L'ossido nero o annerimento è un rivestimento di conversione per materiali ferrosi, acciaio inossidabile, rame e leghe a base di rame, zinco, metalli in polvere e saldatura all'argento.[1]Viene utilizzato per aggiungere una leggera resistenza alla corrosione, per l'aspetto e per ridurre al minimo il riflesso della luce.[2]Per ottenere la massima resistenza alla corrosione, l'ossido nero deve essere impregnato con olio o cera.[3]Uno dei suoi vantaggi rispetto ad altri rivestimenti è il minimo accumulo.
1. Materiale ferroso
Un ossido nero standard è la magnetite (Fe3O4), che è meccanicamente più stabile sulla superficie e fornisce una migliore protezione dalla corrosione rispetto all'ossido rosso (ruggine) Fe2O3.I moderni approcci industriali alla formazione dell'ossido nero includono i processi a caldo ea media temperatura descritti di seguito.L'ossido può anche essere formato mediante un processo elettrolitico nell'anodizzazione.I metodi tradizionali sono descritti nell'articolo sulla brunitura.Sono di interesse storico e sono anche utili per gli hobbisti per formare l'ossido nero in modo sicuro con poche attrezzature e senza sostanze chimiche tossiche.
L'ossido a bassa temperatura, anch'esso descritto di seguito, non è un rivestimento di conversione: il processo a bassa temperatura non ossida il ferro, ma deposita un composto di rame-selenio.
1.1 Ossido nero caldo
Bagni caldi di idrossido di sodio, nitrati e nitriti a 141 °C (286 °F) vengono utilizzati per convertire la superficie del materiale in magnetite (Fe3O4).L'acqua deve essere periodicamente aggiunta al bagno, con opportuni controlli per evitare un'esplosione di vapore.
L'annerimento a caldo comporta l'immersione della parte in vari serbatoi.Il pezzo viene solitamente "immerso" da portapezzi automatizzati per il trasporto tra i serbatoi.Questi serbatoi contengono, nell'ordine, il detergente alcalino, l'acqua, la soda caustica a 140,5 °C (284,9 °F) (il composto annerente) e infine il sigillante, che solitamente è olio.La soda caustica e la temperatura elevata provocano la formazione di Fe3O4 (ossido nero) sulla superficie del metallo invece di Fe2O3 (ossido rosso; ruggine).Mentre è fisicamente più denso dell'ossido rosso, l'ossido nero fresco è poroso, quindi l'olio viene quindi applicato alla parte riscaldata, che la sigilla "sprofondando" in essa.La combinazione previene la corrosione del pezzo.Ci sono molti vantaggi dell'annerimento, principalmente:
L'annerimento può essere eseguito in grandi lotti (ideale per piccole parti).
Non vi è alcun impatto dimensionale significativo (il processo di annerimento crea uno strato di circa 1 µm di spessore).
È molto più economico di simili sistemi di protezione dalla corrosione, come la verniciatura e la galvanica.
La specifica più antica e più utilizzata per l'ossido nero a caldo è MIL-DTL-13924, che copre quattro classi di processi per diversi substrati.Le specifiche alternative includono AMS 2485, ASTM D769 e ISO 11408.
Questo è il processo utilizzato per annerire le funi metalliche per applicazioni teatrali ed effetti di volo.
1.2 Ossido nero a media temperatura
Come l'ossido nero caldo, l'ossido nero a media temperatura converte la superficie del metallo in magnetite (Fe3O4).Tuttavia, l'ossido nero a media temperatura si annerisce a una temperatura di 90–120 ° C (194–248 ° F), significativamente inferiore all'ossido nero caldo.Questo è vantaggioso perché è al di sotto del punto di ebollizione della soluzione, il che significa che non vengono prodotti fumi caustici.
Poiché l'ossido nero a media temperatura è più paragonabile all'ossido nero caldo, può anche soddisfare la specifica militare MIL-DTL-13924, nonché AMS 2485.
