خدمات سیاهکاری Black Oxide

مقدمه

سیاهکاری بر روی فلزات آهنی یک نوع پوشش دهی تبدیلی است. پوشش از طریق یک واکنش شیمیایی با آهن موجود در فلز ایجاد می‌گردد. این واکنش شیمیایی یک سطح محافظی را بوجود می‌آورد. یک پوشش تبدیلی سیاهکاری به آلیاژهای آهن اعمال می‌شود و این در حالتی است که نمک های اکسید کننده با آهن (Fe+2) واکنش داده و آن را به شکل آهن مغناطیسی (Fe+3) یا (Fe2o3) در می‌آورند که در حقیقت اکسید مشکی آهن یا همان سیاهکاری است. اکسید سیاهرگی بر روی آهن ایجاد می‌شود. البته فلزات دیگر نظیر: مس، برنج، فولاد ضد زنگ نیز قابلیت تشکیل اینچنین پوشش هایی را نیز دارند. اکسید سیاه یک ظاهر مشکی ماتی بر روی قطعات فلزی فوق با هزینه پایین ایجاد می‌نماید.

انواع سیاهکاری

به طور کلی دو نوع سیاهکاری معرف است:‌
•    سیاهکاری گرم
•    سیاهکاری سرد.
اکسید سیاه (بلک اکساید – Black Oxide) بر روی آلیاژهای آهنی را می‌توان با استفاده از حمام نمک مذاب در دمای حدود C⁰ 315 یا بالاتر و محلول سیاه کاری سرد در دمای محیط و یا محلول قلیایی پایه آب جوشان در دما135-148 درجه سانتیگراد بدست آورد که مورد اول سیاهکاری گرم و مورد دوم سیاهکاری سرد نامیده می‌شود.

کنترل حمام‌های مذاب در دماهای بالا در سیاهکاری گرم بسیار مشکل است و از اینرو پوشش حاصل رنگی یکنواخت بدست نمی‌آورد. محلول‌های سرد نیز اغلب بجای رنگ سیاه، رنگ خاکستری ایجاد می‌کنند و پوشش حاصل از این نوع حمام‌ها دوام زیادی نخواهد داشت. از اینرو، از فرایندهای سیاه کاری سرد نمی‌توان پوشش اکسیدی با رنگ سیاه خالص و یکدست بدست آورد. این پوشش‌ها اغلب حاوی ترکیبی از مس و سلنیم بوده و بسیاری از مشخصه های فنی و استانداردهای بخش های خودرو سازی و نظامی را تامین می‌کنند.
محلول های قلیایی جوشان بر پایه آب متداول ترین روش سیاه کاری می‌باشند. پوشش حاصل از این روش رنگ سیاه قوی تر و یکنواخت تری را ایجاد می‌کند.

پوشش اکسید سیاه اغلب برای فولادهای کربنی، فولادهای آلیاژی، فولادهای ابزار و قالب سازی و چدن ها بکار می‌رود. فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای مسی را نیز می‌توان سیاه کاری نمود.

پوشش سیاه کاری فولاد از مگنتیت (اکسید آهن سه ظرفیتی) تشکیل می‌شود که نتیجه اکسیداسیون آهن و اکسیژن هوا یا یون های اکسید کننده موجود در محلول های پایه آب یا نمک های مذاب است.

فرایند سیاه کاری در محلول قلیایی داغ

فرایند قلیایی داغ سبب تشکیل پوشش اکسیدی بر روی سطح قطعه غوطه ور در محلول قلیایی در حال جوش(135-148⁰C) حاوی نمک های اکسید کننده می‌شود. درجه حرارت جوشیدن بر پایه مقدار نمک های حمام تعیین می‌شود. در دماهای بالاتر از 148⁰C، اکسید ایجاد شده به قرمز تغییر رنگ داده و زنگ می‌زند. دماهای پایین تر از 135⁰C، که نشاندهنده غلظت پایین نمک های موجود در حمام است، سبب کاهش سرعت فرایند می‌شود. درجه حرارت جوش با افزودن نمک های مصرفی (افزایش دما) یا رقیق کردن محلول(کاهش دما) تنظیم می‌شود.

