Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.
Powłoka z czarnego tlenku to rodzaj chemicznej powłoki konwersyjnej przeznaczonej głównie dla metali żelaznych, ale proces ten jest dostosowany do stali nierdzewnej, miedzi, aluminium i cynku. Powłoki konwersyjne różnią się od konwencjonalnych powłok, takich jak malowanie proszkowe lub galwanizacja, ponieważ nie dodają ani nie usuwają żadnego metalu z podłoża.
Zamiast tego, wykończenie czarnym tlenkiem przekształca warstwę powierzchniową części w taką, która może pochwalić się doskonałym wyglądem, wykazuje większą odporność na korozję i jest nieodblaskowa. Proces ten jest również często określany jako czernienie, czarna pasywacja, utlenianie i utlenianie. czernienie broni.
Czym jest czarny tlenek?
Ogólnie rzecz biorąc, czarny tlenek lub czarny tlenek żelaza odnosi się do tlenku żelaza znanego jako magnetyt (Fe3O4), który powstaje, gdy metal żelazny jest wystawiony na działanie specjalnych utleniających chemikaliów. Jest to rodzaj powłoki konwersyjnej, a zatem warstwa powierzchniowa metalu jest formowana w jego tlenek poprzez konwersję. Grubość warstwy na gotowej części wynosi od jednego do dwóch mikrometrów.
Cienka warstwa lub powłoka wzdłuż powierzchni części zapewnia korzyści, takie jak większa ochrona przed korozją, atrakcyjny wygląd i gładkie wykończenie. W rezultacie wiele zastosowań, takich jak części samochodowe, wykorzystuje proces powlekania czarnym tlenkiem.
Proces czernienia działa również w przypadku niektórych metali nieżelaznych, takich jak cynk i miedź.
Kiedy stosuje się powłokę z czarnego tlenku?
Powłoki z czarnego tlenku są stosowane w celu zwiększenia odporności na korozję i zużycie przy jednoczesnym spełnieniu wysokich wymagań tolerancji. Jedną z zalet tego procesu jest minimalne narastanie, co oznacza, że ogólne wymiary części zwiększają się tylko o niewielką ilość.
Jest on stosowany na częściach, które wymagają pewnego stopnia odporności na ścieranie, ponieważ czarny tlenek nie ściera się tak łatwo, jak niektóre inne wykończenia. Części pokryte czarną oksydą są często wykorzystywane w sektorze motoryzacyjnym i lotniczym, a także w produkcji narzędzi ręcznych i innego sprzętu. Stosuje się go do powlekania elementów złącznych, ponieważ wykończenie czarnym tlenkiem poprawia ich przyczepność i ochronę przed korozją, jednocześnie nadając im estetyczny wygląd.
Jak działa proces powlekania czarnym tlenkiem?
Powłoka z czarnego tlenku lub proces czernienia to reakcja chemiczna, w której zewnętrzna powierzchnia metalu reaguje z roztworami chemicznymi, a tym samym ulega transformacji.
Proces ten dzieli się na trzy główne typy:
Proces czarnego tlenku na gorąco
Proces powlekania gorącym czarnym tlenkiem odbywa się w podwyższonej temperaturze 141 °C (286 °F) i przekształca powierzchnię materiału żelaznego w magnetyt (Fe3O4). Magnetyt z natury jest czarnym, nieprzezroczystym i magnetycznym materiałem, dlatego jego powierzchnia staje się czarna.
Cały proces składa się z siedmiu etapów::
- Czyszczenie powierzchni
- Płukanie
- Trawienie kwasem
- Płukanie
- Kąpiel chemiczna tlenku czarnego
- Płukanie
- Uszczelnianie
Czyszczenie powierzchni
Czyszczenie powierzchni jest pierwszym krokiem. Odpowiedni detergent alkaliczny zapewnia usunięcie zanieczyszczeń, takich jak tłuszcz, brud, kurz, rdza, łuski, tłuszcze, oleje, a nawet mikroorganizmy. Roztwory alkaliczne nie przywierają do powierzchni i łatwo się spłukują.
Płukanie
Do spłukiwania detergentu używana jest zwykła kąpiel wodna. Wraz z detergentem emulsja wszystkich zanieczyszczeń, takich jak osady gleby, również opuszcza powierzchnię.
Trawienie kwasem
Trawienie kwasem służy do usuwania warstw tlenków i plam rdzy. Technicy mogą pominąć ten krok, jeśli część nie ma wyżej wymienionych problemów.
Płukanie
Część jest ponownie płukana w celu usunięcia pozostałości kwasu z poprzedniego etapu.
