氧化磷化工藝技術(shù)研究

王 輝 杜興勝 王 榮

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

磷酸鹽處理簡稱磷化，是將金屬零件浸入含有磷酸鹽的溶液中進(jìn)行化學(xué)處理，在零件表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護(hù)膜。目前磷化主要用于鋼鐵材料和鋁合金材料。

磷化的方法很多，工業(yè)應(yīng)用主要按磷化溫度來分類，分為高溫磷化（85℃-98℃）、中溫磷化（50℃-70℃）、低溫磷化（35℃左右）、常溫磷化，也可按磷化溶液成分分為鋅鹽磷化、鋅-鈣鹽磷化、鐵鹽磷化、錳鹽磷化等。

磷酸鹽膜在金屬的冷變形加工（如拉關(guān)、拉絲、擠壓成型等）過程中能較好地改善摩擦表面的潤滑性能，延長工具和膜具的壽命。磷酸鹽膜又是油漆和涂料的優(yōu)良底層，無論是普通油漆還是電泳涂漆，磷酸鹽膜在提高涂層與基體的結(jié)合力和耐蝕性方面起著重要的作用。在汽車、船舶、機(jī)械制造以及航空航天工業(yè)中，磷化的應(yīng)用越來越廣泛。

磷化膜的主要特征有:

（1）磷化膜本身的耐蝕性并不高，但磷化膜層經(jīng)過鉻酸鹽封閉、浸油或涂漆處理后組成的復(fù)合膜層對基體金屬有著十分良好的保護(hù)作用。

（2）磷酸鹽膜的孔隙率并不高，大致占膜體積的0.5%-1.5%，但膜層所具有的良好吸附性。包括物理吸附和化學(xué)吸附。

（3）磷化膜層還具有不粘附熔融金屬（Sn、Al、Zn）的特性，在鋼鐵零件滲氮時，常采用鍍錫來保護(hù)不需要滲氮的部分，為了防止錫在高溫時流入滲氮面，要在欲氮化的表面可進(jìn)行磷酸鹽處理。

（4）磷化膜層具有優(yōu)良的電絕緣性，厚10μm的磷酸鹽膜，其電阻約為5×107Ω。

（5）磷化膜是一種無機(jī)鹽膜層，本身的機(jī)械強(qiáng)度不高，有一定的脆性，磷化過程伴有吸氫。

本文介紹的是氧化磷化工藝。氧化磷化處理溶液由磷酸鋇和磷酸鋅組成，氧化磷化處理可以在沒有經(jīng)過噴砂清理的磨光和拋光表面上獲得具有滿意防護(hù)性能的細(xì)晶粒膜層，可以處理復(fù)雜形狀的零件，如導(dǎo)管、燃料筒等。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

通過工藝試驗(yàn)，確定氧化磷化工藝參數(shù)；通過膜層的厚度、耐蝕性、憎水性等方面的測試，確定憎水劑的種類。

2.2 技術(shù)指標(biāo)

氧化磷化后經(jīng)過憎水處理后的膜層耐蝕性能達(dá)到6h以上。

2.3 工藝流程

裝掛→除油→弱腐蝕→氧化磷化→干燥→憎水處理

3 結(jié)果討論與分析

3.1 氧化磷化工藝參數(shù)試驗(yàn)

工藝參數(shù)對比試驗(yàn)

從上述參數(shù)試驗(yàn)可以看出氧化磷化溫度低、時間短，膜層生成速度慢，膜層薄，耐蝕性差；而溶液溫度過高或沸騰狀態(tài)下工作，槽液容易渾濁，膜層易出現(xiàn)嚴(yán)重掛灰，影響膜層的致密性和耐蝕性。

氧化磷化溫度控制在（80～85）℃，處理時間為（10～15）min，能得到質(zhì)量比較穩(wěn)定的膜層。經(jīng)測定氧化磷化膜層厚度為（2～6）μm，增重約 6g/m2，膜層呈淺灰至黑灰色，表面均勻光滑，耐蝕性比普通磷化膜略差。

3.2 憎水處理試驗(yàn)

憎水對比試驗(yàn)

該膜層可以增重約（0.45～1.7）g/m2。憎水劑136-41具有硅氫鍵聚合形成的聚硅氧烷，其耐久性強(qiáng)、憎水角大、斥水性強(qiáng)。經(jīng)試驗(yàn)，采用憎水劑BH-5和清油Y00-1進(jìn)行憎水處理后基本都達(dá)到了136-41憎水劑的防護(hù)效果。

3.3 氧化磷化膜層性能測試

3.3.1 氧化磷化膜層厚度

不同方式測得的膜層厚度

氧化磷化膜層用500倍金相顯微鏡觀察，是由致密層和疏松層組成，致密層較薄，約為膜層總厚度的1/5。氧化磷化膜層的厚度用放大200倍金相法測量膜層厚度作為仲裁數(shù)據(jù)，與儀器法測得數(shù)據(jù)基本相同。

3.3.2 耐蝕性

耐蝕性試驗(yàn):氧化磷化的試片，經(jīng)過憎水處理后，在氯化鈉溶液（30g/l，18℃～30℃）中進(jìn)行耐蝕性測試。

耐蝕性試驗(yàn)

氧化磷化后未經(jīng)憎水處理的試驗(yàn)件鹽霧試驗(yàn)5h就出現(xiàn)銹蝕，而經(jīng)憎水處理的試驗(yàn)件鹽霧試驗(yàn)11h以后才出現(xiàn)銹蝕，經(jīng)憎水處理后的試件防護(hù)性得到了較明顯的提高。

136-41與Y00-1憎水處理后試件對比，經(jīng)11h均出現(xiàn)銹蝕，耐蝕性能相當(dāng)，而BH-5憎水液，耐蝕性相對提高更多22h出現(xiàn)銹蝕。以上三種工藝方法浸漬6小時均無腐蝕點(diǎn)的要求，滿足設(shè)計(jì)要求。

結(jié)語

4.1 該試驗(yàn)確定了氧化磷化工藝及憎水劑類型。

4.2 氧化磷化＋憎水處理后的膜層厚度、耐蝕性達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

[1]張?jiān)收\，胡如南等.電鍍手冊[M].國防工業(yè)出版社.

[2]李曉暢等.電鍍工藝技術(shù)要求與質(zhì)量檢測使用手冊[M].安徽文化出版社.