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1 防锈磷化工艺
" Z$ y+ v( \ I3 Q4 c W1 W3 C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。
! @, ~1 c+ l1 A( j4 f7 i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。. u7 Z4 f8 N, u
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。' F1 i5 {' Q6 [* `9 w3 c
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。6 i0 H/ F% o" Z9 D
防锈磷化一般工艺流程:0 J" H6 s' X. J+ J! k4 e
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4 A# ?4 T" k# L( J2 z
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。
, D- M1 J1 @3 y! S) v3 n y表1 磷化膜与涂油复合对耐蚀性的影响
5 t1 }/ F' J5 t材料 出现锈蚀时间(h)(盐雾ASTM B117-64)
, H1 ~7 n/ T. g, ?裸钢 0.5/ P; u- G4 U' w
钢+涂油 15.05 x/ M& P( d/ P/ H) W6 g
钢+16g/m2锌磷化 4.0
* P& ~. o, j+ q( c" F9 p+ g. f钢+锌磷化+涂油 550.0
. [7 g" M4 l V& ^4 B+ Y摘自 Freeman D B.Phosphating and Metal Pretreatment Woodhead-Faukner,1986.! e: F/ A, W f
2 耐磨减摩润滑磷化工艺
; S8 {+ y9 Z: Y( m, e W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。! @9 {+ @: q3 q. S7 i5 E
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:) E: X; |* N7 c4 [% b
耐磨减摩磷化 减摩润滑磷化(冷加工)
$ V* F' d3 m" A+ Z/ X除油除锈 除油除锈- q$ r2 A- A& U) T s) y# h( h
水清洗 水清洗
h: H* Z/ c" _锰系磷化 锌系磷化" F- u( a- e1 @0 \
水清洗 水清洗
# w& H+ O+ H% f( Y1 |, q: t. x. A干燥 皂化(硬脂酸钠)
! p& O1 u6 F X+ r u涂润滑油脂 干燥7 o6 F+ `0 V5 Q( L
3 漆前磷化工艺. }+ O0 m% [, D# u
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。 g& g" H. X/ U' v6 S- l( ]. `
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。
; ]% o! n+ [' Z# O1 Q8 B! {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2.0
: v- N! Z! `' t. }) {8 v( i~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 n4 l& A) m, w: {- b- ~
3.1 单室喷淋磷化工艺7 H4 F( o( S7 w+ |4 w. ~1 `
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:$ l/ C3 b# N$ u6 l
脱脂——磷化“二合一”(轻铁系)——水清洗——(铬封闭)——出件。" Z- C* U' w/ r, f' \+ _
脱脂——水清洗——磷化——水清洗——(铬封闭)——出件" |; M, d; L- w, ^$ s
脱脂——水清洗——表面调整——磷化——水清洗——(铬封闭)——出件
, u7 w+ C0 f/ G! u( \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。
1 Z. Q1 Q7 R2 [; o1 `" k3.2多室“标准”工位磷化工艺:& ~8 ?2 T) v! S3 y9 G. O8 z
①预脱脂 50~70℃ 1~2min
/ F# C& G: \1 M: ^9 |( i. |% B②脱脂 50~70℃ 2~4min2 e+ A+ m4 m" @& o
③水清洗1~2道 常温 0.5~1.0min
. b8 t; h) W" ^& H. H④表面调整 常温 0.5~1.0min4 v/ N- W+ j" e# w' n
⑤磷化 35~60℃ 2~6min
" Y% i& Y+ T* c% H9 q⑥水清洗<2道 常温 0.5~1.0min0 h3 Y/ y2 i/ x5 B; h5 i5 b7 R' c
⑦去离子水洗 常温 0.5~1.0min
) X9 i) q- a! O⑧铬酸盐处理 40~70℃ 0.5~1.0min5 s8 ~% [, v/ r+ R
⑨烘干 低于180℃
( @" U, B. L: L9 o7 t9 v( |' U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。
0 O' U h3 e, b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。, K- | O# e: x; E, K4 {. ?" M
表2 铬酸盐处理对漆膜耐蚀性能影响. e/ z/ i5 `9 p6 h8 T. F& ]
划痕3mm扩散时间(h)
* \* Q- q+ @4 X4 Q(盐雾ASTMB117-64)
6 `4 V3 Z9 m- L1 z! l: x! M" e去离子水洗 铬酸盐处理
! m* N3 K P: d: \% W轻铁系 0.5 48 965 R6 j, L; }$ `% e. M
锌系 2.0 144 240& D# X8 p2 j( V9 @3 t# Q* H
锌钙系 1.2 216 288
; h6 F9 b% |/ q: o8 E锌系 2.0 192 3125 c3 `* H% x& z" L# M+ E+ k
锌钙系 2.5 264 3604 Z3 Q: q) l7 a
* 数据来源与表1相同0 `& {7 v. T8 r I
3.3 混合件磷化处理工艺(锈蚀工件)4 E& ]0 e- `1 d% l% E) `' Q7 A" c
①脱脂 40~70℃ 3~8min3 T+ Q- Q' I% U8 L
②水清洗 常温 0.5~1.0min
+ t w6 n1 [: o" @% Q③酸洗 40~70℃ 3~8min5 N' A, O2 {) T! C; L
④水清洗 常温 0.5min
# X% N0 x1 x* w) y7 @+ n⑤中和 常温 0.5~1.0min
$ F- j1 ~6 f+ j⑥表面调整 常温 0.5min. t* ~; x" v; [$ u' x# P
⑦磷化 35~60℃ 3~10min- l7 _5 v5 R' k4 b( @. m3 p
⑧水清洗 常温 0.5~1.0min6 x+ q* y+ S9 I8 v+ q+ @/ X- [
⑨脱离子水洗 常温 0.5~1.0min
& {9 W( X5 m) [⑩铬酸盐水洗 40~70℃ 0.5~1.0min" \7 }0 j$ |1 H* ]4 ]" }: H! z( H
⑾烘干 <180℃6 D( I$ `2 ^( ?6 f
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。
' T" ?2 E+ R9 N3 k3 K# A% 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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