Πρωτότυπο ακριβείας μαύρης οξείδωσης

Το μαύρο οξείδιο ή το μαύρισμα είναι μια επίστρωση μετατροπής για σιδηρούχα υλικά, ανοξείδωτο χάλυβα, χαλκό και κράματα με βάση τον χαλκό, ψευδάργυρο, κονιοποιημένα μέταλλα και κόλληση αργύρου.[1]Χρησιμοποιείται για την προσθήκη ήπιας αντοχής στη διάβρωση, για εμφάνιση και για την ελαχιστοποίηση της ανάκλασης του φωτός.[2]Για να επιτευχθεί η μέγιστη αντοχή στη διάβρωση, το μαύρο οξείδιο πρέπει να εμποτιστεί με λάδι ή κερί.[3]Ένα από τα πλεονεκτήματά του σε σχέση με άλλες επιστρώσεις είναι η ελάχιστη συσσώρευση.

1.Σιδήρου υλικό
Ένα τυπικό μαύρο οξείδιο είναι ο μαγνητίτης (Fe3O4), ο οποίος είναι πιο σταθερός μηχανικά στην επιφάνεια και παρέχει καλύτερη προστασία από τη διάβρωση από το κόκκινο οξείδιο (σκουριά) Fe2O3.Οι σύγχρονες βιομηχανικές προσεγγίσεις για το σχηματισμό μαύρου οξειδίου περιλαμβάνουν τις διαδικασίες θερμής και μέσης θερμοκρασίας που περιγράφονται παρακάτω.Το οξείδιο μπορεί επίσης να σχηματιστεί με ηλεκτρολυτική διαδικασία στην ανοδίωση.Οι παραδοσιακές μέθοδοι περιγράφονται στο άρθρο για το μπλε.Έχουν ιστορικό ενδιαφέρον και είναι επίσης χρήσιμα για τους χομπίστες να σχηματίζουν μαύρο οξείδιο με ασφάλεια με λίγο εξοπλισμό και χωρίς τοξικά χημικά.

Το οξείδιο χαμηλής θερμοκρασίας, που περιγράφεται επίσης παρακάτω, δεν είναι μια επικάλυψη μετατροπής - η διαδικασία χαμηλής θερμοκρασίας δεν οξειδώνει το σίδηρο, αλλά εναποθέτει μια ένωση χαλκού σεληνίου.

1.1 Ζεστό μαύρο οξείδιο
Ζεστά λουτρά υδροξειδίου του νατρίου, νιτρικών αλάτων και νιτρωδών στους 141 °C (286 °F) χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της επιφάνειας του υλικού σε μαγνητίτη (Fe3O4).Πρέπει να προστίθεται περιοδικά νερό στο λουτρό, με κατάλληλους ελέγχους για την αποφυγή έκρηξης ατμού.

Το ζεστό μαύρισμα περιλαμβάνει τη βύθιση του εξαρτήματος σε διάφορες δεξαμενές.Το κατεργαζόμενο τεμάχιο συνήθως «βυθίζεται» από αυτοματοποιημένους ανταλλακτικούς για μεταφορά μεταξύ δεξαμενών.Αυτές οι δεξαμενές περιέχουν, κατά σειρά, αλκαλικό καθαριστικό, νερό, καυστική σόδα στους 140,5 °C (284,9 °F) (η μαυριστική ένωση) και τέλος το στεγανωτικό, που είναι συνήθως λάδι.Η καυστική σόδα και η αυξημένη θερμοκρασία προκαλούν το σχηματισμό Fe3O4 (μαύρο οξείδιο) στην επιφάνεια του μετάλλου αντί για Fe2O3 (κόκκινο οξείδιο, σκουριά).Ενώ είναι φυσικά πιο πυκνό από το κόκκινο οξείδιο, το φρέσκο ​​μαύρο οξείδιο είναι πορώδες, έτσι στη συνέχεια εφαρμόζεται λάδι στο θερμαινόμενο μέρος, το οποίο το σφραγίζει «βυθίζοντας» μέσα του.Ο συνδυασμός αποτρέπει τη διάβρωση του τεμαχίου εργασίας.Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα του μαυρίσματος, κυρίως:

