سیاه کاری

به طور کلی، سیاه کاری به دو صورت گرم و سرد انجام می شود که هر یک دارای ویژگی های خاص خود هستند. در سياه کاري سرد اغلب به جای رنگ سیاه، رنگ خاکستری مشاهده می شود که نمی توان با انجام این فرآیند به پوشش اکسیدی با رنگ سیاه یکنواخت دست یافت و رنگ قطعات ثابت نیست.

سیاه کاری سرد

پوشش حاصل از سیاه کاری سرد متشکل از چندین یون فلزی است که در دمای محیط احیا می شود. این پوشش مقاومت بسیار خوبی در محیط های اسیدی دارد. به طوری که اگر قطعه پوشش دهی شده با سياه کاري سرد را در اسید کلریدریک قرار دهیم هیچ آسیبی نمی بیند اما پوشش حاصل از سياه کاري گرم به راحتی از بین می رود.

سیاه کاری گرم

در سیاه کاری گرم اگر قطعات به خوبی پرداخت شوند، پوشش شفافی روی قطعه ایجاد می شود که چسبندگی آن در همان ابتدای تشکیل بالا است و به دلیل سنتی بودن روش بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. اما پوشش در سیاهکاری گرم مقاومت پایینی در محیط های اسیدی دارد و همچنین زمان و مصرف انرژی فرآیند به نسبت بالاست.

روش فرآیند

به طور کلی فرآیند سیاه کاری به ترتیب طی مراحل زیر انجام می شود:

• تمیزکاری، چربی گیری و سپس شستشو قطعات
• زنگ زدایی و اسید شویی فلزات
• شستشو مجدد قطعات فلزی
• سیاهکاری قطعات فلزی
• شستشوی دوباره قطعات
• آب بندی و پرداخت نهایی (مانند روغن کاري)

فرآیند سیاهکاری کاربرد های بسیاری دارد. از پوشش اکسید سیاه در ابزار های ماشینکاری، چرخ دنده ها، قطعات موتور، خودروسازی، صنایع نظامی، تجهیزات اپتیکی و تجهیزات اداری استفاده می شود.

پوشش حاصل از فرآیند سیاه کاری برای محیط های با خورندگی شدید مناسب نمی باشد و نمی تواند جایگزین پوشش های حاصل از آبکاری باشد.

لازم به ذکر است که سیاه کاری تنها رنگ فلز پایه را تغییر می دهد و هیچ گونه تغییری در ترکیبات شیمیایی فلز ایجاد نمی شود. همچنین کاهش بازتاب نور از قطعه سياه کاري شده موجب عدم خستگی چشم می شود.

باید توجه داشت که سیاه کاري تنها با ماشینکاری و روش های شیمیایی از بین می رود.

محلول سیاه کاری

در فرآیند سیاه کاری اکسید سیاه می تواند در حمام مذاب (دمای حدود 315 درجه سانتی گراد) ، محلول سیاه کاری سرد در دمای محیط و یا محلول قلیایی داغ پایه آب (دمای 148-135 درجه سانتی گراد) تشکیل شود. به دلیل عدم کنترل حمام های مذاب در دماهای بالا و یکنواخت نبودن رنگ در پوشش نهایی و همچنین عدم کارایی و دوام کافی در پوشش های حاصل از محلول سياه کاري سرد، استفاده از محلول سیاه کاری داغ پایه آب متداول تر است زیرا پوشش حاصل یکنواخت تر و سیاه تر است.

محلول سیاه کاری فولاد نیز یک محلول پایه آب است و پوشش حاصل ، از مگنتیت (اکسید آهن سه ظرفیتی) تشکیل شده است. در واقع، در محلول سیاه کاری فولاد ، اکسیداسیون آهن و اکسیژن هوا یا یون های اکسید کننده موجود در محلول صورت می گیرد. درنتیجه، پوشش نهایی مدنظر به کمک محلول سیاه کاری فولاد حاصل می شود.