مراحل فرایند قلیایی داغ

• تمیزکاری: قطعات به روش مکانیکی تمیز شده و در داخل محلول قلیایی چربی زدایی می‌شوند.
• شستشوی آب
• اسید شویی(تمیزکاری اسیدی): لایه های اکسیدی و زنگ ها موجود بر روی سطح در داخل اسید حل می‌شوند.
• شستشوی آب
• حمام سیاه کاری قلیایی داغ: قطعات به مدت 5 الی 40 دقیقه در داخل حمام غوطه ور می‌شوند.
• شستشوی با جریان پرفشار آب
• خشک کردن
• عملیات نهایی: سطح لایه اکسیدی با روغن، واکس یا لاک آب بند می‌شود. این مرحله علاوه بر افزایش زیبایی و جلای ظاهری، باعث افزایش مقاومت به خوردگی و بهبود خواص روانکاری لایه اکسیدی نیز می‌شود. روغن های موجود از نوع حلال در آب یا جایگزین شونده آب بوده و لایه ضخیمی از روغن را بر روی سطح سیاه شده ایجاد می‌کنند. علاوه بر روغن می‌توان از واکس ها یا رزین های اکریلیکی شفاف استفاده نمود. البته این به شرطی است که در استاندارد استفاده از روغن قید نشده باشد.

فرآیند قلیایی گرم

همانطوری که می‌دانیم محلول های گرم قلیایی باید در محدوده دمایی بین 146-135 درجه سانتی گراد قرار گیرد تا بتواند عمل اکسیداسیون و تشکیل پوشش تبدیلی را بخوبی انجام دهد. درجه حرارت جوش در اینجا، درجه حرارت جوشش محلول حاوی نمک های فلزات قلیایی و نمک قلیایی است. در درجه حرارت بالای 146 درجه سانتی گراد، پوشش اکسیداسیون حاصله، به صورت رنگ قرمز و زنگ زدگی است و در زیر درجه حرارت 135 درجه سانتی گراد فرآیند اکسیداسیون خیلی آهسته می‌شود. عملیات سیاهکاری در طی 30-20 دقیقه انجام می‌شود.

نمونه هایی از ترکیب شیمیایی محلول های قلیایی داغ

•     سود(g/l 600-700) + نیترات سدیم ( g/l 250 -400)
•     سود(g/l 500) + نیترات سدیم(g/l 500)
•     سود (g/l 650 -750) + نیترات سدیم(g/l 100) + نیتریت سدیم(g/l 100)
•     پتاس یا هیدروکسید پتاسیم(g/l 1000 -1200) + نیترات پتاسیم(g/l 150-250)

سیاه کاری سرد Cold black oxide process

سیاهکاری سرد یک فرآیند پوشش دهی غیر تبدیلی جهت ایجاد لایه سیاهرنگ از اسید فسفریک حاوی ترکیبات سلینیم و مس است. سیاهکاری سرد در واقع پوشش اکسید واقعی نیست. این پوشش از پوشش سیاهکاری گرم black oxide نرم تر است. رنگ پوشش سیاهکاری سرد پایدار و ثابت نیست و امکان دارد که از روی سطح با سایش برداشته شود.
البته اعمال پوشش سیاهکاری سرد ساده تر است و خطرات کمتری نسبت به فرایند سیاهکاری گرم دارد.
معمولا این نوع حمام ها اگر به صورت مداوم مورد استفاده قرار گیرند تقریبا به اندازه 5% از آب خود را از دست می‌دهند. بنابراین بهتر است که این میزان آب قبل از هر مرحله کاری، جبران شود. معمولا PH این نوع محلول‌های قلیایی گرم 13 به بالا است.
محلول های قلیایی گرم دارای اجزایی مانند هیدروکسید سدیم، نیتریت سدیم، نیترات سدیم می‌باشند که فرمولاسیون نسل اول سنتی بعضی از آنها به شرح ذیل است.

