CN102094195B - 一种金属材料表面的磷化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属材料表面的磷化处理方法，该方法首先将金属材料进行碱洗脱脂、酸洗，处理干净后进行表面调整；然后将金属材料放入用非金属容器盛放的磷化液中；接着，将非金属容器置于感应炉加热区内，调节感应炉的输出功率和感应加热时间，对非金属容器内的金属材料进行感应加热磷化，使金属材料的温度远高于磷化液温度；磷化后，对金属材料进行清洗、烘干。与相比现有技术相比，本发明简单易行，提高了金属材料与磷化液间的界面反应温度，优化了磷化反应效果，通过本发明磷化处理后形成的磷化膜具有膜层均匀致密、附着力强并且耐腐蚀性好的优点。
Description
技术领域
本发明属于金属表面化学转化膜处理技术领域，具体涉及一种金属材料表面的磷化处理方法。
背景技术
磷化作为一种表面化学处理方法，是指将金属表面与含磷酸二氢盐的酸性溶液接触，通过一定的化学或电化学过程使金属件表面形成一层稳定的、不溶性的无机化合物膜层的过程。磷化技术是当前应用较为广泛的金属表面处理技术。金属材料经过磷化处理后，在其表面生成一层均匀、细密、耐腐蚀的磷化膜，其目的在于给基体金属提供防腐蚀保护，用于漆前处理，能够提高涂层的附着力与防腐蚀能力，用作零件的润滑层，能降低摩擦，减少表面产生拉伤或裂纹。目前，磷化技术已广泛应用于航空、航天、电子、军工、汽车、农用机械、家用电器、管线材加工及各类机械制造领域。
目前，磷化的研究集中在磷化液以及磷化工艺的改进上，但基本都是将金属样品放入某一温度的磷化液中，使金属与磷化液发生磷化反应。磷化液温度是影响磷化反应的重要因素，不同磷化液温度下存在不同的界面磷化反应平衡。一般，磷化液温度越高，金属与磷化液的界面反应温度就越高，有利于磷化反应的进行，从而在金属表面得到较高质量的磷化膜。但是，由于磷化液本身的温度限制，目前发生磷化反应的金属与磷化液之间的界面反应温度一般都低于100℃，难以实现更高温度下的磷化反应，界面处磷化反应过程也将逐渐趋于该磷化液温度下的溶解平衡。
所以，目前主要通过在一定磷化液温度下优化磷化液的配方、工艺来实现优化磷化效果的目的，其他的办法很有限。
发明内容
本发明所要实现的技术目的是相对现有技术，提供一种新型的金属材料表面的磷化处理方法，该方法采用感应炉对磷化液中的金属材料进行加热，使金属材料的温度远高于磷化液温度，从而提高金属材料与磷化液间的界面反应温度，优化界面磷化反应效果，得到高质量的磷化反应膜。
本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种金属材料表面的磷化处理方法，具体为：首先，将金属材料进行碱洗脱脂、酸洗，处理干净后进行表面调整；然后，将金属材料放入用非金属容器盛放的磷化液中；接着将非金属容器置于感应炉加热区内，调节感应炉的输出功率和感应加热时间，对非金属容器内的金属材料进行感应加热磷化，使金属材料的温度远高于磷化液温度；磷化后，对金属材料进行清洗、烘干。
上述金属材料可以是钢铁、锌合金、镁合金、铝合金或者烧结钕铁硼材料。
上述每平方厘米金属材料对应的感应炉输出功率优选为1kw～50kw，进一步优选为20kw～30kw。
上述感应炉的感应加热时间优选为1分钟～40分钟，进一步优选为10分钟～30分钟。
本发明的金属材料表面的磷化处理方法与现有的金属材料表面的磷化处理方法有很大不同。现有的金属材料表面的磷化处理方法将金属材料放入某一温度的磷化液中，使金属与磷化液在界面处发生磷化反应，由于界面反应温度受磷化液温度的限制而不能太高，因此影响了磷化反应效果，另外磷化过程也会随着成膜、溶解平衡而很快停止。本发明的金属材料表面的磷化处理方法是将金属材料放入用非金属容器盛放的磷化液中之后，将该容器置于感应炉的加热区内，感应炉对容器中的金属材料进行快速感应加热，随着金属材料温度升高，首先是磷化反应的主体区域-固液界面的界面反应温度也会快速升高，然后热量传递到本体磷化液。感应加热具有极高的加热效率，持续感应加热使金属材料的温度远高于磷化液温度，从而提高了金属材料与磷化液间的界面反应温度，有利于界面磷化反应的效果，得到高质量的磷化反应膜；另外，由于金属与磷化液间产生较大的固液温度差，该温度差导致界面磷化反应存在较高的热力学不平衡，从而促进了磷化反应的进行，通过调节感应炉的输出功率和感应加热时间能够控制磷化反应的速度和持续时间，从而得到理想的磷化膜。
因此，相比现有技术，本发明金属材料表面的磷化处理方法简单易行，提高了金属材料与磷化液间的界面反应温度，优化了磷化反应效果，通过本发明磷化处理后形成的磷化膜具有膜层均匀致密、附着力强并且耐腐蚀性好的优点。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
取一烧结钕铁硼永磁体样品，表面积为10平方厘米，依次进行碱冼、酸洗，处理干净后进行表面调整；然后将该烧结钕铁硼永磁体样品放入用非金属容器盛放的磷化液中，将该容器置于感应炉加热区内，调节感应炉的加热功率为10kw，加热时间为1分钟，对烧结钕铁硼永磁体样品进行感应加热磷化；磷化后，对该烧结钕铁硼永磁体样品进行清洗、烘干。
