Finitura superficiale di prodotti e parti è essenziale nel settore manifatturiero per ragioni estetiche e migliora la funzionalità complessiva del prodotto e ne prolunga la durata. La finitura in ossido nero è un processo di rivestimento chimico che deposita uno strato microscopico di magnetite (Fe3O4) sulla superficie delle parti metalliche. A causa dell'esposizione all'aria e all'umidità, dopo un po' si forma comunemente la ruggine sulla superficie delle parti ferrose. Una finitura in ossido nero resiste alla corrosione e leviga la superficie di materiali ferrosi e altri materiali come ghisa, acciaio fuso, acciaio inossidabile, rame, zinco, alluminio, ottone e cromo.
In questo articolo discuteremo in dettaglio vari aspetti delle finiture Black-oxids.
Come funziona?
Parte con finiture in ossido nero
L'ossido nero si forma sulla superficie del materiale quando viene immerso in una soluzione salina alcalina ad una temperatura adeguata (da 130 a 150 0C). Lo spessore del rivestimento è trascurabile, quindi non influisce sulla stabilità dimensionale, sui parametri di progettazione e sulle proprietà. Forse ti starai chiedendo perché si chiama finitura ossido nero. È perché alla fine annerisce la superficie finita.
Fasi del rivestimento in ossido nero
Ci sono principalmente cinque fasi principali nel rivestimento dell’ossido nero sull’esterno del materiale per completare le finiture superficiali.
Fase 1: Controllare la qualità della levigatezza della superficie. Se sono presenti fori di ammiccamento, ruggine o irregolarità della superficie, eliminare il rischio di fioriture o sanguinamenti con l'approccio appropriato.
Fase 2: Pulire la superficie per rimuovere eventuali polvere e materiali attaccati dalla superficie prima del rivestimento.
Fase 3: Applicare il rivestimento di ossido posteriore
Fase 4: Ancora una volta, pulire la superficie dopo il rivestimento.
Fase 5: Applicare il rivestimento successivo alla finitura come olio, poliuretano, lacca, cera e lubrificanti in alcuni casi (viti, cuscinetti, parti di turbine e altri componenti rotanti). Poiché le finiture in ossido nero da sole non possono prevenire efficacemente la formazione di ruggine, questi rivestimenti successivi migliorano la resistenza alla corrosione.
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Tipologie di Finiture Ossido Nero
In base ai materiali e all'uso finale delle parti da rivestire. Esistono tre approcci per il rivestimento in ossido nero: Ossido nero caldo, ossido nero freddo e ossido nero a media temperatura. Sebbene esistano altri approcci per le finiture superficiali con rivestimento in ossido nero. La distinzione fondamentale tra questi metodi è che le loro formulazioni e temperature operative sono diverse. Vediamo nel dettaglio le due tipologie più comuni.
Rivestimento in ossido nero caldo
In questa procedura, i pezzi vengono posti in un forno di ebollizione con soluzioni acquose alcaline, come idrossido di sodio (NaOH), nitrati (NO3-) e nitrito (No2-), a temperature comprese tra 135 e 150 0C. La concentrazione di sale nella soluzione determina la temperatura di ebollizione. Se la concentrazione è elevata, il punto di ebollizione sarà superiore all'intervallo (> 150 0 0C), mentre se la concentrazione è bassa, il punto di ebollizione sarà inferiore (0C). I vantaggi di questa proprietà sono questi possiamo stabilire velocemente la temperatura desiderata modificando il contenuto di sale, ovvero aggiungere sale se è necessario aumentare il punto di ebollizione, e così via.
Questa forma di rivestimento in ossido nero o finitura superficiale richiede tre strutture specializzate.
- Altoforno con soluzione salina alcalina per convertire gli ossidi di ferro in ferro liquido in superficie.
- Sistema di controllo della temperatura per mantenere il punto di ebollizione richiesto.
- Impianti di pulizia per rimuovere la polvere e gli attaccamenti sulla superficie durante tutto il processo
Soluzione bollente con parti da rivestire
Passaggi da seguire;
- Pulire le parti da rivestire utilizzando una soluzione acquosa alcalina.
- Pulire immediatamente con acqua distillata, poiché le soluzioni alcaline possono reagire con la superficie del materiale e degradare la finitura superficiale primaria
- Per neutralizzare la pulizia acida pulire nuovamente con acqua.
- Per 5-45 minuti, immergere i pezzi in una soluzione alcalina bollente.
- Pulire con acqua a pressione utilizzando un getto d'acqua e mettere da parte ad asciugare.
- Applicare cera, olio, lacca o altri materiali di rivestimento secondari alle finiture secondarie per migliorare la resistenza alla corrosione e l'aspetto estetico.
