4.12.1 前言

隨著我國表面技術(shù)的發(fā)展，人們對外表質(zhì)量的追求越來越高。其中磷化工藝在金屬的前處理中發(fā)揮著重要的作用，已經(jīng)引起了人們的高度重視。特別是我國加入WTO以后，各項(xiàng)技術(shù)都面臨著新的挑戰(zhàn)，都需要進(jìn)一步提高。磷化作為一項(xiàng)重要的工業(yè)技術(shù)也不例外。在金屬磷化方面，人們把主要精力用到了其工藝的研究上，而磷化設(shè)備的報道并不多見。筆者在本文中將磷化工藝流程和設(shè)備結(jié)合起來，作了綜合性的說明。

4.12.2 磷化工藝流程

為了徹底地清除金屬工件表面的銹蝕、氧化皮、油污以及工件夾縫和孔隙內(nèi)的殘留雜質(zhì)，以避免發(fā)生縫隙腐蝕。筆者對傳統(tǒng)的磷化工藝流程作了改進(jìn)，改進(jìn)后的工藝流程為：預(yù)脫脂→脫脂→熱水洗→冷水洗→超聲波除銹(磷酸)→水洗→表調(diào)處理→磷化→水洗→超聲波漂洗→去離子水洗→烘干。

在金屬磷化工藝中，對磷化膜的影響因素很多，有游離酸度、總酸度、酸比、催化劑含量、主鹽濃度、磷化溫度、磷化時間以及其它成份及含量(如稀土元素等)等等。因?yàn)檫@些影響因素已作過大量報道，下面主要介紹工藝流程中的超聲波除銹、表調(diào)處理和超聲波漂洗的作用。

4.12.2.1 超聲波除銹

本工藝流程中的超聲波除銹由傳統(tǒng)的鹽酸除銹改成以15%的磷酸作介質(zhì)并加適量除油劑的除油除銹。一方面使工件表面的銹蝕、氧化皮和油污在超聲波的“空化”效應(yīng)下，在較短的時間內(nèi)就能清洗干凈(大約需要2～3min)；另一方面在工件表面生成一層難溶性的磷酸鹽薄膜，此膜在磷化時起晶核作用，提高了磷化膜的質(zhì)量。下面是在不同溫度下加超聲波和不加超聲波的除銹速度的比較，見圖4-12-1。

a.加超聲波的除銹速度曲線 b.不加超聲波的除銹速度曲線

圖4-12-1 不同溫度下除銹速度的比較

4.12.2.2 表調(diào)處理

所謂表調(diào)處理，就是將金屬工件在磷化前放在含有膠態(tài)磷酸鈦鹽的溶液中進(jìn)行活化處理。表調(diào)處理能夠消除前處理中的表面缺陷，增加磷化形核的活性點(diǎn)，使磷化膜均勻、致密，提高磷化膜與基體的結(jié)合力和耐蝕性；并且能夠加快金屬的磷化速度，縮短磷化時間，降低磷化材料的消耗，減少磷化渣的生成。金屬磷化前的表調(diào)處理是不可缺少的。但是，表調(diào)處理的時間不宜過長，否則會使磷化膜粗大，易產(chǎn)生黃斑。下面是經(jīng)過表調(diào)處理和不經(jīng)表調(diào)處理的表面狀態(tài)照片的比較，見圖4-12-2。

a.經(jīng)過表調(diào)處理 b.不經(jīng)過表調(diào)處理

圖4-12-2 表面狀態(tài)的SEM照片

4.12.2.3 超聲波漂洗

金屬工件在脫脂、除銹、表調(diào)以及磷化工序中滲透到其夾縫和孔隙內(nèi)的殘留液和雜質(zhì)很難被排出，而且水洗又不能完全清除干凈，在濕熱條件下，這些雜質(zhì)極易使工件生銹、泛黃以及發(fā)生縫隙腐蝕。為了徹底解決這一問題，采用超聲波漂洗，利用超聲波“無孔不入”的特點(diǎn)和“空化”作用，使金屬工件夾縫和孔隙內(nèi)的殘留液和雜質(zhì)清除干凈，達(dá)到后續(xù)加工的質(zhì)量要求。

