4340鋼磷化膜層質(zhì)量及性能探究

孫境堯 郭利雄 張勝寶

（哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司 150066）

4340鋼磷化膜層質(zhì)量及性能探究

孫境堯 郭利雄 張勝寶

（哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司 150066）

本文簡(jiǎn)述了公司生產(chǎn)中磷化方式及原理，重點(diǎn)對(duì)磷化膜層質(zhì)量及其影響因素進(jìn)行具體的分析，通過實(shí)驗(yàn)證明影響磷化膜層的主要因素：溫度、時(shí)間、酸度。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)探析磷化參數(shù)，為廣大工程技術(shù)人員的生產(chǎn)實(shí)踐提供一定的參考。

磷化；4340；溫度；時(shí)間；酸比

1 緒論

磷化處理是在磷酸或磷酸鹽的稀溶液中，通過化學(xué)反應(yīng)在金屬表面形成不溶性磷酸鹽膜的過程。磷化的分類方法較多，但一般是按磷化成膜體系、磷化膜厚度、磷化使用溫度、促進(jìn)劑類型進(jìn)行分類。按磷化成膜體系主要分為：鋅系、鋅鈣系、鋅錳系、錳系、鐵系、非晶相鐵系六大類；按處理溫度可分為常溫、低溫、中溫、高溫四類；按材質(zhì)可分為鋼鐵件、鋁件、鋅件以及混合件磷化等。

在航空產(chǎn)品中，常用于普通結(jié)構(gòu)件，特別時(shí)管狀件、氣瓶和形狀復(fù)雜的內(nèi)表面以及難以用電化學(xué)方法進(jìn)行防護(hù)處理的零件。由于磷化處理設(shè)備簡(jiǎn)單、操作便捷、成本低、生產(chǎn)率高，同時(shí)磷化膜層還有良好的防銹、耐磨、減磨潤(rùn)滑、涂漆底層、絕緣、耐蝕性等性能，使其廣泛應(yīng)用于公司直升機(jī)等科研批產(chǎn)機(jī)型關(guān)重要件的表面處理工序。

2 影響磷化膜層質(zhì)量因素

2.1 溫度的影響

溫度是決定磷化質(zhì)量的重要因素[1]。通過在不同成膜溫度下，材料：4340鋼試片進(jìn)行MnP（錳基磷化）、ZnP（鋅基磷化）、OP（氧磷化）實(shí)驗(yàn)，測(cè)量磷化膜厚，并對(duì)其分別進(jìn)行濃度為3%CuSO4點(diǎn)滴實(shí)驗(yàn)，測(cè)量試片出現(xiàn)土黃色時(shí)間檢測(cè)耐蝕性。

隨反應(yīng)溫度的升高，磷化膜層的膜厚加大，當(dāng)溫度上升到一定程度時(shí)，膜層厚度不再繼續(xù)增加，反而略有下降[2]。溫度高，磷酸二氧鹽的離解度大，成膜離子濃度相應(yīng)高些，因此可以利用此種關(guān)系在降低溫度的同時(shí)提高酸比，同樣可達(dá)到成膜。

溫度過低，成膜離子濃度總達(dá)不到濃度積，不能生成完整磷化膜[3]。當(dāng)磷化液恢復(fù)道原有的溫度時(shí)，原有的平衡并不能恢復(fù)。因此實(shí)際中，當(dāng)磷化液超過一定的溫度后，再降低到原來的溫度時(shí)，如果不進(jìn)行調(diào)整，就有可能磷化不上。

生產(chǎn)單位確定了某一配方后，就應(yīng)該嚴(yán)格控制好溫度，溫度過高要產(chǎn)生大量沉渣，磷化液失去原有平衡。磷化液中可溶性磷酸鹽的離解度加大，成膜離子濃度大幅度提高，產(chǎn)生不必要的沉渣，白白浪費(fèi)了磷化液中的有效成分，原有的平衡被破壞，形成一個(gè)新的溫度下的平衡。如：低溫磷化液在溫度失控而升高時(shí)，的離解反應(yīng)向右進(jìn)行，從而使磷酸根濃度升高，產(chǎn)生磷酸鋅沉淀，使磷化液的酸比自動(dòng)升高。當(dāng)超過了一定的溫度，不能再繼續(xù)磷化，酸性磷化液零件過腐蝕表面離子沉積，耐蝕性相對(duì)減弱。

2.2 時(shí)間的影響

通過在不同成膜時(shí)間下，材料：4340鋼試片進(jìn)行MnP（錳基磷化）、ZnP（鋅基磷化）、OP（氧磷化）實(shí)驗(yàn)，測(cè)量磷化膜厚、膜重等評(píng)價(jià)參數(shù)，并對(duì)其分別進(jìn)行濃度為3%CuSO4點(diǎn)滴實(shí)驗(yàn)，測(cè)量試片出現(xiàn)土黃色時(shí)間檢測(cè)耐蝕性。