对磷化后的磷化膜进行检验，检验结果为：膜层均匀致密，膜重为1.21g/m2；硫酸铜点滴实验为10秒；在5％氯化钠溶液中常温浸泡，8小时出现锈斑；磷化膜附着力达到一级。
对比实施例1：
与实施例1基本相同，所不同的是将烧结钕铁硼永磁体样品放入用非金属容器盛放的磷化液中进行磷化，而不将该容器置于感应炉加热区内对烧结钕铁硼永磁体样品进行感应加热磷化。
对磷化后的磷化膜进行检验，检验结果为：膜层均匀致密，膜重为0.05g/m2；硫酸铜点滴实验为2秒；在5％氯化钠溶液中常温浸泡，0.2小时出现锈斑；磷化膜附着力达到一级。
实施例2：
取一钢铁样品，表面积为10平方厘米，依次进行碱冼、酸洗，处理干净后进行表面调整；然后将该钢铁样品放入用非金属容器盛放的磷化液中，将该容器置于感应炉加热区内，调节感应炉的加热功率为20kw，加热时间为5分钟，对钢铁样品进行感应加热磷化；磷化后，对该钢铁样品进行清洗、烘干。
对磷化后的磷化膜进行检验，检验结果为：膜层均匀致密，膜重为1.63g/m2；硫酸铜点滴实验为90秒；在5％氯化钠溶液中常温浸泡，63小时出现锈斑；磷化膜附着力达到一级。
对比实施例2：
与实施例2基本相同，所不同的是将钢铁样品放入用非金属容器盛放的磷化液中进行磷化，而不将该容器置于感应炉加热区内对钢铁样品进行感应加热磷化。
对磷化后的磷化膜进行检验，检验结果为：膜层均匀致密，膜重为0.1g/m2；硫酸铜点滴实验为3秒；在5％氯化钠溶液中常温浸泡，0.3小时出现锈斑；磷化膜附着力达到一级。
实施例3：
取一锌合金样品，表面积为10平方厘米，依次进行碱冼、酸洗，处理干净后进行表面调整；然后将该锌合金样品放入用非金属容器盛放的磷化液中，将该容器置于感应炉加热区内，调节感应炉的加热功率为30kw，加热时间为10分钟，对锌合金样品进行感应加热磷化；磷化后，对该锌合金样品进行清洗、烘干。
对磷化后的磷化膜进行检验，检验结果为：膜层均匀致密，膜重为1.87g/m2；硫酸铜点滴实验为40秒；在5％氯化钠溶液中常温浸泡，32小时出现锈斑；磷化膜附着力达到一级。
对比实施例3：
与实施例3基本相同，所不同的是将锌合金样品放入用非金属容器盛放的磷化液中进行磷化，而不将该容器置于感应炉加热区内对锌合金样品进行感应加热磷化。
对磷化后的磷化膜进行检验，检验结果为：锌合金腐蚀；硫酸铜点滴实验为3秒；在5％氯化钠溶液中常温浸泡，2小时出现锈斑；磷化膜附着力达到一级。
实施例4：
取一铝合金样品，表面积为10平方厘米，依次进行碱冼、酸洗，处理干净后进行表面调整；然后将该铝合金样品放入用非金属容器盛放的磷化液中，将该容器置于感应炉加热区内，调节感应炉的加热功率为40kw，加热时间为40分钟，对铝合金样品进行感应加热磷化；磷化后，对该铝合金样品进行清洗、烘干。
对磷化后的磷化膜进行检验，检验结果为：膜层均匀致密，膜重为2.66g/m2；硫酸铜点滴实验为30秒；在5％氯化钠溶液中常温浸泡，29小时出现锈斑；磷化膜附着力达到一级。
对比实施例4：
与实施例4基本相同，所不同的是将铝合金试样放入用非金属容器盛放的磷化液中进行磷化，而不将该容器置于感应炉加热区内对铝合金样品进行感应加热磷化。
对磷化后的磷化膜进行检验，检验结果为：铝合金腐蚀；硫酸铜点滴实验为3秒；在5％氯化钠溶液中常温浸泡，2小时出现锈斑；磷化膜附着力达到一级。
实施例5：
取一镁合金样品，表面积为10平方厘米，依次进行碱冼、酸洗，处理干净后进行表面调整；然后将该镁合金样品放入用非金属容器盛放的磷化液中，将该容器置于感应炉加热区内，调节感应炉的加热功率为50kw，加热时间为30分钟，对镁合金样品进行感应加热磷化；磷化后，对该镁合金样品进行清洗、烘干。
对磷化后的磷化膜进行检验，检验结果为：膜层均匀致密，膜重为2.87g/m2；硫酸铜点滴实验为30秒；在5％氯化钠溶液中常温浸泡，26小时出现锈斑；磷化膜附着力达到一级。
对比实施例5：
与实施例5基本相同，所不同的是将镁合金样品放入用非金属容器盛放的磷化液中进行磷化，而不将该容器置于感应炉加热区内对镁合金样品进行感应加热磷化。
对磷化后的磷化膜进行检验，检验结果为：镁合金发生腐蚀；硫酸铜点滴实验为3秒；在5％氯化钠溶液中常温浸泡，2小时出现锈斑；磷化膜附着力达到一级。
实施例6：
取一烧结钕铁硼永磁体样品，表面积为10平方厘米，依次进行碱冼、酸洗，处理干净后进行表面调整；然后将该烧结钕铁硼永磁体样品放入用非金属容器盛放的磷化液中，将该容器置于感应炉加热区内，调节感应炉的加热功率为50kw，加热时间为5分钟，对烧结钕铁硼永磁体样品进行感应加热磷化；磷化后，对该烧结钕铁硼永磁体样品进行清洗、烘干。
对磷化后的磷化膜进行检验，检验结果为：膜层均匀致密，膜重为2.21g/m2；硫酸铜点滴实验为60秒；在5％氯化钠溶液中常温浸泡，58小时出现锈斑；磷化膜附着力达到一级。
对比实施例6：
与实施例6基本相同，所不同的是将钕铁硼合金试样放入用非金属容器盛放的磷化液中进行磷化，而不将该容器置于感应炉加热区内对烧结钕铁硼永磁体样品进行感应加热磷化。
对磷化后的磷化膜进行检验，检验结果为：膜层均匀致密，膜重为0.1g/m2；硫酸铜点滴实验为3秒；在5％氯化钠溶液中常温浸泡，0.2小时出现锈斑；磷化膜附着力达到一级。
Claims (4)
