سیاهکاری (Black Oxide) (یا زاجکاری) بر روی فولاد و فلزات آهنی یک نوع پوشش دهی تبدیلی است. پوشش از طریق یک واکنش شیمیایی با آهن موجود در فلز ایجاد میگردد. این واکنش شیمیایی یک سطح محافظی را بوجود میآورد. یک پوشش تبدیلی سیاهکاری به آلیاژهای آهن اعمال میشود و آن را به شکل آهن مغناطیسی در میآورند که در حقیقت اکسید مشکی آهن یا همان سیاهکاری است. فلزات دیگر نظیر: مس، برنج، فولاد ضد زنگ، چدن نیز قابلیت تشکیل اینچنین پوشش هایی را نیز دارند. اکسید سیاه یک ظاهر مشکی ماتی بر روی قطعات فلزی با هزینه پایین ایجاد مینماید.
به طور کلی دو نوع سیاهکاری معرف است:
اکسید سیاه (بلک اکساید – Black Oxide) بر روی آلیاژهای آهنی را میتوان با استفاده از حمام نمک مذاب در دمای حدود C⁰ 315 یا بالاتر و محلول سیاه کاری سرد در دمای محیط و یا محلول قلیایی پایه آب جوشان در دما135-148 درجه سانتیگراد بدست آورد که مورد اول سیاهکاری گرم و مورد دوم سیاهکاری سرد نامیده میشود.
کنترل حمامهای مذاب در دماهای بالا در سیاهکاری گرم بسیار مشکل است و از اینرو پوشش حاصل رنگی یکنواخت بدست نمیآورد. محلولهای سرد نیز اغلب بجای رنگ سیاه، رنگ خاکستری ایجاد میکنند و پوشش حاصل از این نوع حمامها دوام زیادی نخواهد داشت. از اینرو، از فرایندهای سیاه کاری سرد نمیتوان پوشش اکسیدی با رنگ سیاه خالص و یکدست بدست آورد. این پوششها اغلب حاوی ترکیبی از مس و سلنیم بوده و بسیاری از مشخصههای فنی و استانداردهای بخشهای خودرو سازی و نظامی را تامین میکنند.
محلولهای قلیایی جوشان بر پایه آب متداول ترین روش سیاه کاری میباشند. پوشش حاصل از این روش رنگ سیاه قوی تر و یکنواخت تری را ایجاد میکند.
پوشش اکسید سیاه اغلب برای فولادهای کربنی، فولادهای آلیاژی، فولادهای ابزار و قالب سازی و چدن ها بکار میرود. فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای مسی را نیز میتوان سیاه کاری نمود.
پوشش سیاه کاری فولاد از مگنتیت (اکسید آهن سه ظرفیتی) تشکیل میشود که نتیجه اکسیداسیون آهن و اکسیژن هوا یا یونهای اکسید کننده موجود در محلولهای پایه آب یا نمکهای مذاب است.
فرایند قلیایی داغ سبب تشکیل پوشش اکسیدی بر روی سطح قطعه غوطه ور در محلول قلیایی در حال جوش(135-148⁰C) حاوی نمکهای اکسید کننده میشود. درجه حرارت جوشیدن بر پایه مقدار نمکهای حمام تعیین میشود. در دماهای بالاتر از 148⁰C، اکسید ایجاد شده به قرمز تغییر رنگ داده و زنگ میزند. دماهای پایین تر از 135⁰C، که نشاندهنده غلظت پایین نمکهای موجود در حمام است، سبب کاهش سرعت فرایند میشود. درجه حرارت جوش با افزودن نمکهای مصرفی (افزایش دما) یا رقیق کردن محلول(کاهش دما) تنظیم میشود.
مراحل فرایند قلیایی داغ
فرآیند قلیایی گرم
همانطوری که میدانیم محلولهای گرم قلیایی باید در محدوده دمایی بین 146-135 درجه سانتی گراد قرار گیرد تا بتواند عمل اکسیداسیون و تشکیل پوشش تبدیلی را بخوبی انجام دهد. درجه حرارت جوش در اینجا، درجه حرارت جوشش محلول حاوی نمکهای فلزات قلیایی و نمک قلیایی است. در درجه حرارت بالای 146 درجه سانتی گراد، پوشش اکسیداسیون حاصله، به صورت رنگ قرمز و زنگ زدگی است و در زیر درجه حرارت 135 درجه سانتی گراد فرآیند اکسیداسیون خیلی آهسته میشود. عملیات سیاهکاری در طی 30-20 دقیقه انجام میشود.
