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奥氏体不锈钢螺丝表面发黑处理新技术


   一种奥氏体不锈钢螺丝发黑处理的新技术液体氮化加化学氧化。经该技术处理后,奥氏体不锈钢螺丝表面形成一层厚度为十几微米的耐磨防腐层。这一膜层不但具有高硬度和优良的耐磨性能,而且具有良好的耐腐蚀性能,外观亮黑、色泽均匀、美观,且处理成本低。该技术还广泛适用于各类需要耐磨、防腐的零部件,对钢种无特殊要求。
关键词:表面处理;液体氮化;耐磨防腐;酸洗钝化;

     奥氏体不锈钢螺丝由于具有无磁性及良好的耐腐蚀特性,因此广泛应用于化工、食品加工、电器、纺织、矿山、石油、海洋工业以及人们的日常生活中。但奥氏体不锈钢通常硬度较低(HV200~250),耐磨性较差,在许多情况下已很难满足使用要求。以电视机行业为例,要求不锈钢螺丝具有一定的硬度及耐磨性;同时为了美观,要求表面具有亮黑色。因此必须进行表面强化和发黑处理。渗氮是最常用的表面强化技术,但在通常的渗氮过程中,易引起渗层中奥氏体的贫铬,大大降低其耐腐蚀性能;现代表面改性技术如PVD、CVD及电镀、化学镀等,由于镀层与基体结合力差等问题,往往不适用于不锈钢;文献介绍,奥氏体不锈钢采用PST表面处理技术,具有较高的表面硬度(>HV600),同时又具有良好的耐腐蚀性能,但与常规氮化相比,其成本较高,且未见有大批量生产的报道。
本技术在液体软氮化基础上,用化学法对不锈钢螺丝进行表面发黑处理。
1 发黑处理技术的主要特点
   
奥氏体不锈钢螺丝经发黑处理后,能大大提高螺丝的表面硬度和耐磨性,并具有良好的耐腐蚀性能,表面黑色膜层色泽均匀、美观。主要具有以下工艺及性能特点:
(1)在液体软氮化基础上进行氧化发黑处理;
(2)膜层厚度可根据使用要求进行调整;
(3)广泛适用于需要耐磨、防腐的各类零部件,对钢种无特殊要求;
(4)工艺简单,可在常规内、外热式盐浴炉中进行;
(5)产品质量稳定,生产成本低,(低于常规气体软氮化)效率高;
(6)膜层具有较高的表面硬度、耐磨性以及平缓过渡的硬度梯度;
(7)膜层与基体属冶金结合,具有较高的结合强度;
(8)膜层具有良好的耐碱性及一定的耐酸性能;
(9)膜层对零件尺寸无变化及变形,不改变零件心部的组织和性能。
2 膜层的组织特性
   
奥氏体不锈钢螺丝经发黑处理后的典型组织,从金相试样可以看出,最外层为黑色氧化层,内层为氮化层,白色区域为基体,总层深为27.8μm。膜层的硬度与耐磨性是由氮化层来决定的。由于氮化层具有一定的疏松和空洞,加上氮化后引起基体贫铬,从而降低其耐蚀性。氮化后再进行氧化处理,由于氧化处理使氮化层表面形成了具有抗盐碱腐蚀的FeO黑色膜层,并且这种氧化物膜层填充了氮化后的疏松和空洞,同时造成氧的表面富集,从而大大提高了表面的耐腐蚀性能。
3 膜层的性能特征
3.1 外观特征
   
奥氏体不锈钢螺丝经发黑处理后的外观特征如图2所示,可以看出,表面为均匀的黑色膜层。为了考察膜层的均匀性,进行了批量生产,每炉装炉量150kg,连续生产6炉,结果表明,每个螺丝内部,螺丝与螺丝之间无杂色,具有很好的均匀性。
3.2 表面硬度
   
奥氏体不锈钢螺丝经发黑处理后的表面硬度如表1所示(压入负荷50g)(略)。

序号对边尺寸
硬度在渗层内沿层深逐渐降低,这与氮原子在渗层中的浓度梯度分布相互对应。
3.3 耐蚀性
   
奥氏体不锈钢螺丝经氮化发黑处理后,进行了中性盐雾试验,试验在西德产中性盐雾试验机上进行,试验规范参照ISO3768-1976,采用间歇喷雾法,连续喷雾12h后停止喷雾、停止加热,在封闭状态下保持12h。24h为一周期,共进行了五个周期。结果表明:经五个周期试验后,螺丝表面完好,无腐蚀现象。
4 结束语
   
各类零部件经不锈钢发黑处理后钝化,具有较高的硬度、耐磨性、良好的耐碱、耐酸性能,且色泽均匀、美观。已在宁波等地紧固件行业投入批量生产,取得了良好效果;此外,在塑料模具、压铸模、液压零件、矿用阀体等部件上得到成功应用。因此具有较广的市场前景和良好的经济、社会效益。