CN110846648A - 高温锰锌系磷化处理溶液及磷化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料表面处理领域，涉及一种高温锰锌系磷化处理溶液及磷化工艺，该高温锰锌系磷化处理溶液包括浓度是40‑60g/L的硝酸锰、25‑35g/L的硝酸锌、20‑40g/L的磷酸二氢锌、5‑10g/L的氯化钙以及10‑20mL/L的磷酸。本发明提供了一种绿色环保、可形成致密膜层、对零组件的表面粗糙度影响小以及可显著提高零件耐蚀性的高温锰锌系磷化处理溶液及磷化工艺。

Description

高温锰锌系磷化处理溶液及磷化工艺
技术领域
本发明属于材料表面处理领域，涉及一种高温锰锌系磷化处理溶液及磷化工艺，尤其涉及一种可用于油泵壳体、强力螺栓以及高温螺栓等钢铁零件锰锌系磷化处理溶液及磷化工艺。
背景技术
现有马达油泵壳体，强力螺栓等零件表面需进行磷化处理，以获得耐蚀性，耐磨性，耐热性，结合力以及硬度均较高的磷化膜。从而提高零件的使用性能。钢铁零件的磷化处理是将金属制件放入含有锌、锰或铁的单磷酸盐溶液中发生化学反应，使金属制件表面生成难溶性磷酸盐膜。磷酸盐处理方法有高温、中温和低温三种。中温和低温形成的磷化膜层较薄，且形成层的膜层结晶粗大，表面粗糙，达不到油泵壳体在严酷环境下的使用要求。为了获得耐蚀性，耐磨性，耐热性，结合力以及硬度较高的磷化膜层，研究一种高温锰锌系磷化处理溶液及磷化工艺。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种绿色环保、可形成致密膜层、对零组件的表面粗糙度影响小以及可显著提高零件耐蚀性的高温锰锌系磷化处理溶液及磷化工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高温锰锌系磷化处理溶液，其特征在于：所述高温锰锌系磷化处理溶液包括浓度是40-60g/L的硝酸锰、25-35g/L的硝酸锌、20-40g/L的磷酸二氢锌、5-10g/L的氯化钙以及10-20mL/L的磷酸。
上述高温锰锌系磷化处理溶液包括浓度是50g/L的硝酸锰、30g/L的硝酸锌、30g/L的磷酸二氢锌、7g/L的氯化钙以及15mL/L的磷酸。
一种基于如上所述的高温锰锌系磷化处理溶液对钢铁零件进行磷化的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)用除油溶液清洗待处理的钢铁零件；
2)将清洗干净的待处理的钢铁零件装挂并采用如前记载的高温锰锌系磷化处理溶液进行磷化处理；
3)清洗干燥后进行憎水处理以及聚合硬化处理：
4)干燥处理。
上述步骤2)中磷化处理时的温度是85℃-95℃，磷化处理的时间是5-10分钟。
上述步骤3)中憎水处理的具体实现方式是：将待处理的钢铁零件放入BH-208憎水剂中，在室温的条件下保持5-10分钟。
上述步骤3)中聚合硬化处理的具体实现方式是：将完成憎水处理后的待处理的钢铁零件在室温环境中自然晾干，聚合时间12-24小时；在室温条件下将待处理的钢铁零件浸入HH-20滑油和180号航空汽油的混合油中10～15分钟；所述HH-20滑油和180号航空汽油的体积比为1：4。
上述步骤4)中的干燥处理的具体实现方式是采用压缩空气吹干。
上述待防锈处理的钢铁零件所采用的钢材是12CrNi3A。
本发明的优点是：
本发明提供了一种高温锰锌系磷化处理溶液及磷化工艺，能够使钢铁零件表面获得由磷酸锌、磷酸锰和三氧化二铁构成的磷化保护膜层，该磷化膜层可用于一般钢铁零件，该膜层具有耐磨性，耐热性能以及较强的耐腐蚀性能。使典型钢材例如12CrNi3A的耐蚀性由耐中性盐雾试验2小时提高到不低于10小时；本发明所提供的高温锰锌系磷化处理溶液是一种绿色环保处理液，可形成致密膜层，对零组件的表面粗糙度影响小，且大大提高零件的耐蚀性。高温锰锌系磷化工艺。获得更佳耐蚀性，耐磨性，耐热性，结合力以及硬度较高的磷化膜层。
附图说明
图1是钢铁零件磷化膜层的电镜图；
图2是钢铁零件磷化膜层元素光谱图。
具体实施方式
