精制高速钢工具表面发蓝工艺

胡志豪(浙江省金华市高级技工学校,浙江金华 321000)



精制高速钢工具表面发蓝工艺

胡志豪
(浙江省金华市高级技工学校,浙江金华 321000)

【摘 要】不影响零件尺寸和精度条件下,用化学方法使金属表面生成一层很薄的人工氧化膜(Fe3O4,0.6-1.5um),高速钢工具通过碱性发蓝处理,可提高工具的抗腐蚀性、稳定性和致密性,使色泽美观,同时具备装饰性和保护性的功能。文中从高速钢工具发蓝前处理出发,介绍了发蓝溶液准备、发蓝的操作过程、发蓝操作中注意事项、发蓝溶液的调整与维护,并在最后探讨了常见的缺陷和解决措施。

【关键词】高速钢工具 发蓝工艺 操作

1 高速钢工具发蓝前处理

(1)发蓝的工件必须进行表面清洗，除油、除锈以及清理脏物，化学除油溶液配比:NaOH:100g/l，Na2CO3:30g/l，Na3PO4:30g/l，温度:〉80°C，时间:10min—20min。(2)除油溶液需保持轻微沸腾状态，经常捞去漂浮在液面上的赃物，并根据使用状况定期清理和更换。(3)工件除油后应在80-100°C的流动热水中清洗10分钟。(4)进行酸洗工序，经过化学除油后的工件应进行酸洗处理，以增加表面活性。酸洗溶液配比:工业盐酸；尿素(0.2—0.5%)，常温下进行。(5)工件酸洗后应在室温下用流动水冲洗若干分钟。

2 发蓝溶液准备

2.1 发蓝溶液的配比和参数

NaNO2:200---250g/l，NaOH:500---650g/l，Na3PO4:3—5g/l，温度:入槽温度138--142°C；出槽温度146—150°C；时间: 60min。

2.2 发蓝溶液配制

按配比备好原料，在发蓝槽内加少许水，并在槽内加入NaOH，加水至槽深的一半，并不断搅拌；加入备好的Na2NO2，经过搅拌后加入经过计量的水。经过计量的Na3PO4单独溶解于热水以后也加入到NaOH和Na2NO2的溶液中，新配制的发蓝溶液应为乳白色。

3 发蓝的操作过程

发蓝过程的工序为:工件装夹→去油→清洗→酸洗→氧化→清洗→皂化→热水煮洗→干燥→上油→检查。

3.1 工件装夹

根据高速钢工具的大小、形状设计专门的工装，目的是工件之间留有足够的间隙，工件之间不能互相接触，保证每个工件都能完全浸入发蓝液中被氧化。

3.2 清洗和去油

高速钢工件在前期加工过程中表面难免会留有各种赃物和油污，进行清洗和去油目的是清理去除表面赃物和油污，因为表面任何的赃物和油污，都会影响高速钢工件表面Fe3O4氧化膜的形成，所以必须在发蓝之前去除。

3.3 酸洗

酸洗是去除高速钢工件表面的铁锈，并且起到活化工件表面的作用，工件表面的铁锈会严重影响表面致密氧化膜的形成，同时对工件表面的活化作用也有利于发蓝过程中的氧化，促进高速钢表面形成良好的Fe3O4氧化膜。

3.4 氧化

氧化是发蓝的主要工序，Fe3O4氧化膜是否致密、光滑、氧化膜的厚度如何等都取决于氧化阶段的操作，因此需要严格掌握发蓝溶液的成分配比，发蓝液的温度、时间、浓度变化等问题。新配置好的发蓝液的应为乳白色，如果使用过程中发现溶液变红棕色，表明Na2NO2的浓度过大，如果发蓝溶液变绿色，说明Fe3+的浓度过高，需要更换发蓝溶液。

