李戈

（華電電力科學研究院，杭州 310030）

核電旋轉電機管路磷化處理技術研究

李戈

（華電電力科學研究院，杭州 310030）

根據(jù)核電旋轉電機管路的防銹要求制訂了詳細的工藝流程，對實施過程中存在的過腐蝕、磷化膜不均以及磷化后返銹等問題進行了試驗研究，得出了酸洗液的最佳配比和最佳磷化劑，解決了磷化后返銹的難題，可為此類產(chǎn)品的磷化處理提供參考。

核電；酸洗；磷化；磷化膜；過腐蝕

0 引言

核電旋轉電機運行過程中，管路中的氫、油、水等運行介質要求管路的金屬材質具有較高的耐腐蝕性和抗氧化性，因此有必要采取防銹、防腐處理。

磷化是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程，所形成的磷酸鹽轉化膜稱為磷化膜。磷化的主要目的是給基體金屬提供保護，在一定程度上防止金屬被腐蝕。因其具有設備簡單、操作方便、成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，在金屬產(chǎn)品制造中得到了廣泛的應用。

核電產(chǎn)品的工藝要求較高，一般都要求進行嚴格的磷化處理。核電產(chǎn)品的高安全性要求其表面狀態(tài)需要達到GB 8923—1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》規(guī)定的Sa2.5級或更高，而且對防腐層的元素種類和含量也有嚴格的規(guī)定。本文從核電旋轉電機管路酸洗和磷化兩個工藝的編制入手，給出了具體的酸洗、磷化工藝規(guī)程，詳細說明了酸洗液的最佳配比、磷化劑的選擇以及磷化后返銹等問題的解決辦法，并保證工藝實施的安全和環(huán)保。

1 酸洗和磷化工藝規(guī)程的制訂

1.1 酸洗工藝

酸洗除銹、除氧化皮是工業(yè)領域應用最為廣泛的方法。酸洗是利用酸腐蝕金屬氧化物產(chǎn)生氫氣的機械剝離作用，達到除銹和除氧化皮的目的。此類旋轉電機管路酸洗工藝的主要依據(jù)為JB／T 6978—1993《涂裝前表面準備 酸洗》和《三門核電旋轉電機管路防銹技術》。酸洗流程包括酸洗前準備、酸洗及酸洗后處理，酸洗后目視檢查應無銹、無焊接鱗片殘留物等。

1.1.1 酸洗前準備

首先，用有機試劑、堿性脫脂劑或表面活性劑等除去待酸洗鋼件表面附著的重油污、潤滑脂、加工液等污物，并按JB／Z 236—1985《鋼鐵件涂裝前除油程度檢驗方法》進行檢驗。用手工、機械等方法除去待酸洗鋼件表面的重銹、厚氧化皮或有機涂層，以縮短酸洗時間。若不除去，會大大增加酸洗所需的時間，甚至會由于局部酸洗時間過長而造成其他部位過酸洗，最終導致產(chǎn)品報廢。

1.1.2 酸洗

酸洗液由適當比例的酸配制而成，一般采用鹽酸、硫酸、磷酸或混合酸。為防止過腐蝕和減輕氫脆現(xiàn)象，酸洗液中需加入一定量的緩蝕劑。為防止酸霧逸出，酸洗液中可加入一定量的酸霧抑制劑，有利于酸洗車間環(huán)境的改善。酸洗液的質量分數(shù)、酸洗溫度及酸洗時間由鋼鐵表面狀況而定，同時應按照酸洗配方來調(diào)整工作溫度和酸洗時間。

1.1.3 酸洗后處理

為減少帶入沖洗槽中的酸量，鋼鐵件從酸洗槽中取出后可在酸洗槽上方短暫停留，直至滴去殘存的大部分酸液。經(jīng)酸洗后的鋼鐵件需用嚴格控制有害物質含量的潔凈水在常溫下進行清洗。水洗后的鋼鐵件還需立即按要求進行中和、磷化或鈍化處理，并應在所有處理結束后用防銹塑料密封容器密封，以防返銹。

