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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 resistencia a la corrosión leve, para la 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] La pulverización catódica con magnetrón de doble objetivo (DMS) se utiliza para preparar recubrimientos de óxido negro. [4] Una de sus ventajas sobre otros recubrimientos es su acumulación mínima. [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 a temperatura media que se describen a continuación. 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, también descrito 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 consiste en sumergir la pieza en varios tanques. Normalmente, la pieza se sumerge en transportadores automáticos de piezas para su transporte entre tanques. Estos tanques contienen, en orden, detergente alcalino , agua, hidróxido de sodio a 140,5 °C (284,9 °F) (el compuesto de ennegrecimiento) y, por último, el sellador, que suele ser aceite.
El NaOH (sosa cáustica) y la temperatura elevada hacen que se forme Fe3O4 ( óxido negro) en la superficie del metal en lugar de Fe2O3 ( 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 pieza calentada, que la sella al "hundirse" en ella. La combinación evita 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 la MIL-DTL-13924, que cubre cuatro clases de procesos para diferentes sustratos. Otras especificaciones incluyen AMS 2485, ASTM D769 e ISO 11408. [ cita requerida ]
El cloruro de hierro (III) (FeCl 3 ) también se puede utilizar para ennegrecer el acero sumergiendo una pieza de acero en un baño caliente con una solución de FeCl 3 al 50 % y luego en agua hirviendo. El proceso suele repetirse varias veces. [5] [ se necesita una 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 de temperatura media se ennegrece a una temperatura de 90 a 120 °C (194 a 248 °F), [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 vapores cáusticos. [ cita requerida ]
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 requerida ]
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). [6] 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 de la conversión de óxido, pero tiende a desgastarse fácilmente y ofrece menos resistencia a la abrasión. La aplicación de aceite, cera o laca lleva la resistencia a la corrosión a la par con la temperatura media y caliente. Las aplicaciones para el proceso de óxido negro frío incluyen el acabado arquitectónico y de herramientas en acero. También se lo conoce como pavonado en frío. [7]
El óxido negro de cobre , a veces conocido con el nombre comercial Ebonol C , convierte la superficie de cobre en óxido cúprico . Para que el proceso funcione, la superficie debe tener al menos un 65% de cobre; para superficies de cobre que tienen menos del 90% de cobre, primero debe tratarse previamente con un tratamiento activador. El revestimiento terminado 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 se puede volver brillante recubriéndola con un esmalte transparente de alto brillo. [8]
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 revestimiento se utiliza en la industria aeroespacial , la microscopía y otras aplicaciones ópticas para minimizar la reflexión de la luz. [8]
En las placas de circuito impreso (PCB), el uso de óxido negro proporciona una mejor adhesión para las capas laminadas de fibra de vidrio. [9] La 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 estadounidense aplicable es la MIL-F-495E. [10]
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 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. [ cita requerida ]
El ennegrecimiento a temperatura ambiente del acero inoxidable se produce por reacción autocatalítica de seleniuro de cobre que se deposita sobre la superficie del acero inoxidable. Ofrece una menor resistencia a la abrasión y la misma protección contra la corrosión que el proceso de ennegrecimiento en caliente. [ cita requerida ]
El óxido negro de zinc también se conoce con el nombre comercial Ebonol Z. [ 11]