活塞销毛坯磷皂化工艺研究

【摘要】活塞销坯料磷皂化质量不稳定，磷皂化膜厚薄不均匀是由磷化质量不稳定造成的，减少不合格品的出现，关键在于控制坯料的磷化质量。影响磷化的质量因素有：磷化温度、磷化溶液浓度、总酸度与游离酸度的比例，材料的化学组成，零件表面状况和清洗方法，磷化溶液里的SO42-、C1一等杂质的含量等。本文通过对磷化机理及影响产品磷皂化质量的原因进行分析，也对磷皂化的工艺过程进行了简单的探讨。

【关键词】活塞销； 坯料；磷皂化

中图分类号：TG314.4文献标识码：A文章编号：

前言

在生产内燃机零配件时，为节约原材料，在活塞销加工中，通常采用冷挤压加工成型，为提高工件塑性，在冷挤压时便于金属流动，坯料容易脱模，冷挤压工艺加工之前，必须很好地对坯料进行处理，即对工件进行磷化，皂化。

一、 磷化机理及影响产品磷皂化质量原因分析

活塞销坯料磷化膜的厚薄，晶粒大小，与皂化膜生成的质量密切相关。磷化膜越厚，皂化膜越容易附着。磷化质量的好坏决定活塞销坯料的磷皂化质量，因此，研究磷化机理对磷皂化工艺有着非常重要的意义。

1、磷化反应机理

（1）酸蚀反应

金属表面与磷化液发生的第一反应是将某些金属从表面溶解下来的酸蚀反应。不同的磷化液对钢的酸蚀速度约 1-3 g/m2;作厚膜磷化时,酸蚀反应速度还要求高许多。酸蚀反应对形成涂膜非常重要，因为它既可净化金属表面、又能提高漆膜的附着力。酸蚀反应发生时,由于金属表面的溶解,所以紧靠表面的磷化液中的游离酸被消耗,金属离子进入磷化液,所溶入的金属离子类型与所处理的基材有关。在磷化液中添加氧化促进剂可减少酸蚀反应时所生成的氢气:

钢表面:Fe + 2H+1 + 2Ox Fe+2 + 2HOx

镀锌钢表面:Zn + 2H+1 + 2Ox Zn+2 + 2HOx

铝表面:Al + 3H+1 + 3Ox Al+3 + 3HOx

(2）磷化反应

在磷化液中所发生的第二个反应是磷化。由于在金属与溶液的界面上的游离酸度的降低、PH升高,金属阳离子就不在以可溶离子形式存在,它们与溶液中的磷酸盐反应后以磷酸锌的形式沉淀结晶在金属表面。

依据不同的工艺方法,这种晶体可有不同的组成和结构:

3Zn+2 + 2H2PO4-1 + 4H2O Zn3(PO4)2•4H2O

2Zn+2 + Fe+2+2H2PO4-1 + 4H2O Zn2Fe(PO4)2•4H2O

2Mn+2 + Zn+2+2H2PO4-1 + 4H2O Mn2Zn(PO4)2•4H2O

2Zn+2 + Mn+2+2H2PO4-1 + 4H2O Zn2Mn(PO4)2•4H2O

(3) 成渣反应

在酸蚀反应中溶解下来的金属离子(Fe+2)被磷化液中的促进剂(例如亚硫酸盐/硫酸盐、氯酸盐、过氧化物)氧化而成渣沉淀,而磷化反应中的Zn2+将不成渣。Al3+离子可使用氟化物而形成氟铝铬合物,此铬合物将会形式沉淀。

Fe+1 + H+1 + Ox HOx

Fe+2 + H2PO4-1 FePO4 (渣) + 2H+

Al+3+6F- AlF6-3

AlF6-3+3Na+ Na3AlF6 (渣)

2、 影响产品磷皂化质量的原因

由上分析的磷化机理可知，增加磷化液浓度，可促使化学反应向沉淀物生成方向进行，有利于磷化膜的生成；溶液中的总酸度过高，不利于沉淀的生成，磷化膜的厚度就会薄；温度是影响化学反应速度的重要因素，温度越高，化学反应越快，越有利于化学反应的进行；零件表面越光滑，磷化膜附着越均匀，经对磷化机理的分析可知：冷挤压件所需要的磷化膜的质量因素有几个方面：磷化溶液的浓度、总酸度与游离酸度的比例，磷化温度，材料的化学组成，零件表面状况和清洗方法，磷化溶液里的SO42-C1一等杂质的含量等等。

