高溫磷化處理工藝的優化

巨根利

（陜西北方動力有限責任公司，陜西 寶雞 721300）

高溫磷化處理工藝的優化

巨根利

（陜西北方動力有限責任公司，陜西 寶雞 721300）

某型柴油機鑄鐵缸體、強力螺栓、高溫螺栓和拉桿等零件表面須采用高溫磷化處理，以獲得耐蝕性、耐磨性、耐熱性、結合力及硬度均較高的磷化膜，從而提高柴油機的使用性能、期限和品質。但高溫磷化存在高能耗造成的較高生產成本問題。本文對高溫磷化工藝進行了優化，以高效常溫脫脂劑取代傳統高溫化學除油工藝，取消了表調工序和5%鉻酸溶液填充工序，采用熱電偶自動控制裝置、溢流水清洗技術和逆流漂洗技術，使單位面積磷化成本降低了30% ～ 40%。

柴油機零件；高溫磷化；工藝優化；成本控制

1 前言

將鋼鐵零件在含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中進行化學處理，使其表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護膜的方法稱為磷化處理(或稱磷酸鹽處理)。磷化處理的過程是一種化學和電化學過程。磷酸鹽處理方法有高溫、中溫和低溫(常溫)3種。中溫和低溫磷化形成的磷化膜較薄，達不到對在嚴酷環境下工作的柴油機零部件進行防銹的指標要求，且減摩性、耐熱性和結合力也差，而高溫磷化能獲得耐蝕性、耐磨性、耐熱性、結合力及硬度均較高的磷化膜，對于柴油機零件的非涂裝磷化極為適用，在某些方面(如“三防”要求)更具有不可替代性。高溫磷化工藝由于受較高生產成本的影響，目前其發展受到了一定的限制。筆者所在公司生產的某型柴油機中有數十種零件需要磷化處理，其中，柴油機鑄鐵缸體、強力螺栓、高溫螺栓和拉桿等零件表面采用高溫磷酸鹽處理，從而提高柴油機的使用性能、期限和品質。本文根據市場需要，在確保產品質量的前提下，按照磷化技術的低能耗、低污染、無毒和低成本的發展趨勢，對高溫磷化工藝過程進行優化，并采用新技術、新方法控制高溫磷化處理生產成本，為高溫磷化技術的可持續性發展做一些初步研究。

2 原磷化工藝介紹

2. 1 磷化液配方

以上化工材料均采用工業一級品。

2. 2 工藝特點

(1) 錳鋅系磷化，磷化溫度90 ～ 96 °C。

(2) 磷化液總酸度為40 ～ 60點，游離酸度為4 ～7點。溶液的游離酸度與總酸度比值為1∶(7 ～ 8)至1∶10。

(3) 磷化處理時間3 ～ 7 min(屬快速磷化)。

(4) 優點：磷化膜的耐蝕性、結合力、耐熱性、減摩性和硬度都比較高，成膜速度快，磷化液成分簡單，配槽成本低。缺點：磷化溶液加熱時間長，成分變化快，易產生沉淀物。

(5) 磷化膜厚度一般為5 ～ 20 μm，外觀、防銹性能及其他功能性試驗均通過磷酸鹽轉化膜技術、質量等相關國家標準。

2. 3 工藝流程及生產方式

原磷化工藝流程：化學除油(50 ～ 70 °C)─熱水洗(50 ～ 70 °C)─流動水洗─腐蝕─流動水洗─流動水洗─表調處理(50 ～ 70 °C)─高溫磷化(90 ～ 96 °C)─熱水洗(50 ～ 70 °C)─流動水洗─5%(質量分數)鉻酸溶液填充及燙干(60 ～ 80 °C)─壓縮空氣吹干─產品檢驗─浸防銹油。

生產方式為手動生產線、龍門式行車吊掛和浸漬法連續生產，加熱方式為電加熱。

3 優化工藝方案

為了降低高溫磷化因高耗能所導致的較高生產成本，又能滿足產品設計要求，在多年生產經驗的基礎上，對傳統工藝方法進行了改進，通過優化工藝流程、工藝過程及過程控制，進行生產成本控制，具體方案如下。

