付振明，金玉谟，王贵昆

（1.青岛征和工业有限公司，山东 青岛 266705；2.平度吉凯化学科技服务商社，山东 青岛 266700）

链条链板零件常温发黑工艺及其应用

付振明1,*，金玉谟1，王贵昆2

（1.青岛征和工业有限公司，山东 青岛 266705；2.平度吉凯化学科技服务商社，山东 青岛 266700）

介绍了链条链板零件常温发黑工艺，论述了前处理、常温氧化发黑和后处理工艺的操作规范和控制要点。分析了发黑中常见缺陷产生的原因，提出了排除方法。应用实践表明，该常温发黑工艺具有节能、高效、操作方便、环境污染小和成本低廉的特点，各项性能满足客户要求。

链板链条；常温发黑；耐蚀性；故障排除

1 前言

与传统的碱性高温发黑工艺相比，常温发黑工艺具有不受钢材种类限制，节能、高效、无毒，设备简单，操作方便，环境污染小，成本低廉等诸多优点，从而引起广泛关注[1]。但是，10多年来市售的各种商品发黑液尚存许多不足之处，例如发黑液的稳定性，所生成的表面膜的致密性、附着力和耐蚀性等都存在不同程度的欠缺，限制了常温发黑工艺的生产应用[2-3]。本文结合多年的生产实践，以链条链板零件常温发黑工艺[4]为例，分析阐述了生产应用中的工艺控制和改进措施，以便更好地推广应用该工艺，提高经济效益和社会效益。

2 工艺流程

链板、链条常温发黑工艺通常包括以下4种流程：

(1) 装筐—去油去锈—冲洗—常温发黑—冲洗—流动水漂洗—换筐—浸脱水防锈油。

(2) 装筐—去油去锈—冲洗—常温发黑—冲洗—弱碱中和—漂洗—换筐—浸脱水防锈油。

(3) 装筐—去油去锈—冲洗—常温发黑—冲洗—封闭钝化—沸水脱水—换筐—浸热机油。

(4) 装筐—去油去锈—冲洗—常温发黑—冲洗—封闭钝化—干燥—换筐—浸封闭漆。

上述流程中，后处理工序一次由简到繁，成本提高，产品质量随之提高。一般产品使用流程(1)即可达到质量要求，特殊的、要求严苛的零件可选择后续流程，或根据零件要求自由选择增减某一工序。常温发黑工艺和碱性发黑工艺相比，虽然工艺流程中前处理和后处理工序都相同，但前者的要求更严格，必须保证发黑前彻底除油、除锈，发黑后则必须使用脱水防锈油或高温机油等封闭。链条链板零件常温发黑工艺流程根据客户要求而定，一般要求可选用流程(2)，要求严格的可选用流程(4)。

3 前处理工序

3. 1 去油

前处理是决定常温发黑质量好坏的关键因素，特别是除油工序，绝大多数工件上都有油污，发黑前必须彻底去除。除油不彻底会造成发黑膜结合力极差，造成工件膜层脱落、花斑等缺陷，甚至用棉纱就能擦掉。特别是常温发黑工艺，因溶液自身无去油能力，油污对氧化膜形成的影响比高温工艺大。

去油方法：可用碱性高温去油，也可用金属常温清洗剂去油，或滚光去油。去油后的零件最好先用热水清洗，再用流动水漂洗干净。

3. 2 水洗

自来水冲洗0.5 ～ 1.0 min，再用流动自来水漂洗。

3. 3 去锈

必须确保发黑前基体表面完全裸露出金属晶格，否则膜层会挂灰疏松。酸洗浸蚀是非常关键的工序，即使看似表面光洁无锈，也应浸酸活化。

采用常规的盐酸液除锈、再水洗，可用盐酸(工业盐酸和水体积之比为(2 ～ 3)∶1)酸洗1 ～ 5 min。为减轻氢脆的影响，时间应控制在不超过10 min。

除锈同除油工序一样，必须把锈迹清除干净，否则造成发黑膜层结合力差、产生花斑等问题，严重影响发黑质量。

去锈以工件表面露出均匀的铅灰色为佳，且除锈后不得长时间搁置在空气中，须尽快入槽发黑。实验发现，除锈后的零件如果再次形成浮锈或氧化膜，在发黑时，膜层疏松，表面挂浮灰。

酸洗过程一般采用浓盐酸等强酸性物质，如果漂洗不彻底，强酸性物质被带到发黑剂中，必然会影响发黑液的pH，使发黑质量难以控制。

4 常温氧化发黑

4. 1 工艺操作要求

4. 1. 1 工作液配制

发黑原液的组成成分主要包括主盐、氧化剂、配位剂、稳定剂和润湿剂等。

将发黑原液与水按照比例要求加入工作槽中，搅拌均匀即可。

4. 1. 2 要求

(1) 先加水后加溶液。水质要求优良，因为高硬度水或受污染的水易造成膜层不良或溶液不稳定。

(2) 除零件外，其他所有与溶液接触的器具只能是塑料、陶瓷或钛制品等材质，铁、铜、铝等金属器物会与溶液发生反应，严重影响溶液使用寿命与稳定性。

(3) 工作液的溶液浓度控制：浓度高，成膜所需时间短，膜质综合性能高，但色泽偏浅，成本增加，主要表现为工件带出有效成分量大，副反应产物多；浓度低，色泽偏深，成膜所需时间延长，膜质综合性能随之下降，但成本也随之降低，溶液稳定性提高，主要表现为工件带出有效成分量小，副反应产物极少。实际应用中，发黑液和水的质量比多采用1∶3或1∶4，视产品不同而定。对于链条链板零件，选用1∶3的浓度配制。

