L'òxid negre o ennegriment és un recobriment de conversió per a materials ferrosos, acer inoxidable, coure i aliatges a base de coure, zinc, metalls en pols i soldadura de plata.[1]S'utilitza per afegir una lleugera resistència a la corrosió, per a l'aspecte i per minimitzar la reflexió de la llum.[2]Per aconseguir la màxima resistència a la corrosió, l'òxid negre s'ha d'impregnar amb oli o cera.[3]Un dels seus avantatges respecte a altres recobriments és la seva mínima acumulació.
1.Material fèrric
Un òxid negre estàndard és la magnetita (Fe3O4), que és més estable mecànicament a la superfície i proporciona una millor protecció contra la corrosió que l'òxid vermell (òxid) Fe2O3.Els enfocaments industrials moderns per formar òxid negre inclouen els processos de temperatura calenta i mitjana descrits a continuació.L'òxid també es pot formar mitjançant un procés electrolític en anodització.Els mètodes tradicionals es descriuen a l'article sobre el blau.Històricament són d'interès i també són útils per als aficionats per formar òxid negre de manera segura amb poc equipament i sense productes químics tòxics.
L'òxid de baixa temperatura, també descrit a continuació, no és un recobriment de conversió: el procés a baixa temperatura no oxida el ferro, sinó que diposita un compost de seleni de coure.
1.1 Òxid negre calent
S'utilitzen banys calents d'hidròxid de sodi, nitrats i nitrits a 141 °C (286 °F) per convertir la superfície del material en magnetita (Fe3O4).S'ha d'afegir aigua periòdicament al bany, amb els controls adequats per evitar una explosió de vapor.
L'ennegriment en calent consisteix a submergir la peça en diversos dipòsits.Normalment, la peça de treball és "submergida" per transportadors de peces automatitzats per al transport entre tancs.Aquests dipòsits contenen, per ordre, netejador alcalí, aigua, sosa càustica a 140,5 °C (284,9 °F) (el compost d'ennegriment), i finalment el segellador, que sol ser oli.La sosa càustica i la temperatura elevada fan que es formi Fe3O4 (òxid negre) a la superfície del metall en lloc de Fe2O3 (òxid vermell; òxid).Tot i que és físicament més dens que l'òxid vermell, l'òxid negre fresc és porós, de manera que s'aplica oli a la part escalfada, que la segella "enfonsant-se" en ella.La combinació evita la corrosió de la peça de treball.Hi ha molts avantatges de l'ennegriment, principalment:
L'ennegriment es pot fer en grans lots (ideal per a peces petites).
No hi ha impacte dimensional significatiu (el procés d'ennegriment crea una capa d'uns 1 µm de gruix).
És molt més barat que els sistemes de protecció contra la corrosió similars, com ara la pintura i la galvanoplastia.
L'especificació més antiga i més utilitzada per a l'òxid negre calent és MIL-DTL-13924, que cobreix quatre classes de processos per a diferents substrats.Les especificacions alternatives inclouen AMS 2485, ASTM D769 i ISO 11408.
Aquest és el procés utilitzat per ennegrir les cordes de filferro per a aplicacions teatrals i efectes de vol.
1.2 Òxid negre a mitja temperatura
Igual que l'òxid negre calent, l'òxid negre a mitja temperatura converteix la superfície del metall en magnetita (Fe3O4).Tanmateix, l'òxid negre a mitja temperatura s'ennegreix a una temperatura de 90-120 °C (194-248 °F), significativament menys que l'òxid negre calent.Això és avantatjós perquè està per sota del punt d'ebullició de la solució, és a dir, no es produeixen fums càustics.
Com que l'òxid negre de temperatura mitjana és més comparable a l'òxid negre calent, també pot complir l'especificació militar MIL-DTL-13924, així com l'AMS 2485.
1.3 Òxid negre fred
L'òxid negre fred, també conegut com a òxid negre a temperatura ambient, s'aplica a una temperatura de 20-30 °C (68-86 °F).No és un recobriment de conversió d'òxids, sinó un compost de seleni de coure dipositat.L'òxid negre fred ofereix una major productivitat i és convenient per a l'ennegriment intern.Aquest recobriment produeix un color similar al que fa la conversió d'òxids, però tendeix a esborrar-se fàcilment i ofereix menys resistència a l'abrasió.L'aplicació d'oli, cera o laca porta la resistència a la corrosió a l'alçada de la temperatura calenta i mitjana.Una aplicació per al procés d'òxid negre en fred seria en eines i acabats arquitectònics sobre acer (pàtina per a acer).També es coneix com a blau fred.
2. Coure
Reflectange especular de l'òxid cúpric.svg
L'òxid negre per al coure, de vegades conegut amb el nom comercial Ebonol C, converteix la superfície del coure en òxid cúpric.Perquè el procés funcioni, la superfície ha de tenir almenys un 65% de coure;per a les superfícies de coure que tinguin menys del 90% de coure abans s'ha de pretractar amb un tractament activador.El recobriment acabat és químicament estable i molt adherent.És estable fins a 400 °F (204 °C);per sobre d'aquesta temperatura el recobriment es degrada a causa de l'oxidació del coure base.Per augmentar la resistència a la corrosió, la superfície es pot oliar, lacar o encerar.També s'utilitza com a pretractament per pintar o esmaltar.L'acabat de la superfície sol ser setinat, però es pot tornar brillant revestint amb un esmalt transparent de gran brillantor.
A escala microscòpica, es formen dendrites a l'acabat superficial, que atrapen la llum i augmenten l'absorció.A causa d'aquesta propietat, el recobriment s'utilitza en aplicacions aeroespacials, microscòpiques i altres òptiques per minimitzar la reflexió de la llum.
A les plaques de circuits impresos (PCB), l'ús d'òxid negre proporciona una millor adherència a les capes de laminat de fibra de vidre.El PCB es submergeix en un bany que conté hidròxid, hipoclorit i cuprat, que s'esgota en els tres components.Això indica que l'òxid de coure negre prové parcialment del cuprat i parcialment dels circuits de coure PCB.Sota l'examen microscòpic, no hi ha cap capa d'òxid de coure (I).
Una especificació militar dels EUA aplicable és MIL-F-495E.
3. Acer inoxidable
L'òxid negre calent per a acer inoxidable és una barreja de sals càustiques, oxidants i de sofre.Ennegreix les sèries 300 i 400 i els aliatges d'acer inoxidable 17-4 PH endurits per precipitació.La solució es pot utilitzar en ferro colat i acer baix en carboni.L'acabat resultant compleix l'especificació militar MIL-DTL-13924D Classe 4 i ofereix resistència a l'abrasió.L'acabat d'òxid negre s'utilitza en instruments quirúrgics en entorns intensius de llum per reduir la fatiga ocular.
L'ennegriment a temperatura ambient de l'acer inoxidable es produeix per la reacció autocatalítica del selenur de coure que es diposita a la superfície de l'acer inoxidable.Ofereix menys resistència a l'abrasió i la mateixa protecció contra la corrosió que el procés d'ennegriment en calent.Una aplicació per a l'ennegriment a temperatura ambient és en els acabats arquitectònics (pàtina per a acer inoxidable).
4. Zinc
L'òxid negre per al zinc també es coneix amb el nom comercial Ebonol Z. Un altre producte és Ultra-Blak 460, que ennegreix les superfícies galvanitzades i galvanitzades sense utilitzar cap fosa de crom i zinc.
Hora de publicació: 23-nov-2021