徐志輝

大連三洋壓縮機(jī)有限公司，遼寧 大連 116033

磷化處理是一種典型的金屬化學(xué)表面轉(zhuǎn)化處理工藝，即利用化學(xué)方法改變金屬表面原有的性質(zhì)而提供新的物理特性或物理化學(xué)特性.磷化處理是用含有磷酸、磷酸鹽及其他化學(xué)藥品的稀溶液處理金屬，金屬表面在上述溶液中與磷酸、磷酸鹽介質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，使其表面轉(zhuǎn)變?yōu)橥暾摹⒕哂兄械确牢g作用的不溶性磷酸鹽層，即磷化膜［1］.

磷化技術(shù)的發(fā)展已有近百年的歷史，對(duì)金屬材料進(jìn)行磷化處理可有效降低摩擦副表面的摩擦系數(shù)、防止咬合或擦傷、減小運(yùn)動(dòng)阻力和噪聲及增加潤(rùn)滑效果.對(duì)壓縮機(jī)零部件的滑動(dòng)表面進(jìn)行磷化處理可以有效降低部件磨損、提高機(jī)械效率，因而磷化技術(shù)廣泛應(yīng)用于制冷行業(yè)中.影響磷化質(zhì)量的因素有多種，國(guó)內(nèi)外已有很多文獻(xiàn)［2－9］對(duì)溫度、時(shí)間、表調(diào)工藝及藥液濃度等影響因素進(jìn)行了研究，但針對(duì)顯微組織影響因素卻報(bào)道不多.本文主要通過(guò)金相顯微鏡及掃描電鏡（SEM）等分析手段，研究壓縮機(jī)用灰鑄鐵顯微組織對(duì)磷化膜的影響，為進(jìn)一步改善磷化膜的質(zhì)量提供思路.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試樣及方法

選擇不同顯微組織的灰鑄鐵實(shí)驗(yàn)樣品，分別記做A，B和C，采用相同的機(jī)械加工工藝對(duì)樣品進(jìn)行加工，表面粗糙度均為Rz3.2以下，并在相同的磷化工藝條件下對(duì)樣品進(jìn)行磷化處理.磷化處理工藝流程為預(yù)脫脂→脫脂→一次水洗→二次水洗→防銹→烘干→表面調(diào)整→磷化（高溫）→一次水洗→二次水洗→干燥.分別用OLYMPUS GX51型金相顯微鏡、HB－3000型布氏硬度計(jì)、MH－6型小載荷顯微硬度計(jì)、SURFCOMI30A型粗糙度儀及XL30型掃描電鏡對(duì)樣品的顯微組織、硬度、表面粗糙度及表面與橫截面形貌進(jìn)行測(cè)試.

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.2.1 顯微組織

灰鑄鐵表面磷化膜是由脆性的結(jié)晶所組成［2］，其表面和橫截面的形貌如圖1所示.從圖1可見(jiàn)，磷化顆粒呈規(guī)則、均勻排列，磷化膜與基體界面清晰可見(jiàn).

對(duì)樣品A，B，C進(jìn)行磨制與拋光，采用4%的硝酸酒精溶液對(duì)拋光試樣進(jìn)行浸蝕.圖2和圖3分別為樣品石墨形態(tài)和顯微組織的金相照片.從圖2和圖3可以看到，樣品A的石墨粗大，B和C的石墨細(xì)??；樣品A，B和C的基體均由鐵素體和層片相間的珠光體所組成，樣品A的珠光體層間距較B和C的大.樣品A，B和C的石墨形態(tài)、石墨含量及顯微組織列于表1.

圖1 磷化膜表面和橫截面形貌SEM照片（a）表面 ；（b）橫截面Fig.1 SEM image of phosphorizing film surface and cross section（a）surface；（b）cross section

圖2 灰鑄鐵石墨形態(tài)金相照片（a）樣品 A；（b）樣品B；（c）樣品CFig.2 Graphite morphology of gray cast iron（a）sample A；（b）sample B；（c）sample C

圖3 灰鑄鐵顯微組織金相照片（a）樣品 A；（b）樣品B；（c）樣品CFig.3Microstructure of gray cast iron（a）sample A；（b）sample B；（c）sample C

表1 灰鑄鐵石墨分布與金相組織檢測(cè)結(jié)果Table 1Results of graphite morphology and microstructure testing

由表1可以知，樣品A，B和C的石墨形態(tài)明顯不同，樣品A石墨形態(tài)主要以片狀為主，樣品B和C石墨形態(tài)除片狀以外還存在一定比例的枝晶片狀和枝晶點(diǎn)狀；樣品A石墨含量較樣品B和C要高一些；樣品A，B和C顯微組織沒(méi)有明顯差異，均由鐵素體和層片相間的珠光體所組成.

