錢(qián)曉亮，王連義，朱序，趙國(guó)偉，朱曉英，于正偉，于春龍，徐宇航

（北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司，齊齊哈爾 161046）

某產(chǎn)品零件因其型面復(fù)雜、溝槽多，力學(xué)性能要求高，所以采用可控氣氛工藝方式進(jìn)行成品熱處理［1—3］。原熱處理工藝流程為:淬火加熱→油淬→堿水洗（三堿溶液）→熱水洗→抽檢硬度→回火加熱→檢硬度，但在連續(xù)幾年生產(chǎn)過(guò)程中，成品熱處理后零件表面存在殘留物，造成下道磷化處理工序表面質(zhì)量不合格，零件80%需要進(jìn)行反復(fù)表面退漆、打磨處理，既增加了生產(chǎn)成本又拖延了生產(chǎn)進(jìn)度，成為制約產(chǎn)品加工進(jìn)度的瓶頸，因此，提高該零件成品熱處理后表面質(zhì)量，是公司迫切需要解決關(guān)鍵問(wèn)題之一。為解決這一問(wèn)題，查找影響熱處理后表面質(zhì)量的關(guān)鍵要因，經(jīng)過(guò)多次摸索試驗(yàn)、小批量生產(chǎn)試驗(yàn)，最終確定熱處理工藝流程為:淬火加熱→油淬→堿水洗（MT-29清洗劑）→一次熱水洗→二次熱水洗→檢硬度→回火加熱→檢硬度，該零件經(jīng)熱處理后，進(jìn)行磷化、電泳涂漆處理，其表面質(zhì)量全部滿(mǎn)產(chǎn)品要求。

1 試驗(yàn)

1.1 銑油與冷卻液

某產(chǎn)品零件熱處理之前的工序?yàn)殂姴?，銑槽采用銑油和冷卻液。人為對(duì)熱處理前零件浸入銑油和冷卻液中，試驗(yàn)料各4件，驗(yàn)證銑油和冷卻液對(duì)零件熱處理后表面質(zhì)量的影響情況。

為進(jìn)一步驗(yàn)證，試驗(yàn)1爐（66件），在熱處理前增加一道堿水洗，堿水洗過(guò)程見(jiàn)后述。

1.2 清洗劑

1.2.1 自配三堿清洗劑

堿液質(zhì)量濃度要求［4—6］:NaOH 為40 ～50 g/L;Na2CO3為20～30 g/L;Na3PO4為50～70 g/L。

對(duì)生產(chǎn)用三堿清洗劑溶液進(jìn)行分析，NaOH，Na2CO3，Na3PO4質(zhì)量濃度分別為 44，24，55 g/L，質(zhì)量濃度滿(mǎn)足工藝規(guī)定的要求。

清洗機(jī)五段工藝計(jì)時(shí)器分別定時(shí)為:浸泡5 min，擺動(dòng) 5 min，撇油 5 min，噴淋 5 min，烘干 5 min。

1.2.2 MT-29專(zhuān)用清洗劑

MT-29為工業(yè)清洗劑高壓噴射清洗金屬零部件表面油污而特制專(zhuān)用清洗劑［7—8］。數(shù)量:15桶，20 kg/桶，采用普通自來(lái)水稀釋?zhuān)♂尡壤秊?∶（10～15），堿度采用pH試紙測(cè)定，要求pH值≥13。

清洗機(jī)五段工藝計(jì)時(shí)器分別定時(shí)為:浸泡5 min，擺動(dòng) 5 min，撇油 5 min，噴淋 5 min，烘干5 min。

1.3 熱水洗

1.3.1 一次熱水洗

熱水槽自制，溫度要求:70～90℃，清洗時(shí)間要求:≥5 min。

規(guī)范要求:將料筐用吊車(chē)吊至水槽中，料筐要在水槽中上下移動(dòng)，移動(dòng)次數(shù)不少于10，確保零件表面無(wú)殘留堿液后吊出，然后用風(fēng)槍將零件表面吹干。每次清洗后，人工將水槽中水面上浮油清理干凈，確保在下次清洗過(guò)程中，水保持清澈。

1.3.2 二次熱水洗

采用2個(gè)熱水槽，連續(xù)清洗，清洗溫度、時(shí)間及工藝規(guī)范與一次清洗相同。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析［9—12］

