黒色酸化物

黒色酸化物または黒化は、鉄鋼、ステンレス鋼、銅および銅系合金、亜鉛、粉末金属、銀はんだの化成コーティングです。^[1]軽度の耐食性を追加し、外観を改善し、光の反射を最小限に抑えるために使用されます。^[2]耐食性を最大限に高めるには、黒色酸化物に油またはワックスを含浸させる必要があります。^[3]黒色酸化物コーティングの準備には、 デュアルターゲットマグネトロンスパッタリング（DMS）が使用されます。^[4]他のコーティングに比べて優れている点の1つは、蓄積が最小限であることです。^[2]

標準的な黒色酸化物は磁鉄鉱(Fe ₃ O ₄ ) で、表面の機械的安定性が高く、赤色酸化物 (錆) Fe ₂ O ₃よりも優れた耐腐食性があります。黒色酸化物を形成する現代の工業的アプローチには、以下で説明する高温および中温プロセスが含まれます。伝統的な方法については、ブルーイングに関する記事で説明しています。これらは歴史的に興味深いものであり、趣味人がほとんど機器を使用せず、有毒な化学物質を使用せずに黒色酸化物を安全に形成するのにも役立ちます。

以下でも説明する低温酸化物は、化成コーティングではありません。低温プロセスでは鉄は酸化されず、銅セレン化合物が堆積されます。

水酸化ナトリウム（NaOH）、硝酸ナトリウム（Na N O）などの硝酸塩の温浴
₃）、および/または亜硝酸ナトリウム（NaNO ₂）^[3]などの亜硝酸塩を141℃（286°F）で使用して、材料の表面を磁鉄鉱（Fe ₃ O ₄）に変換します。水は定期的に浴槽に追加する必要がありますが、蒸気爆発を防ぐための適切な制御が必要です。

高温黒化処理では、部品をさまざまなタンクに浸します。通常、ワークピースは自動部品搬送機でタンク間を移動して浸します。これらのタンクには、アルカリ性 洗剤、水、 140.5 °C (284.9 °F) の水酸化ナトリウム(黒化化合物)、そして最後にシーラント (通常は油) が順番に入っています。

NaOH (苛性ソーダ) と高温により、金属の表面に Fe ₂ O _{3 (赤色酸化物、錆) ではなく Fe 3} O ₄ (黒色酸化物) が形成されます。物理的には赤色酸化物よりも密度が高いものの、新鮮な黒色酸化物は多孔質であるため、加熱された部分に後処理として油を塗布すると、油が「沈み込む」ことで密封されます。この組み合わせにより、ワークピースの腐食が防止されます。黒化には、次のような多くの利点があります。

• 黒化処理は大量に行うことができ、小さな部品に最適です。
• 寸法に大きな影響はありません。黒化処理により、約 1 μmの厚さの層が作成されます。 
• 塗装や電気メッキなどの同様の腐食防止システムよりもはるかに安価です。

高温黒色酸化物に関する最も古く、最も広く使用されている仕様は MIL-DTL-13924 であり、異なる基板に対する 4 つのクラスのプロセスをカバーしています。代替仕様には、AMS 2485、ASTM D769、および ISO 11408 があります。^{[引用が必要]}

塩化鉄(III) (FeCl ₃ ) は、鋼片を 50% FeCl ₃溶液の熱浴に浸し、その後熱い沸騰水に浸すことで鋼の黒化にも使用できます。このプロセスは通常、数回繰り返されます。^{[5] [非一次ソースが必要]}

高温黒色酸化物と同様に、中温黒色酸化物は金属の表面を磁鉄鉱（Fe ₃ O ₄）に変換します。しかし、中温黒色酸化物は90〜120 °C（194〜248 °F）の温度で黒くなり、^[6]高温黒色酸化物よりも大幅に低くなります。これは溶液の沸点よりも低いため、苛性ガスが発生しないという利点があります。^{[引用が必要]}

中温黒色酸化物は高温黒色酸化物に最も類似しているため、軍事仕様MIL-DTL-13924 および AMS 2485 にも適合します。^{[引用が必要]}

常温黒色酸化皮膜としても知られる冷黒色酸化皮膜は、20～30℃（68～86℉）の温度で塗布される。^[6]これは酸化物変換コーティングではなく、堆積したセレン化銅（Cu ₂ Se）化合物である。冷黒色酸化皮膜は、社内での黒化に便利である。このコーティングは酸化物変換で生成される色に似た色を生成するが、簡単に擦り落ち、耐摩耗性は劣る傾向がある。油、ワックス、またはラッカーを塗布すると、耐腐食性が高温および中温と同等になる。冷黒色酸化皮膜処理の用途には、鋼の工具および建築仕上げが含まれる。冷間ブルーイングとしても知られている。^[7]

銅用黒色酸化物は、商品名 エボノールCとしても知られ、銅の表面を酸化第二銅に変換する。この処理が機能するには、表面の銅含有量が少なくとも65%でなければならない。銅含有量が90%未満の銅表面の場合は、まず活性化処理で前処理する必要がある。完成したコーティングは化学的に安定しており、密着性が非常に高い。400°F（204°C）まで安定しているが、この温度を超えるとベース銅の酸化によりコーティングが劣化する。耐腐食性を高めるために、表面に油を塗ったり、ラッカーを塗ったり、ワックスを塗ったりすることがある。また、塗装やエナメル加工の前処理としても使用される。表面仕上げは通常はサテン仕上げだが、透明で光沢のあるエナメルを塗ることで光沢を出すことができる。^[8]

顕微鏡レベルでは、表面仕上げに樹枝状結晶が形成され、光を閉じ込めて吸収率を高めます。この特性により、このコーティングは航空宇宙、顕微鏡、その他の光学用途で光の反射を最小限に抑えるために使用されます。^[8]

プリント基板（PCB）では、黒色酸化物を使用すると、グラスファイバーラミネート層の接着性が向上します。^{[9] PCBは、水酸化物、}次亜塩素酸塩、銅酸塩を含む浴に浸され、3つの成分がすべて枯渇します。これは、黒色の銅酸化物が部分的には銅酸塩から、部分的にはPCBの銅回路から来ていることを示しています。顕微鏡検査では、銅（I）酸化物層は見当たりません。

適用される米国軍事規格はMIL-F-495Eである。^[10]

ステンレス鋼用の高温黒色酸化剤は、苛性塩、酸化剤、硫黄塩の混合物です。300 および 400 シリーズ、および析出硬化型 17-4 PH ステンレス鋼合金を黒くします。この溶液は鋳鉄および軟質低炭素鋼に使用できます。この仕上げは軍事仕様 MIL-DTL–13924D クラス 4 に準拠しており、耐摩耗性があります。黒色酸化剤仕上げは、光が強い環境での手術器具に使用され、目の疲労を軽減します。^{[引用が必要]}

ステンレス鋼の常温黒化は、ステンレス鋼の表面に沈着したセレン化銅の自己触媒反応によって起こります。耐摩耗性は劣りますが、耐腐食性は高温黒化処理と同じです。^[要出典]

亜鉛用黒色酸化物は、エボノールZという商品名でも知られています。^[11]

• 金属の化学着色
• 金属の電気化学的着色
• リン酸化成コーティング