• NaoH 600-700 g/L, NaNo2 200-250 g/L
• NaoH 600-700 g/L, NaNo3 200-250 g/L
• NaoH 500 g/L, NaNo3 500 g/L
• NaoH 650-750 g/L ,NaNo3 100 g/L, NaNo2 100 g/L

فرایند سیاه کاری سرد

در این فرایند یک پوشش سیاه غیر تبدیلی از محلول های اسید فسفریک حاوی ترکیبات سلنیم و مس بدست می‌آید. پوشش سیاه حاصل به واقع یک اکسید نیست. این پوشش، نرم تر از پوشش های اکسیدی سیاه است. رنگ پوشش های سرد پایدار نبوده و با مالش از روی سطح پاک می‌شود. روش سرد به عنوان جایگزینی ساده و کم خطر تر از محلول های قلیایی جوشان بکار می‌رود.

فرایند سیاه کاری در نمک مذاب

پروسه نمک مذاب شامل نمک های اکسید کننده مذاب است. اکسیژن حاصل از این نمک ها با اتم های آهن واکنش داده و لایه اکسید را ایجاد می‌کنند.

مخلوطی از نیترات و نیتریت سدیم به مقدار مساوی برای آماده سازی حمام های مذاب استفاده می‌شود. نقطه ذوب چنین ترکیب یوتکتیکی در حدود C250⁰ است. محدوده دمایی حمام های مذاب C⁰ 288-343 است. در مورد فولادهای زنگ نزن از دماهای بالاتر حدود C 482⁰ استفاده می‌شود.

فرایند اعمال پوشش black oxide

1-تمیزکاری و چربیگیری قطعات فلزی
2-شستشوی قطعات فلزی به مدت 3-15 دقیقه
3-زنگ زدایی و شستشویی اسیدی
4-شستشوی قطعات
5-سیاهکاری قطعات در محلول جوش قلیایی با دمای تقریبی 135 – H6 درجه سانتی گراد
6- شستشوی قطعات
7-آب بندی و پرداختکاری نهایی (پوشش تکمیلی اضافی مانند :روغن، واکس یا رنگ)

مزایای سیاه کاری

مقاومت خوردگی: افزایش عمر کاری و مدت زمان انبارداری قطعات
مقاومت به سایش و دوام: 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 است، سطوح مانع چسبندگی، لایه روانکار پوشش سیاه را در حین تماس و سایش فدا نموده و سطح قطعه را سالم نگه می‌دارند.
روانکاری: عملیات های نهایی پایه روغن که بعد از فرایند سیاه کاری مرسوم است، علاوه بر حفاظت سطح در برابر خوردگی، سطوح در تماس با هم را صاف تر می‌سازند.
پایداری ابعادی: فرایندهای سیاه کاری اساسا سبب تغییرات ابعادی(ضخامت لایه پوشش در حد 3-2 میکرون است) نمی‌شوند که به این معنی است که سطوح سیاه کاری شده خواص سطحی خود را حفظ می‌کنند. سطوح پولیش شده جلا و پرداخت سطحی، و قطعات عملیات حرارتی شده سختی سطحی خود را حفظ می‌کنند. از این روش می‌توان 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 ان را افزایش می‌دهد.
کاهش براقیت قطعه: این فرایند براقیت قطعه را کاهش می‌دهد.
جنبه های اقتصادی و بازدهی: فرایند سیاه کاری سبب صرفه جویی در زمان و هزینه در مقایسه با فرایندهای آبکاری و رنگ کاری می‌شود. این فرایند، روشی ساده و بصرفه برای تامین مقاومت خوردگی قطعات آهنی و فولادی است.
آماده سازی سطحی: جهت بهبود چسبندگی رنگ و لاک های نهایی می‌توان از این پوشش به عنوان زیرلایه استفاده نمود.
رسانایی: سیاه کاری، پوششی مناسب برای قطعات الکتریکی است، زیرا فقط در حدود 1% رسانایی قطعه بعد از اعمال این پوشش کاهش می‌یابد.
مقاوم به تغییر رنگ در دماهای زیاد: پوشش اکسیدی قادر به تحمل درجه حرارتی بالغ بر 482⁰C پیش از تغییر رنگ است.
عدم تولید بخارات سمی در حین جوشکاری: بر خلاف قطعات رنگ یا آبکاری شده، قطعات سیاه کاری شده هیچگونه بخار سمی در هنگام جوشکاری تولید نمی‌کنند.
فرایند عاری از تردی: فرایند های نرمال سیاه کاری سبب تردی هیدروژنی نظیر برخی فرایندهای آبکاری و رنگ کاری نمی‌شوند. این مطلب برای تمام قطعات به غیر قطعات با سختی 55 راکول یا بیشتر و نیز فنرهای بسیار نازک که به شدت به تردی قلیایی حساس می‌باشند، درست است. این مشکل را می‌توان با کنترل زمان فرایند سیاه کاری به حداقل رساند.
دوستدار محیط زیست: بطور معمول هیچ یون فلزی در آب شستشو وجود ندارد که نیازمند عملیات های تصفیه و ... باشد. ولی استفاده از سبدها یا بارل هایی از جنس فولاد زنگ نزن نیازمند مراقبت بیشتر در خصوص غلظت کروم پساب می‌باشند. تنها محصول جانبی واکنش سیاه کاری، محصول بی ضرر کربنات سدیم است. مقداری از هیدروکسید سدیم نیز از طریق وان های سیاه کاری و تمیزکاری به وان های شستشو انتقال می‌یابد، ولی اسیدیته نهایی معمولا در محدوده مورد تایید قرار دارد. در غیر این صورت، اسدیته محلول را با اسید رقیق کاهش می‌دهیم.