2.1 銑油與冷卻液對(duì)零件熱處理后表面質(zhì)量的影響

將8件試驗(yàn)料與正常料一同進(jìn)行熱處理試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果與正常零件（未涂抹銑油和冷卻劑）相比，表面質(zhì)量基本一致。

為了驗(yàn)證因上道工序使用銑油和冷卻劑對(duì)零件熱處理后表面質(zhì)量帶來(lái)的影響，在熱處理前增加一道清洗工序。清洗后檢查外觀(guān)，零件表面干凈，試驗(yàn)1爐共66件，清洗后再裝入淬火爐加熱。熱處理后觀(guān)察其表面質(zhì)量，仍存在殘留物。說(shuō)明銑油和冷卻液對(duì)零件成品熱處理后的表面質(zhì)量影響很小。

2.2 清洗劑對(duì)零件熱處理后表面質(zhì)量的影響

2.2.1 三堿清洗劑

采用三堿清洗劑清洗零件，回火后表面質(zhì)量不佳，其表面存在白色異物和油污，見(jiàn)圖1，經(jīng)分析為堿性物質(zhì)。這是由于在清洗過(guò)程中，三堿液附著在零件表面，水洗時(shí)未洗掉三堿液，回火加熱后固化在零件表面所致。

2.2.2 MT-29專(zhuān)用清洗劑

采用MT-29清洗劑清洗零件，回火后表面光亮發(fā)藍(lán)，干凈無(wú)異物油污（見(jiàn)圖2）。MT-29清洗劑的清洗效果明顯優(yōu)于三堿清洗劑，去油污能力強(qiáng)。

圖1 三堿清洗劑清洗后的表面質(zhì)量Fig.1 Surface quality after cleaning with the three alkali cleaning agent

圖2 MT-29清洗劑清洗后的表面質(zhì)量Fig.2 Surface quality after cleaning with the MT-29 agent

2.3 熱水洗對(duì)零件熱處理后表面質(zhì)量的影響

2.3.1 一次熱水洗

零件采用一次熱水洗效果不佳，表面仍有異物。清洗幾次后，熱水槽中堿液濃度逐漸增大，清洗效果不好。經(jīng)風(fēng)槍吹干后，裝入回火爐進(jìn)行回火加熱，致使部分零件表面存在白色堿性殘留物，影響下道磷化處理后的表面質(zhì)量。所以在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)清理或定期更換熱水，確保熱水清澈［13—15］。

2.3.2 二次熱水洗

在后續(xù)小批量試驗(yàn)中，將零件熱水洗工序由一次熱水洗更改為連續(xù)兩次熱水洗，再用風(fēng)槍吹干裝入回火爐加熱。經(jīng)回火后，對(duì)整框零件進(jìn)行表面檢查，表面質(zhì)量較好。

2.4 零件磷化、電泳涂漆質(zhì)量

圖3a、圖4a為工藝更改前零件磷化和電泳涂漆質(zhì)量，原工藝流程為:淬火加熱→油淬→堿水洗（三堿溶液）→熱水洗→抽檢硬度→回火加熱→檢硬度。圖3b、圖4b為工藝更改后零件磷化和電泳涂漆質(zhì)量，工藝流程為:淬火加熱→油淬→堿水洗（MT-29清洗劑）→一次熱水洗→二次熱水洗→檢硬度→回火加熱→檢硬度。

圖3 工藝更改前后的磷化質(zhì)量Fig.3 Phosphating quality before and after process optimization

3 結(jié)論

1）熱處理前，零件加工用的洗油和冷卻液對(duì)零件成品熱處理后表面質(zhì)量基本沒(méi)有影響。

2）利用三堿配置的清洗劑，不適用于零件成品熱處理后表面的清洗，易結(jié)晶，對(duì)自動(dòng)化清洗設(shè)備管路腐蝕嚴(yán)重。

3）堿水洗后采用熱水洗，能有效提高零件成品熱處理后的表面質(zhì)量，但熱水槽中的熱水必須做好定期清理。

4）零件熱處理工藝流程固化為:淬火加熱→油淬→堿水洗（MT-29清洗劑）→一次熱水洗→二次熱水洗→檢硬度→回火加熱→檢硬度。

5）更改工藝后，成品熱處理生產(chǎn)線(xiàn)上零件表面質(zhì)量一次通過(guò)率為100%，無(wú)需打磨、返修處理。

［1］朱曉英，莊明輝，王連義，等.30CrMnSiA尾桿可控氣氛熱處理工藝研究與應(yīng)用［J］.新技術(shù)新工藝，2010（11）:90—91.

