钢铁中温黑色磷化新工艺

钢铁中温黑色磷化新工艺 摘 要：本文介绍了一种Zn-Ni系黑色磷化新工艺。它可在50~60℃下形成均匀细致、耐蚀性好、具有防腐装饰、减摩、吸光、消光、吸散热、绝缘等优良性能的黑色磷酸盐转化膜。且工艺稳定、流程简单、成本低廉，成膜速度快 关键词：黑色磷化、发黑、黑色金属材料、中温 A New Black Phosphating Process at Middle- Temperature for Iron and Steel Abstract：The paper was introduced a new phosphating process in Zn-Ni series phosphatizing agent at 50~60℃. By this process, the homogeneous fine black phosphatization film, with good properties such as antirust, decoration, antifriction, light elimination and absorption, heat dissipation and absorption, insulation, could be obtained. This process was stable and simple. the cost was low and the speed of film formation was rapid. Keywords: black phosphating, black treatment, iron and steel, medium temperature 长期以来，黑色金属材料（包括钢铁、铸铁）表面发黑通常采用高温氧化。该工艺溶液体系稳定，操作要求不高，膜层外观美。但同时存在着不可克服的缺陷：能耗大，效率低，耐蚀性不及磷化膜，且铸铁件发黑通常为黑褐色或红褐色。不同材料处理后的颜色不能达到一致。特别是对操作工人的劳动环境和环保造成很大的危害和破坏（存在致癌物、产生大量碱雾）等。针对这些迫切需要解决的缺陷，我们研究开发了常温发黑技术。该技术具有节能、操作简单、成膜时间短等优点。但也存在着比较明显的缺陷：前处理要求高，对钢铁材料的选择性比较强。对弹簧钢、热处理淬火后的钢等能得到各种指标都与高温碱性氧化相当或更好的黑色膜，但对大多数钢铁材料，相对碱性氧化来说，耐磨性、耐蚀性能要差。 为了能得到一种耐磨性、耐蚀性好，颜色均匀一致的黑色膜，我们吸取了磷化工艺和常温发黑工艺成膜的优点，经过了大量的试验，1992年我们研究出了中温黑色磷化新工艺，并投入了大批量生产。 1.黑色磷化机理探讨 黑色磷化的关键是如何使磷化膜黑色化问题。我们曾用活性硫作预浸处理，钢铁工件在含活性硫的酸性溶液中进行预处理，基体表面在活性硫的作用下生成黑色硫化亚铁，然后在一定条件下进行磷化处理，在钢铁表面就生成了黑色磷化膜。经过一段时间的试生产后，我们发现该预浸液不够稳定。活性硫离子易生成单质硫析出，影响工件外观。因此我们又进行了其它方法的试验，最后我们研制成了YH-845Ⅱ预浸剂。该剂由多种盐、酸、活性剂、促进剂等组成，在钢铁基体表面进行氧化还原反应后生成无数致密、乌黑的晶核，该晶核能加速磷化反应，细化磷化膜结晶，在短时间内形成一层连续、均匀、致密的黑色磷化膜。磷化工艺采用Zn-Ni系磷化，该工艺具有结晶细、膜层致密均匀的特点，具有很好的耐蚀性、减摩性，与涂层的结合力强。因此，同一磷化槽既可用于黑色磷化，又可用于喷塑前磷化。 2.