1.一种金属材料表面的磷化处理方法，其特征是：首先，将金属材料进行碱洗脱脂、酸洗，处理干净后进行表面调整；然后，将金属材料放入用非金属容器盛放的磷化液中；接着，将非金属容器置于感应炉加热区内，调节感应炉的输出功率和感应加热时间，对非金属容器内的金属材料进行感应加热磷化，使金属材料的温度远高于磷化液温度；磷化后，对金属材料进行清洗、烘干；
每平方厘米金属材料对应的感应炉输出功率为1kw～5kw；所述的感应加热时间为1分钟～40分钟。
2.根据权利要求1所述的金属材料表面的磷化处理方法，其特征是：每平方厘米金属材料对应的感应炉输出功率为2kw～3kw。
3.根据权利要求1所述的金属材料表面的磷化处理方法，其特征是：所述的感应加热时间为10分钟～30分钟。
4.根据权利要求1或2所述的金属材料表面的磷化处理方法，其特征是：所述的金属材料为钢铁、锌合金、镁合金、铝合金或烧结钕铁硼材料。
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Application publication date: 20110615 Assignee: Ningbo Dimaige Precision Manufacturing Co.,Ltd. Assignor: NINGBO INSTITUTE OF MATERIALS TECHNOLOGY & ENGINEERING, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Contract record no.: X2023980041749 Denomination of invention: A Phosphating Treatment Method for the Surface of Metal Materials Granted publication date: 20120718 License type: Common License Record date: 20230915 |
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Application publication date: 20110615 Assignee: Ningbo Xinzhu Magnetic Industry Co.,Ltd. Assignor: NINGBO INSTITUTE OF MATERIALS TECHNOLOGY & ENGINEERING, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Contract record no.: X2023980042604 Denomination of invention: A Phosphating Treatment Method for the Surface of Metal Materials Granted publication date: 20120718 License type: Common License Record date: 20230927 |
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Application publication date: 20110615 Assignee: NINGBO ZHAOBAO MAGNET Co.,Ltd. Assignor: NINGBO INSTITUTE OF MATERIALS TECHNOLOGY & ENGINEERING, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Contract record no.: X2023980046124 Denomination of invention: A Phosphating Treatment Method for the Surface of Metal Materials Granted publication date: 20120718 License type: Common License Record date: 20231107 Application publication date: 20110615 Assignee: Ningbo longerfa Hydraulic Co.,Ltd. Assignor: NINGBO INSTITUTE OF MATERIALS TECHNOLOGY & ENGINEERING, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Contract record no.: X2023980046098 Denomination of invention: A Phosphating Treatment Method for the Surface of Metal Materials Granted publication date: 20120718 License type: Common License Record date: 20231107 |