高温磷化处理工艺的优化

巨根利

（陕西北方动力有限责任公司，陕西 宝鸡 721300）

高温磷化处理工艺的优化

巨根利

（陕西北方动力有限责任公司，陕西 宝鸡 721300）

某型柴油机铸铁缸体、强力螺栓、高温螺栓和拉杆等零件表面须采用高温磷化处理，以获得耐蚀性、耐磨性、耐热性、结合力及硬度均较高的磷化膜，从而提高柴油机的使用性能、期限和品质。但高温磷化存在高能耗造成的较高生产成本问题。本文对高温磷化工艺进行了优化，以高效常温脱脂剂取代传统高温化学除油工艺，取消了表调工序和5%铬酸溶液填充工序，采用热电偶自动控制装置、溢流水清洗技术和逆流漂洗技术，使单位面积磷化成本降低了30% ～ 40%。

柴油机零件；高温磷化；工艺优化；成本控制

1 前言

将钢铁零件在含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中进行化学处理，使其表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法称为磷化处理(或称磷酸盐处理)。磷化处理的过程是一种化学和电化学过程。磷酸盐处理方法有高温、中温和低温(常温)3种。中温和低温磷化形成的磷化膜较薄，达不到对在严酷环境下工作的柴油机零部件进行防锈的指标要求，且减摩性、耐热性和结合力也差，而高温磷化能获得耐蚀性、耐磨性、耐热性、结合力及硬度均较高的磷化膜，对于柴油机零件的非涂装磷化极为适用，在某些方面(如“三防”要求)更具有不可替代性。高温磷化工艺由于受较高生产成本的影响，目前其发展受到了一定的限制。笔者所在公司生产的某型柴油机中有数十种零件需要磷化处理，其中，柴油机铸铁缸体、强力螺栓、高温螺栓和拉杆等零件表面采用高温磷酸盐处理，从而提高柴油机的使用性能、期限和品质。本文根据市场需要，在确保产品质量的前提下，按照磷化技术的低能耗、低污染、无毒和低成本的发展趋势，对高温磷化工艺过程进行优化，并采用新技术、新方法控制高温磷化处理生产成本，为高温磷化技术的可持续性发展做一些初步研究。

2 原磷化工艺介绍

2. 1 磷化液配方

以上化工材料均采用工业一级品。

2. 2 工艺特点

(1) 锰锌系磷化，磷化温度90 ～ 96 °C。

(2) 磷化液总酸度为40 ～ 60点，游离酸度为4 ～7点。溶液的游离酸度与总酸度比值为1∶(7 ～ 8)至1∶10。

(3) 磷化处理时间3 ～ 7 min(属快速磷化)。

(4) 优点：磷化膜的耐蚀性、结合力、耐热性、减摩性和硬度都比较高，成膜速度快，磷化液成分简单，配槽成本低。缺点：磷化溶液加热时间长，成分变化快，易产生沉淀物。

(5) 磷化膜厚度一般为5 ～ 20 μm，外观、防锈性能及其他功能性试验均通过磷酸盐转化膜技术、质量等相关国家标准。

2. 3 工艺流程及生产方式

原磷化工艺流程：化学除油(50 ～ 70 °C)─热水洗(50 ～ 70 °C)─流动水洗─腐蚀─流动水洗─流动水洗─表调处理(50 ～ 70 °C)─高温磷化(90 ～ 96 °C)─热水洗(50 ～ 70 °C)─流动水洗─5%(质量分数)铬酸溶液填充及烫干(60 ～ 80 °C)─压缩空气吹干─产品检验─浸防锈油。

生产方式为手动生产线、龙门式行车吊挂和浸渍法连续生产，加热方式为电加热。

3 优化工艺方案

为了降低高温磷化因高耗能所导致的较高生产成本，又能满足产品设计要求，在多年生产经验的基础上，对传统工艺方法进行了改进，通过优化工艺流程、工艺过程及过程控制，进行生产成本控制，具体方案如下。