隨反應(yīng)時(shí)間的增大，磷化膜層厚度加大，時(shí)間超過一定范圍后，磷化膜層厚度變薄，耐蝕性減弱[4]。時(shí)間過短，成膜量不足，不能形成致密的磷化膜層。磷化時(shí)間過長(zhǎng)，反應(yīng)熱使槽液溫度升高，增加槽液酸比，膜層生長(zhǎng)加快，同時(shí)由于結(jié)晶在已形成的膜上繼續(xù)生長(zhǎng)，可能產(chǎn)生有疏松表面的粗厚膜。

2.3 酸度的影響

2.3.1 總酸度

總酸度與磷化處理溫度一樣，也是成膜的關(guān)鍵因素[5]。總酸度過低、磷化必受影響，因?yàn)榭偹岫葧r(shí)反應(yīng)磷化液濃度的一項(xiàng)指標(biāo)?？刂瓶偹岫鹊囊饬x在于使磷化液中成膜離子濃度保持在必要的范圍內(nèi)。

2.3.2 游離酸度

游離酸度反應(yīng)磷化液中游離H+的含量[6]?？刂朴坞x酸度的意義在于控制磷化液中磷酸二氫鹽的離解度，把成膜離子濃度控制在一個(gè)必須的范圍。磷化液在使用過程中，游離酸度會(huì)有緩慢的升高，這是要用堿來中和調(diào)整。注意緩慢加入，充分?jǐn)嚢?，否則堿液局部過濃會(huì)產(chǎn)生不必要的殘?jiān)?/p>

2.3.3 酸比

酸比即指總酸度與游離酸度的比值。一般的說酸比都在5～30的范圍內(nèi)。酸比較小的配方，游離酸度高，成膜速度慢，磷化時(shí)間長(zhǎng)，所需溫度高。酸比較大的配方，成膜速度快，磷化時(shí)間短，所需溫度低，因此必須控制好酸比[7]。

3 總結(jié)

通過進(jìn)行不同溫度下MnP、ZnP、OP膜厚測(cè)量，不同時(shí)間下MnP、ZnP、OP膜厚及膜重物理評(píng)價(jià)，以及分別不同磷化參數(shù)下的磷化試片進(jìn)行CuSO4點(diǎn)滴耐蝕實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論：

（1）不同種類磷化都有不同的溫度范圍。實(shí)際上，它在控制著磷化液中的成膜離子的濃度。從減少沉渣，穩(wěn)定槽液，保證質(zhì)量來看，磷化液的溫度變化越小越好。

（2）磷化時(shí)間與槽液溫度的關(guān)系：溫度低時(shí)，磷化時(shí)間可適當(dāng)延長(zhǎng)；溫度高時(shí)，磷化時(shí)間可以適當(dāng)縮短；不能用延長(zhǎng)磷化時(shí)間的方法來加厚磷化膜層，所以必須控制磷化時(shí)間按各個(gè)配方都有規(guī)定的工藝時(shí)間。

（3）游離酸度過高、過低均會(huì)產(chǎn)生不良影響。過高不能成膜，易出現(xiàn)黃銹；過低磷化液的穩(wěn)定性受威脅，生產(chǎn)額外的殘?jiān)?。出現(xiàn)越加堿游離酸度越高的現(xiàn)象。但看游離酸度和總酸度時(shí)沒有實(shí)際意義的，必須一起考慮。磷化槽液酸比一定程度影響著成膜速度。

[1]張紅梅.電鍍技術(shù)在航空維修中的應(yīng)用[J].中國(guó)民航學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，22：1～5.

[2]趙強(qiáng)，周婉秋，武士威.AM60鎂合金錳系磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性研究[J].電鍍與環(huán)保，2011，31（3）：27～30.

[3]張忠誠(chéng)，劉嘉麗.鋼鐵發(fā)黑技術(shù)的現(xiàn)狀及展望[J].電鍍與涂飾，2002，21（2）：51～55.

[4]張澤江，周志高.國(guó)外磷化工藝配方綜述[J].電鍍與環(huán)保，1993，13（3）：27～28.

[5]Zhu D Q，Ooij W J.Corrosion protection of metals by water-based silane mixtures of bis-[trimethoxysilylpropyl]amine and vinyltriacetoxysilane[J].Progress in Organic Coatings，2004，49（1）：42～53.

[6]安茂忠.稀土化合物在磷化中的影響和作用[J].材料保護(hù)，2000，33（11）：20～21.

[7]馮開文.《使用電鍍?nèi)芤悍治龇椒ㄊ謨?cè)》[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2011：145～146.

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1004-7344（2016）12-0278-01

2016-4-10