CN103451638B - 一种增强钢铁材料表面抗氧化能力的压力磷化法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强钢铁材料表面抗氧化能力的压力磷化法，先除去钢铁材料表面污渍及氧化物并进行干燥，然后将干燥后的钢铁材料放入压力釜中与磷化液反应，反应后将钢铁材料表面进行清洗、干燥即得到成品。本发明方法可以使钢铁材料表面生成30~50g/m2的致密磷化膜，能提高钢铁材料的耐腐蚀能力，同时还具有减摩润滑的作用，反应后的废液调节磷酸盐浓度后可以循环使用。相对传统磷化工艺，该发明方法具有经济、操作简单、磷化效果好且整个工艺实现了零排放。

Description

一种增强钢铁材料表面抗氧化能力的压力磷化法
技术领域
本发明涉及一种对钢铁材料表面进行化学处理以提高钢铁材料的抗氧化能力及提高表面减摩润滑的方法。
背景技术
磷化处理是钢铁材料以及有色金属常用的前处理技术，它主要是金属材料与磷化液发生一系列化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜，这层磷化膜可以在一定程度上给基体金属提供保护，常用于金属涂漆前的打底以及金属冷加工中提供减摩润滑作用。
磷化技术的工业化应用至今已有近百年的历史，但随着科学技术的不断进步，人们对金属材料防腐的要求越来高，传统的磷化工艺也越来越难以满足金属材料防腐的要求。传统磷化工艺中，磷化膜膜重较低，生成的磷化膜层致密度不高，对金属材料的防腐有着自己的瓶颈。同时反应后的废液含磷，废水必须经过处理后才能排放，增加了生产成本，污染环境。因此，磷化技术的未来发展方向主要集中在提高质量、减少环境污染和节省能源等方向。
发明内容
技术问题：本发明提供一种经济、操作简单、磷化效果好且整个工艺实现了零排放的增强钢铁材料表面抗氧化能力的压力磷化法。
技术方案：本发明的增强钢铁材料表面抗氧化能力的压力磷化法，包括以下步骤：
a.先除去钢铁材料表面污渍及氧化物，然后将表面清理好的钢铁材料进行干燥；
b.将干燥后的钢铁材料放入压力釜中与磷化液进行磷化反应，磷化液包括以下组分：10～20g/L的磷酸、5～10g/L的氧化锌、10～20g/L的马日夫盐；磷化反应条件为：用磷酸或氨水调节pH值为2.0～4.0（）、温度150℃～180℃、通入惰性气体加压至（）1.5MPa～1.8MPa、时间10min～15min。
c.将处理后的钢铁材料进行清洗、干燥后即得到成品。
本发明方法使钢铁材料与磷化液发生物理化学反应使钢铁材料表面生成磷化层，所生成的磷化层具有较高致密度，较强的抗腐蚀、抗氧化性能，同时还具有废水零排放和环境友号等特点，同时还具有材料表面减摩润滑的作用。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明提出了一种简单易行并且环保的压力磷化处理工艺，通过钢铁材料与磷化液在高温高压的条件下发生一系列化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜，使钢铁材料表面生成30～50g/m2的磷化层，能提高钢铁材料的耐腐蚀能力，同时还具有减摩润滑的作用，反应后的废液调节磷酸盐浓度后可以循环使用。。生成的磷化膜具有较高致密度，较强的抗腐蚀、抗氧化性能，同时还具有材料表面减摩润滑的作用。该工艺实现了废水零排放和环境友好的特点，是制备机械行业中抗氧化构件的一种良好的方法。
其化学与电化学反应的基本原理为：钢铁材料在高温和高压（150℃～180℃、1.5～1.8MPa）的条件下，1）钢铁材料在磷酸的作用下发生电化学反应；2）电化学反应产生的Fe2+离子与HPO4 2-、PO4 3-反应产生沉淀附着在金属材料表面形成磷酸膜；3）Zn(H2PO4)2和Mn(H2PO4)2分解产生磷酸和沉淀附着在钢铁材料表面。体系中相关物理化学反应如下：
