.jpg/1280px-Screw_Head_-_Slotted-Phillips_(pan_head,_black_oxide).jpg)
Черный оксид 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 умеренной коррозионной стойкости, для внешнего вида и для минимизации отражения света. [2] Для достижения максимальной коррозионной стойкости черный оксид должен быть пропитан маслом или воском. [3] Для получения черных оксидных покрытий используется двухцелевое магнетронное распыление (DMS). [4] Одним из его преимуществ перед другими покрытиями является его минимальное накопление. [2]
Стандартный черный оксид — это 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 формированию черного оксида включают горячие и среднетемпературные процессы, описанные ниже. Традиционные методы описаны в статье о воронении . Они представляют исторический интерес, а также полезны для любителей для безопасного формирования черного оксида с небольшим количеством оборудования и без токсичных химикатов.
Низкотемпературное оксидирование, также описанное ниже, не является конверсионным покрытием — низкотемпературный процесс не окисляет железо, а осаждает соединение меди и селена.
Горячие ванны с гидроксидом натрия (NaOH), нитратами, такими как нитрат натрия ( NaN O
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 ). Вода должна периодически добавляться в ванну с надлежащим контролем, чтобы предотвратить паровой взрыв .
Горячее чернение подразумевает погружение детали в различные ванны. Заготовка обычно погружается автоматизированными транспортерами деталей для транспортировки между ваннами. Эти ванны содержат, по порядку, щелочное моющее средство , воду, гидроксид натрия при температуре 140,5 °C (284,9 °F) (чернящий состав) и, наконец, герметик, которым обычно является масло.
NaOH (едкий натр) и повышенная температура вызывают образование на поверхности металла Fe 3 O 4 (черного оксида) вместо Fe 2 O 3 (красного оксида; ржавчины). Хотя он физически плотнее красного оксида, свежий черный оксид является пористым, поэтому затем в качестве последующей обработки на нагретую деталь наносится масло, которое герметизирует ее, «погружаясь» в нее. Такое сочетание предотвращает коррозию заготовки. Существует много преимуществ чернения, в том числе:
Самая старая и наиболее широко используемая спецификация для горячего черного оксида — MIL-DTL-13924, которая охватывает четыре класса процессов для различных субстратов. Альтернативные спецификации включают AMS 2485, ASTM D769 и ISO 11408. [ необходима цитата ]
Хлорид железа (III) (FeCl 3 ) также может использоваться для чернения стали путем погружения куска стали в горячую ванну с 50% раствором FeCl 3 , а затем в горячую кипящую воду. Процесс обычно повторяется несколько раз. [5] [ требуется непервичный источник ]
Подобно горячему черному оксиду, среднетемпературный черный оксид преобразует поверхность металла в магнетит (Fe 3 O 4 ). Однако среднетемпературный черный оксид чернеет при температуре 90–120 °C (194–248 °F), [6] значительно меньше, чем горячий черный оксид. Это выгодно, поскольку это ниже точки кипения раствора, а значит, не образуются едкие пары. [ необходима цитата ]
Поскольку среднетемпературный черный оксид наиболее сопоставим с горячим черным оксидом, он также может соответствовать военным спецификациям MIL-DTL-13924, а также AMS 2485. [ необходима цитата ]
Холодный черный оксид, также известный как черный оксид комнатной температуры, наносится при температуре 20–30 °C (68–86 °F). [6] Это не конверсионное оксидное покрытие, а скорее осажденное соединение селенида меди (Cu 2 Se). Холодный черный оксид удобен для внутреннего чернения. Это покрытие дает цвет, похожий на тот, который дает конверсионный оксид, но имеет тенденцию легко стираться и обеспечивает меньшую стойкость к истиранию. Нанесение масла, воска или лака повышает коррозионную стойкость до уровня горячей и средней температуры. Применение процесса холодного черного оксида включает в себя инструментальную и архитектурную отделку стали. Он также известен как холодное воронение. [7]
Черный оксид для меди , иногда известный под торговым названием Ebonol C , преобразует медную поверхность в оксид меди . Для того, чтобы процесс работал, поверхность должна иметь не менее 65% меди; для медных поверхностей, которые имеют менее 90% меди, ее сначала необходимо предварительно обработать активирующей обработкой. Готовое покрытие химически стабильно и очень адгезивно. Оно стабильно до 400 °F (204 °C); выше этой температуры покрытие разрушается из-за окисления базовой меди. Для повышения коррозионной стойкости поверхность можно смазать маслом, покрыть лаком или воском . Его также используют в качестве предварительной обработки перед покраской или эмалированием . Отделка поверхности обычно сатинированная , но ее можно сделать глянцевой, покрыв прозрачной высокоглянцевой эмалью. [8]
В микроскопическом масштабе на поверхности образуются дендриты , которые улавливают свет и увеличивают поглощающую способность . Благодаря этому свойству покрытие используется в аэрокосмической промышленности , микроскопии и других оптических приложениях для минимизации отражения света. [8]
В печатных платах (ПП) использование черного оксида обеспечивает лучшую адгезию для слоев стекловолоконного ламината. [9] ПП погружают в ванну, содержащую гидроксид, гипохлорит и купрат , который истощается по всем трем компонентам. Это указывает на то, что черный оксид меди частично происходит из купрата и частично из медной схемы ПП. При микроскопическом исследовании слой оксида меди (I) отсутствует.
Соответствующая военная спецификация США — MIL-F-495E. [10]
Горячая черная оксидная пленка для нержавеющей стали представляет собой смесь едких, окислительных и сернистых солей. Она чернит серии 300 и 400, а также упрочненные дисперсионным способом сплавы нержавеющей стали 17-4 PH. Раствор можно использовать на чугуне и мягкой низкоуглеродистой стали. Полученная отделка соответствует военной спецификации MIL-DTL–13924D Class 4 и обеспечивает стойкость к истиранию. Черная оксидная пленка используется на хирургических инструментах в условиях интенсивного освещения для снижения утомляемости глаз. [ необходима цитата ]
Чернение нержавеющей стали при комнатной температуре происходит в результате автокаталитической реакции осаждения селенида меди на поверхности нержавеющей стали. Оно обеспечивает меньшую абразивную стойкость и ту же защиту от коррозии, что и процесс горячего чернения. [ необходима цитата ]
Черный оксид цинка также известен под торговым названием Ebonol Z. [ 11]