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1 防锈磷化工艺1 X$ e, X. |2 X. S( `7 B
磷化工艺的早期应用是防锈,钢铁件经磷化处理形成一层磷化膜,起到防锈作用。经过磷化防锈处理的工件防锈期可达几个月甚至几年(对涂油工件而言),广泛用于工序间、运输、包装贮存及使用过程中的防锈,防锈磷化主要有铁系磷化、锌系磷化、锰系磷化三大品种。5 o0 ^2 V# D5 }8 }, z
铁系磷化的主体槽液成分是磷酸亚铁溶液,不含氧化类促进剂,并且有高游离酸度。这种铁系磷化处理温度高于95℃,处理时间长达30min以上,磷化膜重大于10g/m2,并且有除锈和磷化双重功能。这种高温铁系磷化由于磷化速度太慢,现在应用很少。( H% H! ~* l" O
锰系磷化用作防锈磷化具有最佳性能,磷化膜微观结构呈颗粒密堆集状,是应用最为广泛的防锈磷化。加与不加促进剂均可,如果加入硝酸盐或硝基胍促进剂可加快磷化成膜速度。通常处理温度80~100℃,处理时间10~20min,膜重在7.5克/m2以上。! X! j0 R' ?8 d1 w
锌系磷化也是广泛应用的一种防锈磷化,通常采用硝酸盐作为促进剂,处理温度80~90℃,处理时间10~15min,磷化膜重大于7.5g/m2,磷化膜微观结构一般是针片紧密堆集型。0 C' ]; O, c! \7 E
防锈磷化一般工艺流程:
# d1 E4 B- z" D2 Q( ~% x除油除锈——水清洗——表面调整活化——磷化——水清洗——铬酸盐处理——烘干——涂油脂或染色处理( ^+ n9 w5 z$ X5 |+ l' z! @* J
通过强碱强酸处理过的工件会导致磷化膜粗化现象,采用表面调整活化可细化晶粒。锌系磷化可采用草酸、胶体钛表调。锰系磷化可采用不溶性磷酸锰悬浮液活化。铁系磷化一般不需要调整活化处理。磷化后的工件经铬酸盐封闭可大幅度提高防锈性,如再经过涂油或染色处理可将防锈性提高几位甚至几十倍,见表1。/ G, x1 R! B# ~& L9 s* V) B9 B
表1 磷化膜与涂油复合对耐蚀性的影响
6 J, T& m2 I8 Z, l- L8 j/ D材料 出现锈蚀时间(h)(盐雾ASTM B117-64)
?, e$ Y+ L( T( o: O. F/ K裸钢 0.5
. Y4 v+ _ r& |# s: O钢+涂油 15.0* C8 m, z. M7 m, }
钢+16g/m2锌磷化 4.0$ R+ n4 H7 I- H
钢+锌磷化+涂油 550.0% R: S4 K2 G% q' K) N0 }0 B+ R" n
摘自 Freeman D B.Phosphating and Metal Pretreatment Woodhead-Faukner,1986.
