Hãy hình dung các bộ phận chính xác kết hợp tính toàn vẹn về cấu trúc với lớp hoàn thiện màu đen bí ẩn, sâu thẳm, toát lên vẻ thanh lịch tinh tế dưới ánh sáng thay đổi. Đây không phải là khoa học viễn tưởng mà là kết quả đáng chú ý của lớp phủ oxit đen — một kỹ thuật "làm đẹp" kim loại giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn, cải thiện đặc tính mài mòn và mang lại bề mặt hấp dẫn về mặt thị giác. Hãy cùng khám phá quy trình biến đổi này, mang đến cho kim loại một cuộc sống mới.
Oxit đen, còn được gọi là làm đen hoặc thụ động hóa đen, về cơ bản là một kỹ thuật phủ chuyển đổi hóa học. Mặc dù chủ yếu được áp dụng cho kim loại đen, các quy trình đã được điều chỉnh có thể xử lý thép không gỉ, đồng, nhôm và kẽm. Không giống như lớp phủ bột hoặc mạ điện, thêm hoặc loại bỏ vật liệu, oxit đen biến đổi hóa học lớp bề mặt của một bộ phận thành một lớp oxit với vẻ ngoài vượt trội, khả năng chống ăn mòn được tăng cường và các đặc tính không phản chiếu. Quy trình này còn được gọi là làm xanh, oxy hóa hoặc làm xanh súng.
Cụ thể, oxit đen tạo thành từ tính (Fe 3 O 4 ) khi kim loại đen phản ứng với các hóa chất oxy hóa chuyên dụng. Là một lớp phủ chuyển đổi, bề mặt kim loại biến đổi hóa học thành oxit của nó. Lớp màng kết quả thường dày 1-2 micron, mang lại những lợi ích bao gồm cải thiện khả năng bảo vệ chống ăn mòn, vẻ ngoài thẩm mỹ và bề mặt mịn hơn. Do đó, oxit đen được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận ô tô và các ứng dụng khác. Quy trình này cũng thích ứng với các kim loại màu như kẽm và đồng.
Lớp phủ oxit đen thường được sử dụng để tăng cường khả năng chống ăn mòn và mài mòn đồng thời duy trì dung sai kích thước chặt chẽ. Một lợi thế chính nằm ở sự thay đổi kích thước tối thiểu — các bộ phận chỉ trải qua sự tăng kích thước không đáng kể.
Vì oxit đen chống mài mòn, quy trình này phù hợp với các bộ phận yêu cầu khả năng chống mài mòn vừa phải. Các ứng dụng phổ biến bao gồm các bộ phận ô tô và hàng không vũ trụ, dụng cụ cầm tay và phần cứng. Ngoài ra, xử lý oxit đen cải thiện độ bám của ốc vít và bảo vệ chống ăn mòn đồng thời tăng cường vẻ ngoài.
Lớp phủ oxit đen liên quan đến các phản ứng hóa học giữa bề mặt kim loại và các dung dịch chuyên dụng. Có ba phương pháp chính:
- Quy trình oxit đen nóng
- Quy trình oxit đen nhiệt độ trung bình
- Quy trình oxit đen lạnh
Được thực hiện ở 141°C (286°F), quy trình nóng chuyển đổi bề mặt kim loại đen thành từ tính (Fe 3 O 4 ) — một vật liệu màu đen, mờ đục, từ tính tạo ra lớp hoàn thiện đặc trưng. Chuỗi bảy bước bao gồm:
- Làm sạch bề mặt
- Rửa
- Tẩy
- Rửa
- Bể hóa chất oxit đen
- Rửa
- Niêm phong
Làm sạch ban đầu loại bỏ các chất gây ô nhiễm như dầu mỡ, bụi bẩn, gỉ sét và dầu bằng cách sử dụng các dung dịch kiềm dễ rửa. Tẩy loại bỏ màng oxit và vết gỉ khi có. Bể oxit đen quan trọng chứa natri hydroxit, nitrat và nitrit chuyển đổi bề mặt thành từ tính. Thời gian ngâm xác định độ tối — màu sắc đậm hơn yêu cầu thời gian phơi sáng lâu hơn.