Finiture Ossido Nero Freddo
Come accennato in precedenza, la temperatura operativa è la principale differenza tra le finiture in ossido nero caldo e freddo. Tutti i procedimenti sono gli stessi tranne quello dell'annerimento a freddo delle superfici effettuato a temperatura ambiente.
Poiché l'ossido di ferro non può essere liquidato a temperatura ambiente sulla superficie, si deposita invece uno strato nero sulla superficie da rivestire. Pertanto utilizza un processo di deposizione standard che non prevede l'ossidazione del ferro. Invece, le parti del rivestimento superficiale vengono immerse in una soluzione di serbatoio di acido fosforico con un ragionevole grado di selenio, rame e composti.
Per eseguire la finitura superficiale con questo approccio, la soluzione viene creata nel serbatoio e ogni lotto di parti viene immerso in esso per 20-30 minuti. Tutte le altre operazioni di pulizia, asciugatura e rivestimento secondario di cera e olio sono le stesse delle finiture in ossido nero caldo.
Tabella: Caldo vs. Finiture Nero-ossido freddo
| Scenario | Finitura in ossido nero caldo | Finitura ossido nero freddo |
| Composto di rivestimento | Ossido di ferro, chiamato Magnetite (Fe3O4) | rame selenio e composti |
| Tempo dell'operazione | 5 a 45 minuti | 20 a 30 minuti |
| Funzionamento | 135 a 150 gradi Celsius | Temperatura ambiente (da 20 a 25 0C) |
| La durata | altro | meno |
| Precisione | Conferisce maggiore stabilità dimensionale rispetto alle finiture in ossido nero freddo | Ha meno stabilità dimensionale perché è un approccio di deposizione semplice |
| Costo | Inoltre, richiedeva molte strutture, riscaldamento, controllo della temperatura e altro. | Meno, richiede una soluzione di deposizione (acido fosforico) |
| Sicurezza operativa | Molta sicurezza e precauzioni dovute all'elevata temperatura operativa | Ottimo |
Applicazioni della finitura ossido nero
Parti con rivestimento in ossido di metallo provenienti da vari settori
Le finiture superficiali Black-Oxide sono utilizzate in vari campi produttivi che vanno dal militare e automobilistico ai dispositivi e attrezzature mediche.
- Linea militare: Componenti di armi come caricatori, paramani, bossoli, impugnature, pistole
- Medico: Tutti i tipi di apparecchiature in metallo e leghe che necessitano di una superficie a bassa riflettività
- L'hardware degli strumenti di produzione: Calibri, frese, elementi di fissaggio, cuscinetti, alberi e altro ancora
- Automotive: Contenitori del filtro dell'olio, viti, punti di saldatura e quasi tutte le parti sotto il blocco motore
- CONDUCIBILITA: Toglifili, forbici, taglierini e riduttori per orologi ed apparecchi elettrici come interruttori, quadri
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PRO e CONTRO della Finitura Ossida
Un rivestimento di ossido nero sui componenti e sui beni prodotti offre numerosi vantaggi in termini di sicurezza, longevità, funzionalità, levigatezza della superficie e aspetto estetico. Diamo una rapida occhiata a ciascuno di essi.
Prevenzione dalla corrosione
L'attuale industria manifatturiera fa molto affidamento sulle leghe ferrose, in particolare sull'acciaio. Lo strato di ossido nero sigilla la superficie della parte dall'aria e dall'umidità, riducendo la possibilità di formazione di ruggine, che è una causa significativa di degrado del prodotto. Grazie alla finitura superficiale in ossido nero, l'approccio può essere utilizzato anche per altri materiali comuni come rame e alluminio. Ha un enorme vantaggio nel mantenere la durabilità dei prodotti fabbricati.
Beneficio estetico
Offre alla superficie uno splendido e accattivante colore nero che durerà a lungo senza alcun compromesso dimensionale.
Riflessione inferiore
La maggior parte dei pezzi in metallo hanno un'elevata riflessione. Può essere un problema per coloro che lavorano nel settore delle radiazioni. Il rivestimento nero con ossidazione del ferro riduce significativamente la riflettività.
Vantaggio della saldabilità
La saldatura delle finiture in ossido nero sulle superfici dei pezzi ne migliora la saldabilità e facilita il montaggio.
La nitidezza della superficie
Alcuni prodotti manifatturieri, come trapani e cacciaviti, richiedono affilatura per funzionare correttamente e l'annerimento può contribuire a migliorare questa caratteristica.
Lubrificazione
Dopo che l'ossido nero si è asciugato sulla superficie, un rivestimento secondario di cera, olio e lubrificante semplifica le cose.
A basso costo
Esistono altri metodi precisi di finitura superficiale nelle industrie manifatturiere come la verniciatura a polvere, la galvanica e la verniciatura, ma il rivestimento in ossido nero ha un costo basso rispetto a questi approcci.