4. 1. 3 基本操作

将清洗后无油垢、无锈斑的零件迅速浸入发黑工作液中，间歇上下提动，以使所有零件充分与溶液接触，浸渍4 ～ 8 min后取出，用自来水冲洗和漂洗干净。

4. 2 控制要点

4. 2. 1 零件装挂

采用专用挂具或挂钩对零件进行悬挂式氧化发黑，效果最好。这种方式由于溶液与工件表面充分接触，故形成的膜层厚度均匀、色泽一致，不良现象极低。对于链条链板零件，采用专用挂具进行挂装，避免了平板类零件之间相互重叠、积压的现象，提高了常温发黑质量。

小零件或不宜采用这种方式的工件(如各种五金件)，可采用装筐或桶的方式浸渍。但要注意，发黑过程中应进行间歇振动或滚动，以使零件与溶液充分接触，避免或减少零件之间相互重叠、积压。需要注意的是：装载量要适宜，过大的装载量使工件重叠、积压，不易分散，工件不能与溶液充分接触，造成膜层不均；另外，避免剧烈搅拌。剧烈搅拌所形成的强烈机械摩擦与碰撞，易造成新生膜层脱落，既影响膜层质量，又造成溶液污染，加快老化。

4. 2. 2 发黑时间

发黑时间短，膜层不连续，膜成长不完全，膜层过薄，有花斑；延长发黑时间，发黑膜的厚度增加，耐蚀性和耐磨性能提高，但材料消耗量大，成本也相应提高。当发黑时间超过15 min时，发黑膜的性能反而有所下降，表面产生过多的黑色氧化物。该多余部分疏松，结合力不好。因此，并非发黑时间越长，发黑效果越好。对于链条链板零件，采用1∶3稀释液，反应时间控制在4 ～ 8 min。

4. 2. 3 发黑温度

温度对发黑成膜的速度和质量也有一定的影响。常温发黑成膜速度包含发黑速度和磷化速度。温度对发黑速度影响不大，但是对磷化速度有明显影响。原则上发黑液可在5 ～ 45 °C下使用，但温度低于10 °C时，反应速度较慢，黑度和均匀性差，磷化速度慢，发黑膜的附着力低，有时甚至产生浮灰。此时应延长反应时间。温度高于40 °C，反应速度过快，膜结合力差，发黑溶液的稳定性明显降低，沉渣量增加，致使发黑生产成本提高。对于链条链板零件，控制发黑温度为15 ～ 35 °C。

4. 2. 4 pH

pH低，氧化力强，成膜反应速度过快，同时酸度高，铁溶解多，淤渣也多。反应过程中，pH有上升趋势。当pH ＞3时，反应速度慢，膜层不连续，外观不理想。它标志着溶液老化，需补加浓缩液来调节pH。对于链条链板零件，应控制pH为2.0 ～ 2.5。

4. 2. 5 材质

对于钢铁材质，发黑液无选择；但对于铸铁件，其发黑液浓度宜稀一些；对于中、低碳钢，可采用中等浓度的发黑液；对于高碳钢、合金钢，则要求发黑液浓一些。

4. 3 溶液维护

(1) 定期用精密试纸检查溶液的pH，如果超出工艺范围就加以调整。如将溶液过滤，补加发黑剂，使工作液的pH恢复到规定范围即可。

(2) 生产过程中，钢铁表面活化产生 Fe2+，过量的 Fe2+与溶液反应会生成沉淀。在氧化剂存在的条件下，Fe2+氧化为Fe3+，Fe3+与发黑液反应也生成沉淀。这些反应会消耗发黑剂中的有效成分。发黑液闲置时，最好隔绝空气封闭存放。使用一段时间后，发黑液会产生少量白色沉淀物，需定时去除沉淀物，并补充原有发黑液，否则会影响发黑质量。

(3) 工件及铁质器物掉落发黑液中，必须当即捞出，以免引起无谓的消耗，加快溶液老化。

(4) 高温、低温以及日光暴晒等皆对发黑液有一定影响，故溶液应避光、室内存放。

(5) 溶液不宜长期一直补充使用，应定期对全部溶液进行更新。

5 后处理工序

5. 1 冲洗

氧化后，冲洗工序非常重要。因氧化溶液呈酸性，若冲洗不净，残留液会导致耐蚀性剧降。

5. 2 空气氧化

发黑后的工件应暴露在空气中2 ～ 3 min，使发黑膜表面微孔中的残留液与基体金属继续作用，使成膜完全。

5. 3 钝化封闭

将工件浸入钝化液(酐铬20 ～ 30 g/L)中，在室温下抖动5 ～ 8 s，可以形成碱式铬酸盐，填充于发黑膜的微孔中，从而提高发黑膜的抗蚀能力及硬度，同时可以消除不良发黑膜表面的挂灰。

