CN103805980A - 一种钢铁零件氧化磷化工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁零件表面处理技术领域，特别是涉及一种钢铁零件氧化磷化处理方法。本发明包括以下步骤：第一步，消除钢铁零件的应力，对于抗拉强度大于1034MPa需要进行消除应力处理；第二步，对钢铁零件非精加工表面吹砂处理；第三步，对钢铁零件除油；第四步，对钢铁零件进行流动热水洗和流动冷水洗；第五步，对钢铁零件进行弱腐蚀处理；第六步，对钢铁零件进行流动冷水洗；第六步，对钢铁零件进行氧化磷化处理，第八步，对钢铁零件进行流动热水洗和流动冷水洗；第九步，对钢铁零件进行填充处理，溶液成份及工艺规范如下：第十步，对钢铁零件进行流动热水洗；第十一步，对钢铁零件进行干燥和涂油处理；第十二步，对钢铁零件进行检验。

Description

一种钢铁零件氧化磷化工艺方法

技术领域

本发明属于钢铁零件表面处理技术领域，特别是涉及一种钢铁零件氧化磷化处理方法。

背景技术

为了提高航空发动机钢铁零件特别是轴类零件的耐腐蚀性能和润滑性能，可以对其表面进行氧化磷化处理。对于航空发动机钢铁零件的氧化磷化处理工艺不同于常规的氧化和磷化工艺，其膜层比氧化膜厚，比磷化膜细致，具有一定的耐腐蚀性能和润滑性能。

目前，国外的氧化磷化制造工艺无法从公开渠道获取。在我厂多年的研制和生产中，氧化磷化也一直没有一个完整的工艺，其产品质量也没有得到有效的保证。主要问题表现在：1）无稳定的氧化磷化工艺；2）氧化磷化膜层厚度无法控制；3）对于公差尺寸要求高的零件，如部分零件膜厚要求仅为1～2μm，目前的工艺达不到这样精度要求；4）由于氧化磷化膜层硬度较低，无法在工艺过程中对其进行测量，进行零件尺寸测量时控制难度很大，其误差较大，经常造成零件最终尺寸超差，因此，也需要提出一种氧化磷化膜层厚度的精确控制工艺技术。

