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      超聲波磷化工藝研究

      2018-01-24 06:51:41
      四川水泥 2018年1期
      關(guān)鍵詞:磷化液晶核磷化

      (沈陽理工大學(xué), 遼寧 沈陽 110159)

      0 前言

      金屬及其合金經(jīng)磷化處理,生成磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜。該膜既可以起臨時性的防腐作用,又可作為油漆底層,增強油漆與基體金屬的結(jié)合力及油漆的耐蝕性。為了保證磷化這些要求,就必須有優(yōu)質(zhì)的磷化膜及磷化工藝。傳統(tǒng)的磷化處理一般采取浸磷或噴淋的方式,處理方式的局限性導(dǎo)致復(fù)雜工作的邊角,孔等部位不易清洗磷化,而且各種處理劑控制不當易對工件產(chǎn)生腐蝕,清理用過的廢水需處理,同時能耗特別大。超聲波應(yīng)用于磷化處理工藝中,不僅可以解決上述問題,而且該工藝集超聲波除油,除銹,磷化于一體,具有金屬表面凈化程度高,磷化速度快,污染低,能耗小等特點,還具有槽液成分簡單,容易控制等優(yōu)點。有利于簡化了工藝流程,降低了勞動強度,所形成的磷化膜特別適用于漆前的表面處理,同時超聲波能加速晶核的形成過程,抑制晶體生長而得到更加均勻細致的晶粒?;诖耍疚倪M行超聲波磷化工藝研究

      1 超聲波磷化原理

      超聲波磷化設(shè)備主要由超聲波發(fā)生器和換能器構(gòu)成,超聲波發(fā)生器(電源)將50Hz的工頻電通過逆變轉(zhuǎn)化成20KHz以上的高頻電送到換能器上。超聲波換能器固定在工位槽的底板上或槽壁上,換能器的壓電元件可將電能轉(zhuǎn)換成強有力的高頻振動,這種頻率振幅很小,約幾微米至幾十微米,但具有很高的加速度。當多個換能器被施加相同頻率及電位電壓時,就與槽液形成高頻往復(fù)振動(共振),并在槽液中傳播,適當條件下產(chǎn)生空化作用。空化作用極易在固液相界面產(chǎn)生,具有很強的穿透固體和液體的能力,因而對浸沒在液面下的工件內(nèi)外表面均能以物理作用進行超常清洗,能促進磷化反應(yīng)均勻地進行;超聲波的強烈攪拌能使磷化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氫氣加速脫離工件表面,從而使工件表面始終與新鮮溶液接觸,使工件表面極化現(xiàn)象徹底消失;超聲波對結(jié)晶過程的晶粒細化作用。超聲波能加速晶核的形成過程,抑制晶體生長而得到更加均勻的晶粒。其原因是由于空化使晶團、樹枝狀結(jié)晶破碎和分散,使每一個晶體形成許多新的晶核,從而加速了反應(yīng)過程;從能量的角度來看,超聲波是一種獨特的能量形式。在磷化過程中,鐵的溶解屬于放熱反應(yīng),而磷酸二氫鋅的水解沉積成膜過程則是吸熱反應(yīng)。在常(低)溫下,前者不足以補充后者,必須為磷化提供外動力,超聲波空化產(chǎn)生的巨大能量和局部高溫則為此提供外動力。

      2 超聲波磷化參數(shù)分析

      超聲波磷化效果與槽液溫度、超聲波的功率密度、超聲波頻率等參數(shù)密不可分。在制定磷化實驗條件時應(yīng)充分給與考慮。

      采用超聲波磷化,一般槽液溫度控制在25~30℃時效果最好,溫度升高或降低都不利于磷化質(zhì)量;

      超聲波的功率密度越高,磷化速度快,磷化效果好;反之亦然。

      超聲波的頻率越小,空化作用易產(chǎn)生,空化作用強。采用超聲波磷化,一般要視工件形狀選擇合適的工藝參數(shù),使各種因素協(xié)同作用處于最佳狀態(tài),才能達到最佳的磷化效果。

