El óxido negro o ennegrecimiento es un recubrimiento de conversión para materiales ferrosos, acero inoxidable, cobre y aleaciones a base de cobre, zinc , metales en polvo y soldaduras de plata . [1] Se utiliza para agregar una resistencia leve a la corrosión, por apariencia y para minimizar el reflejo de la luz. [2] Para lograr la máxima resistencia a la corrosión, el óxido negro debe impregnarse con aceite o cera. [3] Una de sus ventajas sobre otros recubrimientos es su mínima acumulación. [2]
Materiales ferrosos
Un óxido negro estándar es la magnetita (Fe 3 O 4 ), que es más estable mecánicamente en la superficie y proporciona una mejor protección contra la corrosión que el óxido rojo (óxido) Fe 2 O 3 . Los enfoques industriales modernos para formar óxido negro incluyen los procesos de temperatura media y caliente que se describen a continuación. El óxido también se puede formar mediante un proceso electrolítico de anodización . Los métodos tradicionales se describen en el artículo sobre pavonado . Son de interés históricamente y también son útiles para que los aficionados formen óxido negro de forma segura con poco equipo y sin productos químicos tóxicos.
El óxido de baja temperatura, que también se describe a continuación, no es un recubrimiento de conversión; el proceso de baja temperatura no oxida el hierro, pero deposita un compuesto de selenio de cobre.
Óxido negro caliente
Se utilizan baños calientes de hidróxido de sodio , nitratos y nitritos [3] a 141 ° C (286 ° F) [4] para convertir la superficie del material en magnetita (Fe 3 O 4 ). Se debe agregar agua periódicamente al baño, con los controles adecuados para evitar una explosión de vapor .
El ennegrecimiento en caliente implica sumergir la pieza en varios tanques. La pieza de trabajo generalmente se "sumerge" mediante transportadores de piezas automáticos para su transporte entre tanques. Estos tanques contienen, en orden, limpiador alcalino , agua, sosa cáustica a 140,5 ° C (284,9 ° F) (el compuesto ennegrecedor), y finalmente el sellador, que suele ser aceite . La sosa cáustica y la temperatura elevada hacen que se forme Fe 3 O 4 (óxido negro) en la superficie del metal en lugar de Fe 2 O 3 (óxido rojo; óxido). Si bien es físicamente más denso que el óxido rojo, el óxido negro fresco es poroso, por lo que luego se aplica aceite a la parte calentada, que la sella al "hundirse" en ella. La combinación evita la corrosión de la pieza de trabajo. Son muchas las ventajas del ennegrecimiento, principalmente:
- El ennegrecimiento se puede realizar en lotes grandes (ideal para piezas pequeñas).
- No hay un impacto dimensional significativo (el proceso de oscurecimiento crea una capa de aproximadamente 1 µm de espesor).
- Es mucho más barato que los sistemas de protección contra la corrosión similares, como pintura y galvanoplastia .
La especificación más antigua y más utilizada para el óxido negro caliente es MIL-DTL-13924, que cubre cuatro clases de procesos para diferentes sustratos. Las especificaciones alternativas incluyen AMS 2485, ASTM D769 e ISO 11408.
Este es el proceso utilizado para ennegrecer cables de acero para aplicaciones teatrales y efectos de vuelo.
Óxido negro de temperatura media
Como el óxido negro caliente, el óxido negro de temperatura media convierte la superficie del metal en magnetita (Fe 3 O 4 ). Sin embargo, el óxido negro a temperatura media se ennegrece a una temperatura de 200–245 ° F (93–118 ° C), [5] [6] significativamente menos que el óxido negro caliente. Esto es ventajoso porque está por debajo del punto de ebullición de la solución, lo que significa que no se producen humos cáusticos. [7]
Dado que el óxido negro de temperatura media es más comparable al óxido negro caliente, también puede cumplir con la especificación militar MIL-DTL-13924, así como con AMS 2485. [6]
Óxido negro frío
El óxido negro frío, también conocido como óxido negro a temperatura ambiente, se aplica a una temperatura de 18 a 29 ° C (65 a 85 ° F). [5] [6] No es un recubrimiento de conversión de óxido, sino un compuesto de selenio de cobre depositado. El óxido negro frío ofrece una mayor productividad y es conveniente para el ennegrecimiento interno. Este recubrimiento produce un color similar al que produce la conversión de óxido, pero tiende a borrarse fácilmente y ofrece menos resistencia a la abrasión. La aplicación de aceite, cera o laca eleva la resistencia a la corrosión a la par con el calor y la temperatura media. Una aplicación para el proceso de óxido negro frío sería en herramientas y acabados arquitectónicos en acero (pátina para acero). [8] También se conoce como azulado en frío.
