CN111850530A - 一种碳钢表面的磷化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳钢表面的磷化处理方法，本发明属于磷化处理技术领域，本发明公开的磷化处理属于低温磷化，利用溅射腐蚀进行清洁处理，克服了高温防锈磷化所存在的槽液变化快，磷化膜厚度难以控制的缺陷和低温磷化液调整复杂等缺点而研发生产的中温防锈磷化液，具有上膜速度快，使用易操作，磷化膜防锈效果好等优点，可广泛用于汽车零件、碳钢部件、标准件的防锈磷化处理。
Description
技术领域
本发明属于磷化处理技术领域，具体涉及一种碳钢表面的磷化处理方法。
背景技术
钢铁件在含有锰、铁、锌的多聚磷酸盐溶液中经化学处理表面生成一层难溶于水的多聚磷酸盐保护膜，这种化学处理方法称为磷化。磷化膜呈暗灰色或黑色，具有微孔结构，经填充、浸油或涂漆处理具有较好的抗腐蚀性。由于它具有良好的吸附能力和润滑性，磷化膜广泛用作涂料底层和零件冷敏、冷挤时的润滑层，减少表面的拉伤和裂纹。磷化膜还可作为矽钢片的电绝缘层，防止零件黏附低熔点的熔融金属，避免压铸零件与模具黏结。磷化分类一般是按其处理时磷化液温度不同，而分为高、中、常温磷化三种。随着现代科技的进步，磷化工艺进一步得到发展，现在对磷化膜的要求，已由原来的粗糙结晶厚膜型改变为微晶薄膜型，磷化液也由高浓度向低浓度转化，磷化温度由高、中温向常温、低温转化，同时使用磷化、氧化综合表面处理工艺，磷化处理方式有浸渍法(半浸式和全浸式)、喷淋法、浸渍-喷淋组合法以及刷涂法等。但脱脂剂中所含的磷酸二氢盐、三聚磷酸盐等磷物质，在与金属离子结合时产生化学反应，生成不溶于水或难溶于水的大量磷酸盐沉淀，会形成堵塞屏蔽，影响脱脂效果，影响皮膜生成，例如CN2017109907963公开的一种用于暖气片的环保磷化液，并且磷化处理前的清洁处理，常采用强酸强碱或洗涤剂进行脱脂清洁，强酸强碱先对碳钢表面造成了腐蚀破坏，而传统磷化液中的磷酸锌、磷酸铁、磷酸钙、磷酸锰等磷酸盐，在金属工件上形成磷化膜的同时，产生大量沉淀，引起皮膜挂灰，槽液沉渣繁多，降低槽液稳定性，缩短槽液寿命，例如中国专利CN2010102480861公开了的防锈磷化液。作为本领域技术人员，亟待开发出一种碳钢表面的磷化处理方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种碳钢表面的磷化处理方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种碳钢表面的磷化处理方法，包括磷化处理液的配制步骤、溅射腐蚀、磷化处理步骤：（1）磷化处理液的配制：以质量份数计，将有机多膦酸6~8份、亚硝基铁***7~10份、多聚磷酸4.5~6份、有机酸锌1.2~1.4份、异丙苯基过氧化氢0.05~0.5份、稳定剂0.1~0.5份、pH缓冲剂6~8份、水80~100份的原料组分投入反应釜中，升温至20~40℃，控制搅拌速度在400~500转/分钟，机械搅拌10~15分钟后出釜，得磷化处理液；
多聚磷酸有腐蚀性，是四个正磷酸的缩聚合物，又叫四聚磷酸。
亚硝基铁***又叫硝普钠，分子式Na2Fe(CN)5NO·2H2O，含有亚硝基，有机多膦酸具备了一定的表面活性，具有的一定的络合能力，具有毒性小，工艺性能好，合成简单，原料丰富等特点，例如羟基乙叉二膦酸显强酸性，pH为2~3，具有腐蚀性。异丙苯基过氧化氢常用作自由基聚合引发剂。
（2）溅射腐蚀：用Ar等离子体，将碳钢置放在地极板，激发频率为40kHz，当射频功率为650W~850W、气体压力为130mT~150mT时，洁净溅射腐蚀处理600~900s的得清洁碳钢试件；
溅射腐蚀是利用等离子体中的正离子在电场获得能量去轰击碳钢表面，撞击移去表面子片段和原子，使污染物从表面去除，并能够使表面在分子级范围改变微观形态粗糙化，从而改善表面的粘结性能。氩气是惰性气体，等离子态的氩气并不和表面发生反应，氩等离子通过物理溅射使表面清洁，不会产生氧化副作用，保持被清洗物的化学纯洁性，腐蚀作用各向异性。
（3）磷化处理：将配制的磷化处理液放入磷化池内，使磷化处理的温度升至5~10℃，然后将清洁碳钢试件浸入其中，浸泡处理25~30分钟，用水冲净晾干，即得。
进一步的，所述的pH缓冲剂选自醋酸、柠檬酸钠或醋酸铵的一种或多种。
进一步的，所述的多聚磷酸为含质量分数P2H578~80%的多聚磷酸。
进一步的，所述的聚磷酸二氢盐为乙二胺四甲叉二膦酸、甲氨二甲叉膦酸和羟基乙叉二膦酸的一种或多种。
进一步的，所述的有机酸锌为氨基酸锌、乳酸锌、葡萄糖酸锌、柠檬酸锌的一种或多种。
