齒輪組件氧化磷化工藝實踐

李慶春　劉莉　李芳

摘 要：文章介紹了齒輪組件在氧化磷化過程中經常出現(xiàn)的問題，通過加強來件檢查、更換腐蝕槽液、加強氧化磷化后的清洗、吹干等手段，解決了齒輪組件氧化磷化后表面發(fā)紅、生銹等問題，提高了零件一次交檢合格率95%以上。

關鍵詞：鍍銅；后處理；顏色差異

引言

在齒輪組件上，按照設計要求進行氧化磷化處理，主要目的是為了提高零件的減磨潤滑性和耐蝕性。該件基體材料為12Cr2Ni4A，由兩個齒輪通過銷釘過盈配合組成。該零件在氧化磷化后，零件小孔處（銷釘連接處）及零件接縫處經常出現(xiàn)不同程度的銹蝕、發(fā)紅、腐蝕點等現(xiàn)象，氧化磷化后表面外觀質量差，導致零件的一次交檢合格率非常低，僅為50%。零件需要機械打磨法才能去除干凈，大大延長了生產周期。通過加強來件檢查、控制前處理弱腐蝕槽液、加強磷化后零件的清洗及干燥等過程控制，使零件一次加工合格率由50%提高至95%以上 ，降低了返修率，縮短了加工周期，提高產品質量，保證了生產進度。

1 氧化磷化膜形成的基本原理

磷酸鹽處理溶液的基本組分是重金屬磷酸二氫鹽（磷酸二氫鋅、磷酸二氫鎂、磷酸二氫鐵、磷酸二氫鈣等），氧化劑同時還必須存在有游離磷酸。在一定溫度下，溶液中各組分達成如下的平衡：

4Me2++3H3PO42-=MeHPO4+Me3（PO4）2+5H

同時由于鐵在磷酸里溶解，氫離子被中和時放出氫氣。

Fe+2H+=Fe2++H2

產生的不溶性磷酸鹽沉積在金屬表面上，因為它們就是在反應處生成的，所以和表面結合的很牢固。

同時，機體金屬和一帶磷酸鹽之間可以直接發(fā)生反應：

Me（H2PO4）2+Fe=MeHPO4+FeHPO4+H2

二價鐵、鋅、錳的一代磷酸鹽是易溶的，而除了二代磷酸鋅微溶外，其他二代磷酸鹽不溶于水。于是這些鹽沉積在金屬表面上，結果生成在介質中不溶解的膜。

由于預處理過的新鮮鋼鐵表面浸入溶液中，與游離磷酸發(fā)生反應，不斷產生氫氣，同時鐵也不斷溶于溶液中。于是，金屬與液體界面處的Ph不斷升高，同時生成不溶性的MeHPO4、Me3（PO4）2、MeFePO4等沉淀物和結晶，這些物質不斷地自溶液中析出沉積在新鮮的鋼鐵表面上，逐漸形成磷酸鹽膜。

2 氧化磷化的工藝過程

氧化磷化主要工藝流程：來件檢查→有機溶劑除油→化學除油→熱水洗→冷水洗→弱浸蝕→冷水洗→氧化磷化→熱水洗→冷水洗→填充處理→熱水洗→冷水洗→干燥→憎水處理→晾干→烘干→檢查。

2.1 來件檢查

基體材料的表面狀態(tài)影響氧化磷化表面質量，因此，磷化前注意要逐件檢查零件外觀，零件表面應無氧化皮、銹蝕、腐蝕、壓傷、劃傷、毛刺、銳邊等機械損傷，無任何肉眼可見的冶金缺陷。

2.2 有機溶劑除油

常用的有機溶劑有航空洗滌汽油和丙酮，在進行化學除油前將零件采用有機溶劑進行粗除油，以去除表面大部分油污。

2.3 化學除油

化學除油采用堿液除油，常用的堿性溶液一般由四種鈉鹽組成，即氫氧化納（主鹽）、磷酸鈉（助洗劑）、碳酸鈉（緩沖劑）、硅酸鈉（乳化劑）。將零件放在含有氫氧化鈉、碳酸鈉、硫酸鈉、硅酸鈉的混合溶液中，在（60-80）℃下，放置（10-30）min。