1.1.4 槽液的管理

應定期檢查酸洗槽液變化情況，其鐵離子的質量分數(shù)不得超過表1中的規(guī)定值；同時，為保證酸洗后鋼鐵件的清洗質量，清洗槽中酸和鹽的總質量分數(shù)不得超過0.2%。

1.1.5 酸洗后表面狀況

經(jīng)酸洗和酸洗后處理過的鋼鐵件表面狀況應符合表2的要求。

表1 不同種類酸液的鐵離子質量分數(shù)要求 %

表2 鋼鐵件酸洗后的表面狀態(tài)

1.2 磷化工藝

磷化是用含有磷酸二氫鹽的酸性溶液對金屬工件進行處理，發(fā)生化學反應后在工件表面生成一層穩(wěn)定的不溶性磷酸鹽膜層，稱為磷化膜。形成的磷化膜用作涂裝底層或防腐層，以增強漆膜和鋼鐵基體的附著力及耐蝕性，提高鋼鐵工件的涂裝質量，起到一定的防腐作用。

1.2.1 磷化膜的特點

（1）在大氣條件下相對比較穩(wěn)定，耐腐蝕性較強（比氧化處理的耐蝕性高2～10倍）。通過重鉻酸鹽填充、浸油或涂漆處理，能進一步提高其耐腐蝕性。

（2）具有微孔隙結構，對油類、漆類有良好的吸附能力。

（3）對熔融金屬無附著力。（4）有較高的電絕緣性能。

（5）磷化膜厚度一般為10～20μm，因為磷化膜在形成過程中伴隨有金屬的溶解，所以磷化處理不會影響金屬工件的整體尺寸。

1.2.2 磷化膜的分類

磷化膜有很多分類方式，按膜重的分類見表3。1.2.3 磷化處理的技術要求

1.2.3.1 前處理

酸洗后的管路不應有目視可見的氧化物、銹蝕、油污及磨料，不應有漏噴及過腐蝕現(xiàn)象，表面應露出金屬本色。

1.2.3.2 磷化處理

磷化處理可采用浸漬的方法進行。磷化處理是在以鋅、錳、鋅鈣、堿金屬、其他金屬或氨的磷酸二氫鹽為主要成分的溶液中進行。對于有輕度油污或銹蝕的工件，一般采用脫脂、除銹、磷化和鈍化分步處理的方法，根據(jù)核電產(chǎn)品的技術要求可采用脫脂、除銹、磷化和鈍化多合一處理方法。所有接觸磷化液的設備（管道、噴頭、泵、槽體等）應不影響磷化液性能且不能損害磷化膜質量。

1.2.3.3 后處理

為了提高磷化膜的耐蝕性能，水洗后的管路可在鈍化液中進行鈍化處理，但不得影響涂層附著力。磷化或鈍化后的管路應進行水洗，為了提高工件表面的清洗質量，最好采用脫離子水做最終水洗。

為了防止工件表面被污染或返銹，干燥后應盡快涂裝。磷化和涂裝間隔不得超過16 h，對特殊工件可適當延長間隔時間，期間工件表面不得被污染或返銹。

1.2.3.4 磷化膜外觀

磷化后管路的顏色應為淺灰色到灰黑色或彩色；膜層結晶應致密、連續(xù)和均勻。磷化后的工件如存在焊縫處無磷化膜、輕微水跡、鈍化痕跡、擦白及掛灰現(xiàn)象，或者由于局部熱處理、焊接及表面加工狀態(tài)的不同而導致磷化膜顏色和結晶不均勻，均可視為允許缺陷。磷化后工件若出現(xiàn)銹蝕或綠斑，表面嚴重掛灰，無磷化膜（焊縫處除外）或磷化膜質地疏松層，均視為不允許缺陷。