خواص سیاه کاری black oxide

• از نظر قیمتی ارزان و قابل مقایسه با سایر پوشش ها است.
• یک نوع پرداختکاری تزئینی نیز است.
• پوشش سیاهرنگی بوجود می‌آورد.
• بر روی تلرانس ابعادی قطعه تاثیری نمیگذارد.
• مقاومت سایشی خوبی ایجاد می‌کند.
• روانکاری سطح را بهبود می‌بخشد.
• مقاومت خوردگی با ایجاد لایه پسیونهایی بوجود می‌آورد.
• از درخشندگی زیاد یا تابش خیره کننده سطح می‌کاهد.
• قابلیت پوسته شدن، ورآمدن، ورقه ای شدن را ندارد.
• با تغییر درجه حرارت، رنگ ان نیز تغییر می‌نماید.
• تردی هیدروژنی ایجاد نمی‌نماید.
• دچار خوردگی سفید نمی‌شود.
• قابلیت جوشکاری دارد.
• برای محافظت بیشتر، قابلیت پوشش پذیری بیشتر را دارد.

انواع پوشش های سیاه کاری مطابق با استاندارد نظامی MIL-DTL-13924D

مطابق با استاندارد فوق، پوشش های سیاه کاری به 4 نوع زیر تقسیم می‌شوند:

• نوع1: فرایند اکسیداسیون قلیایی (برای آهن خام، چدن های مالیبل، فولاد ساده کربنی و کم آلیاژ)
• نوع2: فرایند اکسیداسیون قلیایی کروماتی (مخصوص فولادهای آلیاژی مقاوم به خوردگی که دمای تمپر آنها کمتر از C 482⁰ است)
• نوع3: فرایند اکسیداسیون نمک مذاب (مخصوص فولادهای آلیاژی مقاوم به خوردگی با دمای تمپر بیشتر از C 482⁰)
• نوع4: فرایند اکسیداسیون قلیایی( برای سایر فولادهای آلیاژی مقاوم به خوردگی)

عیوب سیاه کاری فولادهای کم آلیاژ و راه حل آنها

1- تشکیل اکسید قرمز رنگ ضعیف و بدون چسبندگی که با پاک کردن برطرف می‌شود.

علل ایجاد و راه حل آنها:

• باقی ماندن پوسته یا رسوبات ضعیف و سست مرحله عملیات حرارتی بر روی قطعه
• زمان طولانی جابجایی یا حمل و نقل قطعات به خط پوشش دهی
• به دلیل وجود مقادیر زیاد آهن کلوییدی به رکتیفایر نیاز دارد
• بالا بودن بیش از حد دما
• خشک شدن محلول بر روی قطعه

2- اکسید قرمز رنگی که از روی قطعه پاک نمی‌شود.