1.2.2 硬度及表面粗糙度

樣品A，B和C磷化前后硬度與表面粗糙度的檢測(cè)結(jié)果列于表2.由表2可以知，樣品A，B和C磷化后的硬度隨磷化前硬度的增加呈上升趨勢(shì).

表2 硬度和表面粗糙度檢測(cè)結(jié)果Table 2 Results of hardness and surface roughness testing

圖4為磷化膜顯微硬度壓痕的掃描電鏡照片.從圖4可見(jiàn)：磷化后表面粗糙度及硬度壓痕有明顯差異，樣品A的表面較粗糙而C的較光滑；磷化后樣品A表面壓痕較深，而C的較淺.這些由表2也可得到證實(shí).

圖4 磷化膜硬度檢測(cè)SEM照片（a）樣品 A；（b）樣品B；（c）樣品CFig.4 SEM image of phosphorizing film for hardness testing（a）sample A；（b）sample B；（c）sample C

1.2.3 表面與橫截面形貌

圖5為磷化膜表面形貌掃描電鏡照片.從圖5可以看到，樣品A，B和C磷化膜表面形貌有明顯差異，樣品A磷化顆粒粗大疏松、分布不均勻，局部呈大塊片層狀，最大尺寸可達(dá)10μm以上；樣品B磷化顆粒比樣品A細(xì)小致密、分布均勻；樣品C磷化顆粒較樣品B更細(xì)小致密、分布均勻，表面光滑平整.

圖5 磷化膜表面形貌SEM照片（a）樣品 A；（b）樣品B；（c）樣品CFig.5 SEM image of phosphorizing film for surface（a）sample A；（b）sample B；（c）sample C

圖6 為樣品A，B和C磷化膜橫截面形貌的掃描電鏡照片.從圖6可以看到，樣品A磷化膜膜層厚薄不均且呈斷續(xù)分布，厚度為8.0～10.0μm；樣品B磷化膜厚薄相對(duì)均勻，厚度為2.0～4.0μm；樣品C磷化膜厚薄均勻且呈連續(xù)分布，厚度為1.5～3.0μm.

圖6 磷化膜橫截面形貌SEM照片（a）樣品 A；（b）樣品B；（c）樣品CFig.6 SEM image of phosphorizing film for cross section（a）sample A；（b）sample B；（c）sample C

2 討 論

通過(guò)對(duì)A，B和C灰鑄鐵樣品的顯微組織、磷化前后硬度、表面粗糙度及磷化膜表面與橫截面形貌的檢測(cè)結(jié)果可知，在相同的加工工藝和磷化處理?xiàng)l件下，灰鑄鐵基體中珠光體組織層間距越小，石墨越細(xì)小、分布越均勻，基體和磷化膜的硬度就越高，磷化顆粒越細(xì)小致密、分布越均勻，磷化膜的質(zhì)量就越好.這是由于磷化過(guò)程本身是一種金屬浸蝕和加速劑氧化還原兩個(gè)反應(yīng)交叉重疊的化學(xué)過(guò)程，磷化膜形成于金屬表面的微陰極區(qū)域，在磷化膜形成過(guò)程中金屬初始酸蝕是磷化過(guò)程的起點(diǎn)，但很快就同時(shí)發(fā)生加速反應(yīng)、活化反應(yīng)、形成晶核及結(jié)晶核成長(zhǎng)等過(guò)程.本文灰鑄鐵磷化液主要由游離磷酸、含錳重金屬磷酸鹽和加速劑組成，在磷化初期，灰鑄鐵表面的鐵離子和磷化液中的錳離子參與了酸蝕反應(yīng)繼而形核并長(zhǎng)大，最后在灰鑄鐵表面沉積成為粘結(jié)牢固的錳鐵磷酸鹽膜，即磷化膜.而灰鑄鐵基體由珠光體、鐵素體和石墨組成，珠光體呈鐵素體和滲碳體片層相間分布.灰鑄鐵中的碳以滲碳體和石墨形態(tài)存在，由于碳在整個(gè)磷化過(guò)程中不參與任何反應(yīng)，所以灰鑄鐵基體中珠光體層間距越小，石墨越細(xì)小、分布越均勻，灰鑄鐵表面形成的磷化顆粒就越細(xì)小致密、分布越均勻，磷化膜的質(zhì)量就越好；反之，基體中珠光體層間距越大，石墨越粗大、分布越不均勻，則磷化顆粒就越粗大疏松、分布越不規(guī)則，磷化膜的質(zhì)量就越差.

3 結(jié) 論

（1）灰鑄鐵珠光體層間距對(duì)磷化膜的質(zhì)量有影響，珠光體層間距越小，則磷化顆粒越細(xì)小致密、分布越均勻，磷化膜的質(zhì)量越好.

（2）灰鑄鐵石墨形態(tài)對(duì)磷化膜的質(zhì)量有影響，石墨越細(xì)小、分布越均勻，則磷化顆粒越細(xì)小致密、分布越均勻，磷化膜的質(zhì)量越好.

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