CN103769432B - 电解磷化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电解磷化方法，其解决了现有生产钢绞线的技术中的磷化方法存在磷化效果差、效率低、成本高的技术问题，其包括以下步骤：(1)在作为正极的金属钛和作为负极的钢线材之间施加电压进行电解处理，使用含有如下组分的电解液：85g/L的锌离子、6g/L的钙离子、125g/L的磷酸根离子、70g/L的硝酸根离子、1.1g/L的硫酸羟胺和3.4g/L的镍离子；(2)在钢线材的表面上形成磷酸盐膜。本发明可广泛应用于钢绞线的生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种磷化方法，尤其是涉及一种电解磷化方法。
背景技术
我们知道，现有钢绞线的生产过程中，先将钢盘条扒皮后先进行除尘、表调处理，经清水冲洗后再经磷化和硼化(或皂化)等过程，最后进行拉拔加工，完成钢绞线的生产。
现有生产钢绞线的技术存在以下主要问题：
(1)在对钢盘条进行扒皮过程中，由于钢盘条属于高碳钢，韧性较差，在进入扒皮机时，如果弯曲率较大，非常容易脆断，而当弯曲率较小时，扒皮不完全，降低了生产效率。
(2)在表调处理时是采用表调液处理，为了使表调液更好的附着在钢盘条上，所以使用较长的表调槽，再加上后期磷化、皂化等其他操作装置，使整个生产设备要求厂房较长，占地面积大，增加了生产成本。
(3)在钢盘条经磷化、皂化后，进入烘干槽烘干，采用的技术是多喷嘴烘干，耗热功率大，热风干燥效率低；另外，烘干槽长度较长，使得厂房占地面积大，成本较高。
(4)传统的钢盘条拉丝机一般都是在拉丝机滚筒周边设置防护罩，拉丝过程出现断丝时，钢丝极易与防护罩绞在一起，既损坏了钢丝又容易损坏防护罩，浪费材料，增加了生产成本，且维修复杂；外形体积庞大，不便于工人观察和操作。
磷化工艺是一种用于涂覆钢材的基础处理、冷锻润滑处理等的处理技术。现有的磷化工艺主要分为非电解处理和电解处理两种。
电解磷化是一个复杂的电化学过程，具体的是指金属在含有磷酸盐的溶液中处理，使金属表面形成磷酸盐膜的过程。一百多年来，磷化膜广泛应用于钢绞线、钢丝等钢线材上，不仅能够提高耐腐蚀性、基体与涂层的附着力，而且还能够明显改善线材的耐摩擦性以及线材的冷加工性能。同时，锌系磷化液具有良好的延伸性，因此锌系电解磷化工艺在拉丝、拉管、冷加工行业中广泛应用。
随着研究不断深入，磷化处理取得了飞速的进展。传统的磷化工艺在钢线冷加工中广泛应用，一般为中高温磷化，虽然中高温磷化工艺产生的磷化膜厚，结合力好，能满足目前冷加工行业的生产，但是能耗高，产生的磷化渣多，环境污染严重。
申请公布号为CN102719872A的发明专利申请中公开了一种电解磷化工艺，电解磷化液内安装有正极，正极选用表面镀有惰性层的钛板或者钛网，惰性层可以是铂、铱等惰性强的金属，电解液中包含锌离子、磷酸根离子、促进剂、有机酸和溶解金属元素。这种电解磷化工艺虽然无磷化渣产生，但仍存在以下主要问题：
(1)电解后产生的磷化膜较薄，磷化效果较差；
(2)磷化温度较高，造成能源的浪费，增加了成本；
(3)磷化时间较长，导致效率较低。
发明内容
本发明就是针对现有的生产钢绞线的技术中的磷化工艺存在磷化效果差、效率低、成本高的技术问题，提供一种效率高、成本较低和磷化效果好的电解磷化方法。
为此，本发明中的钢绞线生产装置设有钢条压直机、扒皮机、除尘机、在线磷化皂化装置、拉丝装置和收线装置，在线磷化皂化装置设有磷化槽，钢绞线生产装置还设有加热装置、表调装置、干燥装置和拉丝防护装置；
