礦用防爆電器隔爆面的冷磷化處理

李承紅 張 娜 趙潤芳

（山西汾西機電有限公司，山西 太原 030027）

0 引言

GB3836.2-2010中規定，防爆電器隔爆接合面應進行防銹處理，接合面不允許涂漆或噴塑，證明涂敷材料和其涂敷工藝對接合面的隔爆性能不會產生不利影響時除外。礦用防爆電器隔爆面的防腐、防銹一般采用磷化處理，磷化處理工藝應用于工業已有80多年的歷史，在此期間，磷化處理技術積累了豐富的經驗，現在已有多種形式能滿足不同需要的磷化處理技術，但對于礦用防爆電器隔爆接合面的磷化處理多采用刷涂磷化液與涂抹磷化膏（俗稱冷磷化）兩種形式。

1 冷磷化的特點

礦用防爆電器隔爆接合面的冷磷化處理就是用含有磷酸、磷酸鹽和其他金屬鹽溶液處理金屬，使金屬表面通過化學反應，產生完整的、具有中等防腐蝕作用的磷酸鹽層的過程，所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜，來防止井下各種有害氣體對金屬表面的銹蝕，起到保護隔爆面的作用。冷磷化（即磷化在室溫條件下進行，不需加溫）的特點是：

①不要加溫，可大大節約能源；

②磷化膜層薄而均勻，厚度約為0.05-0.07mm，對零件的尺寸影響很小，不妨礙隔爆面的隔爆間隙；

③穩定性好，不易發生化學反應，有效的防止薄膜下面的金屬表面發生氧化作用；

④磷化后的金屬部件，機械性能有所增強，對機械性的磨損能起到一定的保護作用；

⑤具有細孔結構，對油類或涂料具有粘附性，所以磷化后的金屬表面可以規定再涂以防銹油，則防銹蝕效果更好。下面詳細介紹磷化液及磷化膏的配制和冷磷化工藝。

2 磷化液及磷化膏的配制

2.1 所需量具與容器

天平稱一臺、磅秤一臺、塑料盆兩個、塑料桶兩個、5000毫升蒸餾水瓶兩個、長腰橡膠手套兩副、500毫升燒杯四個、500毫升三角燒杯兩個、300毫升量杯兩個、300毫升量桶兩個、100CC試管兩只、200CC試管兩只。

2.2 配制方法

2.2.1 化學藥品的配方

氧化鋅（ZnO100%）27.5g/L、硝酸（HNO3100%）22.5g/L、碳酸銅（CuCO3100%）3g/L、磷酸（H3PO4100%）41g/L、六次甲基四胺［（C1H2）6N4］4g/L、氟化鈉（NaF）6g/L、硝酸鋅［Zn（NO3）2］40g/L、滑石粉 0.8-0.9kg/L、蒸餾水0.7-0.8kg/L。

2.2.2 配制方法

將各化學藥品及所需的材料按量稱號，放入相應的量具或容器中，化學藥品配制的純度不得小于99.9%。

配制方程式為：X=Ⅰ+Ⅱ

Ⅰ=［ZnO+CuCO3+H2O］+HNO3+H3PO4+H2O

先將氧化鋅和碳酸銅用蒸餾水調成乳白色漿糊狀，再加入蒸餾水約300毫升，攪拌，使之溶化后慢慢加入硝酸攪拌均勻后，加入磷酸連續攪拌，使之完全溶解成淺藍色透明的溶液。

Ⅱ=［（C1H2）6N4］+H2O+NaF+［Zn（NO3）2］

將六次甲基四胺放入少量的蒸餾水（約300毫升）使其溶解后，再加氟化鈉，攪拌溶解后，呈乳白色溶液，加入硝酸鋅，使其清澈透明。

將配制好的溶液Ⅱ倒入溶液Ⅰ，混合成磷化液。將剩余的蒸餾水加入成為天藍色的液體，再加入滑石粉攪拌均勻，即成磷化膏。

3 磷化工藝

1）用汽油、酒精清洗隔爆結合面上的油脂污物。

2）若隔爆面上有銹蝕，可用細砂布去銹，再用干凈的面紗擦干凈，使隔爆面露出金屬光澤。

3）所有隔爆面上的螺孔、光孔、用紙或橡膠堵塞。

4）磷化前隔爆面必須干燥、光澤、干凈。

5）將磷化膏用非金屬制成的刮刀均勻地涂在隔爆面上，厚度為2-5毫米，最好在10-20℃的室溫、≤80%的濕度環境下進行，磷化時間約為2-3小時。

6）2-3小時后用非金屬制成的刮刀將磷化膏刮去，用棉紗沾水擦洗干凈，金屬表面呈現一層棕色均勻的磷化膜，擦凈磷化面潮氣，涂防銹油204-1。因為磷化膜本身的防銹能力是很有限的，一般要進行涂油涂脂，最好是涂防銹油。經過涂油涂脂等后處理，防銹能力可以大大提高（可達幾十倍）。

