Schwarzoxid-Oberflächen: Ein präziser Ansatz bei der Oberflächenveredelung

Oberflächenveredelung von Produkten und Teilen ist in der Fertigungsindustrie aus ästhetischen Gründen unerlässlich und verbessert die Gesamtfunktionalität des Produkts und verlängert seine Lebensdauer. Bei der Schwarzoxidbeschichtung handelt es sich um einen chemischen Beschichtungsprozess, bei dem eine mikroskopisch kleine Schicht Magnetit (Fe3O4) auf der Oberfläche von Metallteilen abgeschieden wird. Aufgrund der Einwirkung von Luft und Feuchtigkeit bildet sich nach einiger Zeit häufig Rost auf der Oberfläche von Eisenteilen. Eine schwarze Oxidoberfläche widersteht Korrosion und glättet die Oberfläche von Eisen- und anderen Materialien wie Gusseisen, Stahlguss, Edelstahl, Kupfer, Zink, Aluminium, Messing und Chrom.

In diesem Artikel werden wir verschiedene Aspekte von Schwarzoxid-Oberflächen im Detail besprechen.

Wie funktioniert es?

Teil mit schwarzem Oxid-Finish

Das schwarze Oxid bildet sich auf der Materialoberfläche, wenn es bei einer geeigneten Temperatur (130 bis 150 °C) in eine alkalische Salzlösung getaucht wird ⁰C). Die Dicke der Beschichtung ist vernachlässigbar und hat daher keinen Einfluss auf die Dimensionsstabilität, Designparameter und Eigenschaften. Sie fragen sich vielleicht, warum es Schwarzoxid-Oberflächen genannt wird. Dies liegt daran, dass es letztendlich die fertige Oberfläche schwärzt.

Schritte der Schwarzoxidbeschichtung 

Es gibt im Wesentlichen fünf Hauptschritte beim Auftragen von schwarzem Oxid auf die Außenseite des Materials, um die Oberflächengüte zu vervollständigen.

Schritt 1:: Überprüfen Sie die Qualität der Oberflächenglätte. Wenn blinkende Löcher, Rost oder Oberflächenunregelmäßigkeiten vorhanden sind, beseitigen Sie das Risiko von Ausblühungen oder Ausblutungen durch die entsprechende Vorgehensweise.

Schritt 2:: Reinigen Sie die Oberfläche vor dem Beschichten, um Staub und anhaftende Materialien von der Oberfläche zu entfernen.

Schritt 3:: Tragen Sie die rückseitige Oxidschicht auf

Schritt 4:: Reinigen Sie die Oberfläche nach der Beschichtung erneut.

Schritt 5:: Tragen Sie in manchen Fällen eine Nachbeschichtung wie Öl, Polyurethan, Lack, Wachs und Schmiermittel auf (Schrauben, Lager, Turbinenteile und andere rotierende Komponenten). Da eine Schwarzoxidbeschichtung allein die Rostbildung nicht wirksam verhindern kann, verbessern diese Nachbeschichtungen die Korrosionsbeständigkeit.

Arten von Schwarzoxid-Oberflächen

Basierend auf den Materialien und der Endanwendung der zu beschichtenden Teile. Für die Schwarzoxidbeschichtung gibt es drei Ansätze: Heißes Schwarzoxid, Kaltes Schwarzoxid und Mitteltemperatur-Schwarzoxid. Allerdings gibt es auch andere Ansätze für die Oberflächenveredelung mit einer Schwarzoxidbeschichtung. Der grundlegende Unterschied zwischen diesen Methoden besteht darin, dass ihre Formulierungen und Betriebstemperaturen unterschiedlich sind. Schauen wir uns die beiden häufigsten Arten im Detail an.