Sau khi rửa, việc niêm phong sẽ tăng cường khả năng chống ăn mòn. Dầu thấm vào các lớp oxit xốp, tạo ra lớp hoàn thiện bóng, trong khi sáp tạo ra hiệu ứng mờ. Vòng bi thường trải qua quá trình xử lý này.
Lý tưởng cho sản xuất số lượng lớn bằng cách sử dụng các giá đỡ bộ phận tự động, oxit đen nóng vẫn là phương pháp phổ biến nhất mặc dù có nguy cơ nổ hơi nước do hoạt động trên điểm sôi của nước.
Được thực hiện trong khoảng 90-120°C (194-248°F), biến thể này loại bỏ khói ăn mòn độc hại liên quan đến các quy trình nóng trong khi mang lại kết quả tương đương.
Hoạt động ở 20-30°C (68-86°F), xử lý lạnh lắng đọng selenua đồng thay vì tạo thành oxit. Mặc dù bắt chước sự xuất hiện của các phương pháp khác, lớp màng mềm hơn yêu cầu niêm phong để bảo vệ chống ăn mòn đầy đủ.
Mặc dù được tối ưu hóa cho kim loại gốc sắt, các quy trình đã được điều chỉnh phục vụ các vật liệu khác:
Đồng: Oxit đen tạo ra các lớp oxit đồng (Ebonol C) ổn định đến 200°C (392°F), yêu cầu niêm phong bằng dầu, vecni hoặc sáp.
Kẽm: Được xử lý trong dung dịch kiềm 72-82°C (160-180°F) (quy trình Ebonol Z), kẽm có được lớp hoàn thiện tối màu với khả năng chống ăn mòn nhẹ.
Thép không gỉ: Các quy trình nhiệt độ trung bình (93-98°C/200-210°F) loại bỏ độ phản xạ trong các dụng cụ phẫu thuật, giảm lỗi do chói. Thích hợp cho thép không gỉ dòng 200, 300 và 400.
Chiếm vị trí trung gian giữa lớp phủ bảo vệ và mạ, oxit đen mang lại những lợi ích của mạ mà không có chi phí hoặc độ phức tạp tương đương:
- Vẻ ngoài thẩm mỹ: Mang lại lớp hoàn thiện đồng đều, không có vết ố với các tùy chọn bóng hoặc mờ
- Tính hiệu quả về chi phí: Tiết kiệm hơn so với mạ hoặc sơn
- Tác động kích thước tối thiểu: Độ dày 1-2 micron hiếm khi ảnh hưởng đến chức năng
- Chất lượng bề mặt vượt trội: Cung cấp lớp hoàn thiện mịn, bảo vệ
- Giảm phản xạ: Rất quan trọng đối với các dụng cụ phẫu thuật và các ứng dụng bức xạ
- Khả năng chống ăn mòn được tăng cường: Khi được niêm phong đúng cách
- Đặc tính chống dính: Ngăn ngừa hao mòn dính giữa các bộ phận giao phối
- Độ bôi trơn cao: Đặc biệt với xử lý sáp/dầu
- Khả năng chống mài mòn: Cứng hơn một số chất nền trong các ứng dụng cụ thể
Một số hạn chế nhất định có thể loại trừ việc sử dụng oxit đen:
- Bảo vệ chống ăn mòn vừa phải: Kém hơn so với các lựa chọn thay thế chuyên dụng
- Tính dễ bị tổn thương của lớp phủ: Kém bền hơn các phương pháp xử lý khác; lớp phủ bị hỏng làm lộ chất nền và khó sửa chữa
Những hạn chế này khiến oxit đen không phù hợp với các ứng dụng như ốc vít động cơ yêu cầu độ bền tối đa.