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)，測量試片出現(xiàn)土黃色時(shí)間檢測耐蝕性。

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)，測量試片出現(xiàn)土黃色時(shí)間檢測耐蝕性。

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，反應(yīng)熱使槽液溫度升高，增加槽液酸比，膜層生長加快，同時(shí)由于結(jié)晶在已形成的膜上繼續(xù)生長，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]?？偹岫冗^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)。控制總酸度的意義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，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；溫度高時(shí)，磷化時(shí)間可以適當(dāng)縮短；不能用延長磷化時(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)３霈F(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。

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[3]張忠誠，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.

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