低碳鋼淬火發藍工藝及膜層性能研究

葛龍桂

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇 江陰 214429）

發藍工藝（Bluingprocess）是指將鋼材或鋼件在空氣-水蒸氣或化學藥物中加熱到適當溫度，使其表面形成一層藍色或黑色氧化膜的工藝。也稱發黑工藝。金屬表面經“發藍”處理后所形成的氧化膜，其外層主要是四氧化三鐵，內層為氧化亞鐵，可提升抗氧化性能。

1 低碳鋼淬火發藍工藝

1.1 主要方法與價值

低碳鋼淬火發藍工藝主要方法包括高溫堿性發藍和常溫酸性發藍兩種。高溫堿性發藍出現的時間較晚，其主要特色是氧化膜制成后呈現黑色，具有耐磨度高、抗氧化能力強、外觀精美的優勢，但高溫堿性發藍方法能耗較大，工藝流程比較復雜、造價較高、污染較大，因此未能大規模推廣，主要用于一些特殊構件的制備中。

1.2 工藝流程

低碳鋼淬火發藍工藝的工藝流程為：打磨—除油—酒精清洗—清水清洗—表面檢查—發藍處理—清水清洗—皂化處理—清水清洗—浸油處理。其中的打磨、除油、酒精清洗、清水清洗、表面檢查屬于準備工作，發藍處理為工藝核心，皂化處理、清水清洗、浸油處理屬于后期工作。發藍處理階段，將材料置入馬弗爐中進行加熱，溫度在560～610K，加熱持續15min，之后取出淬火，要求應用標準淬火液，包括：NaNO3（70g/L）+NaNO2（230g/L）+KNO3（35g/L）。材料放置于淬火液中時間不得少于4min，之后取出，以清水沖洗。皂化處理是后期工作的第一步，一般應用肥皂水作為主要材料，溫度應在350～360K，時間為15～18min。肥皂水與氧化膜之間的部分物質共同發揮作用，可以實現發藍膜表面空隙的堵塞，提升處理效果，尤其是耐腐蝕性。皂化處理后，繼續應用清水沖洗，最后進行浸油。一般應用溫度為370～390K的機油，浸油處理時間在8min左右，不宜超過10min。

2 低碳鋼發藍工藝膜層性能測試

2.1 實驗準備

為了解低碳鋼發藍工藝膜層性能，采用實驗方法進行測試。選取Q235號低碳鋼，借助馬弗爐作為加熱工具，保持加熱溫度恒定于570～610K，加工時間8min，淬火液成分以 NaNO3、NaNO2、KNO3組成，材料標準分別為70g/L、230g/L和35g/L。于材料表面進行發藍工藝處理，默認其表面藍色氧化膜采取常規酸性發藍方法進行制備，稱為四氧化三鐵（Fe3O4），厚度默認2μm。以國家標準要求進性氧化膜孔隙率、延續性等方面的檢驗，借助電化學等方法測試材料的抗腐蝕性能。

2.2 觀察指標

本次實驗主要觀察指標包括加工質量和耐腐蝕性兩大方面，其中加工質量包括氧化膜孔隙率、延續性和耐磨性三個方面。另外對加工后材料的外觀、結構及厚度進行分析，按照GB/T15519-2002《化學轉化膜鋼鐵氧化膜規模和試驗方法》作為基準，行外觀檢測；發藍膜厚度方面，應用電子顯微鏡進行分析。結構分析使用X射線衍射儀進行分析，設備為日本制D/max-2005型。

2.3 實驗過程和結果

選光照充足的實驗環境，對完成淬火后的試件進行觀察，記錄其表面色澤、均勻性態勢，結果如圖1所示。

圖 1 試件表面觀察結果

從結果上看，試件表面均勻性良好，色澤理想，滿足GB/T15519-2002《化學轉化膜鋼鐵氧化膜規模和試驗方法》及結果標準。氧化膜的厚度平均為2.0±0.1μm，滿足國家規定標準，且在光照下呈現自然藍色，試件各處連接緊密，外觀上無明顯過渡層痕跡。借助設備進行結構觀察，結果方面，氧化膜表面為四氧化三鐵（Fe3O4），內部則以三氧化二鐵（Fe2O3）和氧化亞鐵（FeO）構成，滿足國家標準要求。氧化膜內部晶體排布穩定、質地致密。連續性和孔隙率方面，借助四硫化碳（CuSO4）作為試劑，持續滴注0.6mL后進行觀察，30s后拭去試劑，發現試件表面情況良好，無銹蝕跡象，表明其表明連續性和孔隙率均較為理想。耐磨性方面，摩擦200次后，試件表明無明顯油污和未出現光澤下降問題，利用顯微鏡發現氧化膜厚度為2.0±0.1μm，滿足國家耐磨性指標。電化學測試所獲耐腐蝕性結果，以通過低碳鋼作為對比，利用氯化鈉溶液作為腐蝕用試劑進行處理，結果見表1。

結果上看，經發藍處理，試件膜層性能理想。

表1 耐腐蝕性測試結果

3 結語

綜上，現代工業發展對材料性能提出了更好要求，低碳鋼在現有基礎上也出現了更多優化。淬火發藍工藝能夠加強低碳鋼的耐腐蝕性，且能提升其外觀精美度。膜層性能方面，經過發藍工藝處理后，低碳鋼的耐磨性、耐腐蝕性均出現了明顯提高。后續工作中，可嘗試降低高溫堿性發藍成本，實現范圍推廣，提升材料性能。