Kąpiel chemiczna z czarnym tlenkiem
Części są następnie zanurzane w gorącej kąpieli zawierającej określone sole wodorotlenku sodu (sody kaustycznej), azotanów i azotynów. Te związki czerniejące przekształcają górną warstwę części w magnetyt Fe3O4.
Roztwór chlorku jonu (FeCl3) może być również stosowany jako związek czerniejący. 50% roztwór czarnego tlenku jest zazwyczaj wystarczający.
Stopień czernienia zależy od czasu zanurzenia. Początkowo czernienie jest szybkie, ale głębsze odcienie wymagają coraz dłuższego czasu.
Płukanie
Po osiągnięciu pożądanego odcienia, części są wyjmowane z kąpieli i ponownie płukane w celu usunięcia wszelkich pozostałości związków.
Uszczelnianie
Jest to dodatkowy etap, który zapewnia większą odporność na korozję. Część jest wystawiona na działanie środka uszczelniającego, takiego jak olej, który wypełnia pory w powierzchni czarnego tlenku i uszczelnia ją poprzez „zatopienie” w niej. Warstwa oleju nadaje również części błyszczący wygląd. Matowe wykończenie uzyskuje się poprzez zastąpienie oleju bezbarwnym woskiem. Całkowite wyschnięcie uszczelniacza zajmuje trochę czasu.
Po zakończeniu metalowa część będzie miała atrakcyjne czarne wykończenie. Łożyska są często czernione przy użyciu tego procesu.
Proces powlekania gorącym czarnym tlenkiem jest bardzo odpowiedni dla dużych partii. Zautomatyzowane nośniki części mogą zanurzać części na określony czas w różnych kąpielach.
Jest to najpopularniejszy rodzaj procesu czernienia. Niesie jednak ze sobą ryzyko wybuchu pary, ponieważ proces odbywa się powyżej temperatury wrzenia wody.
Proces czernienia w średniej temperaturze
Proces czernienia może być również przeprowadzany w temperaturach poniżej temperatury wrzenia wody. Gdy jest on przeprowadzany w temperaturze od 90 °C do 120 °C (194 °F – 248 °F), znany jest jako średniotemperaturowy proces powlekania czarnym tlenkiem.
Proces ten nie wytwarza żrących oparów, które są wysoce toksyczne dla ludzi, a w skrajnych przypadkach mogą nawet prowadzić do śmierci.
Proces zimnego czarnego tlenku
Proces zimnego czarnego tlenku odbywa się w temperaturze pokojowej między 20 °C a 30 °C (68 °F – 86 °F). W przeciwieństwie do poprzednich dwóch procesów, ten nie obejmuje konwersji powierzchni do tlenku.
Proces na zimno osadza selenek miedzi na powierzchni. Związek ten ma również charakterystyczny czarny kolor i zapewnia wykończenie podobne do poprzednich dwóch procesów.
Powłoka jest jednak bardziej miękka i może łatwo odpadać. Dodanie uszczelniacza jest wymagane w celu poprawy właściwości odporności na korozję, podobnie jak w przypadku pozostałych dwóch procesów.
Inne materiały
Powyższe procesy dobrze sprawdzają się w przypadku metali na bazie żelaza, takich jak żeliwo i stal węglowa. Jednakże, niektóre inne materiały również mogą być czernione. Proszę przeanalizować kilka z tych metod.
Miedź
Proces czarnego tlenku miedzi przekształca powierzchnię w tlenek miedzi i nazywa się Ebonol C. Tworzona jest wysokiej jakości warstwa, która z łatwością wytrzymuje temperatury do 200 °C (392 °F).
Podobnie jak w przypadku stali węglowych, warstwa ta wymaga uszczelnienia olejem, lakierem lub woskiem w celu zwiększenia odporności na korozję.
Cynk
Proces czernienia cynku występuje pod nazwą handlową Ebonol Z. W tym procesie część cynkowa jest zanurzana w roztworze alkalicznym w temperaturze od 72 °C do 82 °C (160 °F do 180 °F).
Proces ten nadaje ciemnoczarne wykończenie o łagodnych właściwościach antykorozyjnych.
Stal nierdzewna
Czarny tlenek jest często stosowany w celu wyeliminowania odblaskowego charakteru stali nierdzewnej, na przykład w narzędziach chirurgicznych. Zmniejsza to liczbę błędów, które chirurg mógłby popełnić, ponieważ światło nie odbija się do niego podczas zabiegu.