Το μαύρισμα μπορεί να γίνει σε μεγάλες παρτίδες (ιδανικό για μικρά κομμάτια).
Δεν υπάρχει καμία σημαντική επίδραση στις διαστάσεις (η διαδικασία μαυρίσματος δημιουργεί ένα στρώμα πάχους περίπου 1 μm).
Είναι πολύ φθηνότερο από παρόμοια συστήματα αντιδιαβρωτικής προστασίας, όπως βαφή και ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση.
Η παλαιότερη και πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη προδιαγραφή για το ζεστό μαύρο οξείδιο είναι το MIL-DTL-13924, το οποίο καλύπτει τέσσερις κατηγορίες διεργασιών για διαφορετικά υποστρώματα.Οι εναλλακτικές προδιαγραφές περιλαμβάνουν τα AMS 2485, ASTM D769 και ISO 11408.

Αυτή είναι η διαδικασία που χρησιμοποιείται για να μαυρίσουν τα συρματόσχοινα για θεατρικές εφαρμογές και εφέ πτήσης.

1.2 Μαύρο οξείδιο μέσης θερμοκρασίας
Όπως το ζεστό μαύρο οξείδιο, το μαύρο οξείδιο μέσης θερμοκρασίας μετατρέπει την επιφάνεια του μετάλλου σε μαγνητίτη (Fe3O4).Ωστόσο, το μαύρο οξείδιο μέσης θερμοκρασίας μαυρίζει σε θερμοκρασία 90–120 °C (194–248 °F), σημαντικά λιγότερο από το ζεστό μαύρο οξείδιο.Αυτό είναι πλεονεκτικό επειδή είναι κάτω από το σημείο βρασμού του διαλύματος, που σημαίνει ότι δεν παράγονται καυστικοί ατμοί.

Δεδομένου ότι το μαύρο οξείδιο μέσης θερμοκρασίας είναι πιο συγκρίσιμο με το ζεστό μαύρο οξείδιο, μπορεί επίσης να πληροί τις στρατιωτικές προδιαγραφές MIL-DTL-13924, καθώς και το AMS 2485.

1.3 Ψυχρό μαύρο οξείδιο
Το ψυχρό μαύρο οξείδιο, γνωστό και ως μαύρο οξείδιο θερμοκρασίας δωματίου, εφαρμόζεται σε θερμοκρασία 20–30 °C (68–86 °F).Δεν είναι μια επικάλυψη μετατροπής οξειδίου, αλλά μάλλον μια ένωση εναποτιθέμενου χαλκού σεληνίου.Το ψυχρό μαύρο οξείδιο προσφέρει υψηλότερη παραγωγικότητα και είναι βολικό για μαύρισμα στο σπίτι.Αυτή η επίστρωση παράγει παρόμοιο χρώμα με αυτό που κάνει η μετατροπή οξειδίου, αλλά τείνει να τρίβεται εύκολα και προσφέρει λιγότερη αντοχή στην τριβή.Η εφαρμογή λαδιού, κεριού ή λάκας φέρνει την αντίσταση στη διάβρωση στο ίδιο επίπεδο με τη θερμή και τη μεσαία θερμοκρασία.Μια εφαρμογή για τη διεργασία ψυχρού μαύρου οξειδίου θα ήταν σε εργαλεία και αρχιτεκτονικό φινίρισμα σε χάλυβα (πατίνα για χάλυβα).Είναι επίσης γνωστό ως ψυχρό μπλε.

