Чорний оксид або чорніння — це конверсійне покриття для чорних металів, нержавіючої сталі, міді та сплавів на основі міді, цинку, порошкових металів і срібного припою.[1]Він використовується для підвищення стійкості до корозії, для зовнішнього вигляду та мінімізації відбиття світла.[2]Для досягнення максимальної стійкості до корозії чорний оксид необхідно просочити маслом або воском.[3]Однією з його переваг перед іншими покриттями є мінімальне накопичення.
1. Чорний матеріал
Стандартним чорним оксидом є магнетит (Fe3O4), який більш механічно стабільний на поверхні та забезпечує кращий захист від корозії, ніж червоний оксид (іржа) Fe2O3.Сучасні промислові підходи до утворення чорного оксиду включають гарячі та середньотемпературні процеси, описані нижче.Оксид також може бути утворений електролітичним процесом при анодуванні.Народні методи описані в статті про вороніння.Вони представляють історичний інтерес, а також корисні для любителів безпечно формувати чорний оксид за допомогою невеликого обладнання та без токсичних хімікатів.
Низькотемпературний оксид, також описаний нижче, не є конверсійним покриттям — низькотемпературний процес не окислює залізо, а осаджує сполуку міді та селену.
1.1 Гарячий чорний оксид
Гарячі ванни з гідроксидом натрію, нітратами та нітритами при 141 °C (286 °F) використовуються для перетворення поверхні матеріалу на магнетит (Fe3O4).У ванну необхідно періодично додавати воду з належним контролем, щоб запобігти вибуху пари.
Гаряче чорніння передбачає занурення деталі в різні резервуари.Заготівлю зазвичай «занурюють» автоматизовані носії деталей для транспортування між резервуарами.Ці резервуари містять, за порядком, лужний очисник, воду, їдкий натр при 140,5 °C (284,9 °F) (чорна сполука) і, нарешті, герметик, яким зазвичай є масло.Їдкий натр і підвищена температура спричиняють утворення Fe3O4 (чорний оксид) на поверхні металу замість Fe2O3 (червоний оксид; іржа).Хоча він фізично щільніший за червоний оксид, свіжий чорний оксид пористий, тому масло потім наноситься на нагріту частину, яка ущільнює її, «занурюючись» у неї.Комбінація запобігає корозії заготовки.Є багато переваг чорніння, головним чином:
Чорнення можна робити великими партіями (ідеально для дрібних деталей).
Немає значного впливу на розміри (процес чорніння створює шар товщиною близько 1 мкм).
Це набагато дешевше, ніж аналогічні системи захисту від корозії, такі як фарба та гальванічне покриття.
Найстарішою та найпоширенішою специфікацією для гарячого чорного оксиду є MIL-DTL-13924, яка охоплює чотири класи процесів для різних підкладок.Альтернативні специфікації включають AMS 2485, ASTM D769 та ISO 11408.
Це процес, який використовується для чорніння дротяних мотузок для театральних додатків і ефектів польоту.
1.2 Чорний оксид середньої температури
Як і гарячий чорний оксид, чорний оксид середньої температури перетворює поверхню металу на магнетит (Fe3O4).Однак середньотемпературний чорний оксид чорніє при температурі 90–120 °C (194–248 °F), значно менше, ніж гарячий чорний оксид.Це вигідно, оскільки температура нижче температури кипіння розчину, що означає відсутність їдких парів.
Оскільки чорного оксиду середньої температури можна порівняти з гарячим чорним оксидом, він також може відповідати військовим вимогам MIL-DTL-13924, а також AMS 2485.
1.3Холодний чорний оксид
Холодний чорний оксид, також відомий як чорний оксид кімнатної температури, наноситься при температурі 20–30 °C (68–86 °F).Це не оксидне конверсійне покриття, а скоріше нанесена сполука міді та селену.Холодний чорний оксид забезпечує вищу продуктивність і зручний для внутрішнього чорніння.Це покриття має колір, схожий на той, який має оксидна конверсія, але має тенденцію легко стиратися та має меншу стійкість до стирання.Застосування масла, воску або лаку підвищує стійкість до корозії на рівні з високою та середньою температурами.Одним із застосувань процесу холодного чорного оксиду є інструменти та архітектурна обробка сталі (патинування сталі).Він також відомий як холодне вороніння.
2. Мідь
Діаметр дзеркального відбиття оксиду міді.svg
Чорний оксид міді, іноді відомий під торговою назвою Ebonol C, перетворює поверхню міді на оксид міді.Щоб процес спрацював, поверхня повинна містити принаймні 65% міді;для мідних поверхонь, які містять менше ніж 90% міді, їх необхідно попередньо обробити активуючою обробкою.Готове покриття є хімічно стійким і дуже міцним.Він стабільний до 400 °F (204 °C);вище цієї температури покриття деградує внаслідок окислення основної міді.Щоб підвищити стійкість до корозії, поверхню можна змастити, покрити лаком або воском.Він також використовується як попередня обробка для фарбування або емалювання.Поверхня зазвичай сатинована, але її можна зробити глянсовою, нанісши прозору глянсову емаль.
У мікроскопічному масштабі на поверхні утворюються дендрити, які затримують світло та збільшують поглинання.Завдяки цій властивості покриття використовується в аерокосмічній галузі, мікроскопії та інших оптичних додатках для мінімізації відбиття світла.
У друкованих платах (PCB) використання чорного оксиду забезпечує кращу адгезію для шарів ламінату зі скловолокна.ПХБ занурюють у ванну, що містить гідроксид, гіпохлорит і купрат, де збіднюється всі три компоненти.Це вказує на те, що чорний оксид міді походить частково з купрату та частково з мідної схеми друкованої плати.При мікроскопічному дослідженні шар купрум(І) оксиду відсутній.
Відповідна специфікація американських військових – MIL-F-495E.
3. Нержавіюча сталь
Гарячий чорний оксид для нержавіючої сталі є сумішшю їдких, окислювальних і сірчаних солей.Він чорнить серії 300 і 400, а також сплави нержавіючої сталі 17-4 PH, загартовані дисперсійним способом.Розчин можна використовувати на чавуні та м’якій низьковуглецевій сталі.Отримане покриття відповідає військовій специфікації MIL-DTL–13924D клас 4 і забезпечує стійкість до стирання.Покриття з чорного оксиду використовується на хірургічних інструментах в умовах інтенсивного освітлення для зменшення втоми очей.
Почорніння нержавіючої сталі при кімнатній температурі відбувається шляхом автокаталітичної реакції відкладення селеніду міді на поверхні нержавіючої сталі.Він забезпечує меншу стійкість до стирання та такий самий захист від корозії, як процес гарячого чорніння.Одне із застосувань чорніння при кімнатній температурі — архітектурна обробка (патинування нержавіючої сталі).
4. Цинк
Чорний оксид для цинку також відомий під торговою назвою Ebonol Z. Ще один продукт — Ultra-Blak 460, який чорнить оцинковані та оцинковані поверхні без використання хромованих і цинкових лиття під тиском.
Час публікації: 23 листопада 2021 р