      3 磷化實驗方法研究

      3.1 實驗材料

      將58SiMn鋼制成 10× 10mm 的金相試樣,經(jīng)磨光,拋光和浸蝕后進行不同方案的磷化處理。

      3.2 磷化液成份

      超聲波磷化液選用常溫鋅系磷化液,其組成為:Zn2+(5g/l); po3-4(414g/l); NO-3 (7g/L);促進劑 (2g/L),總酸度14~20點,游離酸度1.0~1.5點。

      常溫磷化液,其組成為: Zn2+(5g/l); po3-4(414g/l); NO- 3 (7g/L);促進劑 (2g/L),總酸度14~20點,游離酸度1.0~1.5點。

      中溫磷化液,選用軍品現(xiàn)行使用的磷化液,其代號為 DZ-93,總酸度 13~18點,游離酸度0.8~1.2點。

      3.3 實驗工藝流程制定

      工藝 A:常溫磷化工藝流程:化學(xué)除油—水洗—酸洗—表面調(diào)整—磷化—水洗—干燥 溫度:25~30℃,時間:10~15(min)。

      工藝 B:超聲波磷化工藝流程:超聲波除油—水洗—超聲波除銹—水洗—超聲波磷化—水洗—干燥 溫度:25~30℃,時間:≤3(min)。

      工藝 C:中溫磷化處理工藝流程:除油—水洗—表面調(diào)整—磷化—水洗—干燥 溫度:50~70℃,時間:3~5(min)。

      3.4 耐腐蝕和附著力測試

      耐腐蝕采用3%NaCl,未涂油和漆;附著力測試采用劃圈法。

      4 實驗結(jié)果分析

      用金相顯微鏡觀察磷化膜的形核,長大和膜層形成的整個過程。發(fā)現(xiàn)在試樣浸入超聲波磷化液的瞬間,試樣表面生成一層彩虹色鈍化膜,接著在晶界或界內(nèi)的某些活性點形核。隨著浸漬時間的延長,晶核在晶界和晶內(nèi)長大,這種晶核生長的位向與鋼的原始組織沒有任何關(guān)系。在晶核長大的同時,又有一些新晶核形成并長大,最后松針狀結(jié)晶覆蓋整個表面,整個反應(yīng),(溶解與沉淀)趨于動態(tài)平衡,磷化膜完全生成。

      常溫磷化液不加超聲波,所得磷化膜結(jié)晶粗大,外觀顏色發(fā)白,有浮灰,整個反應(yīng)時間長。

      在中溫磷化液中,磷化膜的形核,長大和生長過程與超聲波磷化相似,只不過活性中心少,結(jié)晶較大,磷化膜完全生成的時間較長。不同的工藝流程下,磷化膜的外觀狀態(tài)、膜重及耐腐蝕性參數(shù)如表1~1。

      通過金相顯微鏡觀察可知,加入超聲波場后,磷化膜晶核數(shù)量明顯增多,結(jié)晶更加細致,抗腐蝕性增強,附著力為一級。

      表1-1 不同工藝條件下磷化膜的參數(shù)

      5 結(jié)論

      超聲波磷化工藝由于不使用強酸除油、除銹,從源頭上解決了酸霧對工件和車間銹蝕等問題。超聲波磷化液成分簡單,易于調(diào)整控制,可在常(低)溫條件下操作,從而節(jié)省大量原材料。加入超聲波場后獲得的磷化膜外觀成灰黑色,膜層均勻,薄而緊致(膜重在0.5~2g/m2),磷化速度大大加快(可在3min內(nèi)完成),所獲得的磷化膜具有良好的抗腐蝕能力,其抗蝕能力比中溫磷化膜提高 1倍。超聲波磷化金屬工件不但提高工件磷化質(zhì)量,也提高了工件的后續(xù)加工質(zhì)量,超聲波磷化工藝的研究對超聲波對金屬磷化的應(yīng)用有著重要的作用。

      [1]張燎原 ,牛友軒 ,陳巖. 鋁型材腐蝕料重新表面處理的方法[J].輕合金加工技術(shù),1999(5)

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