W przypadku stali nierdzewnej najlepiej sprawdza się proces średniotemperaturowy. Odbywa się on w temperaturze od 93 °C do 98 °C (200 – 210 °F) i zapewnia wykończenie powierzchni na równi z gorącą czarną oksydą. Sprawdza się w przypadku stali nierdzewnej serii 200, 300 i 400.
Korzyści
Powłoka z czarnego tlenku jest procesem pośrednim między powłokami ochronnymi a procesami galwanicznymi. Zapewnia wiele zalet procesów galwanicznych, nie będąc przy tym tak kosztownym i trudnym:
Atrakcyjny wygląd
Jednym z najpopularniejszych powodów, dla których ludzie wybierają czarne wykończenie oksydowane, jest jego estetyczny wygląd. Czernienie zapewnia czystą i jednolitą powierzchnię bez żadnych plam. Błyszczący lub matowy wygląd można uzyskać, wybierając odpowiedni uszczelniacz po obróbce.
W przystępnej cenie
Czernienie jest bardziej przystępne cenowo niż galwanizacja, a nawet malowanie. Proces oksydowania na zimno można nawet przeprowadzić w domu przy użyciu zwykłego sprzętu, takiego jak plastikowe pojemniki.
Niskie zmiany wymiarów
Rozmiar części rośnie z powodu tworzenia się tlenków. Wzrost ten jest jednak minimalny w porównaniu z innymi procesami, takimi jak malowanie i galwanizacja.
Wykończenie czarnym tlenkiem ma zazwyczaj grubość od jednego do dwóch mikrometrów, co jest prawie nieistotne i w większości przypadków nie wpływa na funkcjonalność. Dlatego proces ten jest odpowiedni dla części o wąskich tolerancjach.
Doskonałe wykończenie powierzchni
Proces oksydowania na czarno zapewnia doskonałe wykończenie części. Oprócz gładkości, wykończenie pełni również rolę ochronną.
Minimalizuje odbicia światła
Minimalizacja odbicia światła może być niezbędną właściwością w wielu zastosowaniach, takich jak narzędzia chirurgiczne i części w zastosowaniach związanych z promieniowaniem (czujniki i detektory UV i IR).
Sprawiając, że część jest mniej odblaskowa i łatwa dla oczu, poprawia się kontrolę i precyzję podczas operacji laparoskopowych.
Zwiększona odporność na korozję
Powłoka z czarnego tlenku w pewnym stopniu poprawia odporność na korozję, pod warunkiem zastosowania szczeliwa do zamknięcia porów. Jednak części mogą nadal korodować w trudnych warunkach.
W przypadku stali nierdzewnej ochrona antykorozyjna jest dodatkowo zwiększona, ponieważ stal zachowuje swoje właściwości antykorozyjne oprócz ochrony zapewnianej przez czernienie.
Właściwości przeciwzatarciowe
Powłoki z czarnego tlenku mają również właściwości antyzatarciowe. Oznacza to, że zapobiega zużyciu adhezyjnemu między częściami podczas kontaktu ślizgowego.
Pozwala to na płynniejsze docieranie współpracujących części. Poświęca się czarną powłokę tlenkową, ale powierzchnia staje się utwardzona, co zapobiega dalszemu zużyciu.
Wysoka smarowność
Warstwa czarnego tlenku ma niski współczynnik tarcia, zwłaszcza jeśli na końcu zostanie pokryta woskiem/olejem.
Odporność na ścieranie
Warstwa czarnego tlenku zapewnia również pewien stopień odporności na zużycie. Nie łuszczy się ona łatwo i w niektórych zastosowaniach jest twardsza niż podłoże. Zwiększona twardość pomaga skuteczniej radzić sobie z materiałami ściernymi.
Ograniczenia
Poniższe ograniczenia mogą uniemożliwić stosowanie powłoki z czarnego tlenku do niektórych celów:
Łagodna odporność na korozję
Czarna powłoka tlenkowa nie zapewnia wyjątkowej odporności na korozję. Istnieją inne tańsze alternatywy, jeśli głównym celem jest odporność na korozję.
Erozja warstwy
Powłoki z czarnego tlenku mają niższą trwałość niż inne wykończenia i mogą ulegać erozji, narażając podłoże na trudne warunki, zwłaszcza gorące środowisko. Co więcej, odbarwienie oleju po obróbce do brudnobrązowego wyglądu może sprawić, że część będzie wyglądać na przedwcześnie zardzewiałą. Uszkodzona powłoka jest również trudna do naprawy.
Jest to powód, dla którego nie zaleca się stosowania czarnej powłoki tlenkowej do elementów złącznych, które będą na przykład zabezpieczać silnik.
Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.