علل ایجاد و راه حل آنها:

• زمان طولانی جابجایی یا حمل و نقل قطعات به خط پوشش دهی
• بالا بودن بیش از حد دما
• باقی ماندن پوسته یا رسوبات ضعیف و سست مرحله عملیات حرارتی بر روی قطعه
• آلیاژهای با مقادیر بالای Si(>3%)
• آلیاژهای پر کربن(>1%)

3- قطعه قرمز رنگ شده است.

علل ایجاد و راه حل آنها:

• مشکلات گالوانیکی
• آلیاژهای با کروم زیاد
• زمان غوطه وری طولانی تر شود
• بالا بودن بیش از حد دما

4- زمینه قهوه ای

علل ایجاد و راه حل آنها:

• پایین بودن دمای حمام
• نمک سیاه کاری اضافه نمایید
• دما را تا حد جوشش محلول افزایش دهید
• وجود زنگ پیش از فرایند سیاه کاری

5- عدم یکنواختی پوشش سیاه(خال خال بودن)

علل ایجاد و راه حل آنها:

• تمیزکاری نامناسب
• هم زدن محلول را افزایش دهید
• کافی نبودن ماده تمیز کننده
• زمان طولانی جابجایی یا حمل و نقل قطعات به خط پوشش دهی

6- سیاه لک دار(از روی قطعه پاک می‌شود)

علل ایجاد و راه حل آنها:
وجود کربن بر روی سطح
وجود زنگ یا لکه های سیاه بر روی سطح پیش از سیاه کاری
طولانی بودن بیش از حد زمان اسید شویی
ارجاع قطعات به مرحله تمیزکاری جهت زنگ برداری

7- عدم سیاه شدن قطعه

علل ایجاد و راه حل آنها:

• آلودگی کروم یا سایر فلزات
• تهی شدن محلول از ماده اکسید کننده

عیوب سیاه کاری فولادهای زنگ نزن

1- عدم سیاه شدن قطعه
علل ایجاد و راه حل آنها:

• سیم یا سبد را از جنس فولاد نرم قرار دهید.
• عدم فعال بودن سطح فولاد
• زمان اسید شویی را افزایش دهید
• اسید شویی ضعیف
• تخریب حمام سیاه کاری بواسطه گرم شدن بیش از حد
• پوسته نرم- نیاز به پسیو سازی دارد

2- سیاه لک دار
علل ایجاد و راه حل آنها:

• طولانی بودن زمان اسید شویی
• فعال شدن بیش از حد سطح
• لجن کف حمام فیلتر شود
• سطح حمام باید تمیز شود
• قطعات باید پسیو شوند
• بالا بودن دمای حمام

3- پوشش لکه لکه و غیر یکنواخت
علل ایجاد و راه حل آنها:

• تمیزکاری نامناسب
• قطعات را آبکشی نمایید
• ضعیف بودن فرایند نهایی خط پوشش
• باید به حمام فولاد نرم اضافه شود.

