專利名稱：鋼鐵零件表面氧化方法
技術領域：
本發明涉及的是一種鋼鐵零件表面處理方法，特別是一種鋼鐵零件表面氧化方法，屬于熱處理技術和環保領域。
背景技術：
鋼鐵零件表面發藍或發黑是在零件表面生成一層藍色或藍黑色氧化膜或其它黑色薄膜的一種方法。目前用于這一技術的主要有三種工藝方法熔鹽氧化發黑、堿性氧化和常溫發黑。熔鹽氧化發黑是在熔融的硝酸鹽介質中進行，具有嚴重的環境污染，不利于健康，而且能耗大，需要大量清洗用水，已正在被淘汰。常溫發黑是一種二十世紀80年代末至九十年代初才興起的一種技術，但實際上它不應屬于鋼鐵表面氧化技術，而且處理工藝復雜，生產成本高，有嚴重環境污染，與堿性發藍相比，其性能不夠穩定。經文獻檢索發現，周紅紅在《材料保護》，2002年7月，P.45“鋼鐵常溫和高溫發黑方法的比較”一文中介紹，堿性氧化起源于20世紀30年代，是在含有氧化劑NaNO2的NaOH堿性溶液中于135～150℃溫度下處理鋼鐵零件，雖然其處理質量較好，但生產過程復雜、勞動強度大，環境污染嚴重，同時具有高能耗和低生產效率弊病。
發明內容
本發明目的在于克服現有鋼鐵零件表面氧化技術中的不足，提供一種鋼鐵零件表面氧化方法，該方法是一種符合清潔生產和綠色熱處理要求的表面發藍氧化方法，節約能源、無環境污染、工件色澤美觀、氧化膜牢度和均勻性處于較佳狀態，同時能自動進行處理，大大降低勞動強度，而堿性氧化法不具備這些特點。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明方法如下在空氣爐中進行氧化處理，或添加對環境無污染的物質，如水、高錳酸鉀和富含氧的空分氮副產品，氧化處理過程中均不產生對環境有污染的物質；鋼鐵零件氧化處理獲得的色澤主要取決于大氣氣氛下加熱的溫度，從220℃～420℃范圍內可獲得淺黃色、金黃色、暗紅色、藍色、淺褐色和黑色氧化膜，具有一定的抗大氣銹蝕性和美觀裝飾性。
以下對本發明方法作進一步的描述(1)為了在空氣加熱條件下能自動對零件進行氧化發藍處理，氧化發藍處理的同時完成工件的回火處理。采用的主要設備為空氣爐，空氣爐主要采用轉動管形爐，爐子加熱功率、管形爐長度尺寸、轉速等按工件大小、批量和小時生產率決定，這種爐形特別適合一些薄片件，圓柱狀件和標準件等。爐內管形轉罐一般采用不銹鋼板卷成形后焊接而成，管內密焊有一定高度的不銹鋼螺旋形筋板，使零件隨爐罐轉動由進料端向出料端移動，以滿足加熱回火和進行氧化發藍的要求。為了使這些零件能均勻與加熱空氣(爐氣)接觸獲得厚度和色澤均勻一致的氧化膜，零件在爐內要完成一定的翻動，這要求在罐內沿軸向方向焊上一定高度的斜筋片，筋片傾斜角度與工件前進方向一致，約為60℃。隨罐內離進料口距離不同，加焊斜筋片數量有不同，一般爐罐前部較多，爐罐中部較少，爐罐后部可酌量不加。
空氣爐根據零件幾何形狀、數量可設計或應用其它爐型，如推桿式爐、滾動式爐、震底式爐或罐式爐。對一些尺寸較大、工件數量較少的零件也可在最好裝置有滴注器或噴射器的井式爐或箱式爐內進行。
(2)處理批量零件要獲得均勻氧化膜，零件表面應事先經過清理，例如在滾筒內滾光，或進行噴砂清理。