2. Χαλκός
Κατοπτρική ανακλαστικότητα οξειδίου του χαλκού.svg
Το μαύρο οξείδιο για τον χαλκό, μερικές φορές γνωστό με την εμπορική ονομασία Ebonol C, μετατρέπει την επιφάνεια του χαλκού σε οξείδιο του χαλκού.Για να λειτουργήσει η διαδικασία, η επιφάνεια πρέπει να έχει τουλάχιστον 65% χαλκό.για χάλκινες επιφάνειες που έχουν λιγότερο από 90% χαλκό πρέπει πρώτα να υποβληθεί σε προεπεξεργασία με επεξεργασία ενεργοποίησης.Η τελική επίστρωση είναι χημικά σταθερή και πολύ προσκολλημένη.Είναι σταθερό έως 400 °F (204 °C).πάνω από αυτή τη θερμοκρασία η επίστρωση υποβαθμίζεται λόγω της οξείδωσης του βασικού χαλκού.Για να αυξηθεί η αντοχή στη διάβρωση, η επιφάνεια μπορεί να είναι λαδωμένη, βερνικωμένη ή κερωμένη.Χρησιμοποιείται επίσης ως προεπεξεργασία για βαφή ή επισμάλτωση.Το φινίρισμα της επιφάνειας είναι συνήθως σατινέ, αλλά μπορεί να γίνει γυαλιστερό με επίστρωση σε ένα διαφανές σμάλτο υψηλής γυαλάδας.

Σε μικροσκοπική κλίμακα σχηματίζονται δενδρίτες στο φινίρισμα της επιφάνειας, οι οποίοι παγιδεύουν το φως και αυξάνουν την απορροφητικότητα.Λόγω αυτής της ιδιότητας, η επίστρωση χρησιμοποιείται στην αεροδιαστημική, τη μικροσκοπία και άλλες οπτικές εφαρμογές για την ελαχιστοποίηση της ανάκλασης του φωτός.

Στις πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB), η χρήση μαύρου οξειδίου παρέχει καλύτερη πρόσφυση στα στρώματα laminate από fiberglass.Το PCB βυθίζεται σε ένα λουτρό που περιέχει υδροξείδιο, υποχλωριώδες άλας και χαλκό, το οποίο εξαντλείται και στα τρία συστατικά.Αυτό δείχνει ότι το μαύρο οξείδιο του χαλκού προέρχεται εν μέρει από το χαλκό και εν μέρει από το κύκλωμα χαλκού PCB.Υπό μικροσκοπική εξέταση, δεν υπάρχει στρώμα οξειδίου του χαλκού(Ι).

Μια ισχύουσα στρατιωτική προδιαγραφή των ΗΠΑ είναι η MIL-F-495E.

3. Ανοξείδωτο ατσάλι
Το ζεστό μαύρο οξείδιο για τον ανοξείδωτο χάλυβα είναι ένα μείγμα καυστικών, οξειδωτικών και αλάτων θείου.Μαυρίζει τις σειρές 300 και 400 και τα κράματα ανοξείδωτου χάλυβα 17-4 PH που έχουν σκληρυνθεί με κατακρήμνιση.Το διάλυμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε χυτοσίδηρο και ήπιο χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα.Το φινίρισμα που προκύπτει συμμορφώνεται με τις στρατιωτικές προδιαγραφές MIL-DTL–13924D Class 4 και προσφέρει αντοχή στην τριβή.Το φινίρισμα μαύρου οξειδίου χρησιμοποιείται σε χειρουργικά εργαλεία σε περιβάλλοντα έντασης φωτός για τη μείωση της κόπωσης των ματιών.

Το μαύρισμα σε θερμοκρασία δωματίου για τον ανοξείδωτο χάλυβα συμβαίνει με αυτοκαταλυτική αντίδραση απόθεσης χαλκού-σεληνιδίου στην επιφάνεια από ανοξείδωτο χάλυβα.Προσφέρει λιγότερη αντοχή στην τριβή και την ίδια αντιδιαβρωτική προστασία με τη διαδικασία μαύρης θερμότητας.Μια εφαρμογή για μαύρισμα σε θερμοκρασία δωματίου είναι σε αρχιτεκτονικά φινιρίσματα (πατίνα για ανοξείδωτο χάλυβα).

4. Ψευδάργυρος
Το μαύρο οξείδιο για τον ψευδάργυρο είναι επίσης γνωστό με την εμπορική ονομασία Ebonol Z. Ένα άλλο προϊόν είναι το Ultra-Blak 460, το οποίο μαυρίζει τις επιψευδαργυρισμένες και γαλβανισμένες επιφάνειες χωρίς τη χρήση χυτών χρωμίου και ψευδαργύρου.