1.2.3.5 磷化膜的耐蝕性

將磷化管路試樣浸入3%（質量分數(shù)，下同）的氯化鈉溶液中，在15～25℃溫度下保持1 h后取出，洗凈、吹干，目視檢查磷化膜表面是否出現(xiàn)銹蝕。

1.3 具體工藝流程

根據(jù)以上工藝流程的研究討論，考慮相關國家標準和業(yè)主要求，制訂出具體的工藝流程。

（1）向管狀工件內(nèi)灌裝酸液和酸霧抑制劑，要求工作液必須浸漬到管狀工件內(nèi)壁所有部位。

（2）排放除油、除銹工作液。

表3 磷化膜的分類

（3）向管狀工件內(nèi)壁灌裝自來水，邊加水邊向工件內(nèi)加入中和液并充分攪拌至溶解，要求工作液必須浸漬到管狀工件內(nèi)壁所有部位。

（4）排放中和液，用空氣高壓槍將內(nèi)壁吹凈，主要目的是吹除沉渣。

（5）向管狀工件內(nèi)壁灌裝磷化液，要求工作液必須浸漬到管狀工件內(nèi)壁所有部位。

（6）排放磷化液，用空氣高壓槍將內(nèi)壁徹底吹干（這道工序十分重要）。

（7）對管狀工件全部露口處采取包堵等措施進行封密。

2 工藝實施過程中存在的問題和解決方法

2.1 酸洗過程中的過腐蝕現(xiàn)象

由于碳鋼在潮濕環(huán)境條件下易被酸所腐蝕，因此，酸洗過程中要嚴格控制酸的用量和清洗時間，避免出現(xiàn)過洗現(xiàn)象。針對以上問題，筆者做了兩組優(yōu)化試驗。

試驗方法：將經(jīng)過除油處理的試樣浸漬在不同種類的酸洗液中，經(jīng)過一段時間后拿出來洗凈并檢查其表面殘存的鐵銹、氧化皮量以及是否存在過酸洗現(xiàn)象，從而對酸洗效果做出評定。同時，在酸洗液中加入適量緩蝕劑，減輕氫脆現(xiàn)象。為了保證酸洗過程的安全、環(huán)保，也可向酸洗液中加入酸霧抑制劑。

第1組試驗：不同種類酸洗液的酸洗效果試驗，目的是確定哪種酸的除銹效果相對較好。試驗中，酸洗液種類、酸的質量分數(shù)、工作溫度、酸洗時間、工作規(guī)范、所用緩蝕劑種類以及使用量見表4。

從表4可以看出，在酸的質量分數(shù)相似、浸泡時間相同的常溫試驗條件下，采取鹽酸+雙氧水的混合酸進行酸洗除銹的效果最好，可以作為最佳酸洗溶液。

第2組試驗：采用鹽酸+雙氧水混合酸進行進行酸洗時間相同、酸的質量分數(shù)不同的酸洗試驗，試驗結果見表5。

表5 鹽酸+2%雙氧水酸洗試驗結果

從以上兩組試驗可以看出，30%的鹽酸+2%的雙氧水對鋼鐵工件的酸洗除銹效果最好，達到了相關技術標準的要求和目視檢查無銹、無焊接鱗片等殘留物的業(yè)主要求。最終確定的酸洗的方案是：采用成分及配比為30%鹽酸、2%雙氧水、0.1%六次甲基四胺的混合酸溶液，酸洗時間以12 h為宜。

2.2 磷化過程中的磷化膜好壞和返銹問題

磷化工藝的早期應用是防銹，鋼鐵件經(jīng)磷化處理后形成一層致密、均勻的磷化膜，起到防銹作用。經(jīng)過磷化防銹處理的工件防銹期可達幾個月甚至幾年（對涂油工件而言），廣泛用于工序間、運輸、包裝貯存及使用過程中的防銹。