本发明提供了一种高温锰锌系磷化处理溶液，高温锰锌系磷化处理溶液包括浓度是40-60g/L的硝酸锰、25-35g/L的硝酸锌、20-40g/L的磷酸二氢锌、5-10g/L的氯化钙以及10-20mL/L的磷酸。尤其是50g/L的硝酸锰、30g/L的硝酸锌、30g/L的磷酸二氢锌、7g/L的氯化钙以及15mL/L的磷酸。
同时，本发明还提供了一种基于如前所述的高温锰锌系磷化处理溶液对钢铁零件进行磷化的方法，该方法包括以下步骤：
1)用除油溶液清洗待处理的钢铁零件；
2)将清洗干净的待处理的钢铁零件装挂并采用如前记载的高温锰锌系磷化处理溶液进行磷化处理；磷化处理时的温度是85℃-95℃，磷化处理的时间是5-10分钟；
3)清洗干燥后进行憎水处理以及聚合硬化处理：憎水处理的具体实现方式是：将待处理的钢铁零件放入BH-208憎水剂中，在室温的条件下保持5-10分钟；聚合硬化处理的具体实现方式是：将完成憎水处理后的待处理的钢铁零件在室温环境中自然晾干，聚合时间12-24小时；在室温条件下将待处理的钢铁零件浸入HH-20滑油和180号航空汽油的混合油中10～15分钟；所述HH-20滑油和180号航空汽油的体积比为1：4。
4)干燥处理：采用压缩空气吹干。
本发明可用于对型号是12CrNi3A的钢材进行磷化处理。
作为本发明的最优方案，浓度是50g/L的硝酸锰、30g/L的硝酸锌，30g/L的磷酸二氢锌，7g/L的氯化钙，磷酸15mL/L。磷化温度为90℃，时间为8分钟。磷化后放入BH-208憎水剂中进行憎水处理，温度：室温，时间保持8分钟。憎水处理后聚合硬化18小时。
本发明的作用机理是：由磷酸锰、硝酸锌、磷酸二氢锌、氯化钙组成的磷化溶液，磷酸锰和硝酸锌作为强氧化剂，在一定温度及反应时间下，钢铁零件与磷化溶液发生氧化反应，在钢铁表面生成难溶性的磷酸锰、磷酸锌和三氧化二铁所形成的膜层，该膜层的厚度在5-10微米，膜层致密，在磷化结束后进行憎水处理提高磷化膜层的耐蚀性。
实施例一
本实施例中所采用的磷化溶液中各成分的含量为50g/L的磷酸锰、30g/L的硝酸锌，30g/L的磷酸二氢锌，7g/L的氯化钙，磷酸15mL/L。对12CrNi3A钢铁零件进行磷化处理，其中采用溶液温度为90℃，时间为5分钟。磷化后放入BH-208憎水剂中进行憎水处理，温度：室温，时间保持8分钟。憎水处理后聚合硬化18小时。经过本发明所记载的处理工艺对钢铁零件进行高温锰锌系磷化后形成磷化膜层，同时磷化处理后对该钢铁零件进行中性盐雾试验，经12小时后，未发现锈蚀现象，即经过本发明所记载高温锰锌系磷化方法所得到磷化膜层耐中性盐雾试验不低于12小时。
实施例二
本实施例中所采用的磷化溶液中各成分的含量为41g/L的磷酸锰、26g/L的硝酸锌，22g/L的磷酸二氢锌，5g/L的氯化钙，磷酸10mL/L。对12CrNi3A钢铁零件进行磷化处理，其中采用溶液温度为85℃，时间为5分钟。磷化后放入BH-208憎水剂中进行憎水处理，温度：室温，时间保持5分钟。憎水处理后聚合硬化12小时。经过本发明所记载的处理工艺对钢铁零件进行高温锰锌系磷化后形成磷化膜层，同时磷化处理后对该钢铁零件进行中性盐雾试验，经10小时后，未发现锈蚀现象，即经过本发明所记载高温锰锌系磷化方法所得到磷化膜层耐中性盐雾试验不低于10小时。
实施例三
本实施例中所采用的磷化溶液中各成分的含量为46g/L的磷酸锰、28g/L的硝酸锌，25g/L的磷酸二氢锌，6.5g/L的氯化钙，磷酸13mL/L。对12CrNi3A钢铁零件进行磷化处理，其中采用溶液温度为88℃，时间为6分钟。磷化后放入BH-208憎水剂中进行憎水处理，温度：室温，时间保持6分钟。憎水处理后聚合硬化15小时。经过本发明所记载的处理工艺对钢铁零件进行高温锰锌系磷化后形成磷化膜层，同时磷化处理后对该钢铁零件进行中性盐雾试验，经11小时后，未发现锈蚀现象，即经过本发明所记载高温锰锌系磷化方法所得到磷化膜层耐中性盐雾试验不低于11小时。
实施例四
本实施例中所采用的磷化溶液中各成分的含量为55g/L的磷酸锰、33g/L的硝酸锌，37g/L的磷酸二氢锌，8g/L的氯化钙，磷酸18mL/L。对12CrNi3A钢铁零件进行磷化处理，其中采用溶液温度为92℃，时间为9分钟。磷化后放入BH-208憎水剂中进行憎水处理，温度：室温，时间保持8分钟。憎水处理后聚合硬化21小时。经过本发明所记载的处理工艺对钢铁零件进行高温锰锌系磷化后形成磷化膜层，同时磷化处理后对该钢铁零件进行中性盐雾试验，经10小时后，未发现锈蚀现象，即经过本发明所记载高温锰锌系磷化方法所得到磷化膜层耐中性盐雾试验不低于10小时。
