- 10月 9, 2023
黑色氧化（发黑）表面处理是机加零件使用的表面处理之一，它能够在加工零件上赋予表面的良好特性，同时基本不会对零件的尺寸产生影响。在本文中，我们将解释黑色氧化物涂层的工艺，它们的类型和应用。
什么是黑色氧化涂层（发黑）？
氧化黑涂层是一种属于转化类别的涂层，转化涂层是一种使用化学工艺产生涂层的表面处理方式。“黑色氧化或者发黑”这一名称的由来是由于该涂层能使金属表面的颜色变黑。
黑色氧化表面处理工艺涉及将加工好的金属零件浸入碱性溶液中，该溶液会将金属表面的铁转化为一种称为磁铁矿的化合物，这种磁铁矿会在金属表面形成一层黑色涂层。可以进行黑色氧化的金属包括不锈钢、铜、银焊料、锌等。
黑色氧化工艺的步骤
发黑处理过程一般包括三个步骤，其中包括：
- 清洁
- 漂洗
- 除锈/酸洗
- 黑色氧化处理
- 后处理
清洗
该工序包括为黑色氧化精加工涂层准备工件，机械师使用碱性溶液对零件进行脱脂和清洗。之后再用蒸馏水冲洗掉碱性溶液。
- 除锈/酸洗：只有在零件生锈或结垢的情况下，才需要进行这一工序。它是指将成品部件浸泡在酸液中，去除部件上的所有锈迹和氧化物污渍。
- 中和：只有在成品部件上有盲孔或部件需要组装时才需要这一工序。这包括用碱性溶液重新清洗零件。这有助于防止渗出，以免损坏零件表面。
- 去电镀：只有当成品零件上镀有其他材料（如铬、锌、镉等）时，才使用这一工艺。机械师必须对零件进行去镀层处理，因为黑色氧化饰面不能附着在镀层零件上。
黑色氧化处理
这是进行黑色氧化表面处理的工序，机械师将加工好的金属零件浸入装有各种碱性溶液（如氢氧化钠、硝酸盐和/或硝酸盐）的槽中。这一阶段有不同的温度，决定了零件表面的涂层类型。
在高温（141°C）下，该工艺会在零件上留下一层磁铁矿涂层（Fe2O3）。但是，在低温（90 – 120°C）操作温度下，该工艺会在零件表面沉积一层铜硒涂层（Cu2Se）。
后处理
如果不进行后处理，成品部件仍然非常容易腐蚀。但这一规则不适用于黑色氧化不锈钢或黄铜表面。这是因为这些金属具有固有的防腐蚀特性。不过，对于其他金属零件来说，后表面处理相当重要。常见的后处理方法有涂油、蜡和漆。
油是机械师常用的后处理材料。它能使表面光亮，还能增强润滑和防腐蚀性能。蜡会使表面更暗淡，但其润滑和防腐性能更高。漆也是一种不错的选择，但需要快速完成喷漆，因为黑氧化涂层的干燥速度非常快。
黑色氧化物表面处理的类型
如前所述，机械师进行黑色氧化表面处理工艺的操作温度各不相同。这些温度也决定了黑色氧化涂层的不同类型。它们包括：
热氧化黑表面处理
热氧化黑表面处理是最常见的黑色氧化表面处理类型。它需要将零件浸入高温盐浴中，使用的盐浴包括烧碱（NaOH）、硝酸盐或亚硝酸盐盐浴。
自动运输机将零件从一个盐浴槽移到另一个盐浴槽，该工艺的温度范围通常在 275 华氏度至 295 华氏度之间。
黑色氧化物涂层工艺的温度必须保持在这个范围内。因为较低的温度会延长工艺时间，而较高的温度则会导致成品部件表面生锈。
还有一种很少使用的热氧化黑色涂层方法。不过，这种方法只适用于钢铁表面，即使用氯化铁 (III)。机械师将钢件反复浸入氯化铁 (III) 槽中，然后再浸入热水槽中。
中温氧化黑
这种工艺与热氧化黑色表面处理类似，区别仅在于工作温度不同。工作温度大约在 194 华氏度到 248 华氏度之间。这一温度也会将金属转化为磁铁矿。不过，与热氧化黑表面处理相比，它的优点是在加工过程中不会产生腐蚀性烟雾。
冷氧化黑
这种工艺也称为室温氧化黑。与其他类型的方法不同，这种工艺是在 68 – 86°F 的温度下将硒化铜沉积在金属表面。这种工艺产生的黑色氧化物表面不像其他工艺那样耐磨。
黑色氧化涂层在精密加工项目中的应用
由于这种表面处理可将对精密加工零件的尺寸减少到最小程度，还有它的吸光性、耐磨性等，也使其成为一种具有成本效益的表面处理工艺。我们在本节中整理了一些黑色氧化物涂层的应用。
医疗应用
由于黑色氧化物表面处理的零件具有吸光特性，因此可用于 X 光机等对光敏感的医疗器械。
电气部件
剥线器、定时器齿轮、切割器等都是采用黑色氧化表面处理的电气部件。
汽车零件
许多汽车零件也使用氧化黑涂层，您可以在滤油罐、悬挂衬套、火花塞、制动阀部件等部件中找到它们。
装配工具
用于制造组装件的精密机床通常也采用黑色氧化表面处理，轴承、紧固件和量具等工具就是很好的例子。
采用氧化黑表面处理时应考虑的因素