二、工序槽液的性能和技术要求

在活塞销毛坯磷皂化工艺中，磷化皂化时间短、工件表面形成一层优良的复合层从而提高了工件的冷变形性能，可有效地降低挤压模具的摩擦消耗，从而提高挤压模具寿命。

1、 脱脂

本工序除去工件表面存在的各类皂化油，非皂化油及污物。所使用的脱脂剂由碱类物质和界面活性类物质组成；处理温度不宜高，控制在5o～65C最佳。如果工件表面油污过多或油污干结时，应适当增大脱脂剂使用量或辅以搅动措施。工件经过脱脂工序处理后，表面应能够全部被水浸润，没有流挂水珠现象，这也是检验脱脂是否彻底的最直观方法。脱脂液经过长时间使用后，其含油份饱和会影响脱脂效果，应定期对槽液进行脱油处理或更换新液。

2、清洗

本工序除去工件表面滞留的脱脂液，所以应尽可能增大水的溢流量，控制PH值不大于8。本序的清洗效果将直接影响下遭工序的处理质量

3、裹面调整

经本工序处理工件，加速了成膜反应，改善磷化膜的晶体结构。本工序所使用的表面调整剂为胶体铁物质，在水中形成液溶胶。所以向槽内加表面调整剂时应缓慢均匀加入，最好边加入边搅拌。

4、磷化

此工序是整个磷化工艺的中心，管理应十分注意。本工序要求有准确有效控温装置和定期除渣管理措施，槽液调整必须严格按照化验结果及管理基准进行。经表面调整处理后的工件应迅速浸入磷化槽内上下运动数次，时间应符合工艺要求。其所使用礴化剂是拎塑性加工用锌系磷化剂，具有低渣、快速等特点。冷挤压加工用的活塞销坯料经过磷化趾理后，表面形成的磷化膜做为剂的载体，保证了剂与磷化膜经过化学反应后在工件表面形成一层优良的复合层，从而大大提高工件的冷变形性能，有效地降低模具的摩擦损耗。磷化液在正常使用的情况下，形成磷化膜的同时必然产生一定量的沉渣。因此要求操作人员必须定期清槽，以免沉渣积累过多，造成工件表面挂灰的现象应严格控制处理温度 从理论上讲超过工艺要求的温度将造成非生产性消耗 应避免磷化液长期加热而不使用，否则将会导致溶液出现半透明片状沉淀。过低温度将影响膜的厚度。严格控制总酸度在工艺范围内，过高将增大消耗，不易成膜；过低则成膜慢，膜变粗。促进剂浓度应及时调整。浓度过高会引起金属表面钝化，呈“花斑状 ，影响磷化质量。浓度过低将造成槽液恶化，工件表面产生“锈膜”

5、清洗

此工序目的是洗去滞留在工件表面的磷化液，应尽可能增大水的溢流量，控制PH 值不小于5．5，否则将影响质量。清洗时间不应超过2分钟。

6、中和

浸剂前的中和处理是很重要的，因为从磷化液出来的工件PH值为2左右．不能直接浸入PH值为9左右的剂槽中，否则剂和磷化膜的反应就会受到影响，降低效果。当中和槽液浓度超出规定范围时，必须重新配槽

7、皂化()

本工序保证活塞销表面的磷化膜与剂反应形成硬脂酸锌化学结合层，有效地降低活塞销毛坯与模具间的摩擦力，从而降低挤压力及模具损耗，使冷挤压的生产效率显著提高。浸剂的时间应严格按工艺操作，浸渍时间太长会导致磷化膜被破坏。处理温度不应偏离工艺范围，温度过低时，处理液过于粘稠，工件会带走大量的剂，使总膜重增加，严重时将堵塞模具，影响工敬，又造成剂的浪费。

8、干燥

本工序的目的是去除处理后复合层内剩余的潮气．以便充分发挥其效果。热风强制干燥的效果，远优于自然干燥。

四、活塞销毛坯磷化皂化工艺质量要求

1、磷化质量

外观：呈灰色结晶性覆膜，膜厚0．0l～0．Ol5mm。在指甲划过处留下明显划痕，无挂灰现象。结晶状态：在i000倍显微镜下，磷化膜呈松针状紧密结晶物。

2、皂化质量

外观：呈灰白色透明状。挤压后，工件表面残留有一层连续的，极薄的末用尽的皂化膜，没有起皮、剥落现象。

结束语

加强对磷化工艺的控制，掌握正确磷化方法，采用合理的工艺配方，是提高磷化质量最有效的方法。采用该磷化工艺，冷挤压工序均能顺利进行，现已纳入活塞销生产工艺过程。工艺不但提高生产效率，而且提高挤压工件的冷变形性能，能有效地降低模具的摩攘损耗，从而延长冷挤压模具的寿命，是一个比较好的磷化皂化工艺。

参考文献

[1]刘传慧 活塞销毛坯磷皂化工艺研究[J]内燃机配件2003

[2]赵秀红 结晶硅中杂质Ca元素的分析方法改进[J]内燃机配件2008