加热装置设有电磁加热线圈、高频加热装置、变频器和电控操作装置，电磁加热线圈设有两端，一端与经过钢条压直机压直后的钢条相连，另一端通过高频加热装置、变频器与电控操作装置相连，电控操作装置与拉丝装置相连；
表调装置设有表调槽、高压水泵和表调水箱，表调槽内设有喷淋空心管，表调水箱与表调槽相连，高压水泵与表调水箱相连；
干燥装置设有干燥槽和热风机，干燥槽内设有空心管，空心管与热风机之间设有热风管和回风管，空心管上设有吹风孔；
拉丝防护装置设有转筒，转筒设有固定座和安全防护板，安全防护板内侧设有橡胶板；安全防护板设有两端，一端设有安全挡板，另一端设有摇臂；拉丝防护装置还设有回转套，回转套内插装有转轴，转轴与所述摇臂垂直；
电解磷化槽内设有作为正极的金属钛、作为负极的钢线材和电解液，所述电解液含有如下组分：45～85g/L的锌离子、2～6g/L的钙离子、50～125g/L的磷酸根离子、25～70g/L的硝酸根离子、0.2～1.5g/L的促进剂和0.3～6.4g/L的溶解硝酸金属盐。
优选地，扒皮机设有机架，机架上设有剥壳箱，剥壳箱的一端设有导模盒，导模盒内插装有导口模；剥壳箱设有芯轴，芯轴上设有剥滑轮；剥壳箱内设有转盘，转盘上设有剥滑轮，剥壳箱下端设有排屑口。
优选地，除尘机设有底盘，底盘设有机体，机体设有前钢板和后钢板，前钢板与后钢板相互垂直；前钢板设有前手轮，后钢板设有后手轮；前钢板上设有前钢板电机，前钢板电机连接有前钢轮刷，后钢板上设有后钢板电机，后钢板电机连接有后钢轮刷，前钢轮刷与后钢轮刷相互垂直；机体还设有出屑阀。
优选地，在线磷化、皂化装置设有支架，支架上依次设有电解磷化槽、水洗槽、喷淋槽、皂化槽和压缩空气切水槽，电解磷化槽内设有加热管；喷淋槽内设有喷淋头，压缩空气切水槽内设有喷嘴。
优选地，除尘机为超声波，其频率为28000HZ。
本发明具有以下有益效果：
(1)设置了加热装置，对钢盘条加热，使其能够在弯曲率较大的时候不会脆断，同时也保证了扒皮完全，提高了生产效率；
(2)在表调处理时表调液经高压水泵进入喷淋空心管中，并经其内侧壁上的喷淋孔喷到钢盘条上，有效的去除了钢盘条表面的铁锈；同时也节约了场地，降低了生产成本；
(3)热风机将热风快速传送到空心管内，经空心管内侧壁上的吹风孔对进入空心管内的钢盘条进行干燥。由于管内范围较小，使得钢盘条单位受热面积大大增加，提高了热风效率，而且热风速度快，钢盘条表面的磷化层和皂化层能被迅速地烘干，缩短了干燥时间，烘干效率有很大的提高，同时也减小了厂房面积，降低了成本；
(4)在拉丝防护装置的转筒转动过程中，如果钢绞线出现断丝情况，橡胶板及安全防护板可起到有效的阻挡作用，防止对设备及人员造成伤害。
本发明提供一种电解磷化方法，其包括以下步骤：
(1)在作为正极的金属钛和作为负极的钢线材之间施加电压进行电解处理，其使用含有如下组分的电解液：85g/L的锌离子、6g/L的钙离子、125g/L的磷酸根离子、70g/L的硝酸根离子、1.1g/L的硫酸羟胺和3.4g/L的镍离子；
(2)在钢线材的表面上形成磷酸盐膜。
步骤(1)中负极钢线材为钢盘条，钢盘条经过除锈、水洗、表调处理。电解磷化时间为8秒，电解磷化温度为30℃。
其有益效果如下：
(1)本发明由于在电解液中加入了钙离子，在电解过程中形成了同时含有钙和锌的磷化膜，磷化膜较厚，磷化效果好。
(2)传统磷化工艺均为中高温(大于70℃)磷化，而本发明的磷化温度为30℃，甚至比申请公布号为CN102719872A的发明专利申请中公开的磷化工艺的磷化温度还低，节约了能源，降低了成本。
(3)传统磷化槽长20米以上，而本发明的磷化槽仅用7米，节省了场地；磷化为8秒，提高了磷化效率。
