胡志豪(浙江省金華市高級技工學校,浙江金華 321000)

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精制高速鋼工具表面發(fā)藍工藝

胡志豪
(浙江省金華市高級技工學校,浙江金華 321000)

【摘 要】不影響零件尺寸和精度條件下,用化學方法使金屬表面生成一層很薄的人工氧化膜(Fe3O4,0.6-1.5um),高速鋼工具通過堿性發(fā)藍處理,可提高工具的抗腐蝕性、穩(wěn)定性和致密性,使色澤美觀,同時具備裝飾性和保護性的功能。文中從高速鋼工具發(fā)藍前處理出發(fā),介紹了發(fā)藍溶液準備、發(fā)藍的操作過程、發(fā)藍操作中注意事項、發(fā)藍溶液的調(diào)整與維護,并在最后探討了常見的缺陷和解決措施。

【關鍵詞】高速鋼工具 發(fā)藍工藝 操作

1 高速鋼工具發(fā)藍前處理

(1)發(fā)藍的工件必須進行表面清洗，除油、除銹以及清理臟物，化學除油溶液配比:NaOH:100g/l，Na2CO3:30g/l，Na3PO4:30g/l，溫度:〉80°C，時間:10min—20min。(2)除油溶液需保持輕微沸騰狀態(tài)，經(jīng)常撈去漂浮在液面上的贓物，并根據(jù)使用狀況定期清理和更換。(3)工件除油后應在80-100°C的流動熱水中清洗10分鐘。(4)進行酸洗工序，經(jīng)過化學除油后的工件應進行酸洗處理，以增加表面活性。酸洗溶液配比:工業(yè)鹽酸；尿素(0.2—0.5%)，常溫下進行。(5)工件酸洗后應在室溫下用流動水沖洗若干分鐘。

2 發(fā)藍溶液準備

2.1 發(fā)藍溶液的配比和參數(shù)

NaNO2:200---250g/l，NaOH:500---650g/l，Na3PO4:3—5g/l，溫度:入槽溫度138--142°C；出槽溫度146—150°C；時間: 60min。

2.2 發(fā)藍溶液配制

按配比備好原料，在發(fā)藍槽內(nèi)加少許水，并在槽內(nèi)加入NaOH，加水至槽深的一半，并不斷攪拌；加入備好的Na2NO2，經(jīng)過攪拌后加入經(jīng)過計量的水。經(jīng)過計量的Na3PO4單獨溶解于熱水以后也加入到NaOH和Na2NO2的溶液中，新配制的發(fā)藍溶液應為乳白色。

3 發(fā)藍的操作過程

發(fā)藍過程的工序為:工件裝夾→去油→清洗→酸洗→氧化→清洗→皂化→熱水煮洗→干燥→上油→檢查。

3.1 工件裝夾

根據(jù)高速鋼工具的大小、形狀設計專門的工裝，目的是工件之間留有足夠的間隙，工件之間不能互相接觸，保證每個工件都能完全浸入發(fā)藍液中被氧化。

3.2 清洗和去油

高速鋼工件在前期加工過程中表面難免會留有各種贓物和油污，進行清洗和去油目的是清理去除表面贓物和油污，因為表面任何的贓物和油污，都會影響高速鋼工件表面Fe3O4氧化膜的形成，所以必須在發(fā)藍之前去除。

3.3 酸洗

酸洗是去除高速鋼工件表面的鐵銹，并且起到活化工件表面的作用，工件表面的鐵銹會嚴重影響表面致密氧化膜的形成，同時對工件表面的活化作用也有利于發(fā)藍過程中的氧化，促進高速鋼表面形成良好的Fe3O4氧化膜。

3.4 氧化

氧化是發(fā)藍的主要工序，F(xiàn)e3O4氧化膜是否致密、光滑、氧化膜的厚度如何等都取決于氧化階段的操作，因此需要嚴格掌握發(fā)藍溶液的成分配比，發(fā)藍液的溫度、時間、濃度變化等問題。新配置好的發(fā)藍液的應為乳白色，如果使用過程中發(fā)現(xiàn)溶液變紅棕色，表明Na2NO2的濃度過大，如果發(fā)藍溶液變綠色，說明Fe3+的濃度過高，需要更換發(fā)藍溶液。

3.5 皂化

經(jīng)過發(fā)藍并且清洗后的高速鋼工件需要進行皂化處理，所謂皂化處理是指用肥皂水溶液在一定溫度下浸泡工件，目的是在工件表明形成一層硬脂酸鐵薄膜，以提高工件的抗腐蝕能力。