تست های کنترل کیفی قطعات سیاه کاری

•     بازرسی چشمی: پوشش سیاه کاری باید ظاهری یکنواخت داشته باشد. کل سطح قطعه را پوشانده باشد و رنگ سیاه ایجاد شده کاملا یکنواخت باشد. هیچگونه اثری از خوردگی حفره ای، خوردگی های بین دانه ای یا اچ شدگی نباید مشاهده شود. لازم به ذکر است که پوشش سیاه کاری صافی سطحی نظیر فرایندهای رنگ کاری و آبکاری را ایجاد نمی‌کند. خراش های پیش از پوشش دهی، علایم ابزارآلات، حفرات، خطوط علامت گذاری و پانچ، و سایر عیوب سطحی نیزاکسید سیاه بر روی آلیاژهای آهنی را می‌توان با استفاده از حمام نمک مذاب در دمای حدود 315⁰C یا بالاتر، محلول سیاه کاری سرد در دمای محیط و یا محلول قلیایی پایه آب جوشان در دما 135-148⁰C بدست آورد.
•     تست لک کردن یا دوده ای شدن سطح پوشش(Smut Test): پسماند تیره رنگ پودری شکلی که با کشیدن دست بر روی قطعات سیاه کاری شده، بدست می‌چسبد. این تست باید قبل از هر گونه عملیات نهایی نظیر روغن کاری پوشش انجام شود.
•     تست رطوبت نسبی: مطابق با استاندارد ASTM D 2247، مقاومت پوشش های سیاه کاری در برابر آب در رطوبت 100% بررسی می‌شود
• کنترل حمام های مذاب در دماهای بالا بسیار مشکل است و از اینرو پوشش حاصل رنگی یکنواخت نخواهد داشت. محلول های سرد نیز اغلب بجای رنگ سیاه، رنگ خاکستری ایجاد می‌کنند و پوشش حاصل از این نوع حمام ها دوام زیادی نخواهد داشت. از اینرو، از فرایندهای سیاه کاری سرد نمی‌توان پوشش اکسیدی با رنگ سیاه خالص و یکدست بدست آورد. این پوشش ها اغلب حاوی ترکیبی از مس و سلنیم بوده و بسیاری از مشخصه های فنی و استانداردهای بخش های خودرو سازی و نظامی را تامین می‌کنند. محلول های قلیایی جوشان بر پایه آب متداول ترین روش سیاه کاری می‌باشند. پوشش حاصل از این روش رنگ سیاه قوی تر و یکنواخت تری را ایجاد می‌کند.

آزمون ها

1- آزمون بازرسی ظاهری
2- آزمون زنگ زدگی (لکه)
3- آزمون نسبی رطوبت

کاربردهای سیاه کاری

پوشش های سیاه کاری کاربردهای زیادی دارند. از این نوع پوشش ها در ابزارهای ماشینکاری، گیج ها، قطعات دستگاه ها، ابزارهای برشی، ابزارهای ماشینی، قطعات ماشین، شمع های خوردو، قطعات نظامی، فنرها، بیرینگ ها، شافت موتور، رینگ پیستون، قطعات موتور، بوش ها، چرخ دنده ها، والوها، قید و بست ها، قطعات دوربین، تجهیزات اپتیکی و تجهیزات اداری استفاده می‌شود.

این پوشش ها برای شرایط خورنده شدید مناسب نبوده و به هیچ وجه نمی‌توانند جایگزین پوشش هلای فسفاته یا آبکاری شوند. مگر مواردی که مقاومت به خوردگی کمتر مورد تایید باشد. بعد از این فرایند بر روی سطح باقی می‌مانند.
. پوشش اکسید سیاه اغلب برای فولادهای کربنی، فولادهای آلیاژی، فولادهای ابزار و قالب سازی و چدن ها بکار می‌رود. فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای مسی را نیز می‌توان سیاه کاری نمود.

پوشش سیاه کاری فولاد از مگنتیت (اکسید آهن سه ظرفیتی) تشکیل می‌شود که نتیجه اکسیداسیون آهن و اکسیژن هوا یا یون های اکسید کننده موجود در محلول های پایه آب یا نمک های مذاب است.

زاج کاری زاجکاری

بلک اکساید - زاج کاری

مواد متداول برای سیاهکاری

1-آلیاژهای اهنی فولادی

• Mild steel
• Stainless steel
• Carbon steel
• Low Alloy steel
• Corrosion resistant steel
• High silicon steel

2-آهن

• چدن معمولی cast Iron
• چدن مالیبل Malleable Iron

موارد کاربرد صنعتی

1- سازه ها و تجهیزات نظامی
2- ابزار آلات نظامی
3- صنعت معماری
4- صنعت اتومبیل
5- صنعت چفت و بست ها
6- صنعت سخت افزار
7- صنعت چاپ زنی
8- صنعت ابزار و حدیده سازی
9- کاترهای لوله
10- صنعت خودروهای تفریحی

«اصفهان پوشش» ⚫️⚫️مرکز تخصصی سیاهکاری (BLACK OXIDE) ⚫️⚫️
با کیفیت و قیمت مناسب جهت پوشش دهی انواع قطعات صنعتی و نظامی

جهت دریافت اطلاعات بیشتر با ما در ارتباط باشید

09138271941