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機床零件磷化處理的研究
發表時間:2009-04-28 08:34:24; 來源:
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磷化處理就是將金屬浸在由磷酸、磷酸鹽和其他成分組成的磷化液中，經過化學作用而在金屬表面生成一種不溶性的磷酸鹽層，俗稱磷化膜。磷化膜主要由磷酸鐵、鋅、錳、鈣等的鹽組成，厚度一般在5～20μm，顏色一般由暗灰到黑灰色，它與基體結合牢固，具有良好的潤滑肚、耐蝕性及較高的電絕緣性等。磷化膜主要用作涂料的底層、金屬冷加工時的潤滑層、金屬表面保護層以及用作電機硅鋼片的絕緣處理等。磷化處理所需設備簡單，操作方便，成本低，生產效率高，被廣泛地應用于汽車、船舶、航空航天、機械制造及家電等工業生產中。
隨著科技的發展，機床行業在追求機床內在質量的同時，也開始追求機床的外在質量，機床的外觀質量和防腐性能得到了普遍的重視。為了更大地提高機床的防銹涂裝質量，磷化處理已被廣泛地應用于機床制造的各個環節中。本文將從磷化處理的應用現狀、磷化膜的質量影響因素、常見問題的改進措施以及發展的方向等4個方面對機床行業的磷化處理加以探討。
一、機床行業磷化工藝的現狀
磷化是大幅度提高金屬表面涂層耐腐蝕性能的一個簡單可靠、費用低廉、操作方便的工藝方法。近年來，此方法已被廣泛應用于饑床制造巾的防銹、耐磨減摩、冷變形加工潤滑和涂漆前打底等各個環節。
1．磷化工藝的分類及特點
機床表面磷化工藝按處理溫度的高低分為高溫、中溫、低溫和常溫4類。高溫磷化(90～98℃)速度快，膜耐蝕，結合力、硬度及耐熱性均高，但膜層的揮發性大，成分變化快，結晶不均勻，易形成夾雜；中溫磷化(50～70℃)膜均勻，磷化速度較快；低溫磷化(25～35℃)無需加熱，節省能源，成本低，溶液穩定，膜耐蝕性及耐熱性好，但生產效率低；常溫磷化(15～35℃)節約能源，一次性投資少，溶液穩定性好。由于常溫、低溫磷化工藝具有低能耗、低污染和速度快等優點，目前應用較為廣泛。
2．磷化工藝的設計和確定
(1)除油除銹 除油除銹好壞直接影響磷化膜質量。除油要求脫脂劑應具有強脫脂能力和極低的泡沫性；脫脂要嚴格控制脫脂的溫度(40～50℃)、濃度(3％～5％)和脫脂時間(工件表面被水濕潤為止)；除銹以鹽酸為宜，通常采用25％稀鹽酸。低濃度鹽酸揮發速度慢、酸霧少，對操作環境有利，而過高濃度鹽酸會形成過腐蝕。為了防止酸洗后的工件泛黃，鹽酸濃度也不宜過低，工件水洗后放置時問也不宜過長。另外，酸洗液中應加人適量的除銹加速劑和緩蝕劑，能提高除銹速度，并減緩酸對金屬基體的侵蝕。
(2)優選磷化液磷化膜的質量優劣主要表現在晶體粗細和致密程度、表面有無沉淀物，以及膜厚等方面，它們的差異直接影響磷化膜的質量。近年來，磷化處理技術得到了迅猛的發展。目前普遍采用鐵系、鋅系、錳系及鋅鈣系磷酸鹽溶液進行磷化，其中以鋅鈣系性能最為優異。
(3)控制工藝參數 關鍵要控制磷化溫度(25～40qC)、時間(3～20min)、促進劑含量(3～5氣點)、總酸度(20～40點)和游離酸度(0.8～3點)。溫度太低則不能成膜或成膜速度慢，膜不完整，易泛黃；反之，膜粗大，耐蝕性低，同時槽液穩定性變差，沉渣增多。促進劑含量低，成膜慢，膜層泛黃；反之，沉渣明顯增多，膜層帶彩色。總酸度稍高，能加快磷化反應的進行，磷化膜薄而致密，但不宜過高，否則沉渣多，膜層掛灰。游離酸度低，有利于降低磷化溫度和沉渣量；反之，沉渣增多，甚至不成膜。