进一步的，所述的稳定剂为烷基糖苷、淀粉烯基琥珀酸酯、泊洛沙姆的一种或多种。
上述稳定可以提高磷化处理液的贮存稳定性和使用性能。
本发明的有益效果：
本发明先是依靠等离子体中活性粒子的活化作用，达到去除碳钢表面污渍的目的，其通常包括无机气体被激发为等离子态、气相物质被吸附在固体表面、被吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子、产物分子解析形成气相、反应残余物脱离表面等过程，实现碳钢表面的结晶处理，通过等离子溅射腐蚀处理，可去除碳钢表面粉尘和杂质等无机残留物以及油污和手印等有机污染物，没有其他废液和废气产生，不需要环保处理，不污染环境，不会对碳钢表面产生氧化膜，本发明采用的磷化处理液含有有机多膦酸、亚硝基铁***、多聚磷酸、有机酸锌、异丙苯基过氧化氢、水作为主要成分，含有亚硝基铁***、异丙苯基过氧化氢促进剂效果较好，不仅成膜速度快，磷化膜形成结晶细密，槽液管理简单，无需补加促进剂，成膜速度也快，在低温下，有机酸锌的存在，由于有大量的氧化性促进剂，因此槽中Fe2+不会积累，并被氧化成为Fe3+而形成磷酸铁沉渣，而起到磷化作用和成分的有机多膦酸、多聚磷酸又会起到降渣减膜重，并改善磷化膜结构的均匀性。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明公开的一种碳钢表面的磷化处理方法，在碳钢磷化现有技术中，规模商品化应用的也仅只有几大主要类型，如轻铁系、锌系、锰系、锌钙系，所采用的的促进剂基本都是钼酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氯酸盐。磷化处理温度通常为35~45℃或中温型50~70℃，在磷化液商品中，还经常可见到“三合一”、“四合一”的商品，即除油除锈磷化钝化综合处理剂，但由于这类几合一处理剂，在国内外都并不提倡采用，其目的是减少清洗除污对磷化工序的影响，但并未取到良好的效果，本申请并未使用以往技术应用的强碱、强酸或弱酸弱碱或洗涤剂的清洁处理方式，采用溅射腐蚀等离子体的方式方便快捷，且不影响后续的磷化处理，无污染且环保绿色，磷化处理属于低温磷化，克服了高温防锈磷化所存在的槽液变化快，磷化膜厚度难以控制；低温磷化液调整复杂等缺点而研发生产的中温防锈磷化液，具有上膜速度快，单组分使用易操作，磷化膜防锈效果好等优点，可广泛用于汽车油箱、钢铁部件、标准件的防锈磷化处理等。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。
实施例1
第一步、磷化处理液的配制：以质量份数计，将羟基乙叉二膦酸6份、亚硝基铁***7份、多聚磷酸4.5份、柠檬酸锌1.2份、异丙苯基过氧化氢0.05份、稳定剂淀粉烯基琥珀酸酯0.1份、pH缓冲剂柠檬酸钠6份、水80份的原料组分投入反应釜中，升温至20℃，控制搅拌速度在400转/分钟，机械搅拌10分钟后出釜，得磷化处理液；第二步、溅射腐蚀：用Ar等离子体，将碳钢置放在地极板，激发频率为40kHz，当射频功率为650W、气体压力为130mT时，洁净溅射腐蚀处理600s的得清洁碳钢试件；第三步、磷化处理：将配制的磷化处理液放入磷化池内，使磷化处理的温度升至5℃，然后将清洁碳钢试件浸入其中，浸泡处理25分钟，用水冲净晾干，即得，所述的多聚磷酸为含质量分数P2H578%的多聚磷酸，所述碳钢为Q235A。
实施例2
第一步、磷化处理液的配制：以质量份数计，将甲氨二甲叉膦酸8份、亚硝基铁***10份、多聚磷酸6份、葡萄糖酸锌1.4份、异丙苯基过氧化氢0.5份、稳定剂泊洛沙姆0.5份、pH缓冲剂醋酸铵8份、水100份的原料组分投入反应釜中，升温至40℃，控制搅拌速度在500转/分钟，机械搅拌15分钟后出釜，得磷化处理液；第二步、溅射腐蚀：用Ar等离子体，将碳钢置放在地极板，激发频率为40kHz，当射频功率为850W、气体压力为150mT时，洁净溅射腐蚀处理900s的得清洁碳钢试件；第三步、磷化处理：将配制的磷化处理液放入磷化池内，使磷化处理的温度升至10℃，然后将清洁碳钢试件浸入其中，浸泡处理30分钟，用水冲净晾干，即得，所述的多聚磷酸为含质量分数P2H580%的多聚磷酸，所述碳钢为Q235A。
对比例1
本对比例与实施例2相比，在第一步步骤中，省去葡萄糖酸锌成分，除此外的方法步骤均相同。
对比例2
本对比例与实施例2相比，在第一步步骤中，省去异丙苯基过氧化氢成分，除此外的方法步骤均相同。
对比例3
