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CN109338346A - 一种钢铁常温磷化方法 - Google Patents

一种钢铁常温磷化方法 Download PDF

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CN109338346A CN201811245501.0A CN201811245501A CN109338346A CN 109338346 A CN109338346 A CN 109338346A CN 201811245501 A CN201811245501 A CN 201811245501A CN 109338346 A CN109338346 A CN 109338346A
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胡秀英
胡贵芳
李明红
宋皖杰
王琼
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Jiangsu University of Technology
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Abstract

本发明涉及钢铁表面处理技术领域，涉及一种钢铁常温磷化方法，先将待处理的钢铁进行表面打磨、酸洗除锈，然后完全浸泡在磷化液中，并在超声波作用下磷化。本发明工艺简单，无需除油、表调及钝化填充工序，提高了生产效率；同时，本发明磷化过程无需加热，常温下即可磷化，大大节省了能源；并且，本发明在超声作用下磷化，所形成的磷化膜层表面孔隙率低，膜层均匀致密，具有良好的耐腐蚀性，适宜工业推广。硫酸铜点滴实验达到322s，3％氯化钠溶液常温浸泡超过12小时不会出现锈斑。

Description

一种钢铁常温磷化方法
技术领域
本发明涉及钢铁表面处理技术领域，具体领域为一种磷化处理工艺。
背景技术
磷化是常用的金属前处理技术，属于化学转换膜处理，主要应用于钢铁、铝、锌件等金属表面磷化。磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。钢铁是现代应用最广泛的结构材料。为了增强钢铁基体抗腐蚀性能，延长使用寿命，通常对钢铁材料进行表面处理，在表面形成能保护金属不易受水和其他腐蚀介质影响的膜层，并在后续涂装过程中进一步提高基体与涂层的结合力。
目前，关于钢铁表面的磷化处理方法有很多种，大部分涉及预处理脱脂工序、磷化前表调工序、磷化后钝化或填充工序，而磷化前脱脂、表调和磷化后钝化或填充都会使磷化工艺变得复杂，同时这三个工序也会产生大量废水，对环境造成一定的污染。而且，大部分磷化工艺温度较高，属于中高温磷化。因此，寻找一种工艺简单、清洁、节能的磷化方法，对提高生产效率、保护环境及改善磷化膜表面的孔隙率都具有重要的现实价值和推广价值。
中国发明专利申请CN103805980A中公开了一种钢铁零件氧化磷化工艺方法，采用FS-1水剂除油剂对钢铁零件进行除油，同时该工艺在70-75℃下磷化后采用10g/L～30g/L的重铬酸钾(K2Cr2O7)对磷化零件进行填充。该工艺不仅能耗大，而且在除油和填充工艺产生大量废水，特别是填充液中含有六价铬，对环境及人体危害严重。中国发明专利申请CN101693993A公开了一种碳钢表面磷化处理液及镀镍封闭方法，在碳钢片打磨清洗后将其浸入到5g/L多聚磷酸钛(IV)的表面调整液中表面调整1～2min，磷化后将碳钢片放入镀镍液中恒电流下镀镍封闭，所采用的镀镍液组成为NiSO4.6H2O 200～300g/L，NiCl2.6H20 10～50g/L，H3BO3 10～50g/L，糖精0.4～0.8g/L，1，4-丁炔二醇0.1～0.5g/L，十二烷基硫酸钠0.05～0.2g/L，该镀镍液还含有镍离子，有环境有一定的污染。