نمونه هایی از ترکیب شیمیایی محلولهای قلیایی داغ
سیاهکاری سرد یک فرآیند پوشش دهی غیر تبدیلی جهت ایجاد لایه سیاهرنگ از اسید فسفریک حاوی ترکیبات سلینیم و مس است. سیاهکاری سرد در واقع پوشش اکسید واقعی نیست. این پوشش از پوشش سیاهکاری گرم black oxide نرم تر است. رنگ پوشش سیاهکاری سرد پایدار و ثابت نیست و امکان دارد که از روی سطح با سایش برداشته شود.
البته اعمال پوشش سیاهکاری سرد ساده تر است و خطرات کمتری نسبت به فرایند سیاهکاری گرم دارد.
معمولا این نوع حمام ها اگر به صورت مداوم مورد استفاده قرار گیرند تقریبا به اندازه 5% از آب خود را از دست میدهند. بنابراین بهتر است که این میزان آب قبل از هر مرحله کاری، جبران شود. معمولا PH این نوع محلولهای قلیایی گرم 13 به بالا است.
محلولهای قلیایی گرم دارای اجزایی مانند هیدروکسید سدیم، نیتریت سدیم، نیترات سدیم میباشند که فرمولاسیون نسل اول سنتی بعضی از آنها به شرح ذیل است.
در این فرایند یک پوشش سیاه غیر تبدیلی از محلولهای اسید فسفریک حاوی ترکیبات سلنیم و مس بدست میآید. پوشش سیاه حاصل به واقع یک اکسید نیست. این پوشش، نرم تر از پوششهای اکسیدی سیاه است. رنگ پوششهای سرد پایدار نبوده و با مالش از روی سطح پاک میشود. روش سرد به عنوان جایگزینی ساده و کم خطر تر از محلولهای قلیایی جوشان بکار میرود.
در ویکی پدیا آمده است که زاجکاری (به انگلیسی: Bluing) افزودن یک لایه بسیار نازک از اکسید سیاه آهن (Fe3O4) به بخشهای فولادی جنگافزارها یا دیگر قطعات فولادی است. زاجکاری بیشتر برای زیبایی و محافظت از لوله تفنگ و استتار از دید دشمن یا شکار بکار میرود. روشهای مختلفی برای زاجکاری وجود دارد که به دو دسته زاجکاری گرم و زاجکاری سرد تقسیم میشوند.
در زاجکاری گرم محلولی داغ از سود سوزآور و نیترات پتاسیم و آب تهیه میشود که مایع زاج نامیده میشود. برای زاجکاری گرم ابتدا قطعات فولادی را با حلال مخصوص غیر اسیدی چربی زدائی کرده سپس با سمباده نرم پوساب مخصوص سمباده کاری میکنند و بعد در مایع زاج داغ که حرارت آن بوسیله توموسویچ وترموکوبل تحت کنترل است فرو برده و درمیآورند. در زاجکاری سرد از محصولات آماده تجارتی استفاده میگرددکه اخیراً افشانههای مخصوصی نیز به جهت زاجکاری سرد تولید شدهاست که چون راهنمای کاملی ازچگونگی استفاده درست به همراه دارند برای افراد غیر حرفهای زاجکاری را راحت ترکردهاست.
در زاجکاری گرم بخار ناشی از مایع زاج بسیارسمی است و در زاجکاری سرد سعی شود از دستکش پلاستیکی استفاده شود زیرا سم ان از طریق پوست هم جذب میگردد.
پروسه نمک مذاب شامل نمکهای اکسید کننده مذاب است. اکسیژن حاصل از این نمک ها با اتمهای آهن واکنش داده و لایه اکسید را ایجاد میکنند.
