電工純鐵發(fā)藍(lán)異常的分析和處理

吳 群，于魯萍

（航天科工慣性技術(shù)有限公司，北京 100074）

電工純鐵DT4C由于電磁性能好，常用于精密零件的制造，該材料被廣泛應(yīng)用于航空航天類產(chǎn)品。由于此種材料本身的耐蝕性能差，容易生銹，所以需要進(jìn)行表面處理以提高其防銹能力。氧化處理是其中的一種防腐蝕措施，電工純鐵在含有氧化劑的溶液中進(jìn)行處理，在其表面生成一層亮藍(lán)色或亮黑色且性能穩(wěn)定的磁性氧化鐵膜，膜的厚度δ約為0.5～1.5 μm［1］；在工業(yè)上，機(jī)械零件的氧化處理又稱為“發(fā)藍(lán)”或“發(fā)黑”。比較多的是研究新型發(fā)藍(lán)工藝［2-4］，提高發(fā)藍(lán)件耐蝕性能要求，關(guān)于機(jī)械加工過程與發(fā)藍(lán)工藝的關(guān)系以及發(fā)藍(lán)過程中的清洗過程和夾具使用導(dǎo)致發(fā)藍(lán)異常的具體問題分析并不多見。

1 問題描述

近幾年以來，公司內(nèi)電工純鐵材料的產(chǎn)品每月滾動交付數(shù)量大，均在300件左右。該類產(chǎn)品機(jī)械加工結(jié)束后，均有表面處理發(fā)藍(lán)要求。其中有兩個產(chǎn)品極靴組件、殼體先后多批次發(fā)藍(lán)后出現(xiàn)了異常，成為了難題。極靴組件由單件產(chǎn)品極靴和隔磁環(huán)壓合焊接而成的，發(fā)藍(lán)后極靴和隔磁環(huán)的壓合縫隙處出現(xiàn)了白色析出物。殼體則在發(fā)藍(lán)后先后出現(xiàn)了分布一致的壓痕和紅色掛霜物質(zhì)（見圖1和圖2）。

圖1 殼體發(fā)藍(lán)后壓痕Fig.1 Indentation of shell after bluing

圖2 殼體發(fā)藍(lán)后紅色掛霜Fig.2 Red with frost of shell after bluing

2 問題分析

2.1 極靴組件原因分析

極靴組件的機(jī)械加工工藝流程為：準(zhǔn)備→鉗→車→精車→精車→鉗→激光焊→熱處理→檢→表面處理?！皽?zhǔn)備”工序，工藝要求隔磁環(huán)與極靴孔軸配合過盈量為0.029～0.039 mm，且在單件及加工過程中對配合的圓與端面均有圓度、垂直度要求。“鉗”工序壓合時，需保證平行度及無縫隙要求。目測極靴與隔磁環(huán)外圓有白色析出物的接合端面（圖3和圖4的A）有縫隙，切開后用X光進(jìn)行檢測，在隔磁環(huán)與極靴孔軸配合（圖4中的B）圓周內(nèi)存在不均勻的縫隙，局部配合有的有間隙，有的緊密無縫。縫隙的存在導(dǎo)致發(fā)藍(lán)過程清洗難度的增加。

圖3 極靴組件發(fā)藍(lán)后白色結(jié)晶物析出Fig.3 The white crystals precipitated on Jixue

圖4 極靴組件白色結(jié)晶物析出部位示意圖Fig.4 Schematic diagram of white cryatsl prrecipitating site of Jixue

表面處理發(fā)藍(lán)過程的常規(guī)流程可分為三個階段，氧化前的準(zhǔn)備階段、氧化處理階段、氧化后的輔助加工階段。其具體流程為：半成品驗收→裝掛→化學(xué)除油→熱水清洗→冷流水清洗→鹽酸浸蝕→冷流水清洗→氧化處理→熱水清洗→冷流水清洗→冷流水清洗→熱水清洗→壓縮空氣吹干→卸掛。常規(guī)清洗方法主要去除殘留堿液、殘留酸液以及殘留氧化液，清洗時借助相關(guān)夾具能夠?qū)Υ蟛糠之a(chǎn)品清洗干凈，但是對于壓合類的組件產(chǎn)品或是小孔類產(chǎn)品，不一定清洗干凈。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此次清洗更換了新的掛具，新掛具容量較原來掛具容量多三分之一，但清洗的用水量不變，導(dǎo)致清水中的堿濃度增加，堿液殘留。

產(chǎn)品表面的白色結(jié)晶物經(jīng)檢測，主要成分為鈉鹽，根據(jù)極靴組件機(jī)械加工流程及工序內(nèi)容，分析極靴組件配合端面及圓周有鈉鹽析出物，一是與配合部位有縫隙有關(guān)，二是與表面處理清洗不徹底有關(guān)。

