post-treatment were described. The causes of producing common defects during blackening were analyzed, and the trouble removal were presented. Application practices indicated that the blackening process at atmospheric temperature has good characteristics of energy saving, high efficiency, easy operation, less environmental pollution and low cost, and the performance meets the user’s requirement.

chain; blackening at atmospheric temperature ; corrosion resistance; defect removal

Qingdao CHOHO Industrial Co., Ltd., Qingdao 266705, China

TG178

A

1004 – 227X (2010) 12 – 0041 – 04

2010–06–27

2010–08–07

國家中小企業技術創新基金無償資助項目（08C26213711011）。

付振明（1965–），男，山東青島人，本科，高級工程師，鏈傳動行業專家庫專家，中國機械工程學會機械傳動分會第五屆委員會副主任委員，主要從事鏈傳動系統的設計、表面熱處理和熱處理工藝的研究。

作者聯系方式：(E-mail) fzm8268@163.com。

[ 編輯：韋鳳仙 ]