مخلوطی از نیترات و نیتریت سدیم به مقدار مساوی برای آماده سازی حمامهای مذاب استفاده میشود. نقطه ذوب چنین ترکیب یوتکتیکی در حدود C250⁰ است. محدوده دمایی حمامهای مذاب C⁰ 288-343 است. در مورد فولادهای زنگ نزن از دماهای بالاتر حدود C 482⁰ استفاده میشود.
1-تمیزکاری و چربیگیری قطعات فلزی
2-شستشوی قطعات فلزی به مدت 3-15 دقیقه
3-زنگ زدایی و شستشویی اسیدی
4-شستشوی قطعات
5-سیاهکاری قطعات در محلول جوش قلیایی با دمای تقریبی 135 – H6 درجه سانتی گراد
6- شستشوی قطعات
7-آب بندی و پرداختکاری نهایی (پوشش تکمیلی اضافی مانند :روغن، واکس یا رنگ)
مطابق با استاندارد فوق، پوششهای سیاه کاری به 4 نوع زیر تقسیم میشوند:
1- تشکیل اکسید قرمز رنگ ضعیف و بدون چسبندگی که با پاک کردن برطرف میشود.
علل ایجاد و راه حل آنها:
2- اکسید قرمز رنگی که از روی قطعه پاک نمیشود.
علل ایجاد و راه حل آنها:
3- قطعه قرمز رنگ شده است.
علل ایجاد و راه حل آنها:
4- زمینه قهوه ای
علل ایجاد و راه حل آنها:
5- عدم یکنواختی پوشش سیاه(خال خال بودن)
علل ایجاد و راه حل آنها:
6- سیاه لک دار(از روی قطعه پاک میشود)
علل ایجاد و راه حل آنها:
وجود کربن بر روی سطح
وجود زنگ یا لکههای سیاه بر روی سطح پیش از سیاه کاری
طولانی بودن بیش از حد زمان اسید شویی
ارجاع قطعات به مرحله تمیزکاری جهت زنگ برداری
7- عدم سیاه شدن قطعه
علل ایجاد و راه حل آنها:
1- عدم سیاه شدن قطعه
علل ایجاد و راه حل آنها:
2- سیاه لک دار
علل ایجاد و راه حل آنها:
3- پوشش لکه لکه و غیر یکنواخت
علل ایجاد و راه حل آنها:
1- آزمون بازرسی ظاهری
2- آزمون زنگ زدگی (لکه)
3- آزمون نسبی رطوبت
پوششهای سیاه کاری کاربردهای زیادی دارند. از این نوع پوشش ها در ابزارهای ماشینکاری، گیج ها، قطعات دستگاه ها، ابزارهای برشی، ابزارهای ماشینی، قطعات ماشین، شمعهای خوردو، قطعات نظامی، فنرها، بیرینگ ها، شافت موتور، رینگ پیستون، قطعات موتور، بوش ها، چرخ دنده ها، والوها، قید و بست ها، قطعات دوربین، تجهیزات اپتیکی و تجهیزات اداری استفاده میشود.
این پوشش ها برای شرایط خورنده شدید مناسب نبوده و به هیچ وجه نمیتوانند جایگزین پوشش هلای فسفاته یا آبکاری شوند. مگر مواردی که مقاومت به خوردگی کمتر مورد تایید باشد. بعد از این فرایند بر روی سطح باقی میمانند.
پوشش اکسید سیاه اغلب برای فولادهای کربنی، فولادهای آلیاژی، فولادهای ابزار و قالب سازی و چدن ها بکار میرود. فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای مسی را نیز میتوان سیاه کاری نمود.
پوشش سیاه کاری فولاد از مگنتیت (اکسید آهن سه ظرفیتی) تشکیل میشود که نتیجه اکسیداسیون آهن و اکسیژن هوا یا یونهای اکسید کننده موجود در محلولهای پایه آب یا نمکهای مذاب است.
زاج کاری زاجکاری
بلک اکساید - زاج کاری
1-آلیاژهای اهنی فولادی
2-آهن
1- سازه ها و تجهیزات نظامی
2- ابزار آلات نظامی
3- صنعت معماری
4- صنعت اتومبیل
5- صنعت چفت و بست ها
6- صنعت سخت افزار
7- صنعت چاپ زنی
8- صنعت ابزار و حدیده سازی
9- کاترهای لوله
10- صنعت خودروهای تفریحی