中国发明专利申请CN103938201A公开了一种高耐蚀性黑色磷化方法，所使用的磷化温度为60～75℃，操作温度较高，能耗较大。中国发明专利申请CN102817023A中公开了一种高温耐腐蚀磷化液，也存在同样的问题，磷化加热温度为80～95℃，能耗太大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢铁常温磷化方法。在常温(20～40℃)下超声磷化，节省能源，且能形成均匀致密的磷化膜层，进一步提高钢铁试片耐蚀性能。同时减少预处理脱脂、磷化前表调和磷化后钝化填充工序，使磷化工艺简单化，从而提高生产效率，同时减少废水排放，保护环境，有利于工业化推广。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种钢铁常温磷化方法，包括以下步骤：
(1)将待处理的钢铁试片进行表面打磨，水洗；
(2)将钢铁试片放入盐酸溶液中除锈及除氧化皮，取出水洗；
(3)将经过预处理的钢铁试片放入调节好pH值的磷化液中，在超声作用下磷化处理；
(4)将磷化处理后的钢铁试片取出，水洗，电吹风吹干。
所述步骤(1)中，钢铁试片表面打磨采用的是240号、360号、600号、1200号水磨砂纸逐级打磨抛光，所述水洗采用流动自来水冲洗1min。
所述步骤(2)中盐酸溶液为浓度为18％的水溶液，除锈及除氧化皮所用温度为60℃，所用时间为10min；所述水洗先采用流动自来水冲洗1min，再用去离子水水洗1min。
所述步骤(3)中，磷化液组成为：氧化锌12-18g/L，85％的磷酸40-52ml/L，50％的硝酸锰溶液2-6g/L，柠檬酸1-3g/L，硫酸羟胺10-14g/L，余量为水。
所述磷化液的制备方法包括以下步骤:
a、向装有氧化锌的烧杯中加入所需总量三分之一的蒸馏水，机械搅拌成糊状；
b、向步骤a所得的溶液中分批缓慢加入所需量的磷酸，边加边搅拌，使氧化锌充分溶解；
c、在步骤b所得的溶液中依次加入称量好的硫酸羟胺、柠檬酸、硝酸锰，边加边搅拌，待溶液搅拌均匀，加蒸馏水定容。
所述步骤(3)中，磷化液的pH是在磁力搅拌器搅拌的情况下，滴加5mol/L的氢氧化钠调节到pH值为2.5-2.8。
所述步骤(3)中超声磷化装置是超声清洗装置，超声频率为40KHz，磷化采用的超声功率为190～210W；磷化温度为常温，即20～40℃，磷化时间20～35min。
所述步骤(4)中，取出的磷化试片采用流动自来水洗2min，再用去离子水洗1min。电吹风热风温度控制在65-70℃吹干。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)工艺简单，无需预处理脱脂、磷化前表调和磷化后钝化填充三道工序，操作方便，处理成本低；
2)节约能源，常温下即可实现磷化处理；
3)清洁生产，整个磷化工艺避免了脱脂、表调和钝化填充工序的废水排放，减少了环境和人体的毒害问题；
4)效果良好，采用超声磷化，所形成的磷化膜层表面孔隙率低，膜层均匀致密，具有良好的耐腐蚀性，适宜工业推广。
附图说明
图1为现有技术中磷化方法的工艺流程示意图；
图2为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种钢铁常温磷化方法，包括以下步骤：
(1)采用240号、360号、600号、1200号水磨砂纸逐级打磨钢铁试片，使钢铁表面抛光，然后采用流动自来水冲洗1min。
