نمونه اولیه دقیق اکسیداسیون سیاه

اکسید سیاه یا سیاه شدن یک پوشش تبدیلی برای مواد آهنی، فولاد ضد زنگ، مس و آلیاژهای مبتنی بر مس، روی، فلزات پودری و لحیم نقره است.[1]برای افزودن مقاومت در برابر خوردگی خفیف، برای ظاهر، و به حداقل رساندن انعکاس نور استفاده می شود.[2]برای دستیابی به حداکثر مقاومت در برابر خوردگی، اکسید سیاه باید با روغن یا موم آغشته شود.[3]یکی از مزیت های آن نسبت به سایر پوشش ها، تجمع کم آن است.

1. مواد آهنی
یک اکسید سیاه استاندارد مگنتیت (Fe3O4) است که از نظر مکانیکی پایدارتر روی سطح است و نسبت به اکسید قرمز (زنگ) Fe2O3 محافظت در برابر خوردگی بهتری دارد.رویکردهای صنعتی مدرن برای تشکیل اکسید سیاه شامل فرآیندهای دمای گرم و متوسط ​​است که در زیر توضیح داده شده است.این اکسید همچنین می تواند توسط یک فرآیند الکترولیتی در آندایز کردن تشکیل شود.روش های سنتی در مقاله آبی شدن توضیح داده شده است.آنها از نظر تاریخی مورد توجه هستند و همچنین برای علاقمندان به تشکیل اکسید سیاه با تجهیزات کم و بدون مواد شیمیایی سمی مفید هستند.

اکسید دمای پایین، که در زیر نیز توضیح داده شده است، یک پوشش تبدیلی نیست - فرآیند در دمای پایین آهن را اکسید نمی کند، بلکه یک ترکیب سلنیوم مس را رسوب می دهد.

1.1 اکسید سیاه داغ
حمام های داغ هیدروکسید سدیم، نیترات ها و نیتریت ها در دمای 141 درجه سانتی گراد (286 درجه فارنهایت) برای تبدیل سطح ماده به مگنتیت (Fe3O4) استفاده می شود.آب باید به طور دوره ای به حمام اضافه شود، با کنترل های مناسب برای جلوگیری از انفجار بخار.

سیاه شدن داغ شامل فرو بردن قطعه در مخازن مختلف است.قطعه کار معمولاً توسط قطعات خودکار برای حمل و نقل بین مخازن غوطه ور می شود.این مخازن به ترتیب حاوی پاک کننده قلیایی، آب، سود سوزآور در دمای 140.5 درجه سانتیگراد (284.9 درجه فارنهایت) (ترکیب سیاه کننده) و در نهایت درزگیر هستند که معمولاً روغن است.سود سوزآور و دمای بالا باعث می شود که Fe3O4 (اکسید سیاه) به جای Fe2O3 (اکسید قرمز، زنگ) روی سطح فلز تشکیل شود.در حالی که از نظر فیزیکی چگال‌تر از اکسید قرمز است، اکسید سیاه تازه متخلخل است، بنابراین روغن روی قسمت گرم شده اعمال می‌شود، که با فرو رفتن در آن، آن را محکم می‌کند.این ترکیب از خوردگی قطعه کار جلوگیری می کند.سیاه شدن مزایای زیادی دارد، به طور عمده:

سیاه شدن را می توان در دسته های بزرگ (ایده آل برای قطعات کوچک) انجام داد.
هیچ تاثیر ابعادی قابل توجهی وجود ندارد (فرایند سیاه شدن لایه ای به ضخامت حدود 1 میکرومتر ایجاد می کند).
این بسیار ارزان تر از سیستم های مشابه حفاظت در برابر خوردگی، مانند رنگ و آبکاری الکتریکی است.
قدیمی ترین و پرکاربردترین مشخصات برای اکسید سیاه داغ MIL-DTL-13924 است که چهار دسته فرآیند را برای بسترهای مختلف پوشش می دهد.مشخصات جایگزین شامل AMS 2485، ASTM D769 و ISO 11408 است.

این فرآیندی است که برای سیاه‌کردن طناب‌های سیمی برای کاربردهای نمایشی و جلوه‌های پروازی استفاده می‌شود.

1.2 اکسید سیاه با دمای متوسط
مانند اکسید سیاه داغ، اکسید سیاه در دمای متوسط ​​سطح فلز را به مگنتیت (Fe3O4) تبدیل می کند.با این حال، اکسید سیاه در دمای متوسط ​​در دمای 90-120 درجه سانتیگراد (194-248 درجه فارنهایت) سیاه می شود که به طور قابل توجهی کمتر از اکسید سیاه داغ است.این مزیت است زیرا زیر نقطه جوش محلول است، به این معنی که بخار سوز آور تولید نمی شود.

