钢铁常温发黑的过程比较复杂,成膜着色机理也未完全清楚。根据许多文献资料报道认为,Se-Cu系常温成膜发黑过程中有氧化一还原反应、扩散沉淀反应以及电化学反应等。它的主要反应首先是产生铜的置换反应,然后铜再与硒盐发生氧化一还原反应,并生成一层黑色的硒化铜薄膜,覆盖于钢铁的表面。
Fe+Cu2+ → Fe2++Cu
CuZ++Sd2-→ CuSe
Fe2++Se2-→ FeSe
从上述反应可看出,着色的膜不是钢铁基体本身转化而成,而是主要由CuSe沉积在工件表面构成,因此常温发黑的膜其附着力及耐磨性都低于高温氧化生成的黑膜。要改善常温发黑膜的性能,只能靠控制反应速度、添加有利于增加表面结合力的活性剂等各项措施。
(三)常温发黑的溶液配方及工艺
钢铁常温发黑溶液的配方及工艺条件见表3-4。
表3-4钢铁常温发黑溶液的配方及工艺条件
溶液成分及操作条件 | 1 | 2 |
硫酸铜/(g/L) 亚硒酸/(g/L) 磷酸 三乙醇胺/(mL/L) 磷酸二氢钾/(g/L) 焦磷酸钾/(g/L) 柠檬酸铵/(g/L) 有机酸/(g/L) 添加剂/(g/L) 表面活性剂/(g/L) 溶液pH 处理时间/min | 2~4 1.5~4 10~20mL/L 10~20 1~2 2~4 2~4
2~3.5 2.5~4.5 | 1~3 2~3 2~49/L
1~2 10~12 2~3 2~3 4~6 |