常温电解磷化在热处理连续生产线应用中初探.doc

常温电解磷化在热处理连续生产线应用中初探吴怡岗 刘书宏 胡锭君吴怡岗南通光明钢丝制品有限公司江苏南通226016刘书宏南通大学江苏南通226001胡锭君无锡市通成工业炉窑有限公司江苏无锡214142摘要通过无锡市通成工业炉窑有限公司承制的燃煤气热处理连续生产线在南通光明钢丝制品有限公司调试生产中，运用了国内同行业中尚属首家研发的常温电解磷化工艺在钢丝热处理连续生产线上，开辟了金属制品行业中冷拉深加工绿色环保新纪元，与传统的低中高温磷化工艺比较，节能、低耗、无废渣排放，其工艺技术质量指标完全能满足制绳用钢丝、制弹簧用钢丝的拉拔要求。无需加热，在10秒钟内磷层就能完全覆盖在钢丝的表面，磷层均匀、晶粒致密、附着力强，磷层可达到8g以上，该常温电解磷化工艺的研发适合我国国情，适应于干、湿式两种拉拔钢丝的方式，值得在同行业中推广应用。关键词常温电解磷化热处理连续线节能环保低耗初探应用序言磷化是冷拉深加工前处理中应用最广的一种技术工艺，根据历史记载磷化工艺技术专利最早申报的是来自英国于1869年，该技术经过100多年获得了很大的发展，至今已形成了多种体系。目前应用在钢丝冷拉深加工前处理中最广泛的是中、高温锌系及锌钙体系的磷化工艺。但能耗大、重复工序、沉渣多、环境污染严重。为了克服上述缺点，磷化工艺已由传统的中、高温磷化转向低温和常温磷化发展，虽然低温磷化有较多的优越性，但磷化反应速度比较慢，需要加入大量的高活性促进剂，才能使磷化在低温快速进行。但随之又带来新的不利因素，因为这类促进剂大多易产生分解并释放出有毒气体，或者价格昂贵，所以需要采用更先进的方法取而代之。1909年英国Bullodk提出了用阴极极化法促进磷化成膜技术，以后又发展了用阳极极化和脉冲电流极化来加速磷化成膜的方法。本文拟探索采用电化学磷化的方法，达到既降低磷化温度，又缩短磷化时间的可能性。1常温电解磷化原理1.1 常温电解磷化工艺流程烘 干钝 化中 和冲 洗电 解 磷 化冲 洗 活 化1.2 电解磷化电化学历程 直流电控制操作系统 输出1 输出2 外控输入 主 辅 参 恒 流 恒 压 阳 极 阴 极 钢 丝 电化学磷化分别有恒电流阴极极化、脉冲电流阴极极化、恒电流阳极极化三种方式方法，各企业可根据生产的产品表面磷化处理要求进行选定。1.3 电解磷化条件温 度： 常 温 水 质： 自来水 关 键： 电流密度的控制要 求： 电解磷化液在使用过程中要严格控制成分变化，尤其是酸比及PH值的控制1.4 电解磷化原理 通过对电解磷化液施加电流，钢丝作为阴极，不参与成膜导体作为阳极。阴极钢丝表面产生氢气，阳极产生氧气，此时溶液中的酸性质子被消耗，溶液表面PH值上升，因而电解磷化液中的磷酸盐富集于钢丝表面，由于整个电解过程中无铁释放到溶液中，故不会导致有磷化渣生成。2 常温电解磷化在热处理连续线上的实践我们国家是金属制品制造大国，江苏省是钢丝绳金属制品制造业基地，而南通是金属制品制造业集中地，富有“钢丝绳之乡”的南通，有钢丝绳制造企业400多家，每年为了进行金属制品表面处理消耗大量的能源（煤），排放大量的有害气体（CO2、NO2、SO2等）和磷酸盐废渣。为了子孙后代造福人类，保护环境我们人人有责！所以，在2010年6月经南通光明钢丝制品有限公司与无锡市通成工业炉窑有限公司合作（设备见现场拍摄图片），（ 常温电解磷化设备 无锡市通成工业炉窑有限公司制作）（摄于巴西客户现场考察，发明者右前1）于今年6月在调试中，成功地采用了常温电解磷化工艺，其规格为2.15mm 、3.6mm，各项检测指标（试样由南通光明钢丝制品有限公司提供，鉴定检测分析数据由江苏法尔胜集团公司技术中心提供）见下表。南通光明钢丝制品有限公司电解磷化钢丝与江苏法尔胜集团在线中温磷化钢丝对比南通光明电解磷化钢丝江苏法尔胜集团在线中温磷化钢丝钢 丝 直 径3.58mm2.15mm3.56mm 磷 化 膜 厚 度 8 g/m2 最高达到： 20 g/m2 8 g/m2 最高：20 g/m2 5.7 g/m2 最高达到：7.1 g/m2 抗 拉 强 度（标距：100mm）1175MPa1150MPa1167 MPa延 伸 率（标距：100mm）10%10%8断 面 收 缩 率（ ）66.24%68.15%60.28南 通 光 明 电 解 磷 化 钢 丝由3.58mm 拉拔至1.2mm钢丝；2.15mm 拉拔至0.6mm钢丝力学性能3.58mm 拉拔至1.2mm2.15mm 拉拔至0.6mm 抗 拉 强 度 （标距：100mm）1960MPa（拉力： 2350N）1960MPa （拉力： 620N） 扭 转（标距：直径100倍）30 43次40 50次 弯 曲（转速：60次min）15 22次20 20次 单 位 名 称金 相 组 织南通光明电解磷化钢丝江苏法尔胜集团在线中温磷化钢丝 金相组织100倍（热处理） 金相组织500倍先析出相铁素体较多（热处理）磷化膜形貌结 论磷化膜主要以小的团絮状存在磷化膜主要以小的针片层状存在3 结语常温电解磷化无需加热，在10秒钟内，磷层能完全覆盖在钢丝的表面，磷层均匀、晶粒致密、附着力强，磷层可达到8g以上，其工艺技术质量指标完全能满足制绳用钢丝、制弹簧用钢丝的拉拔要求。适合我国金属制品冷拉深加工的国情，适应于干、湿式两种拉拔钢丝的方式，值得在同行业中推广应用。参考文献 杨中发，金属的磷化及其发展，材料保护，1986，19（3）；26 谢素玲，近十年来磷化技术进展，电镀与涂饰，1993，12（2）；45 Gabc D R ，Anadic acccleration of phosphating proccsscs . Mctal Finishing，1985，83（4）；41 原田俊一，钢板酸盐处理方法，JP59197596.1984.11.9 黄清安，用电化学方法加速磷化过程的评述，材料保护，