钢铁材料的磷化生产.pptx

紧固件制造技术讲座 钢铁材料的磷化生产 吴则豹一、概述： 钢件在含有磷酸盐的溶液中,经过一系列的化学和电化学的反应,表面上生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的过程称为钢的磷化。磷化后生成的膜的颜色随着钢材中碳含量不同而改变。低碳钢、中碳钢呈灰白色；高碳钢及渗碳产品呈黑色。由于这种膜有较多的细孔，经填充，浸油以及涂漆，它在大气中就具有了较好的抗腐蚀能力、润滑性能和良好的绝缘性能。（正常情况，击穿电压在250≈380V，经涂装处理后，击穿电压可在1000V）。膜的生成厚度一般在5-20um，且与钢件的结合牢固。 钢件经磷化处理，其机械性能及磁性保持不变。磷化的主要用途是：作防锈层；作油漆底层；作变压器及电机转子、定子硅钢片的绝缘层；材料拉拔和冷镦成型作减磨层；因此，它常用于汽车、船舶、机械、军事以及航天、航空等方面。冷加工润滑用磷化膜要求a 冷镦线材拉拔 单位面积上膜重1-10 g/m2；b 精密钢管拉拔 单位面积上膜重4-10 g/m2；c 钢铁件冷挤压成型 单位面积上膜重大于10 g/m2。二、化学成膜的原理： 磷酸二氢盐在磷化溶液中可以发生水解，使溶液中的铁、锌、锰离子增多。当钢铁零件放入溶液中，发生一系列的化学反应。这时硝酸盐起催化作用，加剧磷酸盐与零件间的作用，使磷酸二氢盐和正磷酸的浓度不断增加，达到饱和状时，铁、锌、锰离子便结晶析出而沉定在零件表面上。反应继续进行，结晶晶粒在零件表面上不断地长大，磷化膜生成。三、磷化分类 1、按磷化处理温度分类 （1）高温型 80—90℃处理时间为10-20分钟，形成磷化膜厚达10-30g/m2,溶液游离酸度与总酸度的比值为1：（7-8） 优点：膜抗蚀力强，结合力好。 缺点：加温时间长，溶液挥发量大，能耗大，磷化沉积多，游离酸度不稳定，结晶粗细不均匀，已较少应用。1、按磷化处理温度分类（2）中温型 50-75℃，处理时间5-15分钟，磷化膜厚度为1-7 g/m2，溶液游离酸度与总酸度的比值为1：（10-15） 优点：游离酸度稳定，易掌握，磷化时间短，生产效率高，耐蚀性与高温磷化膜基本相同，目前应用较多。 （3）低温型 30-50℃ 节省能源，使用方便。1、按磷化处理温度分类（4）常温型 10-40℃ 常（低）温磷化（除加氧化剂外，还加促进剂），时间10-40分钟，溶液游离酸度与总酸度比值为1：（20-30），膜厚为0.2-7 g/m2。 优点：不需加热，药品消耗少，溶液稳定。 缺点：处理时间长，溶液配制较繁。2、按磷化液成分分类 （1）锌系磷化 （2）锌钙系磷化 （3）铁系磷化 （4）锰系磷化 （5）复合磷化 磷化液由锌、铁、钙、镍、锰等元素组成。3、按磷化处理方法分类 （1）化学磷化 将工件浸入磷化液中，依靠化学反应来实现磷化，目前应用广泛。 （2）电化学磷化 在磷化液中，工件接正极，钢铁接负极进行磷化。4、按磷化膜质量分类 （1）重量级（厚膜磷化） 膜重7.5 g/m2以上。 （2）次重量级（中膜磷化）膜重4.6-7.5 g/m2。 （3）轻量级（薄膜磷化）膜重1.1-4.5 g/m2。 （4）次轻量级（特薄膜磷化）膜重0.2-1.0 g/m2。5、按施工方法分类 （1）浸渍磷化 适用于高、中、低温磷化 特点：设备简单，仅需加热槽和相应加热设备，最好用不锈钢或橡胶衬里的槽子，不锈钢加热管道应放在槽两侧。 （2）喷淋磷化 适用于中、低温磷化工艺，可处理大面积工件，如汽车、冰箱、洗衣机壳体。特点：处理时间短，成膜反应速度快，生产效率高，且这种方法获得的磷化膜结晶致密、均匀、膜薄、耐蚀性好。 （3）刷涂磷化 上述两种方法无法实施时，采用本法，在常温下操作，易涂刷，可除锈蚀，磷化后工件自然干燥，防锈性能好，但磷化效果不如前两种。四、磷化膜组成分类磷化液主要成份膜组成膜外观单位面积膜重/ g/m2锌系Zn(H2PO4)2 磷酸锌和磷酸锌铁浅灰→深灰 1-60 锌钙系Zn(H2PO4)2和 Ca (H2PO4)2 磷酸锌钙和磷酸锌铁浅灰→深灰1-15锰系 Mn(H2PO4)2 和Fe(H2PO4)2 磷酸锰铁灰→深灰1-60锰锌系 Mn(H2PO4)2 和Zn(H2PO4)2 磷酸锌、磷酸锰、磷酸铁混合物灰→深灰1-60铁系Fe(H2PO4)2 深灰色 5-10五、磷化工艺流程除油除锈→水洗→磷化→水洗→磷化后处理六、影响因素1、温度 温度愈高，磷化层愈厚，结晶愈粗大。 温度愈低，磷化层愈薄，结晶愈细。 但温度不宜过高，否则Fe2+ 易被氧化成Fe3+，加大沉淀物量，溶液不稳定。 2、游离酸度 游离酸度指游离的磷酸。其作用是促使铁的溶解，形成较多的晶核，使膜结晶致密。 游离酸度过高，则与铁作用加快，会大量析出氢，令界面层磷酸盐不易饱和，导致晶核形成困难，膜层结构疏松，多孔，耐蚀性下降，令磷化