! x4 `& r. h$ r2 耐磨减摩润滑磷化工艺1 u; E a8 _* g6 c
对于发动机活塞环、齿轮、制冷压缩机一类工件,它不仅承受一次载荷,而且还有运动摩擦,要求工件能减摩、耐摩。锰系磷化膜具有较高的硬度和热稳定性,能耐磨损,磷化膜具有较好的减摩润滑作用。因此,广泛应用于活塞环,轴承支座,压缩机等零部件。这类耐磨减摩磷化处理温度70~100℃,处理时间10~20min,磷化膜重大于7.5g/m2。1 v; m5 s1 ?/ e$ e7 X
在冷加工行业如:接管、拉丝、挤压、深拉延等工序,要求磷化膜提供减摩润滑性能,一般采用锌系磷化,一是锌系磷化膜皂化后形成润滑性很好的硬脂酸锌层,二是锌系磷化操作温度比较低,可在40、60或90℃条件下进行磷化处理,磷化时间4~10min,有时甚至几十秒钟即可,磷化膜重量要求≥3g/m2便可。工艺流程是:2 E3 T$ V* g. A) ?# E
耐磨减摩磷化 减摩润滑磷化(冷加工)
+ d2 N+ x9 h5 O4 a3 p/ }! \- l除油除锈 除油除锈
$ _3 @! g* l2 d1 G7 v Q% K水清洗 水清洗
/ S c( N0 h, i; u8 n2 R锰系磷化 锌系磷化& u; O7 b1 J5 `& x0 x
水清洗 水清洗
1 Y, S/ ]7 [1 C# E2 o1 z6 y6 i& p干燥 皂化(硬脂酸钠)
) `9 N! N# M5 ^0 i8 h1 _涂润滑油脂 干燥
0 @. X: U* ~4 |% t0 o3 漆前磷化工艺( I) j+ a8 m O+ [0 h% {1 u w
涂装底漆前的磷化处理,将提高漆膜与基体金属的附着力,提高整个涂层系统的耐腐蚀能力;提供工序间保护以免形成二次生锈。因此漆前磷化的首要问题是磷化膜必须与底漆有优良的配套性,而磷化膜本身的防锈性是次要的,磷化膜细致密实、膜薄。当磷化膜粗厚时,会对漆膜的综合性能产生负效应。磷化体系与工艺的选定主要由:工件材质、油锈程度、几何形状;磷化与涂漆的时间间隔;底漆品种和施工方式以及相关场地设备条件决定。
+ a" E! L4 q5 @1 G" M9 o一般来说,低碳钢较高碳钢容易进行磷化处理,磷化成膜性能好些。对于有锈(氧化皮)工件必须经过酸洗工序,而酸洗后的工件将给磷化带来很多麻烦,如工序间生锈泛黄,残留酸液的清除,磷化膜出现粗化等。酸洗后的工件在进行锌系、锌锰系磷化前一般要进行表面调整处理。
4 ^( T$ F1 u" x! V在间歇式的生产场合,由于受条件限制,磷化工件必须存放一段时间后才能涂漆,因此要求磷化膜本身具有较好的防锈性。如果存放期在10天以上,一般应采用中温磷化,如中温锌系、中温锌锰系、中温锌钙系等,磷化膜的厚度最好应在2.04 o7 ^; m1 q6 D H1 O
~4.5g/m2之间。磷化后的工件应立即烘干,不宜自然凉干,以免在夹缝、焊接处形成锈蚀。如果存放期只有3~5天,可用低温锌系、轻铁系磷化,烘干效果会好于自然凉干。2 e/ Z% x( V. F
3.1 单室喷淋磷化工艺1 k1 t3 L v2 E1 w
整个前处理工艺只有一个喷室,在喷室的下面有多个贮液槽体,不同的处理液喷淋工件后流回各自的槽体中。例如首先喷淋脱脂液,待脱脂液流回脱脂槽后,关闭阀门;然后喷淋水洗,水洗完成后关闭水洗阀门;下一步再喷淋磷化液,这种单室处理方法可实行如下几种工艺流程:: p$ F8 u8 O' @& J/ u
脱脂——磷化“二合一”(轻铁系)——水清洗——(铬封闭)——出件。6 Z5 b( [5 k8 G9 G3 F! Z* v
脱脂——水清洗——磷化——水清洗——(铬封闭)——出件
2 x3 d; G! u# w* v3 ^% P- l脱脂——水清洗——表面调整——磷化——水清洗——(铬封闭)——出件
4 D( s2 L* G9 m. V) _' r( J0 S# g: \这种磷化工艺一般不提倡安排酸洗工序,以免造成设备腐蚀或产生工序间锈蚀。单室工艺设备少占用场地小,简便易行,但浪费较大,仅适合于批量少的间歇式生产场合。与此相似的另一种方法,采用外围小容量罐体盛处理液,通过泵与管道抽液后与热水混合后喷淋在工件上达到脱脂、磷化效果,喷淋后药液不回收,这种方法更简单,但浪费更大。