ZHU Xiao-ying，ZHUANG Ming-hui，WANG Lianyi，et al.Research and Application of 30CrMnSiA Controlled Furnace inside Atmosphere HeatTreatment Process［J］.New Technology ＆ New Process，2010（11）:90—91.

［2］BUROKAS V，MARTUSIENE A，BIKULCIUS G.The Influence of Hexametaphosphate on Formation of Zinc Phosphate Coatings for Deep Drawing of Steel Tubes［J］.Surface and Coatings Technology，1998，102（3）:233—236.

［3］SHOEIB M.Influence of Ethoxylate Surface on Zinc Phosphate Coating［J］.Metal Finishing，1997，95（9）:62，65—68.

［4］GORECKI G.Improved Iron Phosphate Corrosion Resistance by Modification with Metal Ions［J］.Metal Finishing，1995，93（3）:36—39.

［5］BETHENCOURT M，BOTANA F J，MARCOS M，et al.Inhibitor Properties of"Green"Pigments for Paints［J］.Prog Org Coat，2003，46（4）:280—287.

［6］譚旭翔，王鳳平.表面調(diào)整劑在常溫磷化中的作用［J］.應(yīng)用化工，2006，35（9）:700—705.

TAN Xu-xiang，WANG Feng-ping.Pre-dip in the Normal Temperature Phosphorization［J］.Applied Chemical Industry，2006，35（9）:700—705.

［7］余取民，李榮喜，盧紅梅.鋼鐵表面免水洗鋅系磷化膜的常溫制備與性能表征［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，39（5）:940—945.

YU Qu-min，LI Rong-xi，LU Hong-mei.Preparation and Characterization of Zinc Phosphating Film on Surface of Steel without Washing at Room Temperature［J］.J Cent South Univ（Science and Technology），2008，39（5）:940—945.

［8］曹陽(yáng).液體表面調(diào)整劑的研究［D］.武漢:武漢材料保護(hù)研究所，2004.

CAO Yang.Liquid Surface Conditioner for Phosphating［D］.Wuhan:Wuhan Research Institute of Materials Protection，2004.

［9］李紅玲，張圣麟，楊玉萍.環(huán)保型磷化促進(jìn)劑的研究進(jìn)展［J］.表面技術(shù)，2010，39（2）:87—89.

LI Hong-ling，ZHANG Sheng-lin，YANG Yu-ping.Research and Development of Environmentally-friendly Phosphating Accelerator［J］.Surface Technology，2010，39（2）:87—89.

［10］趙丹.表面調(diào)整劑對(duì)磷化成膜影響的研究［J］.干燥技術(shù)與設(shè)備，2010，8（5）:229—234.

ZHAO Dan.The Study of Pre-dip Influence on the Quality of Phosphating Film［J］.Drying Technology＆ Equipment，2010，8（5）:229—234.

［11］KRAMER L S.Process and Composition for Zinc Phosphate Coating:EP，0315059［P］.1991.

［12］歐陽(yáng)君君，周莉.免水洗常溫?zé)徨冧\表面磷化技術(shù)研究［J］.表面技術(shù)，2012，41（3）:89—91.

OUYANG Jun-jun，ZHOU Li.Stuy on Hot Galvanized Surface Phosphating Technology［J］.Surface Technology，2012，41（3）:89—91.

［13］GORECKI G.Improved Iron Phosphate Corrosion Resistance by Modification with Metal Ions［J］.Metal Finishing，1995（3）:36—39.

［14］薛杰，李淑貞，王云飛，等.水洗工藝對(duì)磷化質(zhì)量的影響［J］.上海涂料，2012，52（2）:17—18.

XUE Jie，LI Shu-zhen，WANG Yun-fei，et al.The Influence of Washing Technology on the Phosphating Quality［J］.Shanghai Coatings，2012，52（2）:17—18.

［15］ZUBERLEWICZ M，GNOT W.Mechanisms of Non-toxic Anti-corrosive Pigments in Organic Waterborne Coatings［J］.Prog Org Coat，2004（4）:358—371.