发明内容

本发明的目的是：

本发明用于解决航空发动机钢铁零件氧化磷化的工艺及膜层厚度控制问题。

本发明的技术方案是：

本发明根据钢铁零件氧化磷化新工艺的特点，确定了最佳氧化磷化工艺参数，有效解决了钢铁零件氧化磷化的技术要求，包括以下步骤：

一种钢铁零件氧化磷化工艺方法，本方法包括以下步骤：

第一步，消除钢铁零件的应力，对于抗拉强度大于1034MPa需要进行消除应力处理；

第二步，对钢铁零件非精加工表面吹砂处理；

第三步，对钢铁零件除油；

第四步，对钢铁零件进行流动热水洗和流动冷水洗；

第五步，对钢铁零件进行弱腐蚀处理；

第六步，对钢铁零件进行流动冷水洗；

第七步，对钢铁零件进行氧化磷化处理，

第八步，对钢铁零件进行流动热水洗和流动冷水洗；

第九步，对钢铁零件进行填充处理；

第十步，对钢铁零件进行流动热水洗；

第十一步，对钢铁零件进行干燥和涂油处理；

第十二步，对钢铁零件进行检验。

所述的第七步对钢铁零件进行氧化磷化处理时，氧化磷化溶液成分及处理时的工艺要求如下：

硝酸钡（Ba（NO3）2）：         20g/L～30g/L

硝酸锌（Zn（NO3）2.6H2O）：    10gL～15gL；

磷酸二氢锌（ZnH2PO4.2H2O）：   5g/L～8g/L；

温度：                         70℃～75℃；

总酸度（点）：                 10～15；

时间：                         1min～10min。

所述的第七步对钢铁零件进行氧化磷化处理时，有膜厚要求的氧化磷化时间见下表：

所述的第九步中填充处理溶液成份及工艺规范如下：

重铬酸钾（K2Cr2O7）：             10gL～30g/L；

或重铬酸钠（Na2Cr2O7·2H2O）：    10gL～30g/L；

温度：                            70℃～90℃；

时间：                            10min～30min。

所述的第五步对钢铁零件进行弱腐蚀处理，弱腐蚀溶液配方及工艺规范如下：

盐酸(HCl ρ＝1.19)：              50g/L～100g/L；

六次甲基四胺（乌洛托品）：        40g/L～50g/L；

温度：                            室温；

时间：                            0.5min～2min。

所述的第十二步对钢铁零件进行检验包括：

a）外观检验：

氧化磷化膜的顔色为灰色至灰黑色，不锈钢零件氧化磷化后无明显顔色；

b）结晶检验：

氧化磷化膜层应连续、均匀、细致；

c)耐蚀性检验：

经氧化磷化后的零件或试样，浸入3%的氯化钠溶液中采用浸渍法检查氧化磷化膜层的耐蚀性，零件或试样表面不应出现锈点；

d)憎水性检验：

经过憎水处理的零件，氧化磷化膜层表面不允许被水润湿，零件上不应有流痕；允许膜层表面存在球型水珠，且当零件倾斜时，水珠自动流下，甩去水珠后零件表面不应留有水痕。

本发明的优点是：

1）现有技术不能对膜层厚度进行有效控制，本发明可以。

2）现有技术未考虑零件的表面状态要求。本发明考虑了不同零件的实际表面状态而进行有效的控制。

本发明经过了反复试验，其结果完全达到设计要求，证明可行。

具体实施方式

根据钢铁零件氧化磷化新工艺的特点，确定了最佳氧化磷化工艺参数，有效解决了钢铁零件氧化磷化的技术要求。其具体实施方式为：

第一步，消除钢铁零件的应力，由于应力会影响氧化磷化，造成氧化磷化膜不均匀，因此，对于抗拉强度大于1300MPa零件需要进行消除应力处理。

第二步，对钢铁零件非精加工表面吹砂处理，采用200～240目的刚玉砂，压力为≤0.3MPa。

第三步，对钢铁零件除油，除油溶液配方及工艺规范如下：

采用FS-1水剂除油剂除油：温度，40℃～80℃，时间，20min～30min，PH值：8.5～12；

第四步，对钢铁零件进行流动热水洗和流动冷水洗，工艺规范如下：

流动热水洗水温不低于60℃，时间：1min～2min；流动冷水洗为在室温下流动冷水洗后零件表面水膜应连续30s不破为止。

第五步，对钢铁零件进行弱腐蚀处理，弱腐蚀溶液配方及工艺规范如下：

盐酸(HCl ρ=1.19)            50g/L～100g/L

六次甲基四胺（乌洛托品）     40g/L～50g/L

温度                         室温

时间                         0.5min～2min

第六步，对钢铁零件进行流动冷水洗，工艺规范如下：在室温下用流动的冷水清洗。

第六步，对钢铁零件进行氧化磷化处理，氧化磷化溶液成分如下：

硝酸钡（Ba（NO₃）₂）         20g/L～30g/L

硝酸锌（Zn（NO₃）₂.6H₂O）    10g/L～15g/L

磷酸二氢锌（ZnH₂PO₄.2H₂O）    5g/L～8gL

处理时的工艺要求如下：

温度            70℃～75℃

总酸度（点）    10～15

时间            1min～10min

有膜厚要求的氧化磷化时间见下表

氧化磷化膜厚与时间关系

上表中，低碳钢可为16Cr3NiWMONbE，高碳钢可为30CrMnSiA；  如要求工艺膜厚范围增加则氧化磷化时间范围相应增加。  氧化磷化时间允许根据实际零件尺寸测量情况作相应调整。

第八步，对钢铁零件进行流动热水洗和流动冷水洗，工艺规范如下：流动热水洗水温不低于60℃，时间：1min～2min；在室温下用流动的冷水清洗。

第九步，对钢铁零件进行填充处理，溶液成份及工艺规范如下：

重铬酸钾（K2Cr2O7）             10g/L～30g/L

或重铬酸钠（Na2Cr2O7·2H2O）    10g/L～30g/L

温度                            70℃～90℃

时间                            10min～30min

第十步，对钢铁零件进行流动热水洗，水温不低于60℃，时间：1min～2min；

第十一步，对钢铁零件进行干燥和涂油处理，用压缩空气或热风吹干。必要时再在100℃～120℃烘箱中烘干。涂油处理是涂F-3置换型防锈油或TS-1脱水油。

第十二步，对钢铁零件进行检验，包括：

a）外观检验：

氧化磷化膜的顔色为灰色至灰黑色，不锈钢零件氧化磷化后无明显顔色；

b）结晶检验：

氧化磷化膜层应连续、均匀、细致。

c)耐蚀性检验：

经氧化磷化后的零件或试样，浸入3%的氯化钠溶液中采用浸渍法检查氧化磷化膜层的耐蚀性，零件或试样表面不应出现锈点。

d)憎水性检验：

经过憎水处理的零件，氧化磷化膜层表面不允许被水润湿，零件上不应有流痕。允许膜层表面存在球型水珠，且当零件倾斜时，水珠自动流下，甩去水珠后零件表面不应留有水痕。

Claims (10)