Cobre
El óxido negro para cobre , a veces conocido por el nombre comercial Ebonol C , convierte la superficie del cobre en óxido cúprico . Para que el proceso funcione, la superficie debe tener al menos un 65% de cobre; para las superficies de cobre que tienen menos del 90% de cobre, primero debe tratarse previamente con un tratamiento activador. El revestimiento acabado es químicamente estable y muy adherente. Es estable hasta 400 ° F (204 ° C); por encima de esta temperatura, el revestimiento se degrada debido a la oxidación del cobre base. Para aumentar la resistencia a la corrosión, la superficie puede aceitarse, lacarse o encerarse . También se utiliza como pretratamiento para pintar o esmaltar . El acabado de la superficie suele ser satinado , pero puede volverse brillante cubriéndolo con un esmalte transparente de alto brillo. [9]
A escala microscópica se forman dendritas en el acabado de la superficie, que atrapan la luz y aumentan la capacidad de absorción . Debido a esta propiedad, el recubrimiento se utiliza en la industria aeroespacial , microscopía y otras aplicaciones ópticas para minimizar la reflexión de la luz. [9]
En las placas de circuito impreso (PCB), el uso de óxido negro proporciona una mejor adherencia para las capas de laminado de fibra de vidrio. [10] El PCB se sumerge en un baño que contiene hidróxido, hipoclorito y cuprato , que se agota en los tres componentes. Esto indica que el óxido de cobre negro proviene parcialmente del cuprato y parcialmente del circuito de cobre de la PCB. Bajo examen microscópico, no hay capa de óxido de cobre (I).
Una especificación militar de EE. UU. Aplicable es MIL-F-495E. [11]
Acero inoxidable
El óxido negro caliente [12] para acero inoxidable es una mezcla de sales cáusticas, oxidantes y de azufre. Ennegrece las series 300 y 400 y las aleaciones de acero inoxidable 17-4 PH endurecidas por precipitación. La solución se puede utilizar en hierro fundido y acero dulce con bajo contenido de carbono. El acabado resultante cumple con la especificación militar MIL-DTL-13924D Clase 4 y ofrece resistencia a la abrasión. El acabado de óxido negro se utiliza en instrumentos quirúrgicos en entornos con mucha luz para reducir la fatiga ocular.
El ennegrecimiento a temperatura ambiente [13] para el acero inoxidable se produce por una reacción autocatalítica de los depósitos de seleniuro de cobre sobre la superficie del acero inoxidable. Ofrece menos resistencia a la abrasión y la misma protección contra la corrosión que el proceso de ennegrecimiento en caliente. Una aplicación para el ennegrecimiento a temperatura ambiente son los acabados arquitectónicos (pátina para acero inoxidable).
Zinc
Óxido negro para el zinc es también conocido por el nombre comercial Ebonol Z . [14] Otro producto es Ultra-Blak 460, [15] que ennegrece superficies cincadas y galvanizadas sin utilizar cromo o zinc fundido a presión.
Referencias
- ↑ Black Oxide for Non-Ferrous Metals , archivado desde el original el 23 de enero de 2010 , consultado el 3 de septiembre de 2009
- ^ a b Oberg, Erik Oberg; E. Green, Robert (1996). Manual de maquinaria: un libro de referencia para el ingeniero mecánico, diseñador, ingeniero de fabricación, dibujante, fabricante de herramientas y maquinista (25ª ed.). Nueva York: Industrial Press. pag. 1444. ISBN 9780831125752.
- ^ a b Oberg, Erik Oberg; E. Green, Robert (1996). Manual de maquinaria: un libro de referencia para el ingeniero mecánico, diseñador, ingeniero de fabricación, dibujante, fabricante de herramientas y maquinista (25ª ed.). Nueva York: Industrial Press. pag. 1442. ISBN 9780831125752.
- ^ "Procesos de óxido negro - Preguntas frecuentes" . EPI.com . Productos electroquímicos. Archivado desde el original el 16 de noviembre de 2016 . Consultado el 15 de noviembre de 2016 .
- ^ a b "Guía de temperatura de óxido negro de Birchwood Technologies" . www.birchwoodtechnologies.com . Tecnologías de Birchwood . Consultado el 13 de octubre de 2020 .
- ^ a b c "Procesos de ennegrecimiento a temperatura media para acero - Óxido negro" . EPI.com . Productos electroquímicos. Archivado desde el original el 16 de noviembre de 2016 . Consultado el 15 de noviembre de 2016 .
- ^ "Procesos de óxido negro para varios metales" . EPI.com . Productos electroquímicos. Archivado desde el original el 16 de noviembre de 2016 . Consultado el 15 de noviembre de 2016 .
- ^ "Procesos de ennegrecimiento para acero - Óxido negro" . EPI.com . Productos electroquímicos. Archivado desde el original el 16 de noviembre de 2016 . Consultado el 15 de noviembre de 2016 .
- ^ a b Ebonol 'C', archivado desde el original el 1 de septiembre de 2009 , consultado el 4 de septiembre de 2009
- ^ "Óxido marrón vs. óxido negro, procesos de inmersión con estaño para PCB / PWB" . Archivado desde el original el 6 de julio de 2011.
- ^ "Acabado, químico, negro, para aleaciones de cobre" (PDF) . 30 de septiembre de 1988 . Consultado el 25 de septiembre de 2012 .[ enlace muerto permanente ]
- ^ "Procesos de ennegrecimiento en caliente para acero inoxidable - Óxido negro" . EPI.com . Productos electroquímicos. Archivado desde el original el 16 de noviembre de 2016 . Consultado el 15 de noviembre de 2016 .
- ^ "Procesos de ennegrecimiento a temperatura ambiente para acero inoxidable - Óxido negro" . EPI.com . Productos electroquímicos. Archivado desde el original el 16 de noviembre de 2016 . Consultado el 15 de noviembre de 2016 .
- ^ Enthone , Archivado desde el original en 2009-07-17 , recuperada 2009-09-04
- ^ "Procesos de ennegrecimiento de zinc - óxido negro" . EPI.com . Productos electroquímicos. Archivado desde el original el 16 de noviembre de 2016 . Consultado el 15 de noviembre de 2016 .