2024高考湖北卷化学引发的思考：钢铁表面的发蓝处理

一、发蓝（发黑）原理

     为了提高钢件的防锈能力，用强的氧化剂将钢件表面氧化成致密、光滑的四氧化三铁(Fe3O4)。这Fe3O4薄层能有效地保护钢件内部不受氧化。在高温下（约550℃）氧化成的Fe3O4呈天蓝色，帮称发蓝（烤蓝）处理。在低温下（约130℃）氧化成的Fe3O4呈暗黑色，也称发黑处理。在兵器工业上，常用的是发蓝处理；在工业生产上，常用的是发黑处理。

能否把铁氧化成致密、光滑的Fe3O4关键是选择好强的氧化剂。强氧化剂是由氢氧化钠(NaOH)、亚硝酸钠(NaNO2)、磷酸三钠(Na3PO4)组成。发蓝时用它们的熔融液去处理工件；发黑是用它们的水溶液去处理工件。常用的发黑溶液成分：

    此溶液的浓度是1.4g/cm3  ，沸点是130℃。在此溶液的作用下，铁的氧化程是这样的： FeNa2FeO2Na2Fe2O4Fe3O4

生产实践经验证明，要获得光亮、致密的Fe3O4膜层，氧化溶液中亚硝酸钠与氢氧化钠的比例，要保持在1：3～3.5之间。

二、发蓝（发黑）的操作过程：

    工件装夹去油清洗酸洗氧化清洗皂化热水煮洗检查。

（一）工件装夹

     要根据工件的形状、大小、设计专门的夹具或吊具。目的是使工件之间留有足够的间隙，工件间不能相互接触，要使每个工件都能完全浸入氧化液中被氧化。

（二）去油

    目的是除去工件表面的油污。经过机架工后（发蓝、发黑是最后一道工序），工件表面难免不留下油污，用防锈油作工序间防锈的更是这样。任何油污，都会严重影响Fe3O4的生成，所以必须在发蓝、发黑之前除去。常用的除油溶液配方：

     将除油溶液加热到80～90℃，然后将工件浸入，浸入时间为30min左右，若油污较多，还得延长除油时间，以除油彻底为准。

（三）酸洗

     酸洗目的，是除去工件表面的铁锈。因为铁锈会阻碍生成致密的Fe3O4层。即使工件无铁锈，也应酸洗，因为它使油污进一步去除干净，而且酸洗会提高工件表面分子的活化能，有得于下一工序的氧化，能生成较厚的Fe3O4层。  酸洗溶液一般是10%～15%浓度的硫酸溶液，温度是70～80℃。，将工件浸入硫酸溶液中，浸入时间为30min左右，铁锈少的可浸20min，铁锈多的需浸40min以上。

（四）氧化

    氧化是发蓝、发黑的主要工序。Fe3O4膜层是否致密、是否光滑、是否有足够的厚度，取决于氧化阶段。  发蓝的温度是550℃。发黑溶液的温度是130～145℃。浸入时间是50～80min。含碳量高的高碳钢，氧化速度较快，浸入时间可短些。含碳量低的低碳钢，氧化速度慢，浸入时间需要长些。合金钢特别是高合金钢，工件表面有一定的残余奥氏休，对碱溶液有较强的抗抵作用，不易生成Fe3O4，因面浸入时间需长些。有关钢种氧化（发黑）时溶液的温度及浸入时间：

    溶液的正常颜色是白色。如果溶液呈红色或棕色，表示亚硝酸钠浓度过大，应及时调整溶液的成分。如果溶液呈绿色，表示铁离子浓度过大，应及及时更新溶液。  （五）皂化  所谓皂化，是用肥皂水溶液在一定温度下浸泡工件。目的是形成一层硬脂酸铁薄膜，以提高工件的抗腐蚀能力。常用的皂化液浓度是30～50g(肥皂)/L。把皂化液加热到80～10℃，将氧化后的工件放入浸泡10min左右。

（六）检查 

    氧化完毕后，要对工件进行检查，看Fe3O4层是否合格。任意抽取三件，置于2%浓度的硫酸铜溶液中浸泡20s，不退黑色者为合格。三件中有一件以上不合格，则整槽工件视为不合格，需再氧化一次，以加深Fe3O4厚度。