3.6 熱水清洗、上油

經(jīng)過發(fā)藍和皂化處理的工件，因為表明殘留有發(fā)藍液或皂化液，影響工件表面質(zhì)量，需要進行熱水浸泡清洗并用流動水沖洗干凈，經(jīng)干燥后上油。

3.7 檢查

高速鋼工具發(fā)藍過程結束后，要對工件進行檢查，F(xiàn)e3O4氧化膜是否合格，任意抽取三件放置于2%硫酸銅溶液中浸泡20S，不退顏色者為合格，三件中有一件以上不合格，則判斷整槽工件均為不合格，要重新進行發(fā)藍處理。

4 發(fā)藍操作中注意事項

(1)經(jīng)配制好的溶液加熱到沸騰。經(jīng)加熱熔化的發(fā)藍溶液應充分攪拌，以保證濃度、溫度一致，當沸騰10—15分鐘，即可進行發(fā)藍處理。(2)嚴格掌握高速鋼工具入槽和出槽溫度，如果初始沸點溫度高于140-144°C，添加水以降低沸點，如果低于140-144°C，可以添加NaOH，提高沸點。(3)發(fā)藍過程中應注意溶液成分的變化，使溶液中Fe3+的濃度應控制在2g/l以下。(4)發(fā)藍處理完成后工件應用流動水清洗去除表面殘堿，并在80—100°C熱水中沖洗干凈，可用10%酚酞酒精溶液試紙檢驗是否沖洗干凈，如試紙變粉紅色則應繼續(xù)沖洗干凈。(5)皂化處理:將清洗干凈的高速鋼工具置于濃度為30—40g/l的肥皂水溶液中進行皂化處理，皂化溫度80—90°C，時間為2—4min。經(jīng)皂化處理后的高速鋼工具應立即用100°C沸水漂洗直至表面清洗干凈。(6)上油:經(jīng)發(fā)藍和皂化后的高速鋼工具沸水清洗干凈及烘干后，浸入105—120°C變壓器油中，時間3—5min。

5 發(fā)藍溶液的調(diào)整與維護

(1)新配制的發(fā)藍溶液里，應該添加一些鐵屑或者加入20%以下的舊發(fā)藍溶液，以增加發(fā)藍液中Fe3+，使氧化膜結合牢固、均勻和致密。(2)發(fā)藍液加熱到工作溫度后，應該取樣分析化驗，使Na2NO2: NaOH=1:3.7—1:4左右為宜。(3)發(fā)藍溶液應保持清潔，不允許工具表面有殘酸帶入發(fā)藍槽中，發(fā)藍工作完畢應隨時加蓋，防止贓物掉入槽中。(4)工作過程中發(fā)藍溶液表面的渣子應隨時清除干凈，槽壁和槽底的沉淀，每一個月需要清除一次，使用4---6個月需要過濾一次。

6 常見的缺陷和解決措施

高速鋼工具的發(fā)藍工藝，在操作過程中，也可能會出現(xiàn)如下一些缺陷:

6.1 氧化膜表面發(fā)花

工件在黑色基體上出現(xiàn)零星的白點，這種現(xiàn)象稱為“發(fā)花”。發(fā)花原因主要是氧化時間不夠，酸洗和除油液中堿含量低引起的，解決辦法是延長氧化時間，補充加入少量的NaOH。

6.2 氧化膜薄

原因是Fe3+的濃度及槽液的溫度和氧化液濃度低，解決辦法是調(diào)整發(fā)藍液的濃度。

6.3 不生成氧化膜

經(jīng)過發(fā)藍處理后，工件表面仍然不上色，也即不形成氧化膜，原因主要是發(fā)藍液中Na2NO2濃度不足引起，或者發(fā)藍液溫度過低，解決辦法是適當增加Na2NO2含量或提高發(fā)藍液溫度。

6.4 氧化表面掛灰

工件表面沒有烏黑光澤，出現(xiàn)紅色掛灰，原因主要是發(fā)藍溶液中NaOH含量過高，生成的氧化鐵過多，或者發(fā)藍液溫度高引起，解決辦法是調(diào)整溶液濃度，補充加入一些Na2NO2和水，以降低NaOH的濃度，或者降低槽液的溫度。

6.5 氧化膜疏松

表面的氧化膜很容易擦掉，與工件結合力低，原因主要是發(fā)藍液中Fe3+的濃度不足，解決辦法是在發(fā)藍液中添加舊的發(fā)藍液或者鐵屑并且煮沸30分鐘，以增加發(fā)藍液中Fe3+的濃度即可。

作者簡介:胡志豪(1964—),男,浙江金華人,大學本科,高級講師,材料與熱處理。