1.3 Ossido nero freddo
L'ossido nero freddo, noto anche come ossido nero a temperatura ambiente, viene applicato a una temperatura di 20–30 ° C (68–86 ° F).Non è un rivestimento di conversione dell'ossido, ma piuttosto un composto di selenio di rame depositato.L'ossido nero freddo offre una maggiore produttività ed è conveniente per l'annerimento interno.Questo rivestimento produce un colore simile a quello della conversione dell'ossido, ma tende a sfregarsi facilmente e offre una minore resistenza all'abrasione.L'applicazione di olio, cera o lacca porta la resistenza alla corrosione alla pari con le temperature calde e medie.Un'applicazione per il processo di ossido nero freddo sarebbe nella lavorazione con utensili e nella finitura architettonica dell'acciaio (patina per l'acciaio).È anche noto come brunitura a freddo.
2. Rame
Riflettanza speculare di ossido rameico.svg
L'ossido nero per il rame, talvolta noto con il nome commerciale di Ebonol C, converte la superficie del rame in ossido rameico.Affinché il processo funzioni, la superficie deve contenere almeno il 65% di rame;per le superfici in rame che hanno meno del 90% di rame deve essere preventivamente pretrattato con un trattamento attivante.Il rivestimento finito è chimicamente stabile e molto aderente.È stabile fino a 400 °F (204 °C);al di sopra di questa temperatura il rivestimento degrada per ossidazione del rame di base.Per aumentare la resistenza alla corrosione, la superficie può essere oliata, laccata o cerata.Viene utilizzato anche come pretrattamento per la verniciatura o la smaltatura.La finitura superficiale è generalmente satinata, ma può essere resa lucida rivestendola con uno smalto trasparente ad alta brillantezza.
Su scala microscopica si formano dendriti sulla finitura superficiale, che intrappolano la luce e aumentano l'assorbimento.A causa di questa proprietà il rivestimento viene utilizzato nel settore aerospaziale, microscopia e altre applicazioni ottiche per ridurre al minimo la riflessione della luce.
Nei circuiti stampati (PCB), l'uso dell'ossido nero fornisce una migliore adesione per gli strati laminati in fibra di vetro.Il PCB viene immerso in un bagno contenente idrossido, ipoclorito e cuprato, che si esaurisce in tutti e tre i componenti.Ciò indica che l'ossido di rame nero proviene in parte dal cuprato e in parte dal circuito di rame del PCB.All'esame microscopico, non c'è strato di ossido di rame (I).
Una specifica militare statunitense applicabile è MIL-F-495E.
3. Acciaio inossidabile
L'ossido nero caldo per l'acciaio inossidabile è una miscela di sali caustici, ossidanti e di zolfo.Annerisce le serie 300 e 400 e le leghe di acciaio inossidabile 17-4 PH indurite per precipitazione.La soluzione può essere utilizzata su ghisa e acciaio dolce a basso tenore di carbonio.La finitura risultante è conforme alle specifiche militari MIL-DTL–13924D Classe 4 e offre resistenza all'abrasione.La finitura in ossido nero viene utilizzata su strumenti chirurgici in ambienti ad alta intensità di luce per ridurre l'affaticamento degli occhi.
L'annerimento a temperatura ambiente per l'acciaio inossidabile avviene per reazione autocatalitica del deposito di seleniuro di rame sulla superficie dell'acciaio inossidabile.Offre una minore resistenza all'abrasione e la stessa protezione dalla corrosione del processo di annerimento a caldo.Un'applicazione per l'annerimento a temperatura ambiente è nelle finiture architettoniche (patina per l'acciaio inossidabile).
4. Zinco
L'ossido nero per zinco è noto anche con il nome commerciale Ebonol Z. Un altro prodotto è Ultra-Blak 460, che annerisce le superfici zincate e zincate senza l'utilizzo di cromo e zinco pressofuso.
Tempo di pubblicazione: 23-nov-2021