در برخی از کاربردهای تزئینی مانند لوستر سازی، دستگیره های فلزی و … که در صنعت آبکاری مورد توجه قرار گرفته است از محلول سياه کاري با نام محلول سیاه قلم یاد می شود. فلزاتی که بر سطح آن ها به منظور زیبایی حفره و شیار ایجاد شده است، درون محلول سیاه قلم به روش غوطه وری سیاه کاری می شود و همچنین زمان این فرآیند متناسب با سیاهی مدنظر می باشد.

نمک سیاه کاری

موادی که در اکسیداسیون سطوح مورد استفاده قرار می گیرند با نام نمک سیاه کاری شناخته شده اند. در واقع نمک سياه کاري پودری است که در فلزات آهنی به کار می رود. نمک های موجود در محلول سیاهکاری به عنوان یک اکسید کننده عمل می کنند و تغییر شیمیایی روی سطح فلز ایجاد می کنند. در فرآیند سیاه کاری پس از مرحله چربی گیری، قطعات در محلولی حاوی 80 الی 90 درصد از نمک سیاهکاری و در دمای حدود 130-120 درجه سانتیگراد غوطه ور می شوند. این محلول های غوطه وری شامل نمک های اکسید کننده مذاب می باشند که اکسیژن حاصل از نمک ها با فلز آهن واکنش داده و یک لایه اکسیدی به رنگ سیاه حاصل می شود.

سیاه کاری فولاد

سیاه کاری فولاد به سادگی زمانی است که فلز فرآیندی را طی می کند تا رنگ تیره تری نسبت به رنگ اصلی به آن بدهد. لازم به ذکر است که پس از سیاه کاری فولاد ، قطعه هرگز از زنگ زدن باز نمی ایستد. پس از سیاه کردن به منظور جلوگیری از زنگ زدگی ، مواد باید آب بندی شود. سیاه کاری فولاد ، پوششی است که به کمک محلول سیاه کاری فولاد و به طور مستقیم با تغییر شیمیایی بر روی فولاد ایجاد می شود. نمک های موجود در محلول سیاه کاری فولاد به شکل اکسید کننده عمل می کنند و با آهن موجود در قطعه واکنش داده و پوشش اکسید آهن سیاه رنگ بر روی سطح ایجاد می شود.

سیاه کاری فولاد در مقایسه با دیگر روش های پوشش دهی ، روشی ارزان قیمت برای بهبود کیفیت سطحی فولاد می باشد که منجر به افزایش مقاومت به خوردگی قطعه و کاهش اصطکاک آن می شود.

پوشش حاصل از سیاه کاری استیل ، درخشندگی ذاتی فولاد را کاهش داده و به سطحی مات و بی جلا تبدیل می شود. در واقع پوشش سیاه کاری فولاد از اکسید آهن سه ظرفیتی (مگنتیت) تشکیل می شود که حاصل اکسیداسیون آهن و یا اکسید کننده موجود در نمک های مذاب است.

سیاه کاری آلومینیوم

در برخی از فرآیند های خاص، پوشش اکسید سیاه بدون نیاز به جریان الکترولیتی در یک مخزن غوطه وری گرم بر روی الومینیوم پوشش داده می شود که به آن سیاه کاری آلومینیوم می گویند.

به طور کلی در فرآیند سیاهکاری ، آماده سازی فلز پایه از اهمیت بالایی برخوردار است. ترتیب مراحل آماده سازی الومینیوم و آلیاژهای آن به صورت زیر است:

• چربیگیری
• شستشو
• اسید شویی با اسید سولفوریک 10 درصد
• شستشو دوباره
• اچ کردن با سود 10 درصد
• شستشو مجدد
• پولیش مکانیکی
• اسید شویی با اسید نیتریک
• شستشو نهایی

پس از مرحله آماده سازی قطعه، فرآیند سياه کاري سرد انجام می شود که متناسب با پیچیدگی قطعه می توان سیاهکاری سرد را با روش اسپری، غوطه وری و قلم مو اعمال کرد. همچنین لازم به ذکر است که سطح قطعه نباید در طول مرحله آماده سازی تا سیاه کاری خشک شود.

