盘卷抛丸机

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盘卷钢丝抛丸与盘卷钢丝磷化的工艺衔接

梁学楷1，刘志宝2

【1.浩中科技（上海）有限公司.上海 浦东200120 

     2.浩中机械（蚌埠）有限公司.安徽 蚌埠233010】

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盘卷钢丝抛丸与盘卷钢丝磷化的工艺衔接

l 摘要：

l          盘卷钢丝的传统酸洗工艺，使用盐酸、硫酸、硝酸、

l               氢氟酸等，已经严重污染了环境。

l          盘卷钢丝的抛丸工艺，成功地取代了传统的酸洗工

l               艺。

l          对盘卷抛丸机在国内的生产和应用状况，进行了介

l               绍。

l          盘卷抛丸机具有工艺的先进性、高效性、环保节

l               能性，是急待推广的产品。

l 关键词：

l          盘卷抛丸机；传统酸洗工艺；钝化膜；磷化膜；

l               抛丸取代酸洗；

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中国的环保形势
和盘卷抛丸机在国内的开发制造

l 为了使天蓝、地绿、水清，习主席于2014年4月24日，签发了《中华人民共和国主席令第9号》，《中华人民共和国环境保护法》自2015年1月1日起施行。

l 为了使社会经济可持续性发展，浩中机械（蚌埠）有限公司成立了“盘卷抛丸机”的生产研发基地，由德国EJP-TOSCA公司提供图纸，国内制造。

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抛丸钢丝表面磷化反应的发生

l 预备知识

l 化学反应一定发生的条件有2个: (1)生成物的化学自由能低于反应物的化学自由能。(2)反应物中，发生反应的化学元素能破键成为原子状态。

l 例如：2H2+02=2H2O，反应条件是：点燃，氢气分子和氧气分子都可以破键为原子状态，其反应放出的能量，可以使下一个氢气和氧气分子破键为原子状态，反应再次发生，一系列的链式反应，使该反应进行到底。

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抛丸钢丝表面磷化反应的发生

l 再例如：火药中，有硝酸钾、氯酸钾、高锰酸钾等助燃剂。是因为以上3种物质都容易放出氧原子。点燃时，该氧原子和硫磺或木炭发生反应，放出了能量，该能量可以使下一个反应再次发生，一系列的链式反应，爆炸发生了。

l 以上两个例子说明：化学反应是原子与原子之间的反应，当生成物的能量状态低于反应物的能量状态时，化学反应就一定发生了。

l 抛丸钢丝表面的磷化反应，就是这样的反应。抛丸表面的Fe原子提供了磷化反应发生的条件。

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抛丸钢丝表面磷化反应的发生

l 抛丸钢丝表面提供了活性的铁原子Fe，磷化液中的氧化剂提供了氧原子O, 钝化反应自然发生，在抛丸钢丝表面形成FeXOY钝化膜。该钝化膜成为磷化膜的结晶晶核，磷化膜在钝化膜晶核上结晶长大。

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磷化反应的发生机理

l 磷化液中有：M(H2PO4)2  ，（M是二价金属离子）。

l 磷化发生2个电离反应:

l M(H2PO4)2=M(HPO4) 沉淀↓+HPO4；3M(H2PO4)2+4H2O=M3(PO4)2.4H20沉淀↓+4H3PO4  

l M (HPO4) 沉淀↓和M3(PO4)2沉淀↓在钝化膜晶核上长大，形成磷化膜。 

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磷化反应的发生机理

l 磷化液中的M(H2PO4)2溶于水，电离出H离子，钢丝上的Fe原子置换电离出来的H+离子。随着H+离子的减少，磷酸的2级电离平衡被打破，平衡向生成（HPO4）2-的方向移动；由于（HPO4）2-离子浓度的增加和H+离子的减少，磷酸的3级电离平衡被打破，平衡向生成PO43-的方向移动，发生了以上2个电离反应。

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钝化膜的形成速度

l 在抛丸钢丝的活性金属表面上，不同部位的标准电极电位有差别，标准电极电位越低，钝化反应越容易发生，造成钝化反应速度的不同。

l 例如：晶界部位、相界部位、位错部位。钝化反应速度的比较如下：晶界和相界部位＞位错部位＞单相铁素体部位＞单相渗碳体部位。

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钝化速度对磷化速度的影响

l 在同样的磷化条件下，珠光体多的钢，磷化速度快。因为珠光体中，铁素体和渗碳体的片层间隔结构，形成了很多相界，相界钝化速度快，导致磷化速度快。例如：钢丝表面脱碳严重，珠光体少，单相铁素体多，钝化速度慢，导致磷化速度慢。

l 由于钝化速度的不一样，使磷化膜开始长大的时刻不同，造成孔洞。

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磷化膜的附着力

l 钝化膜的质量决定磷化膜和基体的附着力。另外，M (HPO4) 沉淀↓和M3(PO4)2沉淀↓的组成比例，决定磷化膜本身的相互附着力。M3(PO4)2沉淀↓的附着力较大。

