[发明专利]一种新的可控氧化工艺控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的可控氧化工艺控制方法，广泛应用于金属材料的表面氧化工艺，既可以满足传统金属制品表面发蓝发黑工艺要求，获得均匀一致的外观颜色，又可以满足表面耐盐雾试验的要求，获得极高的耐腐蚀性能，还能满足汽车航空等行业对零件的表面降低摩擦系数的要求，提高耐摩擦性能。

本发明可以结合其他金属的热处理工艺，比如氮化，渗碳，淬火，退火，涂层等工艺，在原工件表面基础上，增加形成均匀黑色外观以及提供更优秀的耐腐蚀能力，进一步提高零件性能。本发明还可以拓展到其他合金材料，有色金属材料，粉末冶金等领域。

背景技术

金属在空气或者潮湿的气氛中容易发生表面氧化（俗称生锈），其结果往往导致金属部件的外观不良，表面锈蚀，进而发生损坏失效。因此氧化往往被认为是有害的，而需要尽量避免。为了防止金属的氧化行为，人们发明了各种方法，比如喷漆，电镀，涂层，氮化等等。

在诸多方法中，人们发现与其让金属被动地被氧化锈蚀，不如预先使得金属发生一部分受控的氧化，使得其表面已经覆盖一层具有致密结构的金属氧化物，反而可以抵制不可控的更严重的氧化行为。

以钢铁材料为例，钢铁材料的主要成分是Fe，它与氧气结合可以生成多种氧化产物。

2Fe+3O2= Fe2O3

3Fe+2O2= Fe3O4

其中Fe2O3为红色疏松的氧化物，俗称红锈。Fe3O4为黑色致密的氧化物。

工业上，Fe3O4可以在一定温度和氧浓度下受控的在工件表面形成，其厚度也可根据需要控制在一定范围内，以便获得有黑色光泽的外观及优秀的耐腐蚀性。这种在钢铁表面获得单一的致密Fe3O4保护层的工艺常被称为发黑或者发蓝工艺。实际上这就是一种氧化工艺。在其他金属中，比如铝合金的阳极氧化也属于氧化的范畴。

但是相对于阳极氧化而言，钢铁工件的表面氧化技术还处于初级阶段，主要原因是对于氧化的机理还认识不足。在工业应用中，主要采用蒸汽处理，发黑剂化学处理等方法，其工艺参数主要靠经验积累，往往很难获得理想的单一的四氧化三铁的氧化物，而稍不注意就会产生三氧化二铁的氧化物，导致工艺失败。

因此，本发明提出一种新的可控的氧化技术，基于钢铁材料的氧化相图，将工件表面的氧浓度P_O2或者氧势（用毫伏值mV表示）或者水氢比（用P_H2O/P_H2表示）控制在特定的相区位置，避免生成不良组织，可以获得客户所需的氧化效果。

如图1所示，该图展示了一张纯铁材料在不同温度条件下，通入不同含量的氧所生成的不同氧化物的相图。如前文所述，不可控的氧化行为往往导致生成Fe2O3等不良氧化物组织（图中左下角）。而工艺的目的往往需要的是Fe3O4（图中粗线框位置）。这就要求我们对氧化过程进行更精确的控制，不光要精确地测量工艺过程中的氧含量，还要精确地控制氧化剂的流量来获得所需要的效果。

基于以上部分所述的技术背景，本发明提出一种新的可控的金属表面氧化方法。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种新的可控氧化工艺控制方法，其中，具体技术方案为：

1）首先利用氧含量或者氧势的测量工具测量获得容器内的氧含量或者氧势，将其反馈给控制系统；

2）控制系统同时综合采集温度，材料信息因素，根据铁的氧化物生成条件，判断容器内的气氛氧含量或者氧势是否满足工艺要求；

3）如果测量到的氧含量或者氧势与设定值有偏差，控制系统通过质量流量计或者电磁泵手段来调节通入容器内的氧化剂的流量，使得容器内的氧含量或者氧势发生变化，最终达到可控氧化的目的。

上述的新的可控氧化工艺控制方法，其中：控制系统通过质量流量计或者电磁泵手段来调节通入容器内的水，空气，氧气，N2O的流量。

上述的新的可控氧化工艺控制方法，其中：利用氧探头测量获得容器内的氧含量或者氧势，将其反馈给控制系统。