5. 4 中和

中和处理是用3% ～ 5%(质量分数)碳酸钠溶液刷洗或浸渍1 min(或氢氧化钠20 ～ 30 g/L，室温，时间10 s)，其目的是为了中和发黑液残液，并填充膜层孔隙，否则残留的酸性发黑液将降低膜层的耐蚀性。注意，高硬度水质易形成不溶性悬浮物，沾附在发黑膜表面形成花斑。采用5%肥皂水最好，既有中和作用又起封闭填充作用，可极大提高耐蚀性。

5. 5 脱水封闭

前三道工序视质量要求状况皆可增减，但必须用防锈油进行封闭处理。封闭后，工件的黑度、光泽度与耐蚀性皆大幅提高。封闭可采用以下3种方式：

(1) 脱水防锈油封闭。将已发黑并用水冲洗和漂洗过的零件浸入脱水防锈油，封闭3 ～ 5 min，并上下提动3 ～ 5次即可(浸脱水防锈油效果最佳)。它适用于五金类零件及中小型工业零件。

(2) 热浸油。水洗后在110 ～ 200 °C的机油或变压器油中浸5 ～ 10 min，可提高抗蚀能力，适用于工矿、冶金等行业的大中型零件。

(3) 浸封闭剂。高档零件(如照相器材、光学仪器等)需要高耐磨和光泽度好的，可用沸水脱水后，浸封闭剂(如丙烯酸清漆、聚氨酯漆等)处理。

6 检验

经上述工艺流程(2)处理的链板，其检测结果如表 1所示。其中，耐磨性检验是用普通滤纸按在受检面上，摩擦30次受检面而不露底后，再用标准硫酸铜点滴，耐蚀性仍符合要求。

表1 经工艺(2)处理后的链板链条耐蚀性检测结果Table 1 Test results of corrosion resistance of chain board and chain hardware after treatment with No.2 process

按照工艺流程(4)处理的链板链条零件，实质是在原发黑层表面又涂覆了一层高耐蚀、耐磨的有机固化层，其各项性能指标在表1的基础上可再提高10倍以上，适合更加严苛的工件要求。

7 发黑工艺中常见故障及其排除

发黑过程中，常见缺陷及其产生原因和排除方法见表2。

表2 发黑工艺常见缺陷、产生原因及排除方法Table 2 Common defects, causes and elimination methods during blackening process

8 结语

常温发黑是近年来推广普及的表面处理新技术。由于它使用简单，不须加温(室温使用)，工作效率高，无三废排放，可有效改善工作条件，经济实用，不需专用设备，适用于各种钢铁工件的发黑处理等诸多优点，因而深受广大用户的欢迎。根据上述工艺，通过对不同材质、不同形状大小的链板、链条零件进行常温发黑，其品质达到了客户要求，且经济效益和社会效益显著。实践证明，只要能正确使用药液，并严格工艺控制，那么处理的工件就会油黑发亮，药膜坚固而摩擦不掉，达到令人满意的长期防锈效果。

[1] 邓文. 国内外常温发黑的发展[J].电镀与环保, 1997, 17 (1): 17-19.

[2] 罗宏, 刘剑. 钢铁常温发黑工艺及其生产应用[J]. 电镀与涂饰, 2003, 22 (2): 22-24.

[3] 尚书定. 钢铁常温发黑工艺[J].电镀与涂饰, 1999, 18 (2): 56-60.

[4] 付振明, 金玉谟. 发动机用内啮合机制齿形链的设计方法和试验研究[J].机械传动, 2009, 33 (6): 86-88.

Process of blackening at atmospheric temperature for chain board and chain hardware and its application //

FU Zhen-ming*, JIN Yu-mo, WANG Gui-kun

A blackening process at atmospheric temperature for chain board and chain hardware was introduced. The operation specification and process control main points of the pretreatment, oxidation blackening and post-treatment were described. The causes of producing common defects during blackening were analyzed, and the trouble removal were presented. Application practices indicated that the blackening process at atmospheric temperature has good characteristics of energy saving, high efficiency, easy operation, less environmental pollution and low cost, and the performance meets the user’s requirement.

chain; blackening at atmospheric temperature ; corrosion resistance; defect removal

Qingdao CHOHO Industrial Co., Ltd., Qingdao 266705, China

TG178

A

1004 – 227X (2010) 12 – 0041 – 04

2010–06–27

2010–08–07

国家中小企业技术创新基金无偿资助项目（08C26213711011）。

付振明（1965–），男，山东青岛人，本科，高级工程师，链传动行业专家库专家，中国机械工程学会机械传动分会第五届委员会副主任委员，主要从事链传动系统的设计、表面热处理和热处理工艺的研究。

作者联系方式：(E-mail) fzm8268@163.com。

[ 编辑：韦凤仙 ]