Heiße Schwarzoxidbeschichtung

Bei diesem Verfahren werden die Stücke in einen Siedeofen mit wässrigen alkalischen Lösungen wie Natriumhydroxid (NaOH), Nitraten (NO3-) und Nitrit (No2-) bei Temperaturen im Bereich von 135 bis 150 °C gegeben. Die Salzkonzentration in der Lösung bestimmt die Siedetemperatur. Wenn die Konzentration hoch ist, liegt der Siedepunkt über dem Bereich (> 0 150 0 C), und wenn die Konzentration niedrig ist, liegt der Siedepunkt niedriger (0 C). Die Vorteile dieser Immobilie liegen darin Wir können die gewünschte Temperatur schnell einstellen, indem wir den Salzgehalt ändern, d. h. Salz hinzufügen, wenn der Siedepunkt erhöht werden muss usw.

Diese Form der Schwarzoxidbeschichtung bzw. der Oberflächenveredelung erfordert drei spezialisierte Anlagen.

• Hochofen mit einer alkalischen Salzlösung zur Umwandlung von Eisenoxiden in flüssiges Eisen an der Oberfläche.
• Temperaturkontrollsystem zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Siedepunkts.
• Reinigungseinrichtungen zum Entfernen von Staub und Anhaftungen auf der Oberfläche während des gesamten Prozesses

Kochende Lösung mit zu beschichtenden Teilen

Schritte zum folgen;

• Reinigen Sie die zu beschichtenden Teile mit einer alkalischen wässrigen Lösung.
• Sofort mit destilliertem Wasser reinigen, da alkalische Lösungen mit der Oberfläche des Materials reagieren und die primäre Oberflächenbeschaffenheit beeinträchtigen können 
• Um die saure Reinigung zu neutralisieren, reinigen Sie noch einmal mit Wasser.
• Tauchen Sie die Stücke 5 bis 45 Minuten lang in eine kochende alkalische Lösung.
• Mit Druckwasser mittels Wasserstrahl reinigen und zum Trocknen beiseite stellen.
• Tragen Sie Wachs, Öl, Lack oder andere sekundäre Beschichtungsmaterialien auf die sekundären Oberflächen auf, um die Korrosionsbeständigkeit und das ästhetische Erscheinungsbild zu verbessern.

Kaltschwarzoxid-Oberflächen

Wie bereits erwähnt, ist die Betriebstemperatur der Hauptunterschied zwischen heißen und kalten brünierten Oberflächen. Bis auf die bei Raumtemperatur durchgeführte Kaltschwärzung auf Oberflächen sind alle Verfahren gleich.

Da sich Eisenoxid bei Raumtemperatur nicht auf der Oberfläche verflüssigen kann, bildet sich auf der zu beschichtenden Oberfläche keine schwarze Schicht ab. Daher kommt ein Standardabscheidungsprozess zum Einsatz, der keine Eisenoxidation beinhaltet. Stattdessen werden Oberflächenbeschichtungsteile in eine Phosphorsäure-Tanklösung mit einem angemessenen Anteil an Selen, Kupfer und Verbindungen getaucht. 

Um bei diesem Ansatz die Oberflächenveredelung zu erreichen, wird die Lösung im Tank hergestellt und jede Teilecharge 20 bis 30 Minuten lang darin eingetaucht. Alle anderen Reinigungs-, Trocknungs- und Zweitbeschichtungen mit Wachs und Öl sind die gleichen wie bei den heißen Schwarzoxid-Oberflächen.

Tabelle: Heiß vs. Kaltschwarzoxid-Oberflächen 

Anwendungen von Black-Oxid-Finish

Teile mit Metalloxidbeschichtung aus verschiedenen Branchen

Die Schwarzoxid-Oberflächenveredelungen werden in verschiedenen Fertigungsbereichen eingesetzt, von Militär und Automobil bis hin zu medizinischen Geräten und Ausrüstungen.

