مواد شیمیایی مورد مصرف در اکسیداسیون سطوح به نام نمکهای سیاهکاری یا نمکهای اکسیداسیون معروف هستند. فرآیند سیاهکاری با ایجاد یک لایه تیره بر روی قطعات فلزی انجام می‌شود تا مانع از زنگ‌زدگی سطوح شود. این فرآیند بر روی فلزاتی مانند فولادهای کربنی، آلیاژی، ابزارها، آلیاژهای مسی و چدن‌ها قابل اجرا هستند. در ادامه، با این مقاله از آذرآسا همراه باشید تا به بررسی فرآیند سیاهکاری بپردازیم.
منظور از سیاهکاری فلزات چیست؟
سیاهکاری (به انگلیسی Black oxide process یا Blackening)، یک فرآیند پوشش‌دهی تبدیلی است که بر روی مواد آهنی، مس و آلیاژهای پایه مس و روی انجام می‌شود. نتیجه این فرآیند، یک پوشش بسیار نازک و بادوام بر روی سطح قطعات فلزی است. هدف از انجام این فرآیند، ایجاد مقاومت بالای پوشش به خوردگی اتمسفری خصوصاً در محیط‌های مرطوب می‌باشد و اکثراً در مقاصد انبارداری قطعات و ورق‌های فولادی کاربرد دارد.
پودر نمک سیاه کاری
نمک سیاه کاری، پودری است که برای سیاه کاری فلزات آهنی مورد استفاده قرار می گیرد. در محلول اکسید سیاه، نمک هایی وجود دارد که به عنوان اکسیدکننده عمل می‌کنند و با یک تغییر شیمیایی بر روی فلز ایجاد می‌شوند.
مراحل سیاه کاری به طور مختصر
۱- تمیزکاری و چربی‌گیری قطعات فلزی
۲- آبکشی قطعات فلزی به مدت ۳-۱۵ دقیقه
۳- زنگ زدایی و شستشوی اسیدی
۴- آبکشی مجدد قطعات
۵- سیاهکاری قطعات در محلول جوش قلیایی با دمای تقریبی ۱۳۵ – ۱۱۶ درجه سانتی گراد
۶- آبکشی دوباره قطعات
۷- آب بندی و پرداخت کاری نهایی (پوشش تکمیلی اضافی مانند روغن، واکس یا رنگ)
غوطه‌وری فلزات در محلول سیاه کاری
قطعات پس از چربی‌گیری، بایستی در محلولی شامل ۸۰ الی ۹۰% از پودر فوق و دمای بین ۱۲۰ الی ۱۳۰ درجه سانتیگراد غوطه‌ور شوند. این محلول شامل نمک های اکسیدکننده مذاب هستند که طی این فرایند، اکسیژن حاصل از این نمک ها با اتم های آهن واکنش داده و یک لایه پوششی اکسیدی به رنگ سیاه ایجاد می کنند.
انواع پوشش‌های سیاه کاری مطابق با استاندارد نظامی MIL-DTL-13924D
مطابق با استاندارد فوق، پوشش های سیاه کاری به ۴ نوع زیر تقسیم می شوند:
نوع۱: فرایند اکسیداسیون قلیایی (برای آهن خام، چدن های مالیبل، فولاد ساده کربنی و کم آلیاژ)
نوع۲: فرایند اکسیداسیون قلیایی کروماتی (مخصوص فولادهای آلیاژی مقاوم به خوردگی که دمای تمپر آنها کمتر از ۴۸۲ درجه سانتی گراد است)
نوع۳: فرایند اکسیداسیون نمک مذاب (مخصوص فولادهای آلیاژی مقاوم به خوردگی با دمای تمپر بیشتر از ۴۸۲ درجه سانتی گراد)
نوع۴: فرایند اکسیداسیون قلیایی ( برای سایر فولادهای آلیاژی مقاوم به خوردگی)
آزمون‌های کیفیت سنجی اکسید سیاه
- آزمون بازرسی ظاهری: پوشش سیاره کاری باید به صورت یکنواخت کل سطح قطعه را پوشانده باشد. وجود خوردگی حفره‌ای، دانه و اچ شده بر روی سطح قابل قبول نبوده و جداسازی می شوند.
- آزمون زنگ زدگی و لکه: با کشیدن دست بر روی سطح قطعه، پسماند سیاه رنگ پودری شکل به دست می چسبد. این تست باید قبل از هر گونه پرداخت کاری نظیر روغن کاری انجام گیرد.
