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钢丝拉拔磷化技术研究

作者: 长沙固特瑞  浏览量:164  发布时间:2018-06-21

磷化技术在钢丝拉拔过程中被广泛使用,钢丝磷化具有很好的润滑作用对钢丝。本文主要对磷化膜的机理、性质、特性做了充分的论述。并对化学磷化与电化学磷化做了相应的比较。

钢丝表面的润滑涂层在钢丝拉拔时会起到很重要的作用,质量好的润滑涂层不仅可以减少拉拔时与拉丝模具摩擦系数,还能保证钢丝拉拔后钢丝表面的质量。特别是当钢丝在高速拉拔时,好的润滑载体是极为重要的,因为润滑涂层可以降低钢丝与模具之间产生的温度、减少模具的磨损、提高工作效率、提高钢丝的性能和减少钢丝表面刮伤。目前,多采用磷化工艺对钢丝表面进行拉拔前的预处理。磷化是钢丝基体与磷化液反应生成一层磷化膜,这种磷化膜是由一些微小的晶体组成具有一定的粗糙度[1],可以为作为润滑涂层的载体,能大大提高润滑涂层的质量。所以,钢丝的拉拔磷化工艺越来越受到广大科研工作者的重视。

一、磷化膜的形成机理、特性与性质

(1)磷化膜的形成机理

当Fe与H+反应后会消耗该活性点微区的大量H+,由于电离的H+补给量小于该活性微区的消耗量,必将导致该活性点微区的PH升高。该活性微区周围的Mn2+、Ca2+、Zn2+、Fe2+与PO43+很容易达到不溶性磷酸盐的溶度积,生成带有四个结晶水磷酸盐晶体,并以此微区为中心不断向周围形成连续的晶体,最终在钢丝表面形成一层连续均匀的磷化膜。

(2)磷化膜的特性

磷化膜是由Me3(PO4)2·4H2O和Me2Fe(P04)2·4H2O组成。以锌系磷化液为例;Me 3(P04)2·4H2O和Me 2Fe(P04)2·4H2O分别为Zn3(P04)2·4H20和Zn2Fe(P04)2·4H20前者称为H相,后者称之为P相,H相为棒状晶体,继续磷化时层结构变为层状结构。H相在PH为8~10的条件下与皂液中的硬脂酸钠生成一层润滑性很好的硬脂酸锌;硬脂酸锌具有很好的吸附性、延展性、润滑性。P相是球状多孔性的晶体,结构比较疏松。不利于皂化反应,只利于对皂化液的吸附。在钢丝的磷化时我们需要较多H相的生成,因为它具有优异的延展性、吸附性、润滑性。经过皂化反应后可以使钢丝在拉拔时的摩擦系数降到0.1~0.2之间。P相在一般的钢丝磷化的过程中也会生成。为了满足塑性加工的钢丝拉拔,需要调整磷化条件降低P比值(H相与P相的比例称为磷化膜P比,其物理意义是磷化膜中P组分所占有的比率)。

(3)钢丝拉拔磷化膜的性质

磷化膜要满足钢丝拉拔时的条件;(1)在常温和拉拔时的高温条件下具有良好的化学稳定,还具有短期的耐蚀性。(2)磷酸盐晶体使钢丝表面具有一定的粗糙度,便于携带拉拔时所需的润滑剂。(3)磷化膜和润滑剂的配合使用可以降低摩擦,减少发热,提高钢丝的拉拔速度。(4)磷化膜具有一定的可塑性,在拉拔时能与钢丝一起延伸变形,还能改善钢丝和拉丝模具模壁的分离。(5)对防锈剂有很强的吸附性,与防锈油配合可以极大地增加耐蚀性。同时磷化膜的厚度也是生产工艺所需控制的一个重要指标。当磷化膜太薄时,在钢丝拉拔过程中磷化膜起不到吸附润滑剂的作用,钢丝容易被拉断,模具损耗也会增加;当磷化膜太厚时,在钢丝拉拔的过程中容易发生“叫模”现象,影响钢丝拉拔速度。

二、磷化工艺

在工业生产中,要根据钢丝直径与拉拔工艺来选择不同的磷化处理方式。对于直径5~19mm的半成品钢丝,可以选择浸渍磷化的方式;对于钢丝直径为1.5~2.5mm的半成品钢丝且后续加工使用的仪器是水箱式拉丝机,可以选择在线磷化的方式;对于钢丝直径为2.5~4.0mm的半成品钢丝且后续加工使用的仪器是直进式拉丝机,可以选择电解磷化的方式。

(1)浸渍磷化

浸渍磷化就是在含有磷酸、磷酸盐的溶液中用浸渍方法处理钢丝,使钢丝表面发生一系列化学反应,产生具有防腐性的磷酸盐薄膜。浸漬磷化一般都是采用中温(70±5℃)磷化,时间根据钢丝的直径与所需磷化膜的厚度进行调整,一般设置磷化时间为12分钟左右。

金属制品常规磷化工艺

浸渍磷化工艺流程为[2]:脱脂→水洗→酸洗→碱中和→水洗→磷化→水洗→热水处理→吹干→收线

(2)以在线热处理酸洗磷化工艺为例;

磷化工艺流程为:放线→热处理→钢丝淬火→水洗→酸洗→水洗→热水洗+表调→磷化→水洗→皂化→箱式烘干→收线

(3)电解磷化高碳钢丝工艺流程为例;

电解磷化工艺流程为::放线→热处理→酸洗槽→水洗槽→碱洗槽→热水洗槽→稀酸洗槽→水洗槽→电解磷化槽→水洗槽→皂化→热风烘干→收线

三、化学磷化与电化学磷化的比较

电解磷化是通过给磷化液施加电流,在钢丝表面沉积形成磷化膜的反应过程。在施加电流的电解磷化槽中,钢丝作为阴极,使用一种不参与成膜的惰性导体作为阳极。电解磷化和化学磷化相比,具有如下优点:(1)磷化膜更均匀、完整;(2)磷化膜更致密、与钢丝基体结合更牢固;(3)磷化膜的单位质量控制更容易;(4)磷化时间比较短;(5)磷化渣产生少,比较环保。电解磷化相对于化学磷化,在生产工艺控制过程中,对磷化液成分与电流大小控制要求比较高,如果磷化液成分体系的平衡控制不精确,就会显著的影响磷化膜的质量。

磷化技术在钢丝拉拔过程被广泛应用,主要用于保护金属基体防止金属基体在拉拔过程中的损伤,提高金属拉拔的速度,降低钢丝与膜具发热的温度,使钢丝拉拔企业获得较大的收益。