实施例五
本实施例中所采用的磷化溶液中各成分的含量为60g/L的磷酸锰、35g/L的硝酸锌，40g/L的磷酸二氢锌，10g/L的氯化钙，磷酸20mL/L。对12CrNi3A钢铁零件进行磷化处理，其中采用溶液温度为95℃，时间为10分钟。磷化后放入BH-208憎水剂中进行憎水处理，温度：室温，时间保持10分钟。憎水处理后聚合硬化24小时。经过本发明所记载的处理工艺对钢铁零件进行高温锰锌系磷化后形成磷化膜层，同时磷化处理后对该钢铁零件进行中性盐雾试验，经10小时后，未发现锈蚀现象，即经过本发明所记载高温锰锌系磷化方法所得到磷化膜层耐中性盐雾试验不低于10小时。
采用本发明所提供的高温锰锌系磷化溶液对钢铁零件进行磷化处理后，其中按照实施例一，用扫描电镜对其处理得到的氧化膜层成分进行分析，膜层的主要化学成分为P、Mn、Fe和Zn，其中，膜层中元素Fe占92.87％，Mn占0.95％，Zn占0.90％，P占28％，具体参见图1、图2以及表1所示，其中表1中的各处理选项已分析所有元素且已进行归一化处理，表1中的数值是按重量百分比显示的所有结果。
表1钢铁零件锰锌系磷化处理膜层的化学成分
Figure BDA0002285719040000051
参见表2，是采用不同处理方式对不同表面状态的零件耐蚀性能对比表，其中：
采用本发明所提供的高温锰系磷化处理液对不同表面状态的12CrNi3A典型钢铁零件进行磷酸盐氧化防锈处理后，进行耐中性盐雾试验对比。其中未进行任何处理的裸钢零件在进行1小时中性盐雾试验后，表面已开始出现黑色的锈蚀小点；经过锌系磷化处理零件在进行2小时中性盐雾试验后，表面也已开始出现黑色的锈蚀小点，并有红色腐蚀产物。
根据本发明所记载的方法，对典型钢铁零件直接进行高温锰系磷化处理液处理+憎水处理后，零件在进行10小时中性盐雾试验后，表面未产生任何锈蚀。
表2不同表面状态的零件耐蚀性能对比表
Figure BDA0002285719040000052

Claims (7)

1.一种高温锰锌系磷化处理溶液，其特征在于：所述高温锰锌系磷化处理溶液包括浓度是40-60g/L的硝酸锰、25-35g/L的硝酸锌、20-40g/L的磷酸二氢锌、5-10g/L的氯化钙以及10-20mL/L的磷酸。
2.根据权利要求1所述的高温锰锌系磷化处理溶液，其特征在于：所述高温锰锌系磷化处理溶液包括浓度是50g/L的硝酸锰、30g/L的硝酸锌、30g/L的磷酸二氢锌、7g/L的氯化钙以及15mL/L的磷酸。
3.一种基于如权利要求1或2所述的高温锰锌系磷化处理溶液对钢铁零件进行磷化的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)用除油溶液清洗待处理的钢铁零件；
2)将清洗干净的待处理的钢铁零件装挂并采用如前记载的高温锰锌系磷化处理溶液进行磷化处理；
3)清洗干燥后进行憎水处理以及聚合硬化处理：
4)干燥处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中磷化处理时的温度是85℃-95℃，磷化处理的时间是5-10分钟。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中憎水处理的具体实现方式是：将待处理的钢铁零件放入BH-208憎水剂中，在室温的条件下保持5-10分钟。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中聚合硬化处理的具体实现方式是：将完成憎水处理后的待处理的钢铁零件在室温环境中自然晾干，聚合时间12-24小时；在室温条件下将待处理的钢铁零件浸入HH-20滑油和180号航空汽油的混合油中10～15分钟；所述HH-20滑油和180号航空汽油的体积比为1：4。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤4)中的干燥处理的具体实现方式是采用压缩空气吹干。
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