- آزمون رطوبت نسبی: طبق استاندارد ASTM D 2247 مقاومت اکسید سیاه در برابر رطوبت باید بررسی شود.
مهم‌ترین مزایای پوشش اکسید سیاه
نام اکسید سیاه که یک پرداخت نهایی بسیار محبوب است، در ارتباط با محصولات مختلف به گوش می‌رسد. این محصول در قیاس با سایر پوشش ها و ترکیب ها، روشی بسیار ارزان قیمت برای بهبود فولاد می باشد. مقاومت در برابر خوردگی و کاهش اصطکاک، مهم‌ترین مزایای اکسیداسیون هستند. در این مقاله از آذرآسا، به مهم‌ترین امتیازات پوشش اکسید سیاه می‌پردازیم.
- – مقاومت خوردگی: افزایش عمر کاری و مدت زمان انبارداری قطعات
- – مقاومت به سایش و داوم: پوشش های تبدیلی سخت در برابر پوسته شدن، ترک خوردن، سایش و خراش، مقاومت خوبی دارند.
- – ضد چسبندگی اصطکاکی: در مواردی که نیاز به تماس قطعات می باشد، سطوح مانع چسبندگی لایه روانکار پوشش سیاه را در حین تماس و سایش فدا نموده و سطح قطعه را سالم نگه می دارند.
- – روانکاری: عملیات های نهایی پایه روغن که بعد از فرایند پوشش‌دهی اکسید سیاه مرسوم می باشد، علاوه بر حفاظت سطح در برابر خوردگی، سطوح در تماس با هم را صاف تر می سازند.
- – پایداری ابعادی: فرایندهای سیاه کاری اساسا سبب تغییرات ابعادی (ضخامت لایه پوشش در حد ۳-۲ میکرون است) نمی شوند که به این معنی است که سطوح با پوشش اکسید سیاه، خواص سطحی خود را حفظ می کنند. سطوح پولیش شده جلا و پرداخت سطحی، و قطعات عملیات حرارتی شده سختی سطحی خود را حفظ می کنند. از این روش می توان برای پوشش دهی نهایی قطعات با ابعاد بحرانی و تلرانس های ابعادی بسیار اندک استفاده نمود.
- – زیبایی ظاهری پوشش: این فرایند سبب ایجاد رنگ سیاه زیبا و تزیینی بر روی سطح قطعه شده و کیفیت سطحی آن را افزایش می دهد.
- – کاهش براقیت قطعه: فرایند پوشش‌دهی اکسید سیاه براقیت قطعه را کاهش می دهد.
- – جنبه‌های اقتصادی و بازدهی: فرایند سیاه کاری سبب صرفه جویی در زمان و هزینه در مقایسه با فرایندهای آبکاری و رنگ کاری می شود. این فرایند، روشی ساده و به صرفه برای تامین مقاومت خوردگی قطعات آهنی و فولادی است.
- – آماده سازی سطحی: جهت بهبود چسبندگی رنگ و لاک های نهایی می توان از این پوشش به عنوان زیرلایه استفاده نمود.
- – رسانایی: اکسید سیاه، پوششی مناسب برای قطعات الکتریکی است؛ زیرا فقط در حدود ۱% رسانایی قطعه بعد از اعمال این پوشش کاهش می یابد.
- – مقاوم به تغییر رنگ در دماهای زیاد: پوشش اکسیدی قادر به تحمل درجه حرارتی بالغ بر ۴۸۲ درجه سانتی گراد، پیش از تغییر رنگ می باشد.
- – دوستدار محیط زیست: به طور معمول، هیچ یون فلزی در آب شستشو وجود ندارد که نیازمند عملیات‌های تصفیه و … باشد. ولی استفاده از سبدها یا بارل هایی از جنس فولاد زنگ نزن نیازمند مراقبت بیشتر در خصوص غلظت کروم پساب می باشند. تنها محصول جانبی واکنش سیاه کاری، محصول بی‌ضرر کربنات سدیم است. مقداری از هیدروکسید سدیم نیز از طریق وان های سیاه کاری و تمیزکاری به وان‌های شستشو انتقال می یابد ولی اسیدیته نهایی معمولا در محدوده مورد تایید قرار دارد. در غیر این صورت، اسدیته محلول را با اسید رقیق کاهش می دهیم.زمان استفاده، سهولت در پاک شوندگی از سطح ورق با تمام شوینده‌های آلکالینی، عدم لکه‌گذاری.