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电解磷化

l 阴极反应【7、9】

l 2M+2+2(H2PO4)-1=2MHPO4沉淀↓+H2气体↑；

l 3M+2+2（HPO4）-1=M3(PO4)2沉淀↓+H2气体↑（M是二价金属离子）

l 电解出氢气，加快了2个电离反应的速度，加快了晶核长大的速度。但是要控制M (HPO4) 沉淀↓和M3(PO4)2沉淀↓的组成比例。不能影响磷化膜本身的相互附着力。

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盘卷钢丝抛丸工艺的流程

l 首先用叉车或者行车，将盘卷钢丝均匀松散开。

l 松散后的盘卷钢丝用叉车或行车放到旋臂上。

l 抛丸时，旋臂可以正转和反转15秒左右，让盘

l 卷钢丝的整个圆周，都可以被钢丸打到。盘卷

l 抛丸机的旋转门上，每个面上有一个旋转臂

l （两个面共有两个旋转臂）。当里面旋转臂上的盘

l 卷在抛丸时，外面的旋转臂正在上料。13分钟左右，

l 抛丸舱内的盘卷完成抛丸，被旋转到抛丸舱外，同

l 时另一面的盘卷被旋转到抛丸舱里。舱里面盘卷被

l 抛丸的同时，完成舱外面盘卷的下料和上料。

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盘卷钢丝抛丸工艺的流程

l 盘卷钢丝的抛丸工艺：抛丸机的叶轮高速旋转，叶轮上的叶片将钢丸抛出，钢丸打到松散盘卷钢丝的表面，盘卷钢丝外表面的氧化皮被打掉，钢丝表面的清洁度达到Asa2.5~3。完全达到磷化工艺的要求，达到拉拔工艺的要求。

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盘卷钢丝抛丸工艺和磷化工艺
的衔接

l 抛丸后的盘卷钢丝，直接放入磷化池中。如果条件不允许，抛丸和磷化的时间间隔，越短越好。紧固件行业的拉拔，放置5个小时后磷化，磷化膜的厚度能满足拉拔的需要。

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盘卷钢丝抛丸工艺和磷化工艺
的衔接

l 由于空气中有21%的氧气，表面抛丸活性状态的铁原子，容易和氧气发生反应，生成一层薄薄的氧化膜（虽然看上去，表面还是银灰色的金属光泽），但是这层氧化膜不是钝化膜，会影响下道磷化工序中的钝化膜，从而影响磷化膜和钢丝表面的附着力。所以，抛丸和磷化两个工序的时间间隔越短越好。放置时间长的抛丸钢丝表面，需要重新抛丸或者轻酸洗。

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盘卷钢丝抛丸工艺和磷化工艺
的衔接

l 和原有成熟的拉拔工艺一样，磷化膜上可以带石灰、肥皂、硼、多聚物等拉拔剂。

l 容易忽视的是：磷化后，要用低电导率的清水冲洗。

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盘卷钢丝抛丸工艺和磷化工艺
的衔接

l 抛丸后的盘卷钢丝，如果用拉拔油来拉拔，就不用磷化了。例如：德国EJP公司的联合拉拔机。抛丸后，直接进入凸轮拉拔机或者履带式拉拔机，后道工序为收卷或者液压剪切。液压剪切后工序: 两辊矫直—倒棱--表面探伤—内部超声探伤—探伤质量分拣—收集—打捆—称重—入库。

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结束语

l 浙江省嘉兴市海盐县的环保节能部门，邀请我公司领导和技术人员去参加他们的节能环保会议。

l 在盘卷抛丸机的使用现场，推广盘卷抛丸机在当地的使用，来减少传统酸洗工艺对当地环境的污染。

l 当地政府对已经使用盘卷抛丸机的“海盐宇星螺帽有限责任公司”，给予了适当的经济补贴。

l 海盐宇星螺帽有限责任公司已经成功的完成了“盘卷钢丝表面抛丸与盘卷钢丝磷化的工艺衔接”。该厂盘卷钢丝的抛丸工艺，成功地取代了传统的酸洗工艺。

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谢谢观看！

l 欢迎各位领导、专家批评指正。

l 欢迎各界朋友来公司莅临指导。

l 梁学楷1，刘志宝2

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