矿用防爆电器隔爆面的冷磷化处理

李承红 张 娜 赵润芳

（山西汾西机电有限公司，山西 太原 030027）

0 引言

GB3836.2-2010中规定，防爆电器隔爆接合面应进行防锈处理，接合面不允许涂漆或喷塑，证明涂敷材料和其涂敷工艺对接合面的隔爆性能不会产生不利影响时除外。矿用防爆电器隔爆面的防腐、防锈一般采用磷化处理，磷化处理工艺应用于工业已有80多年的历史，在此期间，磷化处理技术积累了丰富的经验，现在已有多种形式能满足不同需要的磷化处理技术，但对于矿用防爆电器隔爆接合面的磷化处理多采用刷涂磷化液与涂抹磷化膏（俗称冷磷化）两种形式。

1 冷磷化的特点

矿用防爆电器隔爆接合面的冷磷化处理就是用含有磷酸、磷酸盐和其他金属盐溶液处理金属，使金属表面通过化学反应，产生完整的、具有中等防腐蚀作用的磷酸盐层的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜，来防止井下各种有害气体对金属表面的锈蚀，起到保护隔爆面的作用。冷磷化（即磷化在室温条件下进行，不需加温）的特点是：

①不要加温，可大大节约能源；

②磷化膜层薄而均匀，厚度约为0.05-0.07mm，对零件的尺寸影响很小，不妨碍隔爆面的隔爆间隙；

③稳定性好，不易发生化学反应，有效的防止薄膜下面的金属表面发生氧化作用；

④磷化后的金属部件，机械性能有所增强，对机械性的磨损能起到一定的保护作用；

⑤具有细孔结构，对油类或涂料具有粘附性，所以磷化后的金属表面可以规定再涂以防锈油，则防锈蚀效果更好。下面详细介绍磷化液及磷化膏的配制和冷磷化工艺。

2 磷化液及磷化膏的配制

2.1 所需量具与容器

天平称一台、磅秤一台、塑料盆两个、塑料桶两个、5000毫升蒸馏水瓶两个、长腰橡胶手套两副、500毫升烧杯四个、500毫升三角烧杯两个、300毫升量杯两个、300毫升量桶两个、100CC试管两只、200CC试管两只。

2.2 配制方法

2.2.1 化学药品的配方

氧化锌（ZnO100%）27.5g/L、硝酸（HNO3100%）22.5g/L、碳酸铜（CuCO3100%）3g/L、磷酸（H3PO4100%）41g/L、六次甲基四胺［（C1H2）6N4］4g/L、氟化钠（NaF）6g/L、硝酸锌［Zn（NO3）2］40g/L、滑石粉 0.8-0.9kg/L、蒸馏水0.7-0.8kg/L。

2.2.2 配制方法

将各化学药品及所需的材料按量称号，放入相应的量具或容器中，化学药品配制的纯度不得小于99.9%。

配制方程式为：X=Ⅰ+Ⅱ

Ⅰ=［ZnO+CuCO3+H2O］+HNO3+H3PO4+H2O

先将氧化锌和碳酸铜用蒸馏水调成乳白色浆糊状，再加入蒸馏水约300毫升，搅拌，使之溶化后慢慢加入硝酸搅拌均匀后，加入磷酸连续搅拌，使之完全溶解成浅蓝色透明的溶液。

Ⅱ=［（C1H2）6N4］+H2O+NaF+［Zn（NO3）2］

将六次甲基四胺放入少量的蒸馏水（约300毫升）使其溶解后，再加氟化钠，搅拌溶解后，呈乳白色溶液，加入硝酸锌，使其清澈透明。

将配制好的溶液Ⅱ倒入溶液Ⅰ，混合成磷化液。将剩余的蒸馏水加入成为天蓝色的液体，再加入滑石粉搅拌均匀，即成磷化膏。

3 磷化工艺

1）用汽油、酒精清洗隔爆结合面上的油脂污物。

2）若隔爆面上有锈蚀，可用细砂布去锈，再用干净的面纱擦干净，使隔爆面露出金属光泽。

3）所有隔爆面上的螺孔、光孔、用纸或橡胶堵塞。

4）磷化前隔爆面必须干燥、光泽、干净。

5）将磷化膏用非金属制成的刮刀均匀地涂在隔爆面上，厚度为2-5毫米，最好在10-20℃的室温、≤80%的湿度环境下进行，磷化时间约为2-3小时。

6）2-3小时后用非金属制成的刮刀将磷化膏刮去，用棉纱沾水擦洗干净，金属表面呈现一层棕色均匀的磷化膜，擦净磷化面潮气，涂防锈油204-1。因为磷化膜本身的防锈能力是很有限的，一般要进行涂油涂脂，最好是涂防锈油。经过涂油涂脂等后处理，防锈能力可以大大提高（可达几十倍）。

