黒酸化または黒化は、鉄材料、ステンレス鋼、銅および銅ベースの合金、亜鉛、粉末金属、および銀はんだの化成コーティングです。[1]軽度の耐食性を付与し、外観を改善し、光の反射を最小限に抑えるために使用されます [2]。最大の耐食性を達成するには、黒色酸化物にオイルまたはワックスを含浸させる必要があります[3]。他のコーティングに比べて優れている点の 1 つは、蓄積が最小限に抑えられることです。
1.鉄系材料
標準的な黒色酸化物はマグネタイト (Fe3O4) です。これは表面で機械的に安定しており、赤色酸化物 (錆) Fe2O3 よりも優れた腐食保護を提供します。黒色酸化物を形成するための現代の工業的アプローチには、以下に説明する高温および中温プロセスが含まれます。酸化物は、陽極酸化処理における電解処理によっても形成することができる。伝統的な方法については、ブルーイングに関する記事で説明されています。これらは歴史的に興味深いものであり、趣味の愛好家にとっても、有毒な化学物質を使用せずに、少ない設備で安全に黒色酸化物を形成するのに役立ちます。
以下でも説明する低温酸化物は化成皮膜ではありません。低温プロセスでは鉄は酸化されませんが、銅セレン化合物が堆積します。
1.1 熱黒染め
141 °C (286 °F) の水酸化ナトリウム、硝酸塩、亜硝酸ナトリウムの温浴を使用して、材料の表面をマグネタイト (Fe3O4) に変換します。蒸気爆発を防ぐために適切な制御を行いながら、定期的に水をバスに追加する必要があります。
熱間黒染めでは、部品をさまざまなタンクに浸します。ワークピースは通常、タンク間の輸送のために自動部品キャリアによって「浸漬」されます。これらのタンクには、アルカリ性クリーナー、水、140.5 °C (284.9 °F) の苛性ソーダ (黒色化化合物)、そして最後にシーラント (通常は油) が順番に含まれています。苛性ソーダと高温により、金属の表面に Fe2O3 (赤色酸化物、錆) ではなく Fe3O4 (黒色酸化物) が形成されます。物理的には赤色酸化物よりも密度が高いですが、新鮮な黒色酸化物は多孔質であるため、加熱された部分に油が塗布され、その中に「沈み込む」ことによって密閉されます。この組み合わせにより、ワークの腐食を防ぎます。黒化には主に次のような多くの利点があります。
黒染めは大量のバッチで行うことができます (小さな部品に最適です)。
寸法に大きな影響はありません (黒色化プロセスにより、厚さ約 1 μm の層が作成されます)。
塗料や電気メッキなどの同様の防食システムよりもはるかに安価です。
熱黒色酸化物に関して最も古く、最も広く使用されている仕様は MIL-DTL-13924 であり、さまざまな基板に対する 4 つのクラスのプロセスをカバーしています。代替仕様には、AMS 2485、ASTM D769、および ISO 11408 が含まれます。
これは、演劇用途や飛行効果のためにワイヤー ロープを黒くするために使用されるプロセスです。
1.2 中温黒染め
高温黒色酸化物と同様に、中温黒色酸化物は金属の表面を磁鉄鉱 (Fe3O4) に変換します。ただし、中温黒染めは 90 ～ 120 °C (194 ～ 248 °F) の温度で黒くなり、高温黒染めよりも大幅に低くなります。これは、溶液の沸点より低いため、つまり腐食性ガスが発生しないため有利です。
中温黒色酸化膜は高温黒色酸化膜に最も類似しているため、軍用規格 MIL-DTL-13924 および AMS 2485 にも適合します。
1.3冷黒酸化
常温黒色酸化処理は、室温黒色酸化処理とも呼ばれ、20 ～ 30 °C (68 ～ 86 °F) の温度で適用されます。これは酸化物化成皮膜ではなく、銅セレン化合物を堆積させたものです。常温黒染めは生産性が高く、社内での黒化に便利です。このコーティングは、酸化物変換によるものと同様の色を生成しますが、こすれやすく、耐摩耗性が劣ります。オイル、ワックス、ラッカーを塗布すると、高温および中温域での耐食性が向上します。冷間黒色酸化プロセスの用途の 1 つは、鋼の工具や建築仕上げ (鋼の緑青) です。コールドブルーイングとも呼ばれます。
2. 銅
酸化第二銅の鏡面反射率.svg
銅の黒色酸化物は、商品名エボノール C で知られることもあり、銅の表面を酸化第二銅に変換します。このプロセスが機能するには、表面に少なくとも 65% の銅が含まれている必要があります。銅の含有率が 90% 未満の銅表面の場合は、最初に活性化処理で前処理する必要があります。完成したコーティングは化学的に安定しており、密着性が非常に優れています。400 °F (204 °C) まで安定です。この温度を超えると、ベースの銅の酸化によりコーティングが劣化します。耐食性を高めるために、表面に油を塗ったり、ラッカーを塗ったり、ワックスを塗ったりすることがあります。塗装やエナメル加工の前処理としても使用されます。表面仕上げは通常サテンですが、透明な高光沢エナメルをコーティングすることで光沢のあるものにすることができます。
微視的なスケールでは樹状突起が表面仕上げに形成され、光を捕捉して吸収率を高めます。この特性により、コーティングは航空宇宙、顕微鏡、その他の光学用途で光の反射を最小限に抑えるために使用されます。
プリント回路基板 (PCB) では、黒色酸化物を使用すると、ガラス繊維ラミネート層の接着力が向上します。PCB は、水酸化物、次亜塩素酸塩、銅酸塩を含む浴に浸漬され、3 つの成分すべてが枯渇します。これは、黒色酸化銅の一部が銅酸化物に由来し、一部が PCB 銅回路に由来していることを示しています。顕微鏡検査では、酸化銅(I)層は存在しません。
該当する米軍仕様は MIL-F-495E です。
3. ステンレス鋼
ステンレス鋼の熱黒染めは、苛性塩、酸化塩、硫黄塩の混合物です。300 および 400 シリーズおよび析出硬化 17-4 PH ステンレス鋼合金を黒くします。このソリューションは鋳鉄および軟低炭素鋼に使用できます。結果として得られる仕上げは軍事規格 MIL-DTL–13924D クラス 4 に準拠しており、耐摩耗性を備えています。目の疲労を軽減するために、光が集中する環境での手術器具には黒色酸化仕上げが使用されています。
ステンレス鋼の室温での黒化は、ステンレス鋼の表面に析出したセレン化銅の自己触媒反応によって発生します。耐摩耗性は低くなりますが、熱間黒染め処理と同様の腐食防止効果があります。室温黒染めの用途の 1 つは、建築仕上げ (ステンレス鋼の緑青) です。
4.亜鉛
亜鉛の黒色酸化物は、商品名エボノール Z としても知られています。別の製品は、クロムや亜鉛ダイカストを使用せずに亜鉛メッキおよび亜鉛メッキの表面を黒くする Ultra-Blak 460 です。
投稿時間: 2021 年 11 月 23 日