黑色磷化新工艺 2.1黑色磷化工艺流程 除油→水洗→水洗→除锈→水洗→水洗→预浸→水洗→磷化→水洗→热水洗→自然干燥→封闭→检验 2.2黑色磷化、喷塑前磷化、普通磷化、高温碱性氧化、常温发黑工艺和性能比较（表1、表2）。 表1、黑色磷化、喷塑前磷化、普通磷化、高温碱性氧化、常温发黑工艺比较（略） 表2、几种化学转化膜性能比较 项 目 磷化膜 碱性氧化膜 常温发黑膜 黑色磷化膜 外观 灰深灰色 黑深黑色\红褐色 黑色 深黑色 装饰性 差 良 优 优 色泽耐久性 良 良 中 优 耐蚀性 良 中 中 优 耐磨性 优 优 中 优 绝缘性 优 差 差 优 吸散热性 良 良 良 优 减摩性 优 差 差 优 2.3采用黑色磷化新工艺的优点： ⑴YH-845Ⅱ预浸剂无需测定，生产过程中只要适量添加浓缩液即可长期使用，工艺易于控制，质量稳定。且1kg预浸剂黑化面积可达6~6.5m2，成本低廉。 ⑵磷化膜结晶均匀、致密，耐蚀性好，外观为均匀一致的深黑色，装饰性好。 ⑶对不同的材料和热处理方法，颜色一致性好，产品质量稳定。 ⑷磷化温度低、时间短，生产效率高。 ⑸生产过程中无毒物排出，有利于三废治理。 ⑹黑色磷化膜具有优异的减摩性（即减小摩擦系数，降低摩擦阻力）、耐磨性、良好的绝缘性、吸散热性和耐热性能。 ⑺黑色磷化工艺中的磷化部分可以单独使用，它能得到均匀的灰色磷化膜，用于喷塑前的磷化。 ⑻黑色磷化和喷塑前磷化可根据磷化时间不同控制磷化膜厚度。 ⑼黑色磷化膜工艺流程简单，在我厂实际生产中，去掉一只厚膜（普通）磷化槽，加上一只预浸槽，整条生产线没改动。 3.黑色磷化膜的技术条件 黑色磷化膜技术条件主要由外观、单位面积上的膜层质量、耐蚀性等这些具有化学转化膜特性的几个方面组成。物理、机械性能方面的特性可根据不同产品的技术特性、使用条件等确定。我厂黑色磷化生产的主要产品是葫芦上除罩壳以外的各类零件，其技术条件如下： 3.1外观 黑色磷化膜结晶致密、连续、均匀，颜色为黑色至深黑色，不允许膜层疏松，晶粒粗大、浮灰，不允许膜层出现花斑及明显色差，不允许浮色、脱色（按GB11376检测）。 3.2 膜重 单位面积上的膜层质量为5~15g/m2（按GB9796检测）。 3.3耐蚀性 点滴试验：硫酸铜混合试剂快速测试，试液变色时间大于3min。 我厂生产的黑色磷化零件，测试结果表明，膜层质量完全符合有关标准规定，结果见表3。 表3、黑色磷化膜测试数据 测试项目 执行标准 技术要求 测试结果 外 观 GB11376 结晶连续均匀 符合标准要求 色 调 GB11376 黑色至深黑色 深 黑 色 膜层质量 GB9792 5~15 g/m2 8~13g/m2 硫酸铜点滴试验GB5936 ＞3min ＞5min 4.结论 4.1黑色磷化膜结晶均匀、致密，不同材质颜色一致性好，产品质量稳定。 4.2黑色磷化膜色泽为深黑色，其耐蚀性、耐磨性、减摩性等各项性能均超过高温氧化膜。该工艺对提高产品质量、降低生产成本、改善工作环境，增强市场竞争力有明显的经济效益和社会效益。 4.3黑色磷化和喷塑前磷化在同一磷化槽中加工，可以缩短工艺流程、简化工艺、节约投资。 [参 考 文 献] [1] 电镀手册.国防工业出版社.1986 [2] 卢燕平.金属表面防蚀处理.北京科技大学出版社.1989 [3] 梁梦兰.表面活性剂和洗涤剂.科学技术文献出版社.1990 [4] 叶新.钢铁的快速发黑处理.材料保护.1984.94(5).29 [5] 张晓明.铝及铝合金镀（黑色）硫化镍. 材料保护.1985.96(1).25 [6] 周谟银.金属通用的黑化处理方法. 电镀与精饰.1985.7(5).35 [7] 秦尔华.钢铁的常温发黑.电镀与精饰.1991.13(2).27