Coerenza dimensionale
I rivestimenti in ossido nero hanno uno spessore di micron, garantendo che lo spessore e la stabilità dimensionale non siano compromessi. Questo metodo cambia il colore della superficie senza aggiungere spessore.
Stabilità ambientale
L’utilizzo di una finitura in ossido nero sulla superficie delle parti e dei prodotti fabbricati previene la diffusione dell’idrogeno e i cambiamenti chimici, che influiscono sulle caratteristiche del materiale a causa di fattori ambientali. Fornisce inoltre protezione ambientale contro gli effetti ambientali.
CONS
- Il rivestimento in ossido nero potrebbe essere facilmente cancellato.
- Questo tipo di trattamento superficiale richiede molto lavoro perché prevede numerosi processi.
- La resistenza alla temperatura del rivestimento di ossido nero è bassa e può essere distrutta in condizioni calde, provocando una ruggine precoce sulla superficie. Inoltre, le finiture in ossido nero freddo possono essere influenzate oltre la temperatura ambiente.
Confronto con altri metodi di trattamento delle superfici
La tabella seguente confronta la finitura in ossido nero con altri approcci di trattamento superficiale basati su vari aspetti:
| Aspetti tecnici | Finitura ossido nero | Galvanotecnica | Powder Coating | Anodizzazione |
| Resistenza alla corrosione | Alto | Alto | Alto | Alto |
| Resistenza all'usura | Moderato | Alto | Alto | Alto |
| Lo spessore dello strato di rivestimento | Spesso | Medio | Spesso | Da sottile a medio |
| Costo | Basso | Alto | Alto | Alto |
| La durata | Moderato | Alto | Alto | Alto |
| Resistenza al calore | Moderato | Alto | Alto | Alto |
| Aspetto estetico | Nero opaco | Brillante | Vari colori | Vari colori |
Fattori da considerare nelle finiture in ossido nero
Tempi di protezione
Prima di applicare la protezione dall'ossido nero sulla superficie del prodotto, è necessario considerare la durata del rivestimento richiesta. Questa analisi ha aiutato a determinare se è opportuno utilizzare o meno una finitura superficiale in ossido nero. Se la longevità del prodotto è scarsa, potresti prendere in considerazione altre semplici opzioni, come il rivestimento con vernice. Ne vale la pena solo se il ciclo di vita del prodotto è più lungo.
Applicazione finale del prodotto
Considerare l'uso finale delle parti lavorate. Verranno utilizzati in applicazioni che richiedono alta precisione, come nel settore aerospaziale, della robotica o in applicazioni militari? Determina se vuoi utilizzare le finiture in ossido nero o meno dopo aver esaminato l'applicazione per l'uso finale. È possibile utilizzare processi alternativi di finitura superficiale e rivestimento se il prodotto finale non richiede un'elevata precisione.
Considerazioni ambientali
Gli articoli o le parti rivestiti di ossido nero possono resistere a una vasta gamma di condizioni ambientali. Ha una buona durata e funziona senza alcun danno quando è pronto all'uso.
Tuttavia, se il prodotto finale è destinato all’uso interno, potrebbe non essere conveniente o tecnologicamente fattibile. Inoltre,\ le condizioni operative e di utilizzo prevedono una temperatura elevata. In tal caso, potrebbe non essere vantaggioso perché il rivestimento di ossido nero potrebbe disintegrarsi in un breve periodo ad una temperatura di esercizio elevata. Pertanto è necessario considerare i fattori ambientali quando si utilizza questa tecnica per la finitura superficiale.
Conclusione
La finitura in ossido nero è la tecnologia più promettente per prevenire la corrosione e il degrado superficiale nei componenti e nei prodotti lavorati. Può anche sopravvivere più a lungo senza perdere le sue caratteristiche o funzionalità. Noi forniamo da tempo servizi di produzione sotto lo stesso tetto, dalla progettazione del prototipo alla finitura del prodotto, scopri di più sul nostro finitura superficiale servizio.
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DOMANDE FREQUENTI
Questo approccio funziona solo per i materiali ferrosi?
No, il rivestimento di ossido posteriore è stato utilizzato per molto tempo nella finitura superficiale di parti di produzione e prodotti realizzati con leghe ferrose e altri materiali come rame, alluminio, cadmio, zinco e altri materiali comuni.
È il modo migliore per prevenire la ruggine?
Sì, l'ossido nero rivestito resiste all'umidità e all'aria che reagiscono con la superficie e offre un'eccellente prevenzione contro la ruggine delle parti.
L'annerimento dura a lungo?
Senza alcun dubbio, il rivestimento dura per un periodo più lungo rispetto ad altri approcci di finitura superficiale come la galvanica e la verniciatura.