3.5 皂化

经过发蓝并且清洗后的高速钢工件需要进行皂化处理，所谓皂化处理是指用肥皂水溶液在一定温度下浸泡工件，目的是在工件表明形成一层硬脂酸铁薄膜，以提高工件的抗腐蚀能力。

3.6 热水清洗、上油

经过发蓝和皂化处理的工件，因为表明残留有发蓝液或皂化液，影响工件表面质量，需要进行热水浸泡清洗并用流动水冲洗干净，经干燥后上油。

3.7 检查

高速钢工具发蓝过程结束后，要对工件进行检查，Fe3O4氧化膜是否合格，任意抽取三件放置于2%硫酸铜溶液中浸泡20S，不退颜色者为合格，三件中有一件以上不合格，则判断整槽工件均为不合格，要重新进行发蓝处理。

4 发蓝操作中注意事项

(1)经配制好的溶液加热到沸腾。经加热熔化的发蓝溶液应充分搅拌，以保证浓度、温度一致，当沸腾10—15分钟，即可进行发蓝处理。(2)严格掌握高速钢工具入槽和出槽温度，如果初始沸点温度高于140-144°C，添加水以降低沸点，如果低于140-144°C，可以添加NaOH，提高沸点。(3)发蓝过程中应注意溶液成分的变化，使溶液中Fe3+的浓度应控制在2g/l以下。(4)发蓝处理完成后工件应用流动水清洗去除表面残碱，并在80—100°C热水中冲洗干净，可用10%酚酞酒精溶液试纸检验是否冲洗干净，如试纸变粉红色则应继续冲洗干净。(5)皂化处理:将清洗干净的高速钢工具置于浓度为30—40g/l的肥皂水溶液中进行皂化处理，皂化温度80—90°C，时间为2—4min。经皂化处理后的高速钢工具应立即用100°C沸水漂洗直至表面清洗干净。(6)上油:经发蓝和皂化后的高速钢工具沸水清洗干净及烘干后，浸入105—120°C变压器油中，时间3—5min。

5 发蓝溶液的调整与维护

(1)新配制的发蓝溶液里，应该添加一些铁屑或者加入20%以下的旧发蓝溶液，以增加发蓝液中Fe3+，使氧化膜结合牢固、均匀和致密。(2)发蓝液加热到工作温度后，应该取样分析化验，使Na2NO2: NaOH=1:3.7—1:4左右为宜。(3)发蓝溶液应保持清洁，不允许工具表面有残酸带入发蓝槽中，发蓝工作完毕应随时加盖，防止赃物掉入槽中。(4)工作过程中发蓝溶液表面的渣子应随时清除干净，槽壁和槽底的沉淀，每一个月需要清除一次，使用4---6个月需要过滤一次。

6 常见的缺陷和解决措施

高速钢工具的发蓝工艺，在操作过程中，也可能会出现如下一些缺陷:

6.1 氧化膜表面发花

工件在黑色基体上出现零星的白点，这种现象称为“发花”。发花原因主要是氧化时间不够，酸洗和除油液中碱含量低引起的，解决办法是延长氧化时间，补充加入少量的NaOH。

6.2 氧化膜薄

原因是Fe3+的浓度及槽液的温度和氧化液浓度低，解决办法是调整发蓝液的浓度。

6.3 不生成氧化膜

经过发蓝处理后，工件表面仍然不上色，也即不形成氧化膜，原因主要是发蓝液中Na2NO2浓度不足引起，或者发蓝液温度过低，解决办法是适当增加Na2NO2含量或提高发蓝液温度。

6.4 氧化表面挂灰

工件表面没有乌黑光泽，出现红色挂灰，原因主要是发蓝溶液中NaOH含量过高，生成的氧化铁过多，或者发蓝液温度高引起，解决办法是调整溶液浓度，补充加入一些Na2NO2和水，以降低NaOH的浓度，或者降低槽液的温度。

6.5 氧化膜疏松

表面的氧化膜很容易擦掉，与工件结合力低，原因主要是发蓝液中Fe3+的浓度不足，解决办法是在发蓝液中添加旧的发蓝液或者铁屑并且煮沸30分钟，以增加发蓝液中Fe3+的浓度即可。

作者简介:胡志豪(1964—),男,浙江金华人,大学本科,高级讲师,材料与热处理。