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 soldadura de plata . [1] Se utiliza para agregar una resistencia leve a la corrosión, mejorar la apariencia y 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]
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 en caliente y de temperatura media que se describen a continuación. Los métodos tradicionales se describen en el artículo sobre pavonado . Son de interés histórico 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, sino que deposita un compuesto de cobre y selenio.
Baños calientes de hidróxido de sodio (NaOH), nitratos como el nitrato de sodio ( Na N O
3), y/o nitritos como el nitrito de sodio (NaNO 2 ) [3] a 141 °C (286 °F) se utilizan 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 suele sumergirse mediante transportadores de piezas automatizados para su transporte entre tanques. Estos tanques contienen, en orden, detergente alcalino , agua, hidróxido de sodio a 140,5 °C (el compuesto ennegrecedor) y finalmente el sellador, que suele ser aceite.
El NaOH (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 como tratamiento posterior a la parte calentada, que la sella "hundiéndose" en ella. La combinación previene la corrosión de la pieza de trabajo. El ennegrecimiento tiene muchas ventajas, entre ellas:
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. [ cita necesaria ]
El cloruro de hierro (III) (FeCl 3 ) también se puede utilizar para ennegrecer el acero sumergiendo una pieza de acero en un baño caliente de una solución de FeCl 3 al 50% y luego en agua hirviendo. El proceso suele repetirse varias veces. [4] [ se necesita fuente no primaria ]
Al igual que 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 90 a 120 °C (194 a 248 °F), [5] 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 vapores cáusticos. [ cita necesaria ]
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. [ cita necesaria ]
El óxido negro frío, también conocido como óxido negro a temperatura ambiente, se aplica a una temperatura de 20 a 30 °C (68 a 86 °F). [5] No es un recubrimiento de conversión de óxido, sino más bien un compuesto de seleniuro de cobre (Cu 2 Se) depositado. El óxido negro frío 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 aumenta la resistencia a la corrosión a la par con las temperaturas altas y medias. Las aplicaciones del proceso de óxido negro en frío incluyen herramientas y acabados arquitectónicos en acero. También se le conoce como azulado frío. [6]
El óxido negro para cobre , a veces conocido con el nombre comercial Ebonol C , convierte la superficie del cobre en óxido cúprico . Para que el proceso funcione la superficie tiene que tener al menos un 65% de cobre; para superficies de cobre que tengan menos del 90% de cobre se debe pretratar 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 recubrimiento se degrada debido a la oxidación del cobre base. Para aumentar la resistencia a la corrosión, la superficie se puede aceitar, lacar o encerar . También se utiliza como pretratamiento para pintar o esmaltar . El acabado de la superficie suele ser satinado , pero se puede volver brillante recubriéndolo con un esmalte transparente de alto brillo. [7]
A escala microscópica, se forman dendritas en el acabado de la superficie, que atrapan la luz y aumentan la absortividad . Debido a esta propiedad, el recubrimiento se utiliza en la industria aeroespacial , microscopía y otras aplicaciones ópticas para minimizar el reflejo de la luz. [7]
En placas de circuito impreso (PCB), el uso de óxido negro proporciona una mejor adhesión a las capas del laminado de fibra de vidrio. [8] 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 en parte del cuprato y en parte del circuito de cobre de la PCB. Al examen microscópico no se observa ninguna capa de óxido de cobre(I).
Una especificación militar estadounidense aplicable es MIL-F-495E. [9]
El óxido negro caliente 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 suave 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. [ cita necesaria ]
El ennegrecimiento a temperatura ambiente del acero inoxidable se produce por una reacción autocatalítica del depósito de seleniuro de cobre en 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. [ cita necesaria ]
El óxido negro de zinc también se conoce con el nombre comercial de Ebonol Z. [10]