• Militär: Waffenkomponenten wie Magazine, Handschützer, Patronenhülsen, Griffe, Handfeuerwaffen 
• Medizinisch: Alle Arten von Geräten aus Metall und Legierungen, die eine Oberfläche mit geringem Reflexionsvermögen erfordern 
• Die Hardware der Fertigungswerkzeuge:  Messgeräte, Fräser, Befestigungselemente, Lager, Wellen und mehr
• Automobilindustrie: Ölfilterbehälter, Schrauben, Schweißstellen und fast alle Teile unter dem Motorblock 
• Boardelektronik: Drahtentferner, Scheren, Schneider und Getriebe für Uhren und Elektrogeräte wie Schalter, Platinen

Vor- und Nachteile der Schwarzoxidveredelung

Eine schwarze Oxidbeschichtung auf produzierten Bauteilen und Waren bietet mehrere Vorteile in Bezug auf Sicherheit, Langlebigkeit, Funktionalität, Oberflächenglätte und Ästhetik. Werfen wir einen kurzen Blick auf jeden von ihnen.

Korrosionsschutz

Die heutige verarbeitende Industrie ist in hohem Maße auf Eisenlegierungen, insbesondere Stahl, angewiesen. Die schwarze Oxidschicht versiegelt die Oberfläche des Teils vor Luft und Feuchtigkeit und verringert so das Risiko der Rostbildung, die eine wesentliche Ursache für die Verschlechterung des Produkts darstellt. Aufgrund der brünierten Oberfläche kann der Ansatz auch für andere gängige Materialien wie Kupfer und Aluminium verwendet werden. Es hat einen großen Vorteil bei der Aufrechterhaltung der Haltbarkeit der hergestellten Produkte.

Ästhetischer Vorteil

Es verleiht der Oberfläche eine wunderschöne und ansprechende schwarze Farbe, die lange hält, ohne Kompromisse bei der Größe einzugehen.

Untere Reflexion

Die meisten Metallteile haben eine hohe Reflexion. Für diejenigen, die in der Strahlungsindustrie arbeiten, kann es ein Problem sein. Eine schwarze Beschichtung mit Eisenoxidation verringert das Reflexionsvermögen erheblich.

Vorteil der Schweißbarkeit

Durch das Aufschweißen der schwarzen Oxidschicht auf die Oberflächen der Teile wird deren Schweißbarkeit verbessert und die Montage erleichtert.

Die Oberflächenschärfe

Einige Fertigungsgüter wie Bohrer und Schraubendreher benötigen für ihre ordnungsgemäße Funktion eine Schärfe, und das Schwärzen kann dazu beitragen, diesen Charakter zu verbessern.

Schmiertechnik

Nachdem das schwarze Oxid auf der Oberfläche getrocknet ist, erleichtert eine zweite Schicht aus Wachs, Öl und Schmiermittel die Arbeit.

Kostengünstig 

In der Fertigungsindustrie gibt es andere Methoden zur präzisen Oberflächenveredelung wie Pulverbeschichten, Galvanisieren und Lackieren, aber die Schwarzoxidbeschichtung ist im Vergleich zu diesen Ansätzen kostengünstiger.

Dimensionskonsistenz

Schwarze Oxidbeschichtungen sind mikrometerdick und stellen sicher, dass Dicke und Dimensionsstabilität nicht beeinträchtigt werden. Bei dieser Methode wird die Farbe der Oberfläche verändert, ohne dass eine zusätzliche Schichtdicke entsteht.

Umweltstabilität

Durch die Verwendung einer schwarzen Oxidschicht auf der Oberfläche hergestellter Teile und Waren werden Wasserstoffdiffusion und chemische Veränderungen verhindert, die sich aufgrund von Umweltfaktoren auf die Eigenschaften des Materials auswirken. Es bietet auch Umweltschutz vor Umwelteinflüssen.

CONS

• Die schwarze Oxidschicht konnte leicht abgerieben werden.
• Diese Art der Oberflächenbehandlung ist arbeitsintensiv, da zahlreiche Prozesse erforderlich sind.
• Die Temperaturbeständigkeit der Schwarzoxidbeschichtung ist gering und sie kann bei Hitze zerstört werden, was zu frühzeitiger Rostbildung auf der Oberfläche führt. Darüber hinaus kann die Kaltbrünierung über die Umgebungstemperatur hinaus angegriffen werden.