1.一种钢铁零件氧化磷化工艺方法，本方法包括以下步骤：

第一步，消除钢铁零件的应力，对于抗拉强度大于1034MPa需要进行消除应力处理；

第二步，对钢铁零件非精加工表面吹砂处理；

第三步，对钢铁零件除油；

第四步，对钢铁零件进行流动热水洗和流动冷水洗；

第五步，对钢铁零件进行弱腐蚀处理；

第六步，对钢铁零件进行流动冷水洗；

第七步，对钢铁零件进行氧化磷化处理，

第八步，对钢铁零件进行流动热水洗和流动冷水洗；

第九步，对钢铁零件进行填充处理；

第十步，对钢铁零件进行流动热水洗；

第十一步，对钢铁零件进行干燥和涂油处理；

第十二步，对钢铁零件进行检验。

2.如权利要求1所述的一种钢铁零件氧化磷化工艺方法，其特征是，所述的第七步对钢铁零件进行氧化磷化处理时，氧化磷化溶液成分及处理时的工艺要求如下：

硝酸钡（Ba（NO3）2）：        20g/L～30g/L；

硝酸锌（Zn（NO3）2.6H2O）：   10g/L～15g/L；

磷酸二氢锌（ZnH2PO4.2H2O）：  5gL～8g/L；

温度：                        70℃～75℃；

总酸度（点）：                10～15；

时间：                        1min～10min。

3.如权利要求2所述的一种钢铁零件氧化磷化工艺方法，其特征是，所述的第七步对钢铁零件进行氧化磷化处理时，有膜厚要求的氧化磷化时间见下表：

4.如权利要求1-3之一所述的一种钢铁零件氧化磷化工艺方法，其特征是，所述的第九步中填充处理溶液成份及工艺规范如下：

重铬酸钾（K2Cr2O7）：         10g/L～30g/L；

或重铬酸钠（Na2Cr2O7·2H2O）：10g/L～30g/L；

温度：                        70℃～90℃；

时间：                        10min～30min。

5.如权利要求4所述的一种钢铁零件氧化磷化工艺方法，其特征是，所述的第二步对钢铁零件非精加工表面吹砂处理，采用200～240目的刚玉砂，压力为≤0.3MPa。

6.如权利要求5所述的一种钢铁零件氧化磷化工艺方法，其特征是，所述的第三步对钢铁零件除油，除油溶液配方及工艺规范如下：

采用FS-1水剂除油剂除油：温度，40℃～80℃，时间，20min～30min，PH值：8.5～12。

7.如权利要求6所述的一种钢铁零件氧化磷化工艺方法，其特征是，所述的第四步对钢铁零件进行流动热水洗和流动冷水洗，工艺规范如下：

流动热水洗水温不低于60℃，时间：1min～2min；流动冷水洗为在室温下流动冷水洗后零件表面水膜应连续30s不破为止。

8.如权利要求7所述的一种钢铁零件氧化磷化工艺方法，其特征是，所述的第五步对钢铁零件进行弱腐蚀处理，弱腐蚀溶液配方及工艺规范如下：

盐酸(HCl ρ=1.19)：           50g/L～100g/L；

六次甲基四胺（乌洛托品）：    40g/L～50g/L；

温度：                        室温；

时间：                        0.5min～2min。

9.如权利要求8所述的一种钢铁零件氧化磷化工艺方法，其特征是，所述的第八步对钢铁零件进行流动热水洗和流动冷水洗，工艺规范如下：流动热水洗水温不低于60℃，时间：1min～2min；在室温下用流动的冷水清洗；

所述的第十步对钢铁零件进行流动热水洗，水温不低于60℃，时间：1min～2min；

所述的第十一步，对钢铁零件进行干燥和涂油处理，用压缩空气或热风吹干；必要时再在100℃～120℃烘箱中烘干；涂油处理是涂F-3置换型防锈油或TS-1脱水油。

10.如权利要求9所述的一种钢铁零件氧化磷化工艺方法，其特征是，所述的第十二步对钢铁零件进行检验包括：

a）外观检验：

氧化磷化膜的顔色为灰色至灰黑色，不锈钢零件氧化磷化后无明显顔色；

b）结晶检验：

氧化磷化膜层应连续、均匀、细致；

c)耐蚀性检验：

经氧化磷化后的零件或试样，浸入3%的氯化钠溶液中采用浸渍法检查氧化磷化膜层的耐蚀性，零件或试样表面不应出现锈点；

d)憎水性检验：

经过憎水处理的零件，氧化磷化膜层表面不允许被水润湿，零件上不应有流痕；允许膜层表面存在球型水珠，且当零件倾斜时，水珠自动流下，甩去水珠后零件表面不应留有水痕。