3. 1 優化工藝流程

化學除油(常溫，壓縮空氣攪拌)─二級逆流漂洗─腐蝕─二級逆流溢流漂洗─高溫磷化(90 ～ 96 °C)─二級逆流溢流漂洗─熱水清洗燙干(60 ～ 80 °C)─壓縮空氣吹干─產品檢驗─浸防銹油。

3. 2 優化工藝特點

(1) 采用高效常溫脫脂劑。依據當前常溫除油技術的發展和節能的需要，取消了傳統高溫化學除油方法，采用了高效常溫脫脂劑用于產品除油，除油槽增加壓縮空氣攪拌裝置，除油時間由原來每槽20 min減少為5 ～ 10 min，生產率提高50%以上，極大地提高了產品的除油效果和生產效率。

(2) 取消表調工序。在試驗的基礎上，選擇了較為理想的高溫磷化溶液配方，生產中控制好磷化溶液的成分及游離酸和總酸度比值，高溫磷化處理時溫度為90 ～ 96 °C，磷化反應速度很快，一般為3 ～ 5 min，形成的磷化膜細致完整。通過對比磷化前進行與未進行表調處理的磷化膜顯微組織圖像，發現二者并無明顯區別，多批次產品的磷化膜質量檢查數據也支持這一點，從而說明高溫磷化前的表調對磷化膜組織結構的影響并不明顯(然而表調對常溫和中溫磷化處理形成的磷化膜組織結構影響較大)，因此，在此項工藝優化中取消了表調工序。

(3) 取消 5%鉻酸溶液填充工序。由于 Cr(VI)對環境造成污染，因此，控制含鉻廢水的排放是環保的要求，取消鉻封閉填充處理工序是必要的，它不僅減少了廢水處理費用，而且對防止二次污染及實施清潔生產都具有重要意義。為了保證磷化膜的防銹能力，采取了在高品質的防銹油中加入等量的煤油進行磷化膜的涂油。防銹試驗結果證明，如此除油后磷化處理的零件完全能達到產品的相關防銹技術指標要求。

(4) 槽液溫度采用熱電偶自動控制裝置，使加熱裝置由原來的6個減少為2個，溶液加溫環節可省電70%以上。

(5) 采用溢流水清洗技術和逆流漂洗技術，使供水閥門由原來的4個減少為3個，清洗用水減少了約25%。

4 結論

通過工藝優化后的技術方案成功用于柴油機多種零件的磷化處理，生產線成功運行了近 3年，產品質量優良。經對比測算，高溫磷化單位面積的生產成本較原來降低了30% ～ 40%，達到比較理想的成本控制目標，提高了經濟效益和市場競爭能力，在高溫磷化技術的持續發展和環境保護方面具有重要意義。

[ 編輯：韋鳳仙 ]

Optimization of high temperature phosphating treatment process //

JU Gen-li

To obtain a phosphating film with excellent corrosion resistance, wear resistance, thermal resistance, adhesion, and hardness, the surfaces of parts of a diesel engine, such as cast iron cylinder block, high tension bolt, high temperature bolt and pull rod, etc, must be treated by high temperature phosphating process, so as to improve the use performance, time limit, and quality of the diesel engine. However, high temperature phosphating process has the problem of high energy consumption leading to high production cost. In this article, the process of high temperature phosphating was optimized in the following way: the traditional high temperature chemical degreasing process is substituted by using a high-efficiency degreaser at room temperature, surface conditioning and 5% chromic acid filling procedures are cancelled, and thermocouple servomechanism, overflow water cleaning and countercurrent rinsing process are used. As a result, the phosphating cost of unit area is decreased by 30%-40%.

part of diesel engine; high temperature phosphating; process optimization; cost control

TG178

A

1004 – 227X (2012) 06 – 0035 – 02

Author’s address:Shanxi North Dynamic Co., Ltd., Baoji 721300, China

2012–01–04

2012–02–21

巨根利（1962–），男，陜西寶雞人，高級工程師，長期從事電鍍、涂裝、轉化膜生產工藝及技術管理工作。

作者聯系方式：(E-mail) 903962256@qq.com。