附图说明
图1是本发明钢绞线生产装置的结构示意图；
图2是本发明扒皮机的结构示意图；
图3是本发明除尘机的结构示意图；
图4是图3的A-A视图；
图5是本发明在线磷化、皂化装置的结构示意图；
图6是本发明拉丝防护装置的结构示意图。
图中符号说明：
1.钢条压直机；2.加热装置；3.扒皮机；4.除尘机；5.表调装置；6.在线磷化、皂化装置；7.干燥装置；8.拉丝装置；9.收线装置；10.拉丝防护装置；11.电磁加热线圈；12.高频加热装置；13.变频器；14.电控操作装置；15.机架；16.剥壳箱；17.导模盒；18.导口模；19.剥滑轮；20.芯轴；21.转盘；22.排屑口；23.底盘；24.升降螺钉；25.机体；26.前钢板；27.后钢板；28.前手轮；29.后手轮；30.电机；31.前钢轮刷；32.后钢轮刷；33.模架；34.出屑阀；35.表调槽；36.高压水泵；37.表调水箱；38.喷淋空心管；39.电解磷化槽；40.水洗槽；41.喷淋槽；42.皂化槽；43.压缩空气切水槽；44.加热管；45.导向轮；46.干燥槽；47.热风机；48.空心管；49.热风管；50.回风管；51.转筒；52.固定座；53.安全防护板；54.橡胶板；55.安全挡板；56.摇臂；57.转轴；58.回转套。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明依次设有钢条压直机1、加热装置2、扒皮机3、除尘机4、表调装置5、在线磷化、皂化装置6、干燥装置7、拉丝装置8和收线装置9，拉丝装置8上设有拉丝防护装置10。
加热装置2设于钢条压直机1和扒皮机3之间，其设有电磁加热线圈11、高频加热装置12、变频器13和电控操作装置14。电磁加热线圈11一端与经过钢条压直机1压直后的钢条相连，另一端通过高频加热装置12、变频器13与电控操作装置14相连，电控操作装置与拉丝装置8相连。
拉丝装置8在电控操作装置14前控制开车，速度从零开始启动，变频器13控制高频感应装置，输出信号从0V到10V变化，使高频感应装置交流电频率从0-50hz变化，高频感应设备交流电(380V/220V)整流滤波后得到直流电，再经过逆变电路把直流电转换成高频电流，经高频变压器输出到环状电磁加热线圈11。由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，当钢盘条穿过线圈时，磁束就会贯通整个被加热物体，在钢盘条的内部与加热电流相反的方向，便会产生相对应的很大涡电流。由于钢盘条内存在电阻，所以会产生很多的焦耳热，使其自身的温度迅速上升，达到对钢盘条加热的目的。
让钢盘条通过电磁加热线圈11进入扒皮机3，由电控操作装置14进行速度控制，拉丝装置8在0-5m/s加速过程中，通过自动跟踪控制信号，扒皮机3部位的钢盘条以0-1m/s的速度跟随，高频加热温度能够保持在200-250℃之间，如果拉拔过程中出现断丝，也能立刻停止加热。
如图2所示，扒皮机3设有机架15，机架15上设有剥壳箱16，剥壳箱16的一端固定有导模盒17，导口模18插装在导模盒17内。剥壳箱16两端经转轴分别固定一个剥滑轮19，剥壳箱16内经芯轴20安装有转盘21，转盘21的径向经转轴也固定有两个剥滑轮19，剥滑轮19上加工有二道线槽，芯轴20尾部设有螺母和调节块，剥壳箱16下端设有排屑口22，排屑口22下方设有集渣桶(图中未示出)，四个剥滑轮19的转轴相互平行。