3．掌握槽液的調整方法
一般機床企業都具備化驗條件，測試手段較先進，嚴格槽液管理，做到磷化前檢測槽液總酸度、游離酸度和促進劑氣點等。也有的廠家憑經驗管理槽液，效果也不錯。此外，槽液要定期排渣和更新，如磷化槽每星期排渣一次，脫脂槽、表面調整槽每3～4個星期更新一次。
4．典型的磷化工藝
(1)脫脂(金屬脫脂劑，60～65℃，3～4 min)→熱水洗(80～90℃) →酸洗(HCl：H2O=1:1，除銹加速劑適量，5～6 min) →兩道水洗→表面調整(表面調整劑5g／L，1min) →磷化(常溫，冬天適當加溫，6min) →兩道水洗→烘干。
(2)脫脂(30～40℃，5～10min。) →水洗→酸洗(HCl：H2O=1：4，除銹加速劑適量，20～30min)水洗→表面調整→磷化(常溫，20～30min) →水洗→烘干。
(3)脫脂(60～70℃，3rain)一熱水洗(80～90℃) →表面凋整→磷化(30～40℃，l0～20mir-)→水洗→烘干(脫脂前手工除去局部浮銹，浸漬脫脂后手工擦洗補充除油)。
(4)脫脂表面調整“二合一”(40～50℃，5～10min) →水洗→酸洗(HCl：H2O=1：1，10min) →水洗→磷化(30～40℃，20～30min) →水洗→烘干。
第一種：工藝適宜油、銹較重的工件，工藝設計最佳，能獲得優質磷化膜。其優點：①負載容量大，生產效率高。②脫脂后熱水洗，工件表面清潔。③酸洗后兩道水洗能洗凈工件表面的殘酸及吸附的緩蝕劑，避免抑制磷化反應，造成磷化不均勻。④磷化后兩道水洗，能洗掉磷化膜上的殘留可溶性鹽，避免引起涂層的早期起泡和脫落。
第二種：工藝適宜油銹中等的工件，工藝控制得當，也能獲得較好的磷化膜。第三種工藝適宜有油無銹的工件，線上不設酸洗，很適合氣焊接件磷化。第四種工藝適宜油輕銹重的工件，但采用了脫脂表面調整“二合一”工藝，使磷化質量受到影響，膜層粗糙、泛黃、掛灰。 二、機床零件磷化常見的問題及改進措施 1．機床零件磷化常見缺陷及防止方法 (1)磷化膜結晶粗糙多孔產生原因：磷化槽液中游離酸度過高，磷化液中氧化劑量不足，槽液中亞鐵離子含量過高，零件表面有殘酸，發生過腐蝕。防止方法：降低槽液中游離酸的含量，增加氧化劑比例，加雙氧水進行調整，加強中和及水洗，控制酸洗濃度和時間。 (2)表面粘附白色粉狀沉淀產生原因：槽液中游離酸度低，游離磷酸量少，含鐵離子少，零件表面氧化物未除凈，溶液中氧化劑過量，總酸度過高，槽內沉淀物過多。防止方法：補充磷酸二氫鋅，在特殊情況下可加磷酸調整游離酸度，磷化溶液中應留一定量的沉淀物，使新配槽液與老槽液混合使用；加強酸洗，充分進行水洗；停加氧化劑，調整酸的比值；清除過多的沉淀物。 (3)磷化膜不均勻、發花或有斑點產生原因：除油不干凈，槽液溫度過低，表面鈍化，游離酸度和總酸度的比例失調。防止方法：加強除油清洗，適當提高槽液溫度，加強酸洗，將酸比調整到工藝規定范圍。 (4)磷化膜的耐腐蝕性差和生銹產生原因：磷化膜晶粒過粗或過細，游離酸含量過高，表面過腐蝕，溶液中磷酸鹽含量不足，表面有殘酸。