Črni oksid ali črnjenje je pretvorbeni premaz za železne materiale, nerjavno jeklo, baker in zlitine na osnovi bakra, cink, kovine v prahu in srebrne spajke.[1]Uporablja se za dodajanje blage odpornosti proti koroziji, za videz in za zmanjšanje odboja svetlobe.[2]Za doseganje največje odpornosti proti koroziji mora biti črni oksid impregniran z oljem ali voskom.[3]Ena od njegovih prednosti pred drugimi premazi je minimalno kopičenje.
1. Železni material
Standardni črni oksid je magnetit (Fe3O4), ki je mehansko bolj stabilen na površini in nudi boljšo zaščito pred korozijo kot rdeči oksid (rja) Fe2O3.Sodobni industrijski pristopi k tvorbi črnega oksida vključujejo vroče in srednje temperaturne postopke, opisane spodaj.Oksid lahko nastane tudi z elektrolitskim postopkom pri anodizaciji.Tradicionalne metode so opisane v članku o modrenju.Zgodovinsko so zanimivi, uporabni pa so tudi za hobiste, ki varno oblikujejo črni oksid z malo opreme in brez strupenih kemikalij.
Nizkotemperaturni oksid, prav tako opisan spodaj, ni pretvorbeni premaz – nizkotemperaturni postopek ne oksidira železa, ampak odloži bakrovo selenovo spojino.
1.1 Vroči črni oksid
Za pretvorbo površine materiala v magnetit (Fe3O4) se uporabljajo vroče kopeli natrijevega hidroksida, nitratov in nitritov pri 141 °C (286 °F).V kopel je treba občasno dodajati vodo z ustreznimi kontrolami, da preprečite eksplozijo pare.
Vroče črnjenje vključuje namakanje dela v različne rezervoarje.Obdelovanec je običajno "potopljen" z avtomatiziranimi nosilci delov za transport med rezervoarji.Ti rezervoarji vsebujejo po vrstnem redu alkalno čistilo, vodo, kavstično sodo pri 140,5 °C (284,9 °F) (zmes za črnjenje) in končno tesnilno maso, ki je običajno olje.Kavstična soda in povišana temperatura povzročita nastanek Fe3O4 (črni oksid) na površini kovine namesto Fe2O3 (rdeči oksid; rja).Čeprav je fizično gostejši od rdečega oksida, je svež črni oksid porozen, zato se olje nato nanese na segreti del, ki ga zatesni tako, da se vanj "potopi".Kombinacija preprečuje korozijo obdelovanca.Prednosti črnenja so številne, predvsem:
Črnenje je možno v velikih serijah (idealno za majhne dele).
Ni pomembnega dimenzijskega vpliva (postopek črnenja ustvari približno 1 µm debelo plast).
Je veliko cenejši od podobnih sistemov za zaščito pred korozijo, kot sta barva in galvanizacija.
Najstarejša in najpogosteje uporabljena specifikacija za vroč črni oksid je MIL-DTL-13924, ki zajema štiri razrede postopkov za različne substrate.Nadomestne specifikacije vključujejo AMS 2485, ASTM D769 in ISO 11408.
To je postopek, ki se uporablja za črnjenje žičnih vrvi za gledališke aplikacije in leteče učinke.
1.2 Srednjetemperaturni črni oksid
Tako kot vroč črni oksid tudi srednjetemperaturni črni oksid pretvori površino kovine v magnetit (Fe3O4).Vendar srednjetemperaturni črni oksid počrni pri temperaturi 90–120 °C (194–248 °F), bistveno manj kot vroč črni oksid.To je ugodno, ker je pod vreliščem raztopine, kar pomeni, da ne nastajajo jedki hlapi.
Ker je črni oksid srednje temperature najbolj primerljiv z vročim črnim oksidom, lahko izpolnjuje tudi vojaško specifikacijo MIL-DTL-13924 in AMS 2485.