(2)将步骤(1)的钢铁试片放于18％的盐酸溶液中，于60℃下，酸洗除锈除氧化皮10min，然后先采用流动自来水冲洗1min，再用去离子水水洗1min。
(3)将步骤(2)的钢铁试片放入磷化液中进行磷化处理，磷化液组成为：氧化锌15g/L，85％的磷酸41ml/L，50％硝酸锰溶液6g/L，柠檬酸1g/L，硫酸羟胺10g/L，余量为水。
其中，磷化液的制备方法包括以下步骤：
a、向装有氧化锌的烧杯中加入所需总量三分之一的蒸馏水，机械搅拌成糊状；
b、向步骤a所得的溶液中分批缓慢加入所需量的磷酸，边加边搅拌，使氧化锌充分溶解；
c、在步骤b所得的溶液中依次加入称量好的硫酸羟胺、柠檬酸、硝酸锰，边加边搅拌，待溶液搅拌均匀，加蒸馏水定容。
(4)采用5mol/L的氢氧化钠溶液调节配制的磷化液到pH值到2.5-2.8。
(5)将超声清洗器设定到超声频率为40KHz，超声功率为200W，在磷化温度为常温20℃下磷化25min。
(6)取出的磷化试片采用流动自来水洗2min，再用去离子水洗1min。电吹风热风温度控制在65-70℃吹干。
本实施例制备得到的磷化膜外观灰黑色，均匀致密，硫酸铜点滴实验达到151s，3％氯化钠溶液常温浸泡超过6小时不会出现锈斑。
实施例2
一种钢铁常温磷化方法，包括以下步骤：
(1)采用240号、360号、600号、1200号水磨砂纸逐级打磨钢铁试片，使钢铁表面抛光，然后采用流动自来水冲洗1min。
(2)将步骤(1)的钢铁试片放于18％的盐酸溶液中，于60℃下，酸洗除锈除氧化皮10min，然后先采用流动自来水冲洗1min，再用去离子水水洗1min。
(3)将步骤(2)的钢铁试片放入磷化液中进行磷化处理，磷化液组成为：氧化锌12g/L，85％的磷酸47ml/L，50％硝酸锰溶液4g/L，柠檬酸2g/L，硫酸羟胺12g/L，余量为水。
其中，磷化液的制备方法包括以下步骤：
a、向装有氧化锌的烧杯中加入所需总量三分之一的蒸馏水，机械搅拌成糊状；
b、向步骤a所得的溶液中分批缓慢加入所需量的磷酸，边加边搅拌，使氧化锌充分溶解；
c、在步骤b所得的溶液中依次加入称量好的硫酸羟胺、柠檬酸、硝酸锰，边加边搅拌，待溶液搅拌均匀，加蒸馏水定容。
(4)采用5mol/L的氢氧化钠溶液调节配制的磷化液到pH值到2.5-2.8。
(5)将超声清洗器设定到超声频率为40KHz，超声功率为210W，在磷化温度为常温25℃下磷化30min。
(6)取出的磷化试片采用流动自来水洗2min，再用去离子水洗1min。电吹风热风温度控制在65-70℃吹干。
本实施例制备得到的磷化膜外观灰黑色，均匀致密，硫酸铜点滴实验达到169s。3％氯化钠溶液常温浸泡超过6小时不会出现锈斑。
实施例3
一种钢铁常温磷化方法，包括以下步骤：
(1)采用240号、360号、600号、1200号水磨砂纸逐级打磨钢铁试片，使钢铁表面抛光，然后采用流动自来水冲洗1min。
(2)将步骤(1)的钢铁试片放于18％的盐酸溶液中，于60℃下，酸洗除锈除氧化皮10min，然后先采用流动自来水冲洗1min，再用去离子水水洗1min。
(3)将步骤(2)的钢铁试片放入磷化液中进行磷化处理，磷化液组成为：氧化锌15g/L，85％的磷酸51ml/L，50％硝酸锰溶液5g/L，柠檬酸3g/L，硫酸羟胺10g/L，余量为水。
其中，磷化液的制备方法包括以下步骤：
a、向装有氧化锌的烧杯中加入所需总量三分之一的蒸馏水，机械搅拌成糊状；
b、向步骤a所得的溶液中分批缓慢加入所需量的磷酸，边加边搅拌，使氧化锌充分溶解；
c、在步骤b所得的溶液中依次加入称量好的硫酸羟胺、柠檬酸、硝酸锰，边加边搅拌，待溶液搅拌均匀，加蒸馏水定容。
(4)采用5mol/L的氢氧化钠溶液调节配制的磷化液到pH值到2.5-2.8。
