鋼絲拉拔磷化技術(shù)研究

摘 要：磷化技術(shù)在鋼絲拉拔過程中被廣泛使用，鋼絲磷化具有很好的潤滑作用對鋼絲。本文主要對磷化膜的機(jī)理、性質(zhì)、特性做了充分的論述。并對化學(xué)磷化與電化學(xué)磷化做了相應(yīng)的比較。

關(guān)鍵詞：鋼絲；化學(xué)磷化；拉拔；電解磷化

鋼絲表面的潤滑涂層在鋼絲拉拔時(shí)會(huì)起到很重要的作用，質(zhì)量好的潤滑涂層不僅可以減少拉拔時(shí)與拉絲模具摩擦系數(shù)，還能保證鋼絲拉拔后鋼絲表面的質(zhì)量。特別是當(dāng)鋼絲在高速拉拔時(shí)，好的潤滑載體是極為重要的，因?yàn)闈櫥繉涌梢越档弯摻z與模具之間產(chǎn)生的溫度、減少模具的磨損、提高工作效率、提高鋼絲的性能和減少鋼絲表面刮傷。目前，多采用磷化工藝對鋼絲表面進(jìn)行拉拔前的預(yù)處理。磷化是鋼絲基體與磷化液反應(yīng)生成一層磷化膜，這種磷化膜是由一些微小的晶體組成具有一定的粗糙度[1]，可以為作為潤滑涂層的載體，能大大提高潤滑涂層的質(zhì)量。所以，鋼絲的拉拔磷化工藝越來越受到廣大科研工作者的重視。

一、磷化膜的形成機(jī)理、特性與性質(zhì)

（1）磷化膜的形成機(jī)理

當(dāng)Fe與H+反應(yīng)后會(huì)消耗該活性點(diǎn)微區(qū)的大量H+，由于電離的H+補(bǔ)給量小于該活性微區(qū)的消耗量，必將導(dǎo)致該活性點(diǎn)微區(qū)的PH升高。該活性微區(qū)周圍的Mn2+、Ca2+、Zn2+、Fe2+與PO43+很容易達(dá)到不溶性磷酸鹽的溶度積，生成帶有四個(gè)結(jié)晶水磷酸鹽晶體，并以此微區(qū)為中心不斷向周圍形成連續(xù)的晶體，最終在鋼絲表面形成一層連續(xù)均勻的磷化膜。

（2）磷化膜的特性

磷化膜是由Me3（PO4）2·4H2O和Me2Fe（P04）2·4H2O組成。以鋅系磷化液為例；Me 3（P04）2·4H2O和Me 2Fe（P04）2·4H2O分別為Zn3（P04）2·4H20和Zn2Fe（P04）2·4H20前者稱為H相，后者稱之為P相，H相為棒狀晶體，繼續(xù)磷化時(shí)層結(jié)構(gòu)變?yōu)閷訝罱Y(jié)構(gòu)。H相在PH為8～10的條件下與皂液中的硬脂酸鈉生成一層潤滑性很好的硬脂酸鋅；硬脂酸鋅具有很好的吸附性、延展性、潤滑性。P相是球狀多孔性的晶體，結(jié)構(gòu)比較疏松。不利于皂化反應(yīng)，只利于對皂化液的吸附。在鋼絲的磷化時(shí)我們需要較多H相的生成，因?yàn)樗哂袃?yōu)異的延展性、吸附性、潤滑性。經(jīng)過皂化反應(yīng)后可以使鋼絲在拉拔時(shí)的摩擦系數(shù)降到0.1～0.2之間。P相在一般的鋼絲磷化的過程中也會(huì)生成。為了滿足塑性加工的鋼絲拉拔，需要調(diào)整磷化條件降低P比值（H相與P相的比例稱為磷化膜P比，其物理意義是磷化膜中P組分所占有的比率）。

（3）鋼絲拉拔磷化膜的性質(zhì)

