Musta oksidi tai mustatus on konversiopinnoite rautapitoisille materiaaleille, ruostumattomalle teräkselle, kuparille ja kuparipohjaisille seoksille, sinkille, metallijauheille ja hopeajuotteelle.[1]Sitä käytetään lisäämään lievää korroosionkestävyyttä, parantamaan ulkonäköä ja minimoimaan valon heijastuksia.[2]Maksimaalisen korroosionkestävyyden saavuttamiseksi musta oksidi on kyllästettävä öljyllä tai vahalla.[3]Yksi sen eduista muihin pinnoitteisiin verrattuna on sen vähäinen kertymä.
1. Rautapitoinen materiaali
Tavallinen musta oksidi on magnetiitti (Fe3O4), joka on mekaanisesti vakaampi pinnalla ja tarjoaa paremman korroosiosuojan kuin punainen oksidi (ruoste) Fe2O3.Nykyaikaiset teolliset lähestymistavat mustan oksidin muodostamiseen sisältävät alla kuvatut kuumat ja keskilämpötilaiset prosessit.Oksidi voidaan muodostaa myös elektrolyyttisellä prosessilla anodisoinnissa.Perinteisiä menetelmiä kuvataan sinistystä käsittelevässä artikkelissa.Ne ovat historiallisesti kiinnostavia, ja niistä on hyötyä myös harrastajille mustan oksidin muodostamisessa turvallisesti pienellä laitteistolla ja ilman myrkyllisiä kemikaaleja.
Matalan lämpötilan oksidi, jota myös kuvataan alla, ei ole konversiopinnoite - matalan lämpötilan prosessi ei hapeta rautaa, vaan saostuu kupariseleeniyhdistettä.
1.1 Kuuma musta oksidi
Natriumhydroksidin, nitraattien ja nitriittien kuumia kylpyjä 141 °C:ssa (286 °F) käytetään materiaalin pinnan muuttamiseksi magnetiitiksi (Fe3O4).Vettä on lisättävä kylpyyn säännöllisesti asianmukaisin säädöin höyryräjähdyksen estämiseksi.
Kuumamustutukseen kuuluu osan upottaminen erilaisiin säiliöihin.Työkappale on yleensä "kastettu" automaattisilla osien kantajilla kuljetusta varten säiliöiden välillä.Nämä säiliöt sisältävät järjestyksessä emäksistä puhdistusainetta, vettä, kaustista soodaa 140,5 °C:ssa (284,9 °F) (mustumisaine) ja lopuksi tiivistysainetta, joka on yleensä öljyä.Kaustinen sooda ja kohonnut lämpötila aiheuttavat Fe3O4:n (musta oksidi) muodostumisen metallin pinnalle Fe2O3:n (punainen oksidi; ruoste) tilalle.Vaikka se on fyysisesti tiheämpää kuin punainen oksidi, tuore musta oksidi on huokoista, joten lämmitettyyn osaan levitetään öljyä, joka tiivistää sen "uppoamalla" siihen.Yhdistelmä estää työkappaleen korroosiota.Mustamisella on monia etuja, pääasiassa:
Mustatus voidaan tehdä suurissa erissä (ihanteellinen pienille osille).
Merkittäviä mittavaikutuksia ei ole (mustumisprosessi muodostaa noin 1 µm paksuisen kerroksen).
Se on paljon halvempi kuin vastaavat korroosiosuojajärjestelmät, kuten maali ja galvanointi.
Vanhin ja laajimmin käytetty kuuman mustan oksidin spesifikaatio on MIL-DTL-13924, joka kattaa neljä prosessiluokkaa eri substraateille.Vaihtoehtoisia määrityksiä ovat AMS 2485, ASTM D769 ja ISO 11408.
Tämä on prosessi, jota käytetään vaijerien mustaamiseen teatterisovelluksissa ja lentämistä varten.
1.2 Keskilämpötilainen musta oksidi
Kuten kuuma musta oksidi, keskilämpötilainen musta oksidi muuttaa metallin pinnan magnetiitiksi (Fe3O4).Keskilämpötilan musta oksidi kuitenkin mustuu 90–120 °C:n (194–248 °F) lämpötilassa, mikä on huomattavasti vähemmän kuin kuuma musta oksidi.Tämä on edullista, koska se on liuoksen kiehumispisteen alapuolella, eli emäksisiä höyryjä ei synny.
Koska keskilämpötilan musta oksidi on verrattavissa parhaiten kuumaan mustaan oksidiin, se voi myös täyttää sotilaalliset MIL-DTL-13924- ja AMS 2485 -vaatimukset.
