高溫磷化處理工藝的優(yōu)化

巨根利

（陜西北方動(dòng)力有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721300）

高溫磷化處理工藝的優(yōu)化

巨根利

（陜西北方動(dòng)力有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721300）

某型柴油機(jī)鑄鐵缸體、強(qiáng)力螺栓、高溫螺栓和拉桿等零件表面須采用高溫磷化處理，以獲得耐蝕性、耐磨性、耐熱性、結(jié)合力及硬度均較高的磷化膜，從而提高柴油機(jī)的使用性能、期限和品質(zhì)。但高溫磷化存在高能耗造成的較高生產(chǎn)成本問題。本文對(duì)高溫磷化工藝進(jìn)行了優(yōu)化，以高效常溫脫脂劑取代傳統(tǒng)高溫化學(xué)除油工藝，取消了表調(diào)工序和5%鉻酸溶液填充工序，采用熱電偶自動(dòng)控制裝置、溢流水清洗技術(shù)和逆流漂洗技術(shù)，使單位面積磷化成本降低了30% ～ 40%。

柴油機(jī)零件；高溫磷化；工藝優(yōu)化；成本控制

1 前言

將鋼鐵零件在含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中進(jìn)行化學(xué)處理，使其表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護(hù)膜的方法稱為磷化處理(或稱磷酸鹽處理)。磷化處理的過程是一種化學(xué)和電化學(xué)過程。磷酸鹽處理方法有高溫、中溫和低溫(常溫)3種。中溫和低溫磷化形成的磷化膜較薄，達(dá)不到對(duì)在嚴(yán)酷環(huán)境下工作的柴油機(jī)零部件進(jìn)行防銹的指標(biāo)要求，且減摩性、耐熱性和結(jié)合力也差，而高溫磷化能獲得耐蝕性、耐磨性、耐熱性、結(jié)合力及硬度均較高的磷化膜，對(duì)于柴油機(jī)零件的非涂裝磷化極為適用，在某些方面(如“三防”要求)更具有不可替代性。高溫磷化工藝由于受較高生產(chǎn)成本的影響，目前其發(fā)展受到了一定的限制。筆者所在公司生產(chǎn)的某型柴油機(jī)中有數(shù)十種零件需要磷化處理，其中，柴油機(jī)鑄鐵缸體、強(qiáng)力螺栓、高溫螺栓和拉桿等零件表面采用高溫磷酸鹽處理，從而提高柴油機(jī)的使用性能、期限和品質(zhì)。本文根據(jù)市場(chǎng)需要，在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，按照磷化技術(shù)的低能耗、低污染、無毒和低成本的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)高溫磷化工藝過程進(jìn)行優(yōu)化，并采用新技術(shù)、新方法控制高溫磷化處理生產(chǎn)成本，為高溫磷化技術(shù)的可持續(xù)性發(fā)展做一些初步研究。

2 原磷化工藝介紹

2. 1 磷化液配方

以上化工材料均采用工業(yè)一級(jí)品。

2. 2 工藝特點(diǎn)

(1) 錳鋅系磷化，磷化溫度90 ～ 96 °C。

(2) 磷化液總酸度為40 ～ 60點(diǎn)，游離酸度為4 ～7點(diǎn)。溶液的游離酸度與總酸度比值為1∶(7 ～ 8)至1∶10。

(3) 磷化處理時(shí)間3 ～ 7 min(屬快速磷化)。

(4) 優(yōu)點(diǎn)：磷化膜的耐蝕性、結(jié)合力、耐熱性、減摩性和硬度都比較高，成膜速度快，磷化液成分簡(jiǎn)單，配槽成本低。缺點(diǎn)：磷化溶液加熱時(shí)間長(zhǎng)，成分變化快，易產(chǎn)生沉淀物。

(5) 磷化膜厚度一般為5 ～ 20 μm，外觀、防銹性能及其他功能性試驗(yàn)均通過磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜技術(shù)、質(zhì)量等相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2. 3 工藝流程及生產(chǎn)方式

原磷化工藝流程：化學(xué)除油(50 ～ 70 °C)─熱水洗(50 ～ 70 °C)─流動(dòng)水洗─腐蝕─流動(dòng)水洗─流動(dòng)水洗─表調(diào)處理(50 ～ 70 °C)─高溫磷化(90 ～ 96 °C)─熱水洗(50 ～ 70 °C)─流動(dòng)水洗─5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鉻酸溶液填充及燙干(60 ～ 80 °C)─壓縮空氣吹干─產(chǎn)品檢驗(yàn)─浸防銹油。

生產(chǎn)方式為手動(dòng)生產(chǎn)線、龍門式行車吊掛和浸漬法連續(xù)生產(chǎn)，加熱方式為電加熱。

3 優(yōu)化工藝方案

為了降低高溫磷化因高耗能所導(dǎo)致的較高生產(chǎn)成本，又能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，在多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)工藝方法進(jìn)行了改進(jìn)，通過優(yōu)化工藝流程、工藝過程及過程控制，進(jìn)行生產(chǎn)成本控制，具體方案如下。

