Ô XI HÓA NHUỘM ĐEN THÉP VÀ GANG
Ô xi hóa nhuộm đen thép và kim loại nói chung là tạo nên một lớp phủ có màu đen trên bề mặt kim loại và theo 2 cơ chế: cơ chế lớp phủ chuyển đổi và lớp phủ kết tủa không chuyển đổi. Bản chất lớp phủ chuyển đổi là tạo lớp ô xít đen tiêu chuẩn là dạng ô xít sắt từ Fe3O4 vững bền cơ tính bề mặt và cho khả năng chống rỉ cao hơn là ô xít sắt đỏ (rỉ sắt) Fe2O3 ở mức nhiệt độ cao và mức nhiệt độ trung bình.
Bản chất lớp phủ không chuyển đổi là tạo ra lớp kết tủa mỏng hợp kim đồng-selen trong điều kiện nhiệt độ thấp.
Nhuộm đen thép nhiệt độ cao:
Bể chứa hỗn hợp nhuộm gồm Xút, Natri nitrates, Natri nitrites và nước được đun nóng 1410C tạo phản ứng chuyển đổi lớp bề mặt thép thành dạng oxit sắt từ Fe3O4. Nước cần được bổ xung định kỳ để khống chế và tránh nổ thoát hơi.
Chi tiết được nhúng theo thứ tự tẩy dầu mỡ - rửa nước - bể hỗn hợp nhuộm 1410C – bít lỗ bằng dầu. Hỗn hợp nhuộm và hơi nước chuyển đổi bề mặt thép thành lớp Oxít đen Fe3O4 thay vì chỉ là lớp oxít sắt màu đỏ của Fe2O3. Cấu trúc vật lý của lớp oxít đen này chắc đặc hơn so với oxít sắt đỏ, bề mặt lớp oxít đen rất rỗ cho dầu thấm vào bịt lỗ - làm tăng khả năng chống ăn mòn và chịu ma sát.
Nhuộm đen thép nhiệt độ cao có các ưu điểm:
- Có thể nhuộm đen tại các bể lớn - năng suất cao.
- Không làm thay đổi nhiều kích thước chi tiết (chiều dày lớp nhuộm khoảng 1 µm).
- Rẻ tiền hơn so với các phương pháp chống ăn mòn khác như sơn hoặc xi mạ.
Nhược điểm cơ bản của quy trình nhuộm nhiệt độ cao là tiêu hao năng lượng và bay hơi kiềm độc hại ra môi trường.
Nhuộm đen thép nhiệt độ cao là quy trình lâu đời và được sử dụng rộng rãi nhất – đáp ứng các tiêu chuẩn quân đội MIL-DTL-13924 và các tiêu chuẩn khác như AMS 2485, ASTM D769 và ISO 11408.
Nhuộm đen thép nhiệt độ trung bình
Cơ chế cũng giống cơ chế chuyển đổi bề mặt tạo oxít sắt từ màu đen Fe3O4 như nhuộm nhiệt độ cao, tuy nhiên nhiệt độ của bể hỗn hợp nhuộm 90–120°C. Đây là ưu điểm vì nhiệt độ nhuộm thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch hỗn hợp - nên sẽ có ít hơi kiềm bay ra.
Quy trình này cũng đáp ứng các tiêu chuẩn quân đội MIL-DTL-13924 và AMS 248
Công ty Birchwood technologies có địa chỉ tại St Paul,MN,USA sáng chế ra quy trình Tru Temp® nhuộm đen thép nhiệt độ trung bình gồm 2 công đoạn là hoạt hóa bằng Oxyprimer và nhuộm bằng Tru Temp. Nhiệt độ bể nhuộm 90–950C, tạo lớp mỏng ô xít sắt từ Fe3O4 dày khoảng 1 micron màu satin đen hấp dẫn (xem hình bên).
Nhuộm đen thép nhiệt độ thấp
Quy trình nhuộm đen tại nhiệt độ phòng 20–30°C (68–86°F) như đã trình bày ở trên - không theo cơ chế chuyển đổi mà là cơ chế tạo một lớp kết tủa đồng - selenium màu đen.
Quy trình này tiện dụng và cho năng suất cao, tạo lớp màu đen tương tự màu đen của lớp phủ theo cơ chế chuyển đổi kể trên, nhưng dễ bị bong và kém chịu ma sát. Việc xử lý tiếp theo bằng các lớp dầu - sáp hay sơn phủ trong (lacquer).. sẽ giúp cải thiện các nhược điểm này. Quy trình nhuộm nhiệt độ thấp hay dùng cho các chi tiết dụng cụ cầm tay và sắt mỹ thuật. Hình bên phải là chi tiết được nhuộm đen tại nhiệt độ phòng theo quy trình Presto Black của công ty Birchwood Technologies.
Nhằm cung cấp thêm sự tiện lợi cho khách hàng sủ dụng, Công ty Birchwood Technologies sáng chế các quy trình nhuộm đen thép - thép không gỉ nhiệt độ thấp bằng phương pháp quét và phủ gel.
PRESTO BLACK BST4 được quét bằng chổi sơn lên bề mặt thép hoặc thép không gỉ, tại nhiệt độ phòng sau 30-90 giây tạo ra lớp màu đen rất mỏng (hầu như không có kích thước). Lớp này sau đó được phủ bởi các dầu. Quy trình này phù hợp cho các dụng cụ chính xác và chi tiết máy chính xác. Quy trình PRESTO BLACK BST4 còn được dùng cho hàng giả cổ, sắt nghệ thuật rèn bằng tay.
PRESTO BLACK GEL là quy trình nhuộm đen nhiệt độ phòng cho tất cả các loại sắt và thép không gỉ - hóa chất dạng gel được quét lên bề mặt kim loại . Hợp chất nhuộm dạng gel độc đáo này cho nhiều công dụng tiện ích như thuận tiện sử dụng, giảm thiểu thất thoát hóa chất, tạo lớp phủ đồng đều và chống rỉ mỏng và dễ dàng cho bề mặt thẳng đứng. Tuy nhiên quy trình này sẽ chậm hơn so với quy trình dùng hóa chất dạng lỏng.
Trần Bình Ân
Ks Hóa- ĐHBK HN
Tài liệu tham khảo : Birthwood Technologies LLC, St Paul, MN, USA