1.3 Kylmä musta oksidi
Kylmää mustaa oksidia, joka tunnetaan myös nimellä huoneenlämpöinen musta oksidi, levitetään 20–30 °C:n (68–86 °F) lämpötilassa.Se ei ole oksidikonversiopinnoite, vaan pikemminkin kerrostettu kupariseleeniyhdiste.Kylmä musta oksidi tarjoaa paremman tuottavuuden ja on kätevä talon sisäiseen musteluun.Tämä pinnoite tuottaa samanlaisen värin kuin oksidikonversio, mutta sillä on taipumus hieroa helposti ja se tarjoaa vähemmän kulutuskestävyyttä.Öljyn, vahan tai lakan levittäminen nostaa korroosionkestävyyden tasolle kuuman ja keskilämpötilan kanssa.Yksi kylmän mustaoksidiprosessin käyttökohde olisi teräksen työkaluissa ja arkkitehtonisessa viimeistelyssä (teräkselle patina).Se tunnetaan myös kylmänä sinisenä.
2. Kupari
Kuparioksidin peiliheijastus.svg
Kuparin musta oksidi, joka tunnetaan joskus kauppanimellä Ebonol C, muuntaa kuparin pinnan kuparioksidiksi.Jotta prosessi toimisi, pinnassa on oltava vähintään 65 % kuparia;kuparipinnat, joissa on alle 90 % kuparia, on ensin esikäsiteltävä aktivoivalla käsittelyllä.Valmis pinnoite on kemiallisesti stabiili ja erittäin tarttuva.Se on vakaa jopa 400 °F (204 °C);tämän lämpötilan yläpuolella pinnoite hajoaa pohjakuparin hapettumisen vuoksi.Korroosionkestävyyden lisäämiseksi pinta voidaan öljytä, lakata tai vahata.Sitä käytetään myös maalauksen tai emaloinnin esikäsittelynä.Pintakäsittely on yleensä satiini, mutta se voidaan muuttaa kiiltäväksi pinnoittamalla kirkkaalla korkeakiiltoisella emalilla.
Pintaan muodostuu mikroskooppisessa mittakaavassa dendriittejä, jotka vangitsevat valoa ja lisäävät imukykyä.Tämän ominaisuuden ansiosta pinnoitetta käytetään ilmailussa, mikroskoopissa ja muissa optisissa sovelluksissa valon heijastuksen minimoimiseksi.
Painetuissa piirilevyissä (PCB:t) mustan oksidin käyttö antaa paremman kiinnityksen lasikuitulaminaattikerroksille.PCB upotetaan kylpyyn, joka sisältää hydroksidia, hypokloriittia ja kupraattia, joka kuluu loppuun kaikista kolmesta komponentista.Tämä osoittaa, että musta kuparioksidi tulee osittain kupraatista ja osittain PCB-kuparipiiristä.Mikroskooppisessa tutkimuksessa kupari(I)oksidikerrosta ei ole.
Sovellettava Yhdysvaltain armeijan erittely on MIL-F-495E.
3. Ruostumaton teräs
Ruostumattoman teräksen kuuma musta oksidi on seos emäksisiä, hapettavia ja rikkisuoloja.Se mustaa 300- ja 400-sarjoja sekä sadekarkaistuja 17-4 PH ruostumattomia terässeoksia.Liuosta voidaan käyttää valuraudalle ja miedolle vähähiiliselle teräkselle.Tuloksena oleva viimeistely on sotilasmäärityksen MIL-DTL-13924D Class 4 mukainen ja tarjoaa kulutuskestävyyden.Mustaoksidiviimeistelyä käytetään kirurgisissa instrumenteissa valointensiivisissä ympäristöissä vähentämään silmien väsymistä.
Ruostumattoman teräksen tummuminen huoneenlämpötilassa tapahtuu ruostumattoman teräksen pinnalle kertyneen kupari-selenidin automaattisella katalyyttisellä reaktiolla.Se tarjoaa vähemmän kulutuskestävyyttä ja saman korroosiosuojan kuin kuumamustausprosessi.Yksi sovellus huoneenlämpöiseen musteluun on arkkitehtoninen pintakäsittely (patina ruostumattomalle teräkselle).
4. Sinkki
Sinkin musta oksidi tunnetaan myös kauppanimellä Ebonol Z. Toinen tuote on Ultra-Blak 460, joka mustaa sinkityt ja galvanoidut pinnat ilman kromi- ja sinkkipainevalua.
Postitusaika: 23.11.2021