扒皮机3使用时，将剥壳箱16进口的导口模18套在打过夹的线材上，接着把导口模18向后推3米以上，使导口模18倒退进入导模盒17内，转动转盘21将剥滑轮19调至互为正交，通过调整芯轴20尾部的螺母和调节块处的调节螺钉来调整剥滑轮19的位置，一切准备就绪之后，启动电源即可进行工作。剥壳箱16内部采用斜面结构，除下的尘屑自动进入排屑口22下方的集渣桶内。
如图3和图4所示，除尘机4设有底盘23，底盘23上经升降螺钉24固定有机体25，机体25内安装有相互垂直的前钢板26和后钢板27，前钢板26及后钢板27经螺杆分别旋有前手轮28和后手轮29，前钢板26上固定有两个电机30，每个电机30的轴端安装有一个前钢轮刷31，后钢板27上固定有另外两个电机30，每个电机30的轴端同样安装有一个后钢轮刷32，前钢轮刷31与后钢轮刷32相垂直，机体25的左右两侧分别安装有一个模架33，机体25的下部设有出屑阀34，前手轮28及后手轮29上分别安装有一个球头手柄35。
除尘机4通过后手轮29、前手轮28分别控制前钢板26、后钢板27对前钢轮刷31、后钢轮刷32升降联动，当上下两个前钢轮刷31及上下两个后钢轮刷32对线材接触压力不一致时，可单独对前钢轮刷31及后钢轮刷32的压力进行调整。启动电机30，高速旋转的两对前钢轮刷31、后钢轮刷32以一定的接触压力在两个垂直方向上将以一定速度运行的钢盘条上的铁锈全部打光。
除尘机4也可以用其它除尘的方式代替，例如可以采用频率为28000HZ的超声波除尘，除尘干净，还进一步节约了成本。
表调装置5设有表调槽35、高压水泵36和表调水箱37，表调槽35内设有喷淋空心管38。表调水箱37经回水管接表调槽35的底部，高压水泵36的吸水管位于表调水箱37内，表调水箱37内盛满表调液。
在使用时，钢盘条从喷淋空心管38内穿过，喷淋空心管38内腔经接口与高压水泵36的出水口连接，高压水泵36的进水口与盛满表调液的表调水箱37相连。拉丝装置8启动后，钢盘条开始移动，高压水泵36启动，表调液经高压水泵36进入喷淋空心管38中，并经其内侧壁上的喷淋孔喷到钢盘条上，有效的去除了钢盘条表面的铁锈，表调液能更好的附着在刚盘条表面。
如图5所示，在线磷化、皂化装置6设有支架，支架上依次设有电解磷化槽39、水洗槽40、喷淋槽41、皂化槽42和压缩空气切水槽43，电解磷化槽39内设有钛板正极、钢盘条负极和电解磷化液，另外，电解磷化槽39内还有加热管44。电解磷化槽39与水洗槽40之间安装有导向轮45，喷淋槽41内设有喷淋头，压缩空气切水槽43内设有45°角的喷嘴。电解磷化槽39为一段；水洗槽40、喷淋槽41、皂化槽42、压缩空气切水槽43整体为一段。
干燥装置7设有干燥槽46和热风机47，干燥槽46内设有空心管48，空心管48内腔的进风口经热风管49与热风机47的出风口相连通，空心管48内腔的出风口经回风管50与热风机47的进风口相连通，空心管48的内侧壁上均布有吹风孔。
当热风机47预热后，温度达到75℃时，拉丝装置8开机启动，热风机47采用2.2kw、风压28kpa、转速2800r的风机，将热风快速传送到空心管48内，经空心管48内侧壁上的吹风孔对进入空心管48内的钢盘条进行干燥。由于管内范围较小，使得钢盘条单位受热面积大大增加，提高了热风效率，而且热风速度快，钢盘条表面的磷化层和皂化层能被迅速地烘干，缩短了干燥时间，烘干效果十分理想。
如图6所示，拉丝防护装置10设有转筒51，转筒51一端设有固定座52，转筒51的上下两侧分别设有一块条形安全防护板53，安全防护板53内侧粘有橡胶板54，安全防护板53的左右两端分别垂直固定有安全挡板55及摇臂56，摇臂56另一端垂直固定有一个转轴57，转轴57插装在回转套58内，回转套58安装在固定座52上。