防止方法：調整游離酸度與總酸度的比例；降低游離酸含量，可加氧化鋅或氫氧化鋅；控制酸洗過程；補充磷酸二氫鹽；加強中和與水洗過程。 2．生產實際中存在的問題 (1)輔助設備不配套 輔助設備不配套主要表現在：①磷化缺少烘干設備，個別廠工件磷化后白干，造成磷化膜含結晶水、孔隙率高、耐蝕性低。②沉渣無過濾裝置，一般來說，缺少沉渣過濾裝置不會明顯影響磷化膜質量，而個別磷化線采用壓縮空氣來攪拌脫脂液、表面調整液及磷化液，力求加速反應，這是有利的一面，但不利于磷化渣沉積槽底，懸浮的沉渣吸附在磷化膜表而，膜層掛灰嚴重。如果配備一套連續過濾機，不僅能提高磷化成膜速度，而且膜層質量將大大改善。 (2)操作工藝不嚴格筆者發現有的操作者執行工藝不嚴，為了提高生產速度，任意簡化操作工序，脫脂后省去水洗直接表面調整。他們認為這樣有利于升高表面調整液的溫度，促進表面調整的作用，卻忽視了油污不斷被帶入表面調整液中的危害，相反會縮短表面調整液的使用壽命，最終影響表面調整的效果。 (3)槽液管理不善 槽液管理不善表現在槽液亂投料、誤投料時有發生，如將除銹加速劑誤投磷化槽，造成磷化不上，工件表面全部泛黃，槽液處理困難，影響槽液正常運行。 3．改進的措施 (1)優化工藝設計工藝設計的好壞與磷化質量密切相關。機床企業往往受客觀條件的限制，難以滿足工藝設計要求，如何因地制宜優化工藝設計，也是設計者研究的課題之一。生產中一旦發現工藝設計不合理的地方，要盡可能在原設計基礎上調整工藝流程，盡量滿足生產要求。 (2)提高工藝管理水平工藝設計固然重要，但也不可忽視工藝管理。實踐表明，在同等條件下(磷化工藝和磷化劑均相同)，不同的工藝管理卻獲得不同的磷化效果。工藝管理水平高，不僅磷化質量好，而且能耗低，成本低；反之，質量差、成本高。 (3)改善磷化膜與涂料的配套性磷化膜與涂料的配套性已成為人們十分關注的問題，隨著涂裝技術的發展，對磷化處理與涂料的配套性提出了更高的要求。而以往人們過多地強調磷化膜本身的耐腐性，而忽視了磷化膜與涂料的配套性。實際上磷化膜本身在整個涂料體系中并不單獨承擔多大的耐腐蝕作用，關鍵是磷化膜與涂料的配套性要好，這對電泳涂裝尤為重要。因此，改善磷化膜與陰極電泳涂料的配套性已成為機床企業研究的新課題。 三、機床行業磷化處理的發展方向 近年來，機床制造業得到了迅猛的發展，各機床制造商越來越重視機床的外觀防銹質量，磷化技術也得到了極大的發展。 (1)磷化溫度由高溫向中低溫、常溫發展。一般情況下，高溫磷化工藝形成的磷化膜結晶粗大、膜厚，磷化中產生的沉渣很多，消耗的熱能大，掛灰嚴重。中溫、低溫、常溫磷化形成的磷化膜均勻致密、膜薄，能耗低，物料消耗小。 (2)磷化工藝向簡單化發展。有的磷化產品可直接刷涂，如“四合一”、“三合一”等常溫磷化產品。有的簡化了工藝流程，將磷化、鈍化并為一道工序，而且產品的質量技術指標仍能達到，甚至有的指標超過了國家標準。 (3)磷化產品組分復雜化。這樣提高了磷化的質量，降低了磷化溫度，增加了磷化工作液的穩定性。 (4)減少污染，降低成本。重點解決磷化產品中的亞硝酸鹽、重金屬、磷酸鹽、高溫及酸霧給環境造成的污染，降低了為改善環境所付出的成本。 四、結語 綜上所述，機床零件磷化膜的質量的優劣不僅取決于磷化工藝的選擇和控制，而且取決于磷化工藝的管理。隨著科學技術進步，機床行業的磷化處理正朝著中低溫、低成本、低能耗、無污染，以及磷化膜均勻致密、膜薄且耐蝕性能好的方向發展。 |