1.3 Hladen črni oksid
Hladen črni oksid, znan tudi kot črni oksid pri sobni temperaturi, se uporablja pri temperaturi 20–30 °C (68–86 °F).To ni oksidni prevlečni premaz, temveč nanesena spojina bakra in selena.Hladni črni oksid nudi večjo produktivnost in je primeren za hišno črnjenje.Ta prevleka ustvari podobno barvo kot tista, ki jo povzroči pretvorba oksida, vendar se zlahka zdrgne in nudi manjšo odpornost proti obrabi.Z nanosom olja, voska ali laka se odpornost proti koroziji izenači z vročo in srednjo temperaturo.Ena od aplikacij za postopek hladnega črnega oksida bi bila v orodju in arhitekturni zaključni obdelavi jekla (patina za jeklo).Znano je tudi kot hladno modrovanje.
2. Baker
Zrcalni odboj bakrovega oksida.svg
Črni oksid za baker, včasih znan pod trgovskim imenom Ebonol C, pretvori površino bakra v bakrov oksid.Da bi postopek deloval, mora imeti površina vsaj 65 % bakra;za bakrene površine, ki imajo manj kot 90 % bakra, je treba najprej predhodno obdelati z aktivacijskim tretmajem.Končni premaz je kemično stabilen in zelo oprijemljiv.Stabilen je do 400 °F (204 °C);nad to temperaturo se premaz razgradi zaradi oksidacije osnovnega bakra.Za povečanje odpornosti proti koroziji je lahko površina naoljena, lakirana ali povoskana.Uporablja se tudi kot predobdelava za barvanje ali emajliranje.Površinska obdelava je običajno satinirana, vendar jo je mogoče spremeniti v sijajni premaz s prozornim emajlom z visokim sijajem.
Na mikroskopskem merilu se na površini tvorijo dendriti, ki lovijo svetlobo in povečujejo absorpcijo.Zaradi te lastnosti se premaz uporablja v letalstvu, mikroskopiji in drugih optičnih aplikacijah za zmanjšanje odboja svetlobe.
V tiskanih vezjih (PCB) uporaba črnega oksida zagotavlja boljši oprijem za plasti laminata iz steklenih vlaken.PCB je potopljen v kopel, ki vsebuje hidroksid, hipoklorit in kuprat, ki postane osiromašen v vseh treh komponentah.To kaže, da črni bakrov oksid delno izvira iz kuprata in delno iz bakrenega vezja PCB.Pri mikroskopskem pregledu plasti bakrovega(I) oksida ni.
Veljavna vojaška specifikacija ZDA je MIL-F-495E.
3. Nerjaveče jeklo
Vroč črni oksid za nerjavno jeklo je mešanica jedkih, oksidativnih in žveplovih soli.Črni serije 300 in 400 ter zlitine iz nerjavečega jekla 17-4 PH.Raztopino je mogoče uporabiti na litem železu in mehkem nizkoogljičnem jeklu.Končna obdelava je v skladu z vojaško specifikacijo MIL-DTL–13924D razreda 4 in nudi odpornost proti obrabi.Črni oksidni zaključek se uporablja na kirurških instrumentih v svetlobno intenzivnih okoljih za zmanjšanje utrujenosti oči.
Črnenje nerjavečega jekla pri sobni temperaturi nastane zaradi avtokatalitične reakcije odlaganja bakrovega selenida na površino nerjavečega jekla.Ponuja manjšo odpornost proti obrabi in enako zaščito pred korozijo kot postopek vročega črnenja.Ena od aplikacij za črnjenje pri sobni temperaturi je v arhitekturnih zaključkih (patina za nerjaveče jeklo).
4. Cink
Črni oksid za cink je znan tudi pod trgovskim imenom Ebonol Z. Drugi izdelek je Ultra-Blak 460, ki črni pocinkane in pocinkane površine brez uporabe kroma in cinkovih litin.
Čas objave: 23. nov. 2021