一般情況下，形成致密、均勻磷化膜的要求較高。首先，磷化處理要求工件表面應是潔凈的，金屬工件在磷化前必須進行除油脂、銹蝕、氧化皮以及表面調(diào)整等預處理。表面調(diào)整是使金屬表面具備一定的“活性”，以獲得均勻、致密的磷化膜，達到提高漆膜附著力和耐腐蝕性的要求。另外，磷化液酸度、磷化溫度、磷化時間等也對膜的形成有很大影響。因此，選擇一種優(yōu)良性能的磷化劑至關重要。

針對以上分析，經(jīng)過仔細研究和查找，選擇一種集脫脂、除銹、磷化功能為一身的三合一重銹磷化劑BL-201，該產(chǎn)品可在鋼鐵工件表面形成一層結晶致密、均勻的磷酸鋅系膜，不僅使工件表面具有優(yōu)良的耐腐蝕性，而且可以增強后續(xù)涂裝膜層的附著力，對工件表面輕微的油污也有很好的去除作用。該產(chǎn)品可常溫使用，有效改善了工作環(huán)境，并對人體無害，對大氣無污染，對排放無影響。使用時將工件直接浸漬于原液中，直至金屬表面銹跡除盡并形成完整皮膜后取出，用高壓空氣槍將內(nèi)壁徹底吹干即可。

表4 不同種類酸洗液的酸洗試驗結果（常溫25℃）

工藝處理過程中，可以采用水質調(diào)節(jié)劑TS-300，用以取代磷化處理后的含鉻鈍化處理，同時可對不經(jīng)磷化處理的鋼鐵工件起到表面防銹的作用，以達到清洗、穩(wěn)定磷化膜、防止腐蝕發(fā)生的目的。

3 磷化處理工藝的安全與環(huán)保

3.1 處理前場地環(huán)境的優(yōu)化

若沒有專門的酸洗磷化車間，為保證酸洗、磷化工藝的順利進行，可選擇生產(chǎn)車間的水壓室作為工藝操作場所，此處人員密度小、水源充足，可大大減少危險發(fā)生的幾率，并為操作人員提供國家規(guī)定的個人穿戴勞動保護用品。

3.2 處理過程中的安全與環(huán)保

酸洗工藝安全規(guī)程按GB 7692—1999《涂裝作業(yè)安全規(guī)程 涂裝前處理工藝安全及其通風凈化》第8章的相關規(guī)定。采用密閉式浸漬型酸洗，作業(yè)場所布置在水壓室水池附近，內(nèi)浸型槽應先注水，再注化學液，并布置覆蓋層或加入抑制劑。操作人員應配備口罩、防毒面具、塑膠手套等防護工具。

3.3 廢液回收和排放處理

酸洗后的酸洗液仍有大量酸性物質存在，腐蝕性很強，不能直接排至下水道，可采用大容積的聚乙烯塑料桶進行回收，可重復利用。當重復利用效果不佳時，收集后統(tǒng)一進行中和、沉淀處理，并集中送至污水處理廠進行處理排放。

磷化處理后的磷化液中含有磷成分，對水質有害，應經(jīng)過處理后進行回收，并集中送去污水處理廠進行處理后排放。

4 結論

核電旋轉電機管路的磷化防銹處理主要包括酸洗和磷化兩個重要過程。酸洗液的最佳配比為：30%鹽酸、2%雙氧水和0.1%六次甲基四胺，酸洗時間以12 h為宜。

經(jīng)過磷化處理的旋轉電機管路內(nèi)表面形成了一層致密、均勻的磷化膜，能夠起到很好的防銹作用，方便產(chǎn)品的運輸，達到了產(chǎn)品相關的質量要求。在磷化處理實施過程中，成功解決了磷化后返銹的問題，可為相關產(chǎn)品磷化工藝的制訂與實施提供參考。

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（本文責編：劉芳）

TG 178：TM 623

：A

：1674-1951（2015）02-0009-04

李戈（1985—），男，山東臨沂人，工程師，從事發(fā)電廠鍋爐清潔燃燒及金屬材料性能試驗研究工作（E-mail：lige.007＠163.com

2014-08-18；

2014-11-29

）。