(5)将超声清洗器设定到超声频率为40KHz，超声功率为190W，在磷化温度为常温35℃下磷化35min。
(6)取出的磷化试片采用流动自来水洗2min，再用去离子水洗1min。电吹风热风温度控制在65-70℃吹干。
本实施例制备得到的磷化膜外观灰黑色，均匀致密，硫酸铜点滴实验达到322s。3％氯化钠溶液常温浸泡超过12小时不会出现锈斑。
对比例
将现有磷化方法与本发明磷化方法所得磷化膜耐蚀性对比。
其中，图1为申请号为CN108034938A的现有磷化方法，其工艺参数与其说明书中所列的实施例3一致；图2为本发明磷化方法，其工艺参数与本发明的实施例3一致。
采用硫酸铜点滴实验法测定两种磷化方法所得磷化膜耐蚀时间，从图1和图2中显示的硫酸铜点滴时间可知，使用本发明的磷化方法能够获得耐蚀性高的磷化膜，本发明磷化方法制得的磷化膜点滴时间远大于现有磷化方法所得磷化膜的点滴时间。说明本发明省去预处理脱脂、磷化前表调步骤而在常温超声作用下磷化能显著提高磷化膜耐蚀性，同时既减少了废水排放，又节省能源。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种钢铁常温磷化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待处理的钢铁试片进行表面打磨，水洗；
(2)将钢铁试片放入盐酸溶液中除锈及除氧化皮，取出水洗；
(3)将经过预处理的钢铁试片放入调节好pH值的磷化液中，在超声作用下磷化处理；
(4)将磷化处理后的钢铁试片取出，水洗，电吹风吹干。
2.根据权利要求1所述的钢铁常温磷化方法，其特征在于：所述步骤(1)中，钢铁试片表面打磨采用的是240号、360号、600号、1200号水磨砂纸逐级打磨抛光，所述水洗采用流动自来水冲洗1min。
3.根据权利要求1所述的钢铁常温磷化方法，其特征在于：所述步骤(2)中盐酸溶液为浓度为18％的水溶液，除锈及除氧化皮所用温度为60℃，所用时间为10min；所述水洗先采用流动自来水冲洗1min，再用去离子水水洗1min。
4.根据权利要求1所述的钢铁常温磷化方法，其特征在于：所述步骤(3)中，磷化液的配方为氧化锌12-18g/L，85％的磷酸40-52ml/L，50％的硝酸锰溶液2-6g/L，柠檬酸1-3g/L，硫酸羟胺10-14g/L，余量为水。
5.根据权利要求4所述的钢铁常温磷化方法，其特征在于：所述磷化液的制备方法包括以下步骤:
(1)向装有氧化锌的烧杯中加入所需总量三分之一的蒸馏水，机械搅拌成糊状；
(2)向步骤(1)所得的溶液中分批缓慢加入所需量的磷酸，边加边搅拌，使氧化锌充分溶解；
(3)在步骤(2)所得的溶液中依次加入称量好的硫酸羟胺、柠檬酸、硝酸锰，边加边搅拌，待溶液搅拌均匀，加蒸馏水定容。
6.根据权利要求1所述的钢铁常温磷化方法，其特征在于：所述步骤(3)中，磷化液的pH值在磁力搅拌器搅拌的情况下，滴加5mol/L的氢氧化钠调节到pH值为2.5-2.8。
7.根据权利要求1所述的钢铁常温磷化方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述超声磷化采用装置为超声清洗装置，超声频率为40KHz，磷化超声功率为190～210W；超声磷化温度为常温，即20～40℃，超声磷化时间20～35min。
8.根据权利要求1所述的钢铁常温磷化方法，其特征在于：所述步骤(4)中，取出的磷化试片采用流动自来水洗2min，再用去离子水洗1min，然后用电吹风控制温度在65-70℃吹干。
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