水下設備大型復雜工件磷化工藝研究

許淑峰，程銳，朱麟杰(美鉆能源科技(上海)有限公司，上海 200941)

0 引言

磷化(phosphorization)是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程，所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜。磷化的目的主要是：給基體金屬提供保護，在一定程度上防止金屬被腐蝕；用于涂漆前打底，提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力。

1 測試部分

磷化的工藝為除油除銹——水清洗——表面調整活化——磷化——水清洗——鉻酸鹽處理——烘干。

同時，針對磷化列出了詳細的技術參數，具體如表1 所示。

表1 磷化驗收技術表

在對磷化的工件展開之前，我們先行在和工件同材質的試塊上進行試驗，試驗通過后，再在工件上進行施工。

1.1 試塊涂層測試

1.1.1 材料準備及涂層測試

根據本體的材質，選擇在和本體同種材質并同爐熱處理的QTC上切取規格分別為6×75×150、3×51×75 mm的試塊。

1.1.2 磷化液準備

(1)磷化液配比：按照生產廠家的要求，將磷化液濃度配置到可接受范圍，并用滴定的方法進行測試確認，滴定實驗過程為，先取磷化溶液10 mL，再往里邊滴定三滴酚酞指示劑，然后用0.1 N 氫氧化鈉滴定直到顏色變紅為止。

滴定完成后，讀取氫氧化鈉消耗量，看消耗量是否在范圍內；

(2)磷化液加溫：在磷化過程中，磷化液的溫度十分關鍵，因此就必須對磷化液的溫度進行準確把控，一般的磷化液加熱方式為通過蒸汽進行換熱，采取間斷加熱的方式，將磷化液的溫度控制在74～85 °C 范圍內。

1.1.3 表調液準備

表調效果的優劣，取決于表調液中活性鈦的濃度，膠體顆粒濃度在每升溶液中幾十至100 mg 范圍中，均能夠充分發揮鈦鹽的表調作用，在生產中一般采用目視法來檢查表調液的狀態，如果呈透明狀白色乳濁液，則表示表調液屬于正常。

1.1.4 磷化預處理

脫油方面，我們使用清洗劑進行脫油，除銹方面使用噴砂的方式進行，噴砂完成后，使用粗糙度儀對試塊的表面進行粗糙度檢測，以確認試塊的表面粗糙度符合工藝規程要求(要求為Ra 1.5～3.5 μm)，測試結果為Ra1.8～2.9 μm。

1.1.5 表面活化

將試塊放至表調液中，活化試塊表面，以便磷化。

1.1.6 磷化

將試塊整個放至磷化液中10～20 min。

1.1.7 烘干

考慮到試塊在磷化出來后，試塊溫度較高，因此使用潔凈空氣將磷化完成的試塊吹干即可。

1.1.8 磷化膜外觀檢測

試塊磷化完成后，對試塊的磷化層進行觀察，查看試塊是否有色差、污漬等不良缺陷。

1.1.9 磷化膜重量檢測

為了檢測磷化膜的致密性，我們按照ASTM B767[2]進行稱重測試，稱重要求的范圍為1 000～3 000 mg/ ft2，測試后結果為1 764 mg/ ft2，符合要求。

1.1.10 磷化膜耐腐蝕檢測

按照ASTM B117[1]對試塊進行鹽霧測試，將磷化完成的試塊放至鹽霧測試箱中進行鹽霧測試，測試試塊未上油膜，鹽霧測試要求為放置在鹽霧測試箱中1.5 h，生銹的面積不能大于15%。

測試后的試塊表面無明顯銹蝕，測試合格。

1.1.11 橡皮檫測試

使用橡皮擦用約一公斤壓力在磷化膜表面進行擦拭10次。若橡皮擦被染色且磷化膜脫落露出基材本色，則表示磷化膜疏松不耐磨；若橡皮擦輕微染色或不染色且磷化膜完好無露底基材，則表示磷化膜致密耐磨。