4.12.3 磷化處理設(shè)備

在金屬工件的磷化處理設(shè)備中，有兩個方面的問題需要研究和改進(jìn)。一是磷化渣的生成是不可避免的，而且生成的磷化渣很難除去，它不僅影響了磷化膜的質(zhì)量，而且?guī)砹藰O大的經(jīng)濟(jì)損失。所以應(yīng)對磷化除渣設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到及時除掉磷化過程中產(chǎn)生的磷化渣；二是磷化液的溫度對磷化膜的影響很大，這就需要嚴(yán)格控制磷化液的溫度，也就是需要設(shè)計一套合理的換熱設(shè)備。下面就這兩個方面來探討磷化設(shè)備的改進(jìn)和設(shè)計。

圖4-12-3為磷化設(shè)備的設(shè)計原理示意圖。

圖4-12-3 磷化設(shè)備的設(shè)計原理示意圖

4.12.3.1 磷化除渣設(shè)備

金屬工件磷化處理中，磷化渣的生成是不可避免的，必須設(shè)計一套比較理想的除渣設(shè)備，以保證能夠正常生產(chǎn)。本設(shè)計方案是采用循環(huán)過濾和高位自然沉降相結(jié)合的方法來除渣的。在正常工作的同時，用循環(huán)泵H2把磷化液打到安裝有過濾網(wǎng)的過濾槽中進(jìn)行過濾除渣，經(jīng)過濾后的磷化液再經(jīng)過泵H4打到板式換熱器中進(jìn)行加熱，然后噴淋到工件表面進(jìn)行磷化處理；在每天工作結(jié)束后，用泵H 將磷化液打到高位沉淀槽內(nèi)進(jìn)行自然沉降除渣，第二天工作之前將高位沉淀槽內(nèi)澄清的磷化液打回磷化槽，剩下的渾濁磷化液經(jīng)過濾機(jī)過濾處理。此裝置經(jīng)使用效果較好。

4.12.3.2 磷化換熱設(shè)備

本設(shè)計方案中磷化液的換熱設(shè)備采用的是板式換熱器。此設(shè)備和傳統(tǒng)的加熱管組換熱設(shè)備相比，解決了加熱管組換熱的加熱不均勻?qū)е铝谆龆嗪土谆猎诩訜峁苌隙辜訜峁苌岵涣级鵁龎牡娜秉c(diǎn)。板式換熱器采用的換熱介質(zhì)是熱水，溫度控制在70～80℃之間。通過自動控制儀，對熱水循環(huán)泵（H6）的啟停進(jìn)行控制，從而控制磷化液的溫度。采用板式換熱器能夠大大提高磷化液的化學(xué)穩(wěn)定性和溫度均勻性，有利于得到質(zhì)量較好的磷化膜。板式換熱器是一種先進(jìn)、高效、節(jié)能的換熱設(shè)備，**適合作為磷化液的換熱設(shè)備。

4.12.3.3 板式換熱器和管路中磷化渣的清洗

磷化液在板式換熱器和管路中進(jìn)行流動時，無疑也會生成一些磷化渣，這些磷化渣日積月累，到達(dá)一定程度勢必造成管路堵塞并影響磷化液的換熱效果。所以必須及時清理這些磷化渣。本設(shè)計方案采用稀HNO3進(jìn)行清洗。在每天工作結(jié)束后，啟動酸洗泵H5，此時閥門N9、N10、N12、N14、N15、N16、N19、N20、N21、N23必須全部關(guān)閉，使酸洗槽內(nèi)的稀硝酸在板式換熱器和管路內(nèi)循環(huán)流動，來清洗其中的磷化渣。清洗大約5min，關(guān)閉閥門N11和N13，打開閥門N12和N14，用水洗槽中的自來水清洗殘留液，**后用去離子水徹底清洗板式換熱器和管路。

4.12.4 小結(jié)

金屬的磷化處理應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)100多年了，發(fā)揮了重大作用。高效節(jié)能、低溫處理、控制污染是磷化工藝的發(fā)展方向，為了達(dá)到更好的磷化效果，不僅需要改進(jìn)其工藝條件，還應(yīng)改進(jìn)其主要設(shè)備。