Fe+2H3PO4→Fe(H2PO4)2+H2↑
2Fe+6H-→2Fe3++3H2↑
Fe+2Fe 3+→3Fe 2+
Fe(H2PO4)2→FeHPO4↓+H3PO4
Fe+Fe(H2PO4)2→2FeHPO4↓+H2↑
3FeHPO4→Fe3(PO4)2↓+H3PO4
Fe+2FeHPO4→Fe3(PO4)2↓+H2↑
3Zn(H2PO4)2→Zn3(PO4)2↓+4H3PO4
3Mn(H2PO4)2→Mn3(PO4)2↓+4H3PO4
反应体系中高温、高压促进了反应速率，节省了反应时间。
反应后生成的磷化膜在高压作用下膜致密度大大增加，提高了钢铁材料的抗腐蚀、抗氧化性能和表面减摩润滑的作用。
反应后产生的废液重新调整离子浓度可以返回前段工序使用，排放气体为氢气可以回收利用，整个过程比较环保。
综上所述，本发明提出了一种简单易行并且环保的压力磷化处理工艺，通过钢铁材料与磷化液在高温高压的条件下发生一系列化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜。生成的磷化膜具有较高致密度，较强的抗腐蚀、抗氧化性能，同时还具有材料表面减摩润滑的作用。该工艺实现了废水零排放和环境友好的特点，并且制备方法工艺简单，成本相对较低，可以大规模生产。
附图说明
图1为本发明方法工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
a.先采用碱洗和酸洗除去40Cr钢铁材料表面污渍及氧化物，然后将表面清理好的40Cr钢铁材料进行干燥。
b.将干燥后的40Cr钢铁材料放入压力釜中反应。磷化液各成分组成包括：10g/L的磷酸、5g/L的氧化锌、10g/L的马日夫盐；磷化反应条件为：pH值2.0（用磷酸或氨水调节）、温度150±5℃、压力（通入氩气加压）1.5±0.1MPa、时间10min。
c.将处理后的40Cr钢铁材料进行清洗、干燥后即得到成品。
实施例2：
a.先采用碱洗和酸洗除去Cr12钢铁材料表面污渍及氧化物，然后将表面清理好的Cr12钢铁材料进行干燥。
b.将干燥后的Cr12钢铁材料放入压力釜中反应。磷化液各成分组成包括：15g/L的磷酸、8g/L的氧化锌、15g/L的马日夫盐；磷化反应条件为：pH值3.0（用磷酸或氨水调节）、温度160±5℃、压力（通入氩气加压）1.6±0.1MPa、时间12min。
c.将处理后的Cr12钢铁材料进行清洗、干燥后即得到成品。
实施例3：
a.先采用碱洗和酸洗除去4Cr13钢铁材料表面污渍及氧化物，然后将表面清理好的4Cr13钢铁材料进行干燥。
b.将干燥后的4Cr13钢铁材料放入压力釜中反应。磷化液各成分组成包括：20g/L的磷酸、10g/L的氧化锌、20g/L的马日夫盐；磷化反应条件为：pH值4.0（用磷酸或氨水调节）、温度180±5℃、压力（通入氩气加压）1.8±0.1MPa、时间15min。
c.将处理后的4Cr13钢铁材料进行清洗、干燥后即得到成品。
压力磷化与传统磷化法处理后钢材的磷化膜与抗氧化性能对比：

Claims (1)

1.一种增强钢铁材料表面抗氧化能力的化学处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a. 先除去钢铁材料表面污渍及氧化物，然后将表面清理好的钢铁材料进行干燥；
b. 将干燥后的钢铁材料放入压力釜中与磷化液进行磷化反应，所述磷化液包括以下组分：10~20g/L的磷酸、5~10g/L的氧化锌、10~20g/L的马日夫盐；磷化反应条件为：用磷酸或氨水调节pH值为2.0~4.0、温度150℃~180℃、通入惰性气体加压至1.5MPa~1.8MPa、时间10min ~15min；
c. 将处理后的钢铁材料进行清洗、干燥后即得到成品。
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