2.4 弱腐蝕

主要目的是將金屬表面上的銹斑和氧化膜除去，露出基體金屬，以保證膜層的完整性。將零件放入鹽酸+若丁溶液中，室溫下腐蝕（1-2）min。

2.5 氧化磷化

采用含有硝酸鋇、硝酸鋅、磷酸二氫鋅的溶液進行氧化磷化，可以在形狀復雜的零件表面獲得均勻細致的膜層，且該膜層厚度較薄，對零件基體尺寸影響較小。

2.6 填充處理

因為氧化磷化膜層結構為多孔結構，為了提高氧化磷化膜層的耐蝕性，需要將氧化磷化后的零件進行填充處理。將磷化后的零件放入含有重鉻酸鉀的溶液中，在（80～85）℃下保持（5～10）min。

2.7 憎水處理

為了提高氧化磷化膜層的耐蝕性，將零件進行憎水處理浸入136-41或BH-102憎水液中（3～5）min，在室溫下晾30min，然后在（100～130）℃烘干箱中保持60min。

2.8 除氫

零件在弱腐蝕和氧化磷化過程中都可能在鍍層和基體金屬的晶格中滲氫，而氫的深入，往往造成的不僅是質量的某種降低，而且還包括材料的脆性和在某些條件下的突然斷裂。因此，必須進行除氫處理避免氫脆的影響。

3 原因分析

該類零件基體材料為12Cr2Ni4A，表面處理工序為氧化磷化。該類型的零件在氧化磷化后，零件小孔處及零件接縫處經常出現(xiàn)不同程度的銹蝕、發(fā)紅及表面出現(xiàn)黑腐蝕點等現(xiàn)象，鹽酸化學法除銹后仍會出現(xiàn)此種現(xiàn)象，需要機械打磨法才能去除干凈，氧化磷化后表面外觀質量差，并大大延長了生產周期。零件表面產生銹蝕、發(fā)紅及黑腐蝕點的原因：（1）零件為結構鋼，且零件為滲碳零件，耐蝕性相對差。酸堿溶液與基體反應，造成零件腐蝕。（2）來件檢查不到位。由于主制車間保管等問題導致零件氧化磷化加工前就存在黑色腐蝕點、磕碰傷等缺陷，如不在氧化磷化前消除，氧化磷化后肯定存在。（3）由于該條生產線并不是氧化磷化專用的生產線，銅件腐蝕、管子腐蝕等均用該槽液，致使前處理弱腐蝕槽液銅離子等雜質較多，導致零件在進行弱腐蝕時表面發(fā)生置換反應，表面產生銅，導致零件表面發(fā)紅。（4）該件為組合件，由兩個齒輪過盈配合組成。零件雖為過盈配合組成，但仍留有一定的縫隙，零件經過前處理堿液除油和酸弱腐蝕時等工序時，槽液中的堿或酸在零件縫隙內會少量殘留，導致基體銹蝕。（5）零件為組合件，清洗較困難且吹干不徹底，使零件縫隙中殘留溶液，造成零件腐蝕。

4 解決措施

針對分析出的原因，制定如下措施：（1）加強來件表面檢查工序。在氧化磷化前應逐個檢查零件表面，對發(fā)現(xiàn)有磕碰傷、黑腐蝕點等現(xiàn)象的零件，要求主制車間及時打磨修復好后再進行下道工序。（2）加強對氧化磷化前零件表面的清理。若零件表面狀態(tài)不好，采用機械法打磨后進行汽油浸泡除油，盡量不采用化學方法除油及弱腐蝕工序，避免酸堿進入零件縫隙內。否則，需要加強對零件的清洗。（3）如采用弱腐蝕工序，需要定期對槽液進行更換，避免由于槽液中銅離子等雜質的存在導致零件表面出現(xiàn)發(fā)紅現(xiàn)象。（4）加強對氧化磷化后零件的清洗，可采用兩道流動冷水洗，后再采用高壓水槍對零件尤其是孔及接縫處進行沖洗，以清除弱酸性的氧化磷化溶液；（5）吹干時采用潔凈的熱壓縮空氣著重對準零件孔、接縫處吹，使零件無溶液或水殘留，使零件徹底干燥。

5 生產驗證

在采取如上措施后氧化磷化膜層表面無發(fā)紅、生銹、黑點等現(xiàn)象，零件均100%合格發(fā)出，達到了預期要求。

6 結束語

通過對齒輪組件氧化磷化的攻關試驗，采用加強來件表面檢查、加強對前處理弱腐蝕槽液的控制、加強氧化磷化后的清洗及吹干等措施，解決了齒輪組件氧化磷化后表面發(fā)紅、生銹、有黑點等問題，使零件的一次交檢合格率由50%提高至95%以上，大大地縮短了加工周期，成功地提高了產品的質量，保證了生產進度。

參考文獻

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作者簡介：李慶春（1973，2-），女，籍貫：遼寧北鎮(zhèn)，高工，研究方向：表面處理技術。