2.2 殼體原因分析

同批次產(chǎn)品發(fā)藍(lán)前并無此夾具印，且產(chǎn)品上印痕的分布較一致，推測與發(fā)藍(lán)過程有關(guān)。殼體的發(fā)藍(lán)工藝規(guī)程與極靴組件相同，均有三個階段，考慮到氧化處理階段時間長影響因素大，首先進(jìn)行該過程的排查。經(jīng)核實，發(fā)藍(lán)時，殼體均放置在“魚骨”狀的掛具（見圖5）。零件斜插在每根“魚刺”上，一個掛具裝掛量為10個。發(fā)藍(lán)過程中，產(chǎn)品與該夾具接觸點產(chǎn)生遮擋，同時兩側(cè)產(chǎn)生氣袋。若氧化時間長，未按要求抖動，夾具與零件接觸處容易有氣泡析出，干擾氧化膜的形成，造成氣泡處的膜層質(zhì)量較差，最終產(chǎn)生紅色圈狀缺陷，暴露在空氣中則會進(jìn)一步發(fā)展，形成紅色壓痕。

圖5 殼體發(fā)藍(lán)用掛具圖Fig.5 Hanging tool for shell bluing

發(fā)藍(lán)后出現(xiàn)紅色掛霜的產(chǎn)品較多，基本分布在產(chǎn)品內(nèi)表面，經(jīng)汽油清洗后暴露出來。該附著物經(jīng)軟質(zhì)絨布輕輕擦拭后，可以擦除且產(chǎn)品表面光滑并無腐蝕坑，排除產(chǎn)品發(fā)藍(lán)前腐蝕問題。根據(jù)各類文獻(xiàn)資料記載，發(fā)藍(lán)后的紅色掛霜［5］應(yīng)為發(fā)藍(lán)溶液中積聚的氫氧化鐵粘附至產(chǎn)品表面導(dǎo)致。原因是發(fā)藍(lán)過程中產(chǎn)生的鐵酸鈉與亞鐵酸鈉在鋼鐵制件表面形成磁性四氧化三鐵膜的同時所水解的產(chǎn)物，即氫氧化鐵脫水后為三氧化二鐵，當(dāng)發(fā)藍(lán)溶液中積聚一定量的氫氧化鐵之后，氧化膜表面會粘附一層明顯的紅色掛霜，它的出現(xiàn)不但影響到氧化膜的外觀，還會降低氧化膜的耐蝕性，因此槽液的定期維護(hù)非常重要需要關(guān)注。

3 解決措施

3.1 極靴組件

針對導(dǎo)致極靴組件發(fā)藍(lán)后出現(xiàn)白色析出物的兩個因素機(jī)械加工過程、清洗過程分別制定解決措施。（1）極靴與隔磁環(huán)的機(jī)械加工過程嚴(yán)格執(zhí)行壓合前的分組選配，保證極靴與隔磁環(huán)配合過盈量在0.029 mm以上。（2）壓合時，保證兩個產(chǎn)品放正，減少壓合變形，同時由檢驗人員檢測相應(yīng)尺寸和平行度，保證端面接合處無縫隙。對于表面處理的清洗過程，除按照正常發(fā)藍(lán)工藝清洗外，增加用冷、熱水交替清洗三次以上，針對縫隙不易清洗干凈的問題，則增加超聲波清洗，最后在100℃下烘干箱中烘干。后續(xù)多批次產(chǎn)品經(jīng)該方法后，產(chǎn)品表面質(zhì)量顯著提高。

3.2 殼體

針對產(chǎn)品夾具印處的壓痕問題，重點關(guān)注產(chǎn)品裝掛狀態(tài)，產(chǎn)品數(shù)量較多時，嚴(yán)格控制裝掛產(chǎn)品的數(shù)量，避免零件之間相互壓緊或產(chǎn)生氣袋，使氧化溶液不能與鋼鐵表面均勻接觸。同時為避免原掛具點接觸方式對膜層的影響，在發(fā)藍(lán)過程中對掛具進(jìn)行人工的定期抖動，將氣泡及時趕出零件。針對紅色掛霜會隨著發(fā)藍(lán)溶液中高價鐵離子的增加而加重的問題，加強(qiáng)發(fā)藍(lán)溶液的控制和維護(hù)。其具體方法為：先在發(fā)藍(lán)溶液中加入原體積1/4的熱水，使之稀釋，然后加熱至沸，待靜置后吸出槽底紅色沉淀物于盆內(nèi)，上層清液進(jìn)行濃縮或補(bǔ)加材料。使之達(dá)到合乎工藝配方要求的質(zhì)量濃度。此法需按照產(chǎn)品的批量保持一定的時間間隔經(jīng)常進(jìn)行。解決了夾具和槽液問題后，后續(xù)多批次產(chǎn)品表面質(zhì)量狀態(tài)穩(wěn)定，此類問題沒有再發(fā)生。

4 結(jié)語

多批次電工純鐵產(chǎn)品發(fā)藍(lán)異常返工返修是生產(chǎn)中存在的難點問題，針對極靴組件和殼體兩類產(chǎn)品發(fā)藍(lán)異常進(jìn)行了分析，雖然槽液濃度是影響發(fā)藍(lán)膜質(zhì)量的重要及主要因素，但產(chǎn)品機(jī)械加工過程和表面處理存在密不可分的關(guān)系，另外產(chǎn)品的裝掛過程和清洗過程等輔助過程的影響不容忽視。后續(xù)該系列產(chǎn)品該類問題沒有再發(fā)生，解決了產(chǎn)品外觀質(zhì)量的難題，可給予其它單位借鑒。