3. 1 优化工艺流程

化学除油(常温，压缩空气搅拌)─二级逆流漂洗─腐蚀─二级逆流溢流漂洗─高温磷化(90 ～ 96 °C)─二级逆流溢流漂洗─热水清洗烫干(60 ～ 80 °C)─压缩空气吹干─产品检验─浸防锈油。

3. 2 优化工艺特点

(1) 采用高效常温脱脂剂。依据当前常温除油技术的发展和节能的需要，取消了传统高温化学除油方法，采用了高效常温脱脂剂用于产品除油，除油槽增加压缩空气搅拌装置，除油时间由原来每槽20 min减少为5 ～ 10 min，生产率提高50%以上，极大地提高了产品的除油效果和生产效率。

(2) 取消表调工序。在试验的基础上，选择了较为理想的高温磷化溶液配方，生产中控制好磷化溶液的成分及游离酸和总酸度比值，高温磷化处理时温度为90 ～ 96 °C，磷化反应速度很快，一般为3 ～ 5 min，形成的磷化膜细致完整。通过对比磷化前进行与未进行表调处理的磷化膜显微组织图像，发现二者并无明显区别，多批次产品的磷化膜质量检查数据也支持这一点，从而说明高温磷化前的表调对磷化膜组织结构的影响并不明显(然而表调对常温和中温磷化处理形成的磷化膜组织结构影响较大)，因此，在此项工艺优化中取消了表调工序。

(3) 取消 5%铬酸溶液填充工序。由于 Cr(VI)对环境造成污染，因此，控制含铬废水的排放是环保的要求，取消铬封闭填充处理工序是必要的，它不仅减少了废水处理费用，而且对防止二次污染及实施清洁生产都具有重要意义。为了保证磷化膜的防锈能力，采取了在高品质的防锈油中加入等量的煤油进行磷化膜的涂油。防锈试验结果证明，如此除油后磷化处理的零件完全能达到产品的相关防锈技术指标要求。

(4) 槽液温度采用热电偶自动控制装置，使加热装置由原来的6个减少为2个，溶液加温环节可省电70%以上。

(5) 采用溢流水清洗技术和逆流漂洗技术，使供水阀门由原来的4个减少为3个，清洗用水减少了约25%。

4 结论

通过工艺优化后的技术方案成功用于柴油机多种零件的磷化处理，生产线成功运行了近 3年，产品质量优良。经对比测算，高温磷化单位面积的生产成本较原来降低了30% ～ 40%，达到比较理想的成本控制目标，提高了经济效益和市场竞争能力，在高温磷化技术的持续发展和环境保护方面具有重要意义。

[ 编辑：韦凤仙 ]

Optimization of high temperature phosphating treatment process //

JU Gen-li

To obtain a phosphating film with excellent corrosion resistance, wear resistance, thermal resistance, adhesion, and hardness, the surfaces of parts of a diesel engine, such as cast iron cylinder block, high tension bolt, high temperature bolt and pull rod, etc, must be treated by high temperature phosphating process, so as to improve the use performance, time limit, and quality of the diesel engine. However, high temperature phosphating process has the problem of high energy consumption leading to high production cost. In this article, the process of high temperature phosphating was optimized in the following way: the traditional high temperature chemical degreasing process is substituted by using a high-efficiency degreaser at room temperature, surface conditioning and 5% chromic acid filling procedures are cancelled, and thermocouple servomechanism, overflow water cleaning and countercurrent rinsing process are used. As a result, the phosphating cost of unit area is decreased by 30%-40%.

part of diesel engine; high temperature phosphating; process optimization; cost control

TG178

A

1004 – 227X (2012) 06 – 0035 – 02

Author’s address:Shanxi North Dynamic Co., Ltd., Baoji 721300, China

2012–01–04

2012–02–21

巨根利（1962–），男，陕西宝鸡人，高级工程师，长期从事电镀、涂装、转化膜生产工艺及技术管理工作。

作者联系方式：(E-mail) 903962256@qq.com。