使用时先向上扳动摇臂56，使摇臂56及转轴57在回转套58内正向转动一定的角度，从而安全防护板53及橡胶板54远离转筒51的外侧，将钢绞线缠在转筒51的外侧臂上，然后向下扳动摇臂56，使摇臂56及转轴57在回转套58内逆向转动一定的角度，从而橡胶板54靠近钢绞线。在转筒51转动过程中，如果钢绞线出现断丝情况，橡胶板54及安全防护板53可起到有效的阻挡作用，防止对设备及人员的伤害。
在电解磷化工艺中，选用一个0～20V可调直流电源，钛板为正极，所用钛板的表面镀有惰性金属钌，惰性金属钌也可以由铱等其它惰性较强的金属来代替；钢盘条为负极，所用钢盘条经过机械除锈、水洗、表调处理。为使电流密度均匀，可同时使用多个电源，每个电源均连接一个表面镀有惰性金属的钛板为正极，与阴极的钢盘条形成多个电极对。
选用不同的磷化液配方，按低温快速电解磷化工艺，进行具体操作，具体实施例如下：
实施例1
磷化液中含有锌离子45g/L，钙离子2g/L，磷酸根离子50g，硝酸根离子25g/L，促进剂氯酸钠0.2g/L和镍离子0.3g/L，用钢盘条进行磷化，磷化温度10℃，磷化时间5秒，电流密度30A/d㎡，膜重5g/㎡，磷化膜致密完整，颜色灰黑。
实施例2
磷化液中含有锌离子85g/L，钙离子6g/L，磷酸根离子125g/L，硝酸根离子70g/L，促进剂硫酸羟胺1.1g/L和镍离子3.4g/L，用钢盘条进行磷化，磷化温度30℃，磷化时间8秒，电流密度30/d㎡，膜重8g/㎡，磷化膜致密完整，颜色灰黑。
实施例3
磷化液中含有锌离子60g/L，钙离子4g/L，磷酸根离子80g/L，硝酸根离子50g/L，促进剂亚硝酸钠1.5g/L，镍离子6.4g/L，用钢盘条进行磷化，磷化温度50℃，磷化时间10秒，电流密度30A/d㎡，膜重9.0g/㎡，磷化膜致密完整，颜色深灰。
上述实施例中，锌离子可来于锌锭，氧化锌，硝酸锌，磷酸二氢锌中一种或两种；钙离子可来于氧化钙、碳酸钙、硝酸钙中的一种或两种；磷酸根离子可来于磷酸、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢锌中一种或两种；硝酸根离子可来于硝酸、硝酸锌中的一种或两种；促进剂可来于硝酸盐、亚硝酸盐、氯酸盐、钼酸盐、硫酸羟胺和硝酸苯的一种或三种；溶解硝酸金属盐可以是硝酸镍、硝酸铜、硝酸锰和硝酸钙的一种或两种。
将上述磷化液用于车间连续生产，线径12.5mm的钢盘条，经过除锈、水洗、表调、电解磷化、水洗、硼化、烘干，拉拔速度4.5～5m/s，钢盘条线径从12.5mm拉到5mm，表面颜色正常，盘条拉丝模具正常，连续生产200吨，磷化槽内无磷化渣，磷化液稳定，显示出高效、节能和环保的特点。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。
Claims (1)
1.一种电解磷化方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在作为正极的金属钛和作为负极的钢线材之间施加电压进行电解处理，其使用含有如下组分的电解液：85g/L的锌离子、6g/L的钙离子、125g/L的磷酸根离子、70g/L的硝酸根离子、1.1g/L的硫酸羟胺和3.4g/L的镍离子；
(2)在钢线材的表面上形成磷酸盐膜；
所述步骤(1)中负极钢线材为钢盘条，所述钢盘条经过除锈、水洗、表调处理；电解磷化时间为8秒，电解磷化温度为30℃。
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