سیاه کاری برنج

سیاه کاری برنج (ترکیبی از فلز مس و روی) برای آلیاژ هایی به کار می رود که حاوی حداقل 65 درصد مس باشند. اگر میزان فلز مس در آلیاژ برنج کمتر از این میزان باشد باید از یک روش فعال سازی استفاده شود.

پوشش حاصل از سیاهکاری برنج کامل به صورت شیمیایی حاصل می شود و این پوشش بالاتر از دمای 204 درجه سانتیگراد به دلیل اکسیداسیون مس از بین می رود. دما در محلول سياه کاري برنج در حدود 80 درجه سانتیگراد است و فرآیند سیاه کاری متناسب با آلیاژ برنج در مدت زمان حدود 20-5 دقیقه انجام می شود که هرچه مقدار مس کمتر باشد زمان فرآیند طولانی تر است.

فرآیند سیاه کاری برنج به ترتیب شامل مراحل زیر می باشد:

• چربی زدایی
• شستشو
• اسید شویی با اسید سولفوریک 10 درصد
• شستشو دوباره
• سیاهکاری برنج
• شستشو مجدد
• خشک کردن
• روغن کاري

لازم به ذکر است که به منظور افزایش مقاومت به خوردگی و درخشش سطح قطعه، پس از اتمام فرآیند سياه کاري مرحله روغن کاري انجام می شود.

سیاه کاری پیچ

سیاه کاری پیچ یک روش پوشش دهی تبدیلی است که از طریق واکنش شیمیایی با آهن موجود در پیچ انجام می شود. این پوشش با لایه بسیار نازک سبب محافظت پیچ در برابر خوردگی و رطوبت می شود.

فرآیند سیاهکاری پیچ به روش گرم در دمای 146-135 درجه سانتیگراد انجام می شود. سياه کاري گرم مقاومت به خوردگی بیشتری نسبت به روش سرد دارد و اکسیداسیون سطح پیچ به خوبی انجام شده و پوشش نهایی از کیفیت کافی برخوردار است.

در فرآیند پوشش دهی اکسید سیاه بر سطح پیچ ، درجه جوش محلول سیاه کاری همان درجه جوش محلول نمک و فلزات قلیایی است که در دمای بالای 146 درجه سانتیگراد رنگ پوشش اکسیدی به قرمز میل می کند و در دمای پایین تر از 135 فرآیند پوشش دهی در مدت زمان بیشتری انجام می شود.

به منظور سیاه کاری پیچ در نمک مذاب، از نیترات و نیتریت با درصد ترکیبی یکسان استاده می شود. نقطه ذوب این ترکیب در حدود 250 درجه سانتیگراد و دمای حمام نمک در حدود 343-288 درجه سانتیگراد می باشد.

همچنین در سياه کاري پیچ در روش سرد ممکن است 5 درصد از آب و محلول حمام از دست برود. در نتیجه لازم است قبل از هر مرحله این مقدار از دست رفته جبران شود و pH قلیایی محلول بر روی عدد 13 به بالا تنظیم شود. به طور کلی سیاهکاری سرد برای سازه های بزرگی استفاده می شود که امکان انجام آن با روش گرم وجود ندارد.

قیمت سیاه کاری

فرآیند سیاه کاری یک ظاهر مشکی مات بر روی قطعات فلزی با قیمت پایین ایجاد می کند. در مقایسه با فرآیندهای آبکاری ، پوشش دهی از طریق سياه کاري مقرون به صرفه تر است و موجب صرفه جویی در زمان فرآیند می شود. یکی از دلایل قیمت پایین سیاهکاری ، سادگی فرآیند است که به خوبی مقاومت به خوردگی قطعات آهنی و فولادی را تامین می کند.