汽车配件磷化产生氢脆等问题的改进及解决方案

问题产生

 

某汽配机械厂采用线上酸洗+高温黑色锰系磷化工艺。

a.紧固件经盐酸酸洗吸氢产生氢脆，工件在使用过程中有断裂的危险性；

d.高温锰系磷化工艺存在诸多弊端（如能耗高、槽液稳定性差、磷化膜挂灰严重且粗糙等），目前除了有特殊性能要求的工件以外，一般很少采用该工艺。

 

为解决上述问题，工厂采用分步工艺改进方案。

 

首先选用浸黑磷化工艺代替高温锰系磷化工艺，在试用可行的情况下，再以抛丸除锈代替酸洗除锈。经反复试用、改进，最终获得良好结果，解决了困扰生产的难题。

 

抛丸的机理与作用

 

    抛丸除锈过程在清理室内完成。在清理室门关闭状态下，工件被正旋转履带（转速为3.6r/min）带动，弹丸以一定的线速度、呈扇形束均匀地打击基材表面，从而达到除去氧化皮和细化表面的目的。

钢材表面受弹丸冲击作用后，晶粒细化，疲劳强度、抗腐蚀能力较抛丸前分别提高约80%和约1倍（检测抛丸紧固件耐盐雾腐蚀3.5h不锈）。

浸黑磷化作用与工艺条件

 

   作用

 

    将经过抛丸处理的铁基材工件浸入浸黑液中至规定时间，工件表面会形成均匀、疏松的黑膜，作为磷化处理的底层，继而形成黑色复合磷化膜（简称浸黑磷化）。浸黑磷化膜的构成为Fe/黑膜/磷化膜，该复合膜的耐蚀性更好。

 

    工艺条件

 

    浸黑剂

 

    浸黑剂可以购买或自行配制（由引黑剂、助溶剂和固膜剂等组分配制）。浸黑剂无毒，应选择使用方便、成膜快、溶液稳定、耗量少、成本低的浸黑剂并通过生产验证使用效果。

 

   a.浸黑剂的质量浓度

 

    按规定配制工作液，控制pH值约为0.5。生产过程中根据浸黑效果（速度快慢和黑度深浅）调节溶液浓度。把握了调节方法，溶液稳定、使用寿命延长，可以达到两个星期换一次槽。以该线900L槽液为例，日处理工件约为5t，日补加浸黑剂7-8L。

 

    b.浸黑时间

 

    浸黑时间不能太短或过长，一般为2~5min。太短反应不完全，膜太薄且黑色浅；过长则膜疏松、太厚，磷化膜易脱落。为了方便掌握滚筒内工件的浸黑程度，可以在滚筒外系上相同工件，滚筒出槽后，直接观察挂件的浸黑程度。

 

   磷化

 

   一.工艺流程

 

    装筒—预脱脂（连续滚动6min，2圈/min，下同，80¾—脱脂（同前）—水洗1（连续滚动1min）—预处理（连续滚动6min）—水洗2（同水洗1）—浸黑（间断滚动2min，入槽浸15s—滚45s—浸15s—滚45s，常温）—水洗3洞水洗1）—表调（连续滚动1min）—磷化（静置浸泡12min，75℃）—水洗4（同水洗1）—热水洗5（同水洗1，80℃）—油封（浸1min，80℃）—卸件—空滚筒除油（浸脱脂液2min，80℃）—返回装桶工序（该线有6个滚筒周转）。

 

    注意：防松螺栓不允许油封，螺纹部位滚涂胶后自干。

 

   二.工艺说明

 

   1.滚筒装载量

 

    滚筒装载工件约200kg（有孔眼六角形不锈钢滚筒长740mm），滚筒装滿工件并压实，以减少工件之间的滑动摩擦，避免后续的浸黑膜和磷化膜被擦伤、出现白点。

 

    2.滚筒的滚动方式

 

    浸黑膜疏松、易脱落，为防止因滚动而擦伤，规定浸黑采取间断滚动方式（工件入槽片刻不能滚动）。而磷化则静置浸泡不滚动，曾一度进行间断滚动，但在其他条件不变情况下，磷化膜厚度偏薄，耐盐雾腐蚀60h不合格，才取消滚动。