Vergleich mit anderen Oberflächenbehandlungsmethoden

In der folgenden Tabelle wird die Brünierung mit anderen Oberflächenbehandlungsansätzen anhand verschiedener Aspekte verglichen:

Faktoren, die bei der Schwarzoxid-Beschichtung berücksichtigt werden müssen

Schutzzeitraum

Vor dem Durchlaufen des Schwarzoxidschutzes auf der Produktoberfläche sollte die erforderliche Beschichtungsdauer berücksichtigt werden. Diese Analyse half bei der Entscheidung, ob eine schwarze Oxidoberfläche verwendet werden sollte oder nicht. Wenn die Langlebigkeit des Produkts schlecht ist, sollten Sie andere einfache Optionen in Betracht ziehen, beispielsweise eine Lackierung. Es lohnt sich nur, wenn der Produktlebenszyklus länger ist.

Die endgültige Anwendung des Produkts

Berücksichtigen Sie die Endverwendung der bearbeiteten Teile. Werden sie in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Präzision erfordern, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, der Robotik oder im Militär? Entscheiden Sie, ob Sie sich für brünierte Oberflächen entscheiden möchten oder nicht, nachdem Sie die Endanwendung geprüft haben. Wenn das Endprodukt keine hohe Präzision erfordert, können Sie alternative Oberflächenveredelungs- und Beschichtungsverfahren verwenden. 

Umwelterwägungen

Mit schwarzem Oxid beschichtete Gegenstände oder Teile können einer Reihe von Umweltbedingungen standhalten. Im Auslieferungszustand weist es eine gute Haltbarkeit und einen schadensfreien Betrieb auf.

Wenn das Endprodukt jedoch für den Innenbereich vorgesehen ist, ist es möglicherweise nicht kosteneffektiv oder technologisch nicht machbar. Außerdem sind die Betriebs- und Nutzungsbedingungen mit hohen Temperaturen verbunden. In diesem Fall ist dies möglicherweise nicht vorteilhaft, da sich die schwarze Oxidbeschichtung bei einer hohen Arbeitstemperatur in kurzer Zeit auflösen könnte. Daher sollten bei der Verwendung dieser Technik zur Oberflächenveredelung Umweltfaktoren berücksichtigt werden. 

Fazit

Die Schwarzoxidveredelung ist die vielversprechendste Technologie zur Verhinderung von Korrosion und Oberflächenverschlechterung bei bearbeiteten Bauteilen und Produkten. Es kann auch länger überleben, ohne seine Eigenschaften oder Funktionalität zu verlieren. Wir bieten seit langem Fertigungsdienstleistungen unter einem Dach an, vom Prototypendesign bis zur Produktveredelung. Erfahren Sie mehr über unsere Oberflächenveredelung ist es machbar.

Wir haben hochwertige Oberflächenveredelungsdienstleistungen für Produkte und Teile mithilfe der Brünierungsmethode und anderer Verfahren erbracht. Wenn Sie zugehörige Dienstleistungen für Ihre bearbeiteten Teile oder andere fertigungsbezogene Dienstleistungen benötigen, zögern Sie bitte nicht Kontakt aufnehmen.

Häufig gestellte Fragen 

Funktioniert dieser Ansatz nur für Eisenmaterialien?

Nein, die Rückoxidbeschichtung wird seit langem bei der Oberflächenveredelung von Fertigungsteilen und Produkten aus Eisenlegierungen und anderen Materialien wie Kupfer, Aluminium, Cadmium, Zink und anderen gängigen Materialien verwendet.  

Ist es der beste Weg, Rost zu verhindern?

Ja, das beschichtete schwarze Oxid widersteht der Reaktion von Feuchtigkeit und Luft mit der Oberfläche und bietet einen hervorragenden Schutz vor dem Rosten von Teilen. 

Hält die Schwärzung lange an?

Zweifellos hält die Beschichtung länger als andere Methoden der Oberflächenveredelung wie Galvanisieren und Lackieren.