磷化膜要滿足鋼絲拉拔時(shí)的條件；（1）在常溫和拉拔時(shí)的高溫條件下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定，還具有短期的耐蝕性。（2）磷酸鹽晶體使鋼絲表面具有一定的粗糙度，便于攜帶拉拔時(shí)所需的潤滑劑。（3）磷化膜和潤滑劑的配合使用可以降低摩擦，減少發(fā)熱，提高鋼絲的拉拔速度。（4）磷化膜具有一定的可塑性，在拉拔時(shí)能與鋼絲一起延伸變形，還能改善鋼絲和拉絲模具模壁的分離。（5）對防銹劑有很強(qiáng)的吸附性，與防銹油配合可以極大地增加耐蝕性。同時(shí)磷化膜的厚度也是生產(chǎn)工藝所需控制的一個(gè)重要指標(biāo)。當(dāng)磷化膜太薄時(shí)，在鋼絲拉拔過程中磷化膜起不到吸附潤滑劑的作用，鋼絲容易被拉斷，模具損耗也會(huì)增加；當(dāng)磷化膜太厚時(shí)，在鋼絲拉拔的過程中容易發(fā)生“叫模”現(xiàn)象，影響鋼絲拉拔速度。

二、磷化工藝

在工業(yè)生產(chǎn)中，要根據(jù)鋼絲直徑與拉拔工藝來選擇不同的磷化處理方式。對于直徑5～19mm的半成品鋼絲，可以選擇浸漬磷化的方式；對于鋼絲直徑為1.5～2.5mm的半成品鋼絲且后續(xù)加工使用的儀器是水箱式拉絲機(jī)，可以選擇在線磷化的方式；對于鋼絲直徑為2.5～4.0mm的半成品鋼絲且后續(xù)加工使用的儀器是直進(jìn)式拉絲機(jī)，可以選擇電解磷化的方式。

（1）浸漬磷化

浸漬磷化就是在含有磷酸、磷酸鹽的溶液中用浸漬方法處理鋼絲，使鋼絲表面發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生具有防腐性的磷酸鹽薄膜。浸漬磷化一般都是采用中溫（70±5℃）磷化，時(shí)間根據(jù)鋼絲的直徑與所需磷化膜的厚度進(jìn)行調(diào)整，一般設(shè)置磷化時(shí)間為12分鐘左右。

金屬制品常規(guī)磷化工藝

浸漬磷化工藝流程為[2]：脫脂→水洗→酸洗→堿中和→水洗→磷化→水洗→熱水處理→吹干→收線

（2）以在線熱處理酸洗磷化工藝為例；

磷化工藝流程為：放線→熱處理→鋼絲淬火→水洗→酸洗→水洗→熱水洗+表調(diào)→磷化→水洗→皂化→箱式烘干→收線

（3）電解磷化高碳鋼絲工藝流程為例；

電解磷化工藝流程為：：放線→熱處理→酸洗槽→水洗槽→堿洗槽→熱水洗槽→稀酸洗槽→水洗槽→電解磷化槽→水洗槽→皂化→熱風(fēng)烘干→收線

三、化學(xué)磷化與電化學(xué)磷化的比較

電解磷化是通過給磷化液施加電流，在鋼絲表面沉積形成磷化膜的反應(yīng)過程。在施加電流的電解磷化槽中，鋼絲作為陰極，使用一種不參與成膜的惰性導(dǎo)體作為陽極。電解磷化和化學(xué)磷化相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）磷化膜更均勻、完整；（2）磷化膜更致密、與鋼絲基體結(jié)合更牢固；（3）磷化膜的單位質(zhì)量控制更容易；（4）磷化時(shí)間比較短；（5）磷化渣產(chǎn)生少，比較環(huán)保。電解磷化相對于化學(xué)磷化，在生產(chǎn)工藝控制過程中，對磷化液成分與電流大小控制要求比較高，如果磷化液成分體系的平衡控制不精確，就會(huì)顯著的影響磷化膜的質(zhì)量。

磷化技術(shù)在鋼絲拉拔過程被廣泛應(yīng)用，主要用于保護(hù)金屬基體防止金屬基體在拉拔過程中的損傷，提高金屬拉拔的速度，降低鋼絲與膜具發(fā)熱的溫度，使鋼絲拉拔企業(yè)獲得較大的收益。

參考文獻(xiàn)

[1]張圣麟，陳華輝，李紅玲，等.常溫磷化處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀及展望[J].材料保護(hù)，2006，39（7）：42—47

[2]張士坤，董東，陸建豐，等.鋼絲中溫磷化生產(chǎn)工藝分析[J].現(xiàn)代冶金，2014，42（6）：22—28

[3]吳炳章，陳勇，馬明剛，等.常溫電解磷化工藝在高碳鋼絲生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].金屬制品，42（4）：26—28

作者簡介

林宏超（1990.05今），男，漢族，貴州貴陽，碩士研究生，研究方向：金屬磷化

（作者單位：貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院）