7）已磷化表面不得无磷化膜或疏松的部位。如透过磷化膜能显示金属表面时，应重新进行磷化。

4 质量控制及检测方法

磷化后的工件，根据其用途，对其质量指标进行分项检验。主要质量控制指标，包括磷化膜外观、磷化膜厚度或膜重、磷化膜或后处理以后的耐蚀性三大共性指标。关于磷化的三共性指标，可参照如下标准及方法。

磷化膜外观：采用目测法，相关标准GB6807-2001《钢铁工件涂漆前磷化处理技术条件》。磷化膜外观应为结晶致密、连续均匀的浅灰到深灰色膜。由于前处理的方法及效果的不同，允许出现色泽不一的磷化膜，但不允许出现褐色。允许出现下述缺陷；轻微的水迹，铬酸盐痕迹、轻微挂灰现象，由于热处理焊接及加工等表面状态不同造成的磷化膜缺陷。对于下述则是不允许出现的缺陷：磷化膜出现泛黄生锈、磷化膜疏松、磷化露底局部无膜，严重挂灰。

磷化膜厚度或膜重：膜厚度测量采用显微镜测量法，也可采用测厚仪。膜重测量采用重量法，可依照GB6807-2001《钢铁工件涂漆前磷化处理技术条件》。

耐蚀性：检测磷化膜本身的耐蚀性可采用硫酸铜点滴法与氯化钠盐水浸泡法。点滴法和盐水浸泡法，可依照GB6807-2001《钢铁件涂漆前磷化处理技术条件》。浸入法是将磷化后的样板浸入3%的氯化钠溶液中，经两小时后取出，表面无锈渍为合格。出现锈渍时间越长，说明磷化膜的耐蚀性越好。点滴法是在室温下，将硫酸铜蓝点试剂滴在磷化膜上，观察其变色时间，磷化膜厚度不同，变色时间不同。厚膜﹥5分钟，中等膜﹥2分钟，薄膜﹥1分钟。

5 磷化膜易出现的缺陷及原因

1）磷化膜呈现灰色薄膜，原因为磷化持续时间不足；

2）磷化膜结晶组织粗大，抗腐低，原因为磷化时间过长；

3）磷化膜呈不均匀斑点，原因为金属为高合金钢；

4）磷化膜抗腐性能低，原因为磷化温度低、总酸度或游离酸度不对。

6 磷化液配制时易出现的问题、原因及解决措施

1）加硝酸时出现结块现象，原因是配制氧化锌、碳酸铜时，水量过少，稍加蒸馏水即可。

2）加入磷酸后，氧化锌和碳酸铜不完全溶解，有沉淀物，可再稍加入少量磷酸。

3）当氟化钠、硝酸锌和水溶液与氧化锌、碳酸铜、磷酸溶液混合时，形成白色沉淀物，说明磷化液酸度低，稍加磷酸即可。

4）磷化液不能长期保存，有效时间为24小时，变质后不能再用。

7 结束语

在冷磷化的过程中，不一定一次就能成功。特别是由于配方药品的质量和配制方法不熟练，金属材料不一样，温度与操作过程有差别。往往开始试验时，会遇到失败，使隔爆面的磷化效果不能令人满意。如果在磷化后质量不合格，需要重新进行，就必须把已磷化表面清楚干净。其清楚方法为：用浓度为15-20%的加热了的苛性钠溶液擦洗，磷化膜即可除去。

［1］王兆华，张鹏等,编.材料表面工程[M].北京:化学工业出版社,2010.

［2］姜信凤.防爆原理及修理工艺[M].北京：煤炭工业出版社,1977.

［3］GB3836.3-2010爆炸性环境第2部分:由隔爆外壳“d”保护的设备[S].

［4］GB6807-2001钢铁工件涂漆前磷化处理技术条件[S].

［5］赵文珍.金属材料表面新技术[M].西安：西安交通大学出版社,1992.