3 v9 X. A1 Z H: C1 @3.2多室“标准”工位磷化工艺:+ E1 f; _# @* A
①预脱脂 50~70℃ 1~2min2 e: {2 w% k R( `
②脱脂 50~70℃ 2~4min
. P- S4 L/ \: d③水清洗1~2道 常温 0.5~1.0min
1 l0 \+ {, j3 J' D* y④表面调整 常温 0.5~1.0min' j5 ?; O( z, D- F
⑤磷化 35~60℃ 2~6min
0 M" V. C3 o% o* N1 s, E# A# D⑥水清洗<2道 常温 0.5~1.0min! H4 Y! _5 c a& {: G
⑦去离子水洗 常温 0.5~1.0min 6 S, r; k W" ]
⑧铬酸盐处理 40~70℃ 0.5~1.0min
U$ M- o9 V. h! N' g/ Z⑨烘干 低于180℃
" J/ B3 h4 s* A2 a( G处理方式可采用全喷淋、全浸泡、喷淋-浸泡结合三种方式。对家用电器行业一般采用全喷淋方式,它效率高,整个前处理只需要十几分钟即可完成,节省场地设备。汽车行业流行采用喷淋-浸泡相结合的方式。* i1 O* i7 v6 [" x7 s
表面调整工序并非必须,表调剂加到脱脂槽内也可达到相同效果。磷化后的去离子水洗必不可少。磷化后的铬酸盐处理,可提高整个涂层系统的耐腐蚀性能(见表2),但由于铬的环境污染问题,因此应慎使用。
: j; [+ H+ b5 S f6 l9 F- _表2 铬酸盐处理对漆膜耐蚀性能影响
2 m4 S1 z! J- Q% N3 P/ S% N划痕3mm扩散时间(h)
$ S9 `$ P4 C+ r( C6 m(盐雾ASTMB117-64)
+ A8 ~4 W4 |3 C" E$ U& I去离子水洗 铬酸盐处理
0 I' \5 ~, O2 ~, W- k% D& U) J( m轻铁系 0.5 48 96
( j% M" k( n" ]9 y锌系 2.0 144 240( s: Q" @. u0 b
锌钙系 1.2 216 288
! _7 B* |4 m9 f; y( a! T2 f* }锌系 2.0 192 312
5 N1 v* l! c8 x6 G: O锌钙系 2.5 264 360! k, ^4 N& D( l2 K
* 数据来源与表1相同
! { W5 p( v* F, n1 {" K3.3 混合件磷化处理工艺(锈蚀工件)3 L+ [$ T6 d: N
①脱脂 40~70℃ 3~8min
3 [+ u! w; S& Q c# t②水清洗 常温 0.5~1.0min2 s L9 b3 d8 j' J& [
③酸洗 40~70℃ 3~8min; b) B5 S" w& n6 \" F0 N7 f! @* o; }
④水清洗 常温 0.5min
4 W. i) O% ?: l! i) P0 c, o⑤中和 常温 0.5~1.0min
( v3 K' @0 O9 q& U# g% S⑥表面调整 常温 0.5min
* h6 _3 a' ~* b* D⑦磷化 35~60℃ 3~10min- N4 O4 C2 o* Z' H. [
⑧水清洗 常温 0.5~1.0min% r) {1 f' P) E$ q% O
⑨脱离子水洗 常温 0.5~1.0min
& }) ^, J. h* s: X" Z' F⑩铬酸盐水洗 40~70℃ 0.5~1.0min o6 s+ S, O) j: ?2 Q8 q
⑾烘干 <180℃+ b, b# n3 d0 a5 |( |) E
除非有足够的理由,酸洗工序一般不采用喷淋处理方式,喷淋会带来设备腐蚀以及工件工序间生锈等一系列问题。其他各工序均可采用全喷淋或喷-浸相结合的施工方式。* l# _8 k# h, N( C/ E( M- x4 x
对于混合件(无锈工件、有锈、氧化皮工件同时混合处理),采用脱脂除锈“二合一”代替分步脱脂除锈的方法已经应用有几十年的历史,同样可获满意效果。对于酸洗和脱脂除锈“二合一”一般采用非挥发性的无机酸较适宜。 |
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