אב טיפוס דיוק חמצון שחור

תחמוצת שחורה או השחרה היא ציפוי המרה לחומרי ברזל, נירוסטה, נחושת וסגסוגות מבוססות נחושת, אבץ, אבקת מתכות והלחמת כסף.[1]הוא משמש להוספת עמידות קלה בפני קורוזיה, למראה ולמזעור החזרת האור.[2]כדי להשיג עמידות מקסימלית בפני קורוזיה יש להספיג את התחמוצת השחורה בשמן או בשעווה.[3]אחד היתרונות שלו על פני ציפויים אחרים הוא הצטברות מינימלית שלו.

1. חומר ברזל
תחמוצת שחורה סטנדרטית היא מגנטיט (Fe3O4), שהוא יציב יותר מבחינה מכנית על פני השטח ומספק הגנה טובה יותר מפני קורוזיה מאשר תחמוצת אדומה (חלודה) Fe2O3.גישות תעשייתיות מודרניות ליצירת תחמוצת שחורה כוללות את התהליכים החמים והבינוניים המתוארים להלן.התחמוצת יכולה להיווצר גם בתהליך אלקטרוליטי באנודיזציה.שיטות מסורתיות מתוארות במאמר על הכחול.הם מעניינים מבחינה היסטורית, והם גם שימושיים עבור חובבים ליצור תחמוצת שחורה בבטחה עם מעט ציוד וללא כימיקלים רעילים.

תחמוצת בטמפרטורה נמוכה, המתוארת גם להלן, אינה ציפוי המרה - תהליך הטמפרטורה הנמוכה אינו מחמצן את הברזל, אלא מפקיד תרכובת סלניום נחושת.

1.1 תחמוצת שחורה חמה
אמבטיות חמות של נתרן הידרוקסיד, חנקות וניטריטים ב-141 מעלות צלזיוס (286 מעלות פרנהייט) משמשות להמרת פני החומר למגנטיט (Fe3O4).יש להוסיף מים מעת לעת לאמבטיה, עם בקרה מתאימה כדי למנוע פיצוץ אדים.

השחרה חמה כוללת טבילת החלק לתוך מיכלים שונים.בדרך כלל "טובלים" את חומר העבודה על ידי מנשאי חלקים אוטומטיים להובלה בין טנקים.מיכלים אלה מכילים, לפי הסדר, חומר ניקוי אלקליין, מים, סודה קאוסטית ב-140.5 מעלות צלזיוס (284.9 מעלות פרנהייט) (התרכובת המשחרה), ולבסוף את חומר האיטום, שהוא בדרך כלל שמן.הסודה קאוסטית והטמפרטורה המוגברת גורמים להיווצרות Fe3O4 (תחמוצת שחורה) על פני המתכת במקום Fe2O3 (תחמוצת אדומה; חלודה).בעוד שהוא צפוף יותר מבחינה פיזית מתחמוצת אדומה, התחמוצת השחורה הטרייה היא נקבובית, ולכן נמרח שמן על החלק המחומם, אשר אוטם אותו על ידי "שקיעת" לתוכו.השילוב מונע קורוזיה של חומר העבודה.ישנם יתרונות רבים של השחרה, בעיקר:

השחרה יכולה להתבצע במנות גדולות (אידיאלי לחלקים קטנים).
אין השפעה ממדית משמעותית (תהליך ההשחרה יוצר שכבה בעובי של כ-1 מיקרומטר).
זה הרבה יותר זול ממערכות דומות להגנה מפני קורוזיה, כגון צבע וציפוי אלקטרו.
המפרט העתיק והנפוץ ביותר עבור תחמוצת שחורה חמה הוא MIL-DTL-13924, המכסה ארבע מחלקות של תהליכים עבור מצעים שונים.מפרטים חלופיים כוללים AMS 2485, ASTM D769 ו-ISO 11408.

זהו התהליך המשמש להשחרת חבלי תיל ליישומים תיאטרליים ואפקטים מעופפים.

1.2 תחמוצת שחורה בטמפרטורה בינונית
כמו תחמוצת שחורה חמה, תחמוצת שחורה בטמפרטורה בינונית ממירה את פני המתכת למגנטיט (Fe3O4).עם זאת, תחמוצת שחורה בטמפרטורה בינונית משחירה בטמפרטורה של 90-120 מעלות צלזיוס (194-248 מעלות פרנהייט), פחות משמעותית מתחמוצת שחורה חמה.זה יתרון מכיוון שהוא מתחת לנקודת הרתיחה של התמיסה, כלומר לא נוצרים אדים קאוסטיים.

