钢铁件常温前处理工艺技术研究

刘洪波

摘要：本文通过对钢铁件磷化的常温替代工艺进行研究，以确定替代工艺的可行性，从而达到表面处理生产节能减排的目的。

关键词：常温前处理;磷化替代;节能减排

1 前言

磷化是常用的前处理技术，原理上应属于化学转换膜处理，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。主要应用于钢铁表面磷化，有色金属（如铝、锌）件也可应用磷化。

磷化的目的主要是：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀;用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力;在金属冷加工工艺中起减摩润滑作用。本文主要针对涂漆前磷化的替代工艺进行研究。

公司现有磷化生产工艺采用低温磷化工艺，工艺规定的温度范围是35～45℃。目前采用的加热方式为蒸汽加热，耗费能源并且加温时间长，遇到异常情况导致没有蒸汽或者蒸汽压力不足，生产准备需要的时间更多甚至无法生产，影响了生产效率。

通过对磷化的常温替代工艺进行研究，可有效的减少生产准备时间，降低能源的消耗。

2 替代工艺

2.1 常温磷化

常温磷化所需温度较低，一般为10℃～40℃，正常生产时无需加温或仅需要较低的温度即可，工艺流程为化学除油—热水洗—冷水洗—酸洗—冷水洗—冷水洗—表调—磷化—冷水洗—热水洗。

开展替代工艺研究前应广泛收集钢铁件常温磷化工艺方案，通过逐个对厂家工艺方案试验及对试验结果检验，根据试件外观质量、磷化膜耐蚀性以及工艺特点等综合考评，最终选择最佳工艺生产方案。本人所在公司目前选用的工艺方案的工艺参数范围如下：

总酸度：19～22点

游离酸：0.2～0.5点

促进剂浓度：3.0～5.0点

温度：20℃以下

时间：8～12min

2.2 硅烷化处理

硅烷化处理是以有机硅烷水溶液为主要成分对金属或非金属材料进行表面处理的过程。硅烷化处理与传统磷化相比具有以下多个优点：无有害重金属离子，不含磷，无需加温。硅烷处理过程不产生沉渣，处理时间短，控制简便。处理步骤少，可省去表调工序，槽液可重复使用。有效提高油漆对基材的附着力。

硅烷化处理应用于生产后，可有助于节约能源，减少污染物质的排放。

硅烷化处理一般的工艺流程为化学除油—热水洗—冷水洗—硅烷处理—冷水洗—热水洗，通过对不同的硅烷化处理方案进行对比试验，本人所在公司选用的工艺方案的工艺参数范围如下：

硅烷陶化液：3%～6%

pH：3.8～5.5

温度：10℃～40℃

时间：60s～100s

3 外观状态

3.1 常温磷化

磷化膜为浅灰色，膜层连续、均匀。

3.2 硅烷化处理

成膜为浅灰色至深灰色，颜色均匀。

4 成膜性能测试

磷化膜及硅烷化膜主要根据GB/T6807-2001《钢铁工件涂装前磷化处理技术条件》的要求进行耐蚀性试验。

两种替代工艺方案所生产的产品经3%盐水浸泡1h均无变化，可满足标准要求。

5 涂层附着力测试

从试验工件中随机抽取若干，分别喷涂公司常用油漆种类，按正常生产工艺处理完毕后，按GB/T9286进行漆层附着力检测，检测结果需达到2级以上。

5.1 常温磷化

经测试，漆层与磷化膜相容良好，附着力测试结果为1级。

5.2 硅烷化处理

经测试，漆层与磷化膜相容良好，附着力测试结果为1级。

6 社会、经济效益分析

6.1 常温磷化

钢铁件常温磷化工艺与现用工艺相对比，省去了加温过程，可有效的减少生产准备时间和能源消耗，按照所在公司实际，槽液加温主要选用蒸汽加热，蒸汽消耗主要应用在化学除油、热水、磷化、烘干等，理想状态下按磷化消耗蒸汽占1/5算，则每天仅磷化消耗的蒸汽可节约520元。节约生产成本的同时也减少了能源的消耗以及对环境的污染。

6.2 硅烷化處理

钢铁件硅烷处理工艺与现用工艺相对比，同样省去了加温过程，省去了酸洗及表调工序，可有效的减少生产准备时间和能源消耗，节省的蒸汽消耗与常温磷化相同。同时，硅烷处理工艺的应用可节约现工艺磷化废水的处理成本。

7 结语

通过对钢铁件磷化的常温化替代工艺的研究，产品的外观、耐蚀性能、涂层附着力等各项指标均能达到甚至超过现有工艺。因此，选用常温磷化或硅烷化处理可替代常用的低温磷化工艺，并可有效的降低能源消耗和提高生产效率。

（作者单位：北方华安工业集团有限公司）