本对比例与实施例2相比，在第二步步骤中，替换为采用碱性脱脂剂脱脂(氢氧化钾10.5g/L、磷酸三钠5.3g/L、EDTA2.6g/L)，脱脂温度60℃，时间5min。脱脂后用去离子水冲洗，并在去离子水中超声波清洗30s（参见《金属材料专业实验教程》，饶克，第65页，冶金工业出版社,2018.06）除此外的方法步骤均相同。
对比例4
本对比例与实施例2相比，在第一步步骤中，省去亚硝基铁***成分，除此外的方法步骤均相同。
表1各实施例和对比例碳钢表面的磷化处理的性能测试结果
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 磷化温度℃ | 5 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 磷化时间min | 25 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 膜层厚度μm | 2.1 | 2.2 | 2.1 | 2.2 | 2.2 | 2.0 |
| 磷化膜重量g/m<sup>2</sup> | 2.8 | 2.9 | 2.3 | 2.5 | 2.4 | 2.2 |
| 磷化沉渣量g/m<sup>2</sup> | 1.01 | 1.05 | 1.32 | 1.27 | 1.08 | 1.35 |
| 磷化膜耐腐蚀性能 | 无锈蚀 | 无锈蚀 | 无锈蚀 | 无锈蚀 | 无锈蚀 | 无锈蚀 |
注：磷化温度工作磷化处理时须在磷化温度范围内进行，用玻璃温度计测量磷化液工作温度；磷化时间用秒表记录，从工作浸入磷化液中至氢气停止析出时所用时间；磷化膜重量按GB/T6807中4.7的规定执行；磷化处理量工作磷化处理达到磷化膜重要求，计算单位工作液处理工作表面面积；磷化沉渣量，过滤磷化渣，65℃烘箱中烘干至恒重，称量磷化沉渣，烘干后的磷化沉渣量与磷化处理工作表面积比值即为磷化沉渣量；磷化膜耐蚀性能按GB/T6807中4.8规定执行磷化试样立即浸入3%的Nacl水溶液中，在25℃下，经1h,取出试样洗净吹干，目视磷化表面不应出现锈蚀。GB/T1771-2007色漆和清漆耐中性雾性；GB/T6807-2001钢铁工件涂漆前磷化处理技术条件；GB/T11376-1997金属的磷酸盐转化膜。
Claims (6)
1.一种碳钢表面的磷化处理方法，其特征在于，包括磷化处理液的配制步骤、溅射腐蚀和磷化处理步骤：
（1）磷化处理液的配制：以质量份数计，将有机多膦酸6~8份、亚硝基铁***7~10份、多聚磷酸4.5~6份、有机酸锌1.2~1.4份、异丙苯基过氧化氢0.05~0.5份、稳定剂0.1~0.5份、pH缓冲剂6~8份、水80~100份的原料组分投入反应釜中，升温至20~40℃，控制搅拌速度在400~500转/分钟，机械搅拌10~15分钟后出釜，得磷化处理液；
（2）溅射腐蚀：用Ar等离子体，将碳钢置放在地极板，激发频率为40kHz，当射频功率为650W~850W、气体压力为130mT~150mT时，洁净溅射腐蚀处理600~900s的得清洁碳钢试件；
（3）磷化处理：将配制的磷化处理液放入磷化池内，使磷化处理的温度升至5~10℃，然后将清洁碳钢试件浸入其中，浸泡处理25~30分钟，用水冲净晾干，即得。
2.根据权利要求1所述的一种碳钢表面的磷化处理方法，其特征在于，所述的聚磷酸二氢盐为乙二胺四甲叉二膦酸、甲氨二甲叉膦酸和羟基乙叉二膦酸的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种碳钢表面的磷化处理方法，其特征在于，所述的有机酸锌为氨基酸锌、乳酸锌、葡萄糖酸锌、柠檬酸锌的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种碳钢表面的磷化处理方法，其特征在于，所述的稳定剂为烷基糖苷、淀粉烯基琥珀酸酯、泊洛沙姆的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种碳钢表面的磷化处理方法，其特征在于，所述的pH缓冲剂选自醋酸、柠檬酸钠或醋酸铵的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种碳钢表面的磷化处理方法，其特征在于，所述的多聚磷酸为含质量分数P2H578~80%的多聚磷酸。
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| CN113718239A (zh) * | 2021-09-01 | 2021-11-30 | 江西樟树市福铃内燃机配件有限公司 | 一种汽车铸件的表面处理方法 |
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