מכיוון שתחמוצת שחורה בטמפרטורה בינונית דומה ביותר לתחמוצת שחורה חמה, היא גם יכולה לעמוד במפרט הצבאי MIL-DTL-13924, כמו גם AMS 2485.

1.3 תחמוצת שחורה קרה
תחמוצת שחורה קרה, הידועה גם בשם תחמוצת שחורה בטמפרטורת החדר, מיושמת בטמפרטורה של 20-30 מעלות צלזיוס (68-86 מעלות פרנהייט).זה לא ציפוי המרת תחמוצת, אלא תרכובת סלניום נחושת מושקעת.תחמוצת שחורה קרה מציעה פרודוקטיביות גבוהה יותר ונוחה להשחרה פנימית.ציפוי זה מייצר צבע דומה לזה שהמרת התחמוצת עושה, אך נוטה להתחכך בקלות ומציע פחות עמידות בפני שחיקה.היישום של שמן, שעווה או לכה מביא את עמידות הקורוזיה לרמה של הטמפרטורה החמה והאמצעית.יישום אחד לתהליך תחמוצת שחורה קרה יהיה בכלי עבודה וגימור אדריכלי על פלדה (פטינה לפלדה).זה ידוע גם בשם הכחול קר.

2. נחושת
רפלקצייה מרפרפת של תחמוצת cupric oxide.svg
תחמוצת שחורה לנחושת, הידועה לפעמים בשם המסחרי Ebonol C, הופכת את פני הנחושת לתחמוצת קופרית.כדי שהתהליך יעבוד על פני השטח להיות לפחות 65% נחושת;עבור משטחי נחושת שיש בהם פחות מ-90% נחושת, יש לטפל תחילה בטיפול מפעיל.הציפוי המוגמר יציב מבחינה כימית ודביק מאוד.זה יציב עד 400 מעלות צלזיוס (204 מעלות צלזיוס);מעל טמפרטורה זו הציפוי מתכלה עקב חמצון של הנחושת הבסיסית.כדי להגביר את העמידות בפני קורוזיה, המשטח עשוי להיות משומן, לכה או בשעווה.הוא משמש גם כטיפול מקדים לצביעה או אמייל.גימור פני השטח הוא בדרך כלל סאטן, אך ניתן להפוך אותו למבריק על ידי ציפוי באמייל שקוף מבריק.

בקנה מידה מיקרוסקופי נוצרים דנדריטים על פני השטח, אשר לוכדים אור ומגבירים את יכולת הספיגה.בגלל תכונה זו, הציפוי משמש בתעופה וחלל, מיקרוסקופיה ויישומים אופטיים אחרים כדי למזער את החזר האור.

במעגלים מודפסים (PCB), השימוש בתחמוצת שחורה מספק הידבקות טובה יותר לשכבות הלמינציה של פיברגלס.ה-PCB טובלים באמבט המכיל הידרוקסיד, היפוכלוריט וקופראט, שמתרוקן בכל שלושת המרכיבים.זה מצביע על כך שתחמוצת הנחושת השחורה מגיעה חלקית מהקופראט וחלקית ממעגלי הנחושת PCB.בבדיקה מיקרוסקופית, אין שכבת תחמוצת נחושת(I).

מפרט רלוונטי של צבא ארה"ב הוא MIL-F-495E.

3. נירוסטה
תחמוצת שחורה חמה לנירוסטה היא תערובת של מלחי קאוסטיים, מחמצנים וגופרית.הוא משחיר את סדרות 300 ו-400 ואת סגסוגות הנירוסטה 17-4 PH המוקשות במשקעים.ניתן להשתמש בפתרון על ברזל יצוק ופלדה עדינה דלת פחמן.הגימור המתקבל תואם למפרט הצבאי MIL-DTL–13924D Class 4 ומציע עמידות בפני שחיקה.גימור תחמוצת שחור משמש על מכשירים כירורגיים בסביבות עתירות אור כדי להפחית את עייפות העיניים.

השחרה בטמפרטורת החדר עבור נירוסטה מתרחשת על ידי תגובה אוטו-קטליטית של הפקדת נחושת-סלניד על משטח הנירוסטה.הוא מציע פחות עמידות בפני שחיקה ואותה הגנה מפני קורוזיה כמו תהליך ההשחרה החמה.יישום אחד להשחרה בטמפרטורת החדר הוא בגימורים אדריכליים (פטינה לנירוסטה).

4. אבץ
תחמוצת שחורה לאבץ ידועה גם בשם המסחרי Ebonol Z. מוצר נוסף הוא Ultra-Blak 460, המשחיר משטחים מצופים אבץ ומגלוונים ללא שימוש בכל יציקת כרום ואבץ.