鋼絲拉拔磷化技術研究

摘 要：磷化技術在鋼絲拉拔過程中被廣泛使用，鋼絲磷化具有很好的潤滑作用對鋼絲。本文主要對磷化膜的機理、性質、特性做了充分的論述。并對化學磷化與電化學磷化做了相應的比較。

關鍵詞：鋼絲；化學磷化；拉拔；電解磷化

鋼絲表面的潤滑涂層在鋼絲拉拔時會起到很重要的作用，質量好的潤滑涂層不僅可以減少拉拔時與拉絲模具摩擦系數，還能保證鋼絲拉拔后鋼絲表面的質量。特別是當鋼絲在高速拉拔時，好的潤滑載體是極為重要的，因為潤滑涂層可以降低鋼絲與模具之間產生的溫度、減少模具的磨損、提高工作效率、提高鋼絲的性能和減少鋼絲表面刮傷。目前，多采用磷化工藝對鋼絲表面進行拉拔前的預處理。磷化是鋼絲基體與磷化液反應生成一層磷化膜，這種磷化膜是由一些微小的晶體組成具有一定的粗糙度[1]，可以為作為潤滑涂層的載體，能大大提高潤滑涂層的質量。所以，鋼絲的拉拔磷化工藝越來越受到廣大科研工作者的重視。

一、磷化膜的形成機理、特性與性質

（1）磷化膜的形成機理

當Fe與H+反應后會消耗該活性點微區的大量H+，由于電離的H+補給量小于該活性微區的消耗量，必將導致該活性點微區的PH升高。該活性微區周圍的Mn2+、Ca2+、Zn2+、Fe2+與PO43+很容易達到不溶性磷酸鹽的溶度積，生成帶有四個結晶水磷酸鹽晶體，并以此微區為中心不斷向周圍形成連續的晶體，最終在鋼絲表面形成一層連續均勻的磷化膜。

（2）磷化膜的特性

磷化膜是由Me3（PO4）2·4H2O和Me2Fe（P04）2·4H2O組成。以鋅系磷化液為例；Me 3（P04）2·4H2O和Me 2Fe（P04）2·4H2O分別為Zn3（P04）2·4H20和Zn2Fe（P04）2·4H20前者稱為H相，后者稱之為P相，H相為棒狀晶體，繼續磷化時層結構變為層狀結構。H相在PH為8～10的條件下與皂液中的硬脂酸鈉生成一層潤滑性很好的硬脂酸鋅；硬脂酸鋅具有很好的吸附性、延展性、潤滑性。P相是球狀多孔性的晶體，結構比較疏松。不利于皂化反應，只利于對皂化液的吸附。在鋼絲的磷化時我們需要較多H相的生成，因為它具有優異的延展性、吸附性、潤滑性。經過皂化反應后可以使鋼絲在拉拔時的摩擦系數降到0.1～0.2之間。P相在一般的鋼絲磷化的過程中也會生成。為了滿足塑性加工的鋼絲拉拔，需要調整磷化條件降低P比值（H相與P相的比例稱為磷化膜P比，其物理意義是磷化膜中P組分所占有的比率）。

（3）鋼絲拉拔磷化膜的性質

磷化膜要滿足鋼絲拉拔時的條件；（1）在常溫和拉拔時的高溫條件下具有良好的化學穩定，還具有短期的耐蝕性。（2）磷酸鹽晶體使鋼絲表面具有一定的粗糙度，便于攜帶拉拔時所需的潤滑劑。（3）磷化膜和潤滑劑的配合使用可以降低摩擦，減少發熱，提高鋼絲的拉拔速度。（4）磷化膜具有一定的可塑性，在拉拔時能與鋼絲一起延伸變形，還能改善鋼絲和拉絲模具模壁的分離。（5）對防銹劑有很強的吸附性，與防銹油配合可以極大地增加耐蝕性。同時磷化膜的厚度也是生產工藝所需控制的一個重要指標。當磷化膜太薄時，在鋼絲拉拔過程中磷化膜起不到吸附潤滑劑的作用，鋼絲容易被拉斷，模具損耗也會增加；當磷化膜太厚時，在鋼絲拉拔的過程中容易發生“叫模”現象，影響鋼絲拉拔速度。

二、磷化工藝

在工業生產中，要根據鋼絲直徑與拉拔工藝來選擇不同的磷化處理方式。對于直徑5～19mm的半成品鋼絲，可以選擇浸漬磷化的方式；對于鋼絲直徑為1.5～2.5mm的半成品鋼絲且后續加工使用的儀器是水箱式拉絲機，可以選擇在線磷化的方式；對于鋼絲直徑為2.5～4.0mm的半成品鋼絲且后續加工使用的儀器是直進式拉絲機，可以選擇電解磷化的方式。

（1）浸漬磷化

浸漬磷化就是在含有磷酸、磷酸鹽的溶液中用浸漬方法處理鋼絲，使鋼絲表面發生一系列化學反應，產生具有防腐性的磷酸鹽薄膜。浸漬磷化一般都是采用中溫（70±5℃）磷化，時間根據鋼絲的直徑與所需磷化膜的厚度進行調整，一般設置磷化時間為12分鐘左右。

金屬制品常規磷化工藝

浸漬磷化工藝流程為[2]：脫脂→水洗→酸洗→堿中和→水洗→磷化→水洗→熱水處理→吹干→收線

（2）以在線熱處理酸洗磷化工藝為例；

磷化工藝流程為：放線→熱處理→鋼絲淬火→水洗→酸洗→水洗→熱水洗+表調→磷化→水洗→皂化→箱式烘干→收線

（3）電解磷化高碳鋼絲工藝流程為例；

電解磷化工藝流程為：：放線→熱處理→酸洗槽→水洗槽→堿洗槽→熱水洗槽→稀酸洗槽→水洗槽→電解磷化槽→水洗槽→皂化→熱風烘干→收線

三、化學磷化與電化學磷化的比較

電解磷化是通過給磷化液施加電流，在鋼絲表面沉積形成磷化膜的反應過程。在施加電流的電解磷化槽中，鋼絲作為陰極，使用一種不參與成膜的惰性導體作為陽極。電解磷化和化學磷化相比，具有如下優點：（1）磷化膜更均勻、完整；（2）磷化膜更致密、與鋼絲基體結合更牢固；（3）磷化膜的單位質量控制更容易；（4）磷化時間比較短；（5）磷化渣產生少，比較環保。電解磷化相對于化學磷化，在生產工藝控制過程中，對磷化液成分與電流大小控制要求比較高，如果磷化液成分體系的平衡控制不精確，就會顯著的影響磷化膜的質量。

磷化技術在鋼絲拉拔過程被廣泛應用，主要用于保護金屬基體防止金屬基體在拉拔過程中的損傷，提高金屬拉拔的速度，降低鋼絲與膜具發熱的溫度，使鋼絲拉拔企業獲得較大的收益。

參考文獻

[1]張圣麟，陳華輝，李紅玲，等.常溫磷化處理技術的研究現狀及展望[J].材料保護，2006，39（7）：42—47

[2]張士坤，董東，陸建豐，等.鋼絲中溫磷化生產工藝分析[J].現代冶金，2014，42（6）：22—28

[3]吳炳章，陳勇，馬明剛，等.常溫電解磷化工藝在高碳鋼絲生產中的應用[J].金屬制品，42（4）：26—28

作者簡介

林宏超（1990.05今），男，漢族，貴州貴陽，碩士研究生，研究方向：金屬磷化

（作者單位：貴州大學化學與化工學院）