(3)處理零件的氧化膜色澤主要決定于空氣中加熱溫度高低，生成氧化膜厚度不同，因而具有不同的色澤。從220℃～420℃范圍內可獲得淺黃色、金黃色、暗紅色、藍色、淺褐色和黑色等氧化膜，具有一定的抗大氣銹蝕性和美觀裝飾性。加熱溫度和氧化膜色澤關系如下表
(4)為了使零件氧化膜具有更好的性能，可以在爐內氧化型氣氛中通入水蒸汽，水蒸汽取自鍋爐或市售蒸汽發生器。
(5)為了降低加熱溫度或加速氧化的進行，可以在爐內氧化性氣氛中加入高錳酸鉀(KMnO4)水溶液，水溶液最好現配現用，因為KMnO4受熱后發生分解生成新生態氧，具有高的活性，易于與工件表面的鐵起作用生成Fe3O4膜。
KMnO4水溶液可以采用滴入式或噴射式加入，對較高爐溫可以滴入，對較低爐溫可以采用噴射注入方法。滴入式可用與滴注式氣體滲碳爐上相同的滴入器(市購)，噴射式可采用一般噴漆用的噴槍。
(6)現在制造空分氮裝置，將富含氧的氣體加以排放，為了降低氧化處理加熱溫度或加速氧化進行，爐內可通入空分氮獲得的富含氧的副產品氣體，其中氧分壓大于0.21atm，這種氣體與大氣相比，增加了氧的分壓，會使鋼鐵工件表面加快進行氧化，有利于發藍氧化膜生成。
本發明具有實質性特點和顯著的進步，本發明是一種符合清潔生產和綠色熱處理要求的工藝技術，可以替代硝酸鹽、堿、酸和亞硒酸等對環境有嚴重污染的物品，能自動化進行操作，從而大大降低勞動強度，在電加熱條件下只應用空氣或制氮副產品的富含氧氣體，排放的是對環境無污染的氣體，同時能大量節約清洗用水，而且提高了零件在大氣中的抗銹蝕能力，增加了美觀和裝飾性。
具體實施例方式
結合本發明的內容提供以下實施例實施例1自行車鏈片等零件，材料40Mn淬火后回火在310℃進行，故氧化處理可伴隨工件回火同時可在本發明裝置內進行，兩端敞開爐口在空氣中加熱或通入水蒸汽或噴入KMnO4水溶液條件下同時進行表面發藍處理。事先鏈片要作滾光處理。經本發明裝置處理后的零件上能獲得均勻牢固的藍色氧化膜，具有一定的耐蝕性能和美觀裝飾性。某鏈條廠采用φ800×7000的管形爐進行生產，產量為300Kg/h。
實施例2很多照相機零件均要求表面氧化成黑色，在管形爐內處理，溫度為420℃，通入一定量蒸汽，管形爐罐可以旋轉得慢些，罐內斜筋片在爐前部可適量增加，使零件在這一部分區域內翻動較多。為了氧化膜均勻美觀，零件事先經過滾光。經過本裝置處理工件的表面生成的氧化膜呈黑色，其抗蝕性能與堿性發黑相當。
實施例3紡織機上某零件，表面要求處理成淡黃至金黃色，可以以一定方式擱置后在井式爐內進行處理，爐上配置滴注器或噴槍，爐內通空分氮尾氣(富含氧)或適量滴注(噴射)KMnO4水溶液，爐溫220/240℃。工件較少，尺寸適當較大的也可在箱式爐中進行，配制噴射KMnO4溶液噴槍。處理零件色彩美觀(呈淡黃色)，不易銹蝕。
實施例4自行車飛輪，低碳鋼滲碳淬火后要求呈金黃色，根據生產批量一般在推桿式管形爐內進行，兩端爐口敞開，在空氣氣氛中于240～280℃溫度下作氧化處理，自行車飛輪經過切削加工，表面達到一定光潔度，氧化成金黃色后增加了美觀裝飾性，經過長期使用不會出現銹跡。