3. 1 優(yōu)化工藝流程

化學(xué)除油(常溫，壓縮空氣攪拌)─二級(jí)逆流漂洗─腐蝕─二級(jí)逆流溢流漂洗─高溫磷化(90 ～ 96 °C)─二級(jí)逆流溢流漂洗─熱水清洗燙干(60 ～ 80 °C)─壓縮空氣吹干─產(chǎn)品檢驗(yàn)─浸防銹油。

3. 2 優(yōu)化工藝特點(diǎn)

(1) 采用高效常溫脫脂劑。依據(jù)當(dāng)前常溫除油技術(shù)的發(fā)展和節(jié)能的需要，取消了傳統(tǒng)高溫化學(xué)除油方法，采用了高效常溫脫脂劑用于產(chǎn)品除油，除油槽增加壓縮空氣攪拌裝置，除油時(shí)間由原來每槽20 min減少為5 ～ 10 min，生產(chǎn)率提高50%以上，極大地提高了產(chǎn)品的除油效果和生產(chǎn)效率。

(2) 取消表調(diào)工序。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇了較為理想的高溫磷化溶液配方，生產(chǎn)中控制好磷化溶液的成分及游離酸和總酸度比值，高溫磷化處理時(shí)溫度為90 ～ 96 °C，磷化反應(yīng)速度很快，一般為3 ～ 5 min，形成的磷化膜細(xì)致完整。通過對(duì)比磷化前進(jìn)行與未進(jìn)行表調(diào)處理的磷化膜顯微組織圖像，發(fā)現(xiàn)二者并無明顯區(qū)別，多批次產(chǎn)品的磷化膜質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)也支持這一點(diǎn)，從而說明高溫磷化前的表調(diào)對(duì)磷化膜組織結(jié)構(gòu)的影響并不明顯(然而表調(diào)對(duì)常溫和中溫磷化處理形成的磷化膜組織結(jié)構(gòu)影響較大)，因此，在此項(xiàng)工藝優(yōu)化中取消了表調(diào)工序。

(3) 取消 5%鉻酸溶液填充工序。由于 Cr(VI)對(duì)環(huán)境造成污染，因此，控制含鉻廢水的排放是環(huán)保的要求，取消鉻封閉填充處理工序是必要的，它不僅減少了廢水處理費(fèi)用，而且對(duì)防止二次污染及實(shí)施清潔生產(chǎn)都具有重要意義。為了保證磷化膜的防銹能力，采取了在高品質(zhì)的防銹油中加入等量的煤油進(jìn)行磷化膜的涂油。防銹試驗(yàn)結(jié)果證明，如此除油后磷化處理的零件完全能達(dá)到產(chǎn)品的相關(guān)防銹技術(shù)指標(biāo)要求。

(4) 槽液溫度采用熱電偶自動(dòng)控制裝置，使加熱裝置由原來的6個(gè)減少為2個(gè)，溶液加溫環(huán)節(jié)可省電70%以上。

(5) 采用溢流水清洗技術(shù)和逆流漂洗技術(shù)，使供水閥門由原來的4個(gè)減少為3個(gè)，清洗用水減少了約25%。

4 結(jié)論

通過工藝優(yōu)化后的技術(shù)方案成功用于柴油機(jī)多種零件的磷化處理，生產(chǎn)線成功運(yùn)行了近 3年，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良。經(jīng)對(duì)比測(cè)算，高溫磷化單位面積的生產(chǎn)成本較原來降低了30% ～ 40%，達(dá)到比較理想的成本控制目標(biāo)，提高了經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，在高溫磷化技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)方面具有重要意義。

[ 編輯：韋鳳仙 ]

Optimization of high temperature phosphating treatment process //

JU Gen-li

To obtain a phosphating film with excellent corrosion resistance, wear resistance, thermal resistance, adhesion, and hardness, the surfaces of parts of a diesel engine, such as cast iron cylinder block, high tension bolt, high temperature bolt and pull rod, etc, must be treated by high temperature phosphating process, so as to improve the use performance, time limit, and quality of the diesel engine. However, high temperature phosphating process has the problem of high energy consumption leading to high production cost. In this article, the process of high temperature phosphating was optimized in the following way: the traditional high temperature chemical degreasing process is substituted by using a high-efficiency degreaser at room temperature, surface conditioning and 5% chromic acid filling procedures are cancelled, and thermocouple servomechanism, overflow water cleaning and countercurrent rinsing process are used. As a result, the phosphating cost of unit area is decreased by 30%-40%.

part of diesel engine; high temperature phosphating; process optimization; cost control

TG178

A

1004 – 227X (2012) 06 – 0035 – 02

Author’s address:Shanxi North Dynamic Co., Ltd., Baoji 721300, China

2012–01–04

2012–02–21

巨根利（1962–），男，陜西寶雞人，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事電鍍、涂裝、轉(zhuǎn)化膜生產(chǎn)工藝及技術(shù)管理工作。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) 903962256@qq.com。