 

   3.预处理

 

    预处理的作用是活化抛丸表面，为浸黑处理提供良好的基面。每天根据槽液日处理量补加1-2L预处理剂，两个星期换1次槽。

 

    4.表调

 

    表调是磷化不可缺少的工序，其作用是加快成膜速度、细化结晶、缩短磷化时间等。浸黑膜在磷化前同样也需要进行表调，在细化磷化膜的同时能防止浸黑残留液污染磷化液。控制胶体钛表调液的pH值为8.9~9.5，每曰补加0.5kg表调剂，4天换1次槽。

 

    5.中温锌系磷化

 

    a.酸度：TA（总酸度）为30〜40点，FA（游离勘为1〜2点，根据酸度变化补充磷化剂。为了维持酸度稳定，添加磷化剂时应分少量多次补充。

 

    b.时间：控制时间3=10min，时间过短，不能完全覆盖浸黑膜，并且容易脱落。

 

    c.采用间歇除渣法去除磷化沉渣：每曰生产结束后，将磷化液泵入高位沉淀槽，沉淀一夜；次日上班前将净化液泵回工作槽。每个星期清槽1次。

 

    d抛丸至磷化的间隔时间：抛丸工件应在24h内磷化完毕。间隔时间过长，容易返锈；同时，间隔时间过长还导致螺母攻丝的润滑油易干涸，造成脱脂困难。

 

   注意事项

 

    1提高磷化前处理质量

 

    除严控抛丸质量外，保证脱脂质量也十分重要。虽然抛丸后的表面很干净，但经过顺牙处理后会增加油污。另外，如果脱脂槽油污较重（脱脂槽补料不足等原因），导致脱脂不干净，工件表面的残余油污就会被带入其他槽中滚筒卸件后未除去残余油污。滚筒表面油污靠其悬空2min自由滴落至回收槽中，显然在2min内油污很难滴净。当滚筒从卸件方向返回到装筒工序的运行过程中，滚筒表面的残余油污继续滴落到其他槽中，成为常态污染源。上述原因造成油污串槽污染严重，大大降低了槽液的清洁度和稳定性，直接降低工件的除油质量，进而影响磷化效果。为此，采取如下措施。

 

    a.加强槽液管理：编制槽液管理规程，根据槽液曰消耗量来估算曰补加药剂量和更换周期（甚至包括水槽的换水周期）；保持脱脂槽的油-水分离器正常运转，最大限度地提高工件前处理质量。

 

    b.排除油物的污染源：增加了对卸件滚筒进行除油的工序，将原来的回油槽改为脱脂槽，彻底除去滚筒携带的油污，减少卸件滚筒残留油污串槽现象。

 

    2优化磷化膜的防护性

 

    a.在原热水洗槽中加入适量无机防锈剂，磷化件经热水洗后，形成一层薄防锈膜，再油封，形成复合防锈层，防锈效果更好。

 

    b.优选防锈油：油封原来采用混合水基防锈处理（乳化油+防锈油+水），该油膜无粘性，虽然能满足客户要求，但防锈性略低于防锈油；现选择优质防锈油，油膜较厚，防锈性更佳，与磷化膜匹配，大幅度提高了黑色磷化膜的综合防锈性能。

 

  应用效果

 

   一.磷化膜产品合格率高

 

     1.外观

 

    膜层黑色均匀结晶细致，无挂灰。

 

     2.性能

 

    a.结合力牢固，无脱落现象。

 

    b.耐蚀性尚好。原水基乳化油油封耐中性盐雾试验48h，现优质防锈油耐中性盐雾试验372h，达到汽车紧固件功能磷化的耐蚀性要求。

 

    二.设备运行完好率提高

 

    减轻了酸性气体对设备的腐蚀，设备故障少、正常运行率高、使用寿命延长、维修费用降低。

 

    三.有利于环境保护

 

    大大减少了酸性废水的排放量，杜绝了酸性气体的挥发，降低了对周边环境的污染，改善了车间空气条件。

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