7）已磷化表面不得無磷化膜或疏松的部位。如透過磷化膜能顯示金屬表面時，應重新進行磷化。

4 質量控制及檢測方法

磷化后的工件，根據其用途，對其質量指標進行分項檢驗。主要質量控制指標，包括磷化膜外觀、磷化膜厚度或膜重、磷化膜或后處理以后的耐蝕性三大共性指標。關于磷化的三共性指標，可參照如下標準及方法。

磷化膜外觀：采用目測法，相關標準GB6807-2001《鋼鐵工件涂漆前磷化處理技術條件》。磷化膜外觀應為結晶致密、連續均勻的淺灰到深灰色膜。由于前處理的方法及效果的不同，允許出現色澤不一的磷化膜，但不允許出現褐色。允許出現下述缺陷；輕微的水跡，鉻酸鹽痕跡、輕微掛灰現象，由于熱處理焊接及加工等表面狀態不同造成的磷化膜缺陷。對于下述則是不允許出現的缺陷：磷化膜出現泛黃生銹、磷化膜疏松、磷化露底局部無膜，嚴重掛灰。

磷化膜厚度或膜重：膜厚度測量采用顯微鏡測量法，也可采用測厚儀。膜重測量采用重量法，可依照GB6807-2001《鋼鐵工件涂漆前磷化處理技術條件》。

耐蝕性：檢測磷化膜本身的耐蝕性可采用硫酸銅點滴法與氯化鈉鹽水浸泡法。點滴法和鹽水浸泡法，可依照GB6807-2001《鋼鐵件涂漆前磷化處理技術條件》。浸入法是將磷化后的樣板浸入3%的氯化鈉溶液中，經兩小時后取出，表面無銹漬為合格。出現銹漬時間越長，說明磷化膜的耐蝕性越好。點滴法是在室溫下，將硫酸銅藍點試劑滴在磷化膜上，觀察其變色時間，磷化膜厚度不同，變色時間不同。厚膜﹥5分鐘，中等膜﹥2分鐘，薄膜﹥1分鐘。

5 磷化膜易出現的缺陷及原因

1）磷化膜呈現灰色薄膜，原因為磷化持續時間不足；

2）磷化膜結晶組織粗大，抗腐低，原因為磷化時間過長；

3）磷化膜呈不均勻斑點，原因為金屬為高合金鋼；

4）磷化膜抗腐性能低，原因為磷化溫度低、總酸度或游離酸度不對。

6 磷化液配制時易出現的問題、原因及解決措施

1）加硝酸時出現結塊現象，原因是配制氧化鋅、碳酸銅時，水量過少，稍加蒸餾水即可。

2）加入磷酸后，氧化鋅和碳酸銅不完全溶解，有沉淀物，可再稍加入少量磷酸。

3）當氟化鈉、硝酸鋅和水溶液與氧化鋅、碳酸銅、磷酸溶液混合時，形成白色沉淀物，說明磷化液酸度低，稍加磷酸即可。

4）磷化液不能長期保存，有效時間為24小時，變質后不能再用。

7 結束語

在冷磷化的過程中，不一定一次就能成功。特別是由于配方藥品的質量和配制方法不熟練，金屬材料不一樣，溫度與操作過程有差別。往往開始試驗時，會遇到失敗，使隔爆面的磷化效果不能令人滿意。如果在磷化后質量不合格，需要重新進行，就必須把已磷化表面清楚干凈。其清楚方法為：用濃度為15-20%的加熱了的苛性鈉溶液擦洗，磷化膜即可除去。

［1］王兆華，張鵬等,編.材料表面工程[M].北京:化學工業出版社,2010.

［2］姜信鳳.防爆原理及修理工藝[M].北京：煤炭工業出版社,1977.

［3］GB3836.3-2010爆炸性環境第2部分:由隔爆外殼“d”保護的設備[S].

［4］GB6807-2001鋼鐵工件涂漆前磷化處理技術條件[S].

［5］趙文珍.金屬材料表面新技術[M].西安：西安交通大學出版社,1992.