經過橡皮檫測試，磷化膜無明顯脫落，測試合格。

經過磷化膜外觀、重量、橡皮檫測試及耐腐蝕實驗，外觀、膜重、橡皮檫測試及耐腐蝕實驗結果均符合預期要求，磷化液滿足項目要求。

1.2 產品試制及測試

在試塊實驗合格的基礎上，我們把產品按照試塊實驗時的工藝流程進行磷化處理，整個工藝流程完全相同并嚴格控制，測量表面粗糙度為2.886 μm。

磷化池磷化液溫度為80 ℃。隨后是進行表調及磷化，磷化時將整個產品浸沒在磷化池中，并在工件到達溫度后在磷化池中磷化10～20 min，由于是產品，故需要考慮產品的吊裝問題，我們使用車間常用的吊環進行吊裝。

結果整個產品生產出來就發生了很大的問題，使用吊裝螺栓的地方涂層無法磷化，同時，由于有死角，工件無法在正常的條件下完全正常浸泡，造成了沒有浸泡處快速發生了銹蝕。

1.3 遇到的問題及應對措施

在工件進行涂層后，經過總結歸納，問題如下：

(1)工件存在死角，磷化液進不去，造成局部磷化失敗，同時，由于已經打砂，工件處于酸性環境，所以非常容易銹蝕，而銹蝕在水下設備中是不允許存在的；

(2)生產吊裝用的螺栓表面有鍍鋅涂層，在磷化的過程中，鍍鋅涂層首先與磷化液進行反應，并在反應區域稀釋掉磷化液濃度，進而阻止了磷化液與工件的反應，最后造成了工件磷化失敗的問題；

(3)工件表面的水漬，是由于工件表面積大、出水時間短，工件在出水時沒有及時地清理掉表面的磷化污漬，使得污漬在工件表面停留，而水漬的存在會嚴重影響涂層的防腐性能。

針對以上問題采取了如下針對性措施：

(1)對于死角問題，在工件下水過程中，先對死角部分進行預磷化，使用壓力槍對工件死角進行噴射，同時，在工件進磷化池的過程中，晃動工件及磷化池，以達到能夠充分接觸的目的；

(2)將吊裝用螺栓進行噴砂，去除吊耳表面涂層，同時，針對吊裝孔的磷化問題，采取二次磷化的方式，在磷化的途中，更換吊裝孔，致使螺栓孔磷化能正常進行；

(3)針對磷化污漬問題，在工件出磷化池的過程中，采用多個噴砂槍，多角度對工件進行噴洗，同時，在工件出水的過程中，盡量緩慢出水，給工件出水過程中清洗污漬留有足夠的時間；

(4)用于工件沖洗的清水，采用純凈水，以避免水中的礦物質對磷化膜造成二次污染，最大限度的避免工件表面出現水漬的問題。

在找出問題及準備了預防措施以后，我們接著就進行了改進后的再次磷化，整個工藝過程參數設置完全相同，在磷化工程中，采取了針對性的措施，比如增加擾動、慢出水、增加噴頭等措施。

磷化完成后，表面均勻，無明顯色差，同時，在用橡皮擦拭的時候，磷化層沒有脫落。

在實際生產中，由于耐腐蝕實驗及稱重測試無法進行，只能對外觀及橡皮檫測試來確認產品磷化膜的質量，經過現場目測及橡皮檫測試，產品外觀均勻、完整，橡皮檫測試磷化膜無脫落，產品質量滿足技術要求，同時，開辟了生產后續復雜零件完整的施工工藝，為保證產品質量奠定了堅實的基礎。

2 結語

經過摸底測試，我們遇到了許多問題并針對性的采取了措施，歸納總結如表2 所示。

表2 涂層問題及應對措施表

在施工過程中，我們從小試塊入手，通過一步步地確認，通過使用看似非常普通的手段，成功地解決了產品在施工中遇到的問題，針對水下產品特征，開拓出一套完成的施工工藝方案，為項目的開展奠定了堅實的基礎。