權利要求
1.一種鋼鐵零件表面氧化方法，其特征在于方法如下在空氣爐中進行氧化處理，或添加對環境無污染的物質，鋼鐵零件氧化處理獲得的色澤取決于大氣氣氛下加熱的溫度，從220℃～420℃范圍內獲得淺黃色、金黃色、暗紅色、藍色、淺褐色和黑色氧化膜。
2.根據權利要求1所述的這種鋼鐵零件表面氧化方法，其特征是在空氣加熱條件下自動對零件進行氧化發藍處理，氧化發藍處理的同時完成工件的回火處理，采用的主要設備為空氣爐，空氣爐主要采用轉動管形爐，爐內管形轉罐采用不銹鋼板卷成形后焊接而成，管內密焊有高度的不銹鋼螺旋形筋板，使零件隨爐罐轉動由進料端向出料端移動，零件均勻與加熱空氣接觸獲得厚度和色澤均勻一致的氧化膜通過零件在爐內完成翻動實現，在罐內沿軸向方向焊有有高度的斜筋片，筋片傾斜角度與工件前進方向一致，為60°。
3.根據權利要求1或2所述的這種鋼鐵零件表面氧化方法，其特征是空氣爐根據零件幾何形狀和數量采用其他空氣氣氛下工作的爐型，對尺寸較大、工件數量較少的零件最好在設有滴注器或噴射器的井式爐或箱式爐內進行。
4.根據權利要求2所述的這種鋼鐵零件表面氧化方法，其特征是處理批量零件獲得均勻氧化膜，零件表面必須事先經過清理。
5.根據權利要求1所述的這種鋼鐵零件表面氧化方法，其特征是處理零件的氧化膜色澤主要決定于空氣中加熱溫度，從220℃～420℃范圍內獲得淺黃色、金黃色、暗紅色、藍色、淺褐色和黑色氧化膜，加熱溫度和氧化膜色澤關系如下表
6.根據權利要求1所述的這種鋼鐵零件表面氧化方法，其特征是，零件氧化膜具有更好的性能通過在爐內氧化型氣氛中通入水蒸汽。
7.根據權利要求1所述的這種鋼鐵零件表面氧化方法，其特征是降低加熱溫度或加速氧化的進行，通過在爐內氧化性氣氛中加入KMnO4水溶液，水溶液最好現配現用，KMnO4水溶液采用滴入式或噴射式加入，對較高爐溫采用滴入式加入，對較低爐溫采用噴射式加入。
8.根據權利要求1所述的這種鋼鐵零件表面氧化方法，其特征是降低氧化處理加熱溫度或加速氧化進行，通過在爐內通入空分氮獲得的富含氧的副產品氣體，其中氧分壓大于0.21atm。
全文摘要
一種鋼鐵零件表面氧化方法屬于熱處理技術和環保領域。方法如下:在空氣爐中進行氧化處理,或添加對環境無污染的物質,鋼鐵零件氧化處理獲得的色澤主要取決于大氣氣氛下加熱的溫度,從220℃～420℃范圍內獲得淺黃色、金黃色、暗紅色、藍色、淺褐色和黑色氧化膜。本發明是一種符合清潔生產和綠色熱處理要求的工藝技術,可以替代硝酸鹽、堿、酸和亞硒酸等對環境有嚴重污染的物品,能自動化進行操作,從而大大降低勞動強度,在電加熱條件下只應用空氣或制氮副產品的富含氧氣體,排放的是對環境無污染的氣體,同時能大量節約清洗用水,而且提高了零件在大氣中的抗銹蝕能力,增加了美觀和裝飾性。
文檔編號C23C8/14GK1422975SQ0215128
公開日2003年6月11日 申請日期2002年12月12日 優先權日2002年12月12日
發明者胡明娟, 張偉民, 施省時, 朱祖昌 申請人:上海交通大學