از آنجایی که اکسید سیاه در دمای متوسط ​​بیشتر با اکسید سیاه داغ قابل مقایسه است، همچنین می تواند مشخصات نظامی MIL-DTL-13924 و همچنین AMS 2485 را برآورده کند.

1.3 اکسید سیاه سرد
اکسید سیاه سرد، که به عنوان اکسید سیاه دمای اتاق نیز شناخته می شود، در دمای 20 تا 30 درجه سانتی گراد (68 تا 86 درجه فارنهایت) اعمال می شود.این یک پوشش تبدیل اکسید نیست، بلکه یک ترکیب سلنیوم مس ته نشین شده است.اکسید سیاه سرد بهره وری بالاتری را ارائه می دهد و برای سیاه کردن داخل خانه مناسب است.این پوشش رنگی مشابه با تبدیل اکسید تولید می کند، اما تمایل دارد به راحتی ساییده شود و مقاومت سایشی کمتری ارائه می دهد.استفاده از روغن، موم یا لاک مقاومت در برابر خوردگی را با دمای گرم و متوسط ​​برابر می کند.یکی از کاربردهای فرآیند اکسید سیاه سرد در ابزارسازی و تکمیل معماری روی فولاد (پتینه برای فولاد) است.به آن آبی سرد نیز می گویند.

2. مس
انعکاس چشمی اکسید مس.svg
اکسید سیاه برای مس، که گاهی با نام تجاری Ebonol C شناخته می شود، سطح مس را به اکسید مس تبدیل می کند.برای اینکه فرآیند کار کند، سطح باید حداقل 65٪ مس داشته باشد.برای سطوح مسی که کمتر از 90 درصد مس دارند، ابتدا باید با یک تیمار فعال کننده پیش تیمار شوند.پوشش نهایی از نظر شیمیایی پایدار و بسیار چسبنده است.تا دمای 400 درجه فارنهایت (204 درجه سانتیگراد) پایدار است.بالاتر از این دما، پوشش به دلیل اکسیداسیون مس پایه تخریب می شود.برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، سطح ممکن است روغن کاری، لاکی یا واکس زده شود.همچنین به عنوان یک پیش درمانی برای رنگ آمیزی یا میناکاری استفاده می شود.پوشش سطح معمولاً ساتن است، اما می‌توان آن را با پوشاندن یک لعاب شفاف و با براق، براق کرد.

در مقیاس میکروسکوپی، دندریت‌هایی روی سطح ظاهر می‌شوند که نور را به دام می‌اندازند و قابلیت جذب را افزایش می‌دهند.به دلیل این خاصیت از پوشش در هوا فضا، میکروسکوپ و سایر کاربردهای نوری برای به حداقل رساندن بازتاب نور استفاده می شود.

در بردهای مدار چاپی (PCB) استفاده از اکسید سیاه چسبندگی بهتری را برای لایه های لمینت فایبرگلاس ایجاد می کند.PCB در یک حمام حاوی هیدروکسید، هیپوکلریت و کوپرات غوطه ور می شود که در هر سه جزء تخلیه می شود.این نشان می دهد که اکسید مس سیاه تا حدی از کوپرات و بخشی از مدار مسی PCB می آید.تحت بررسی میکروسکوپی، هیچ لایه اکسید مس (I) وجود ندارد.

مشخصات نظامی قابل اجرا ایالات متحده MIL-F-495E است.

3. فولاد ضد زنگ
اکسید سیاه داغ برای فولاد ضد زنگ مخلوطی از نمک های سوزاننده، اکسید کننده و گوگرد است.سری های 300 و 400 و آلیاژهای فولاد ضد زنگ 17-4 PH سخت شده در اثر بارش را سیاه می کند.این محلول را می توان روی چدن و ​​فولاد کم کربن ملایم استفاده کرد.پوشش حاصل با مشخصات نظامی MIL-DTL-13924D کلاس 4 مطابقت دارد و مقاومت در برابر سایش را ارائه می دهد.پوشش اکسید سیاه روی ابزارهای جراحی در محیط های پر نور برای کاهش خستگی چشم استفاده می شود.

سیاه شدن دمای اتاق برای فولاد ضد زنگ با واکنش کاتالیزوری خودکار مس-سلنید رسوب بر روی سطح فولاد ضد زنگ رخ می دهد.مقاومت در برابر سایش کمتر و محافظت در برابر خوردگی مشابه فرآیند سیاه‌کردن داغ را ارائه می‌دهد.یکی از کاربردهای سیاه‌کردن در دمای اتاق، پرداخت‌های معماری (پتینه برای فولاد ضد زنگ) است.

4. روی
اکسید سیاه برای روی با نام تجاری Ebonol Z نیز شناخته می شود. یکی دیگر از محصولات Ultra-Blak 460 است که سطوح روکش روی و گالوانیزه را بدون استفاده از دایکست های کروم و روی سیاه می کند.