在决定对加工零件使用黑色氧化表面处理之前，您必须考虑各种因素，这些因素将有助于决定黑色氧化物表面处理是否是零件的最佳选择。这些因素包括：
零件的应用
部件用于什么行业？是用于医疗行业等吸光环境，还是用于机械等耐磨环境？零件的用途决定了氧化黑是否适合加工零件的表面处理。
零件的使用地点
在选择黑色氧化物作为表面处理时，零件的使用地点也至关重要。一般来说，在室内使用时，表面处理层的使用寿命较长，这一规则同样适用于黑色氧化物。由于氧化层较薄，在潮湿和持续高温等室外条件下，氧化黑会磨损得更快。
所需的成品外观
零件的最终外观也很重要，尤其是当零件的美观度非常重要时。在进行氧化黑涂层后，有两种最终外观：黑色哑光或亮光。选择哪种表面处理方式将决定氧化黑零件的最终外观。
建议的使用期限
您打算使用的加工零件的寿命有多长时间，这对选择最佳表面处理也至关重要。由于黑色氧化物具有防锈特性，因此可以长期使用。不过，这一因素也取决于其他因素，如零件的应用和使用地点。
黑色氧化物涂层的常见缺陷和解决方案
与其他表面处理工艺一样，黑色氧化物涂层工艺中也会出现各种缺陷，不过大多数问题都有明确的原因和解决方案。下面我们将重点介绍在黑色氧化物表面处理过程中遇到的一些常见缺陷及其解决方案。
灰色涂层
当黑色氧化物表面呈现灰色而非预期的黑色时，就会出现这种情况，这通常是在黑色氧化物涂层过程中的温度波动导致的。
解决方法
要解决这个问题，应确保盐浴的温度处于稳定水平，并在整个过程中保持持续。
棕色擦痕
这种现象的特征是加工零件在表面摩擦时会出现棕色（铁锈色）。盐浴中胶体铁含量过高或氧化的温度高于要求，是造成这一问题的常见原因。
解决方法
发现这一问题后，请确保更换所使用的盐浴槽，并确保盐浴槽的温度保持在要求的数值。
黑色氧化物涂层不连续
当黑色氧化物涂层没有覆盖到成品部件的各个部分时，就会出现这种情况，这通常是由金属零件表面的杂质造成的。
解决方法
要解决这个问题，您需要再次对零件进行清洁处理。在
在对零件进行适当的清洁后，就可以重新进行黑色氧化涂层处理。
氧化黑涂层的性能测试
各种性能测试可作为衡量黑色氧化物涂层成功与否的标准。不过，这些测试会增加机加工零件的生产时间并产生额外成本。下面列出了两种常用的黑色氧化涂层性能测试。
污点测试
这是一种物理测试，用于检测表面涂层在金属表面的附着情况，它还有助于检查金属表面是否存在任何黑色残留物。在涂抹后处理漆后，机械师会用手在金属表面摩擦。如果表面涂层被擦掉，则说明黑色氧化物涂层工艺有问题。如果没有，则说明工艺成功。
相对湿度测试
这是对黑色氧化物部件耐腐蚀性的测试。该测试检验黑色氧化物部件在 100% 相对湿度下使用时的耐水性。
黑色氧化物表面处理的优缺点
就像大多数其他表面处理一样，氧化黑具有使其在各种应用中的优点。不过，它也有一些不足之处。下面列出了氧化黑涂层的一些优点和缺点。
优点
- 这种表面处理是精密加工中具有性价比的表面处理之一。与电镀等其他工艺相比，它更经济实惠。
- 它只增加了零件尺寸的微小涂层。因此，黑色氧化物是一种适用于精密应用材料的表面处理工艺。
- 这种表面处理的多功能性也使其覆盖的零件在各行各业都有应用。
- 后处理具有润滑性能，使成品部件与配合部件的连接更加容易。
缺点
- 在高温环境下持续使用氧化黑零件可能会导致表面涂层容易磨损并生锈。
- 与其他表面处理相比，黑色氧化物表面处理效果比较单一。
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在加工零件上使用表面处理是提高这些零件质量的重要方法。氧化黑表面处理是多种选择中的一种，因其应用成本低廉、应用范围广泛而广受欢迎。但要正确地完成这种工艺，需要机加工领域的专业知识。
在韦克，我们拥有不同类型表面处理工艺所需的专业知识，包括阳极氧化、电镀、抛光、喷漆、喷砂等。除了表面精加工，我们还能为您提供一站式的机加工服务，包括从 CNC 加工到 3D 打印等各类快速成型服务。现在就联系我们获取一个免费的报价。
常见问题
哪种黑色氧化物涂层最好？
高温氧化黑色涂层是最好的。虽然在加工过程中会释放出腐蚀性烟雾，但它的表面效果最好。
黑色氧化物处理通常使用哪些材料？
黑色氧化物处理过程中常用的材料包括苛性钠和硝酸盐浴、酸浴、碱性漂洗液和后处理剂。
黑色氧化物是否会增加零件的尺寸？
是的，会，但增加的比例极小。增加的范围通常在 5 – 10 百万分之一英寸之间。
