專利名稱：鋼鐵冷軋加工的磷化液及其磷化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵表面處理技術(shù)，更詳細(xì)地是用于鋼鐵件冷軋加工的磷化液及其磷化工藝。本案是申請(qǐng)?zhí)枮?0117296.4的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
冷軋加工涉及金屬在各種工具(如拔絲模、沖頭和沖模)之間的壓力塑性變形問(wèn)題。在金屬芯棒或空心管上實(shí)施冷軋加工，都涉及金屬內(nèi)外表面不同程度的變形。在這樣的加工作業(yè)中，金屬與模具的表面應(yīng)力都很高，顯然接觸表面之間的摩擦特性很重要，良好的潤(rùn)滑在變形加工過(guò)程中起重要的作用。在磷化工藝出現(xiàn)之前的技術(shù)是將鋼鐵件毛坯經(jīng)過(guò)酸洗清洗后便浸于熱的皂液或乳化潤(rùn)滑劑中處理，然后進(jìn)行冷軋加工(室溫下將鋼鐵件如鋼管拉長(zhǎng))，使管子橫截面減少25～35％。冷軋后會(huì)使金屬硬化，因此在進(jìn)一步冷軋之前需要退火、酸洗、浸潤(rùn)滑劑等處理。
另一種工藝就是將酸洗后的待加工工件放置一段時(shí)間，令其自然生銹，待工件表面形成疏松的氧化物層，再將其浸于熱的皂液或乳化潤(rùn)滑劑中處理，然后進(jìn)行冷軋。這種工藝形成的氧化物層與基體的結(jié)合不夠緊密，在拉伸變化中容易脫落，對(duì)工件的磨損以及冷加工所需動(dòng)力消耗均較大，且每次冷軋前都必須經(jīng)過(guò)退火、酸洗、發(fā)銹、浸潤(rùn)滑劑等處理。
現(xiàn)有技術(shù)也有采用磷化液處理技術(shù)，所用的磷化液不具有專有性，且存在許多弊端。如以氯酸鹽作為加速劑的磷化液會(huì)嚴(yán)重腐蝕金屬，且在磷化液使用過(guò)程中為消除過(guò)量的氯離子，需要加入硝酸銀。還有的磷化液采用硝酸鹽/亞硝酸鹽作為加速劑，但亞硝酸鹽更適合于常溫磷化處理，冷軋加工工件一般是在中溫區(qū)間(50～80℃)磷化，不需要亞硝酸鹽?，F(xiàn)有技術(shù)的另一種情況是，將硝酸鋅、磷酸二氫鋅按一定比例溶入水中，作為磷化液使用。由于磷化液組分過(guò)于簡(jiǎn)單，由此形成的磷化膜質(zhì)量存在一定缺陷，直接影響后續(xù)的冷軋加工產(chǎn)品的質(zhì)量，且磷化溶液的調(diào)變有一定難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種用于鋼鐵件冷軋加工的磷化液。使用這種磷化液，不需要在每次冷軋加工前都經(jīng)過(guò)退火、酸洗、浸潤(rùn)滑劑等處理，從而大大簡(jiǎn)化了工藝。在這種磷化液中鋼鐵加工件表面能形成膜重適中，質(zhì)量符合冷加工要求的磷化膜，并且能有效形成潤(rùn)滑層，有利于減小冷加工過(guò)程中的摩擦力，減少動(dòng)力消耗和工具的磨損，因而生產(chǎn)成本也有所降低。
本發(fā)明的目的還在于提供一種用于鋼鐵件冷軋加工的磷化工藝。
本發(fā)明的鋼鐵冷軋加工的磷化液重量體積比如下鋅離子 3g/l～18g/l磷酸根離子 6g/1～45g/l硝酸根離子 5g/l～30g/l酒石酸 0.5g/l～8.0g/l鎂離子 0.1g/l～4.0g/l鈉離子 0.1g/l～2.0g/l鎳離子 0.05g/l～1.0g/l硫酸根離子 0.50g/l～8.50g/l。
組成磷化液的離子可以采取多種形式，如鋅離子采用氧化鋅、或硫酸鋅、或硝酸鋅、或磷酸二氫鋅，鈉、鎂、鎳離子采用硫酸鹽或硝酸鹽，磷酸根離子采用磷酸或磷酸二氫鹽，硝酸根離子采用其鋅鹽、或鎂鹽、或鈉鹽，硫酸根離子采用硫酸鈉或硫酸鎂。
使用所述的磷化液進(jìn)行鋼鐵冷軋加工的磷化方法包括如下步驟(1)、待處理工件毛坯用酸洗；(2)、連續(xù)二次冷流水清洗；(3)、磷化，將磷化液放入專用的磷化池或槽中，按照1∶10的比例用水稀釋，升溫至50～80℃，保溫10～24小時(shí)，將待處理工件放入磷化池或槽中，在40～90℃下浸泡5～40分鐘，磷化液的游離酸度控制在FA＝0.1～10，總酸度控制在TA＝5～50；(4)、磷化后的工件用冷流水清洗，自然風(fēng)干；(5)、皂化，即在5～80℃下用活性潤(rùn)滑劑浸泡5～10分鐘；(6)、自然干燥；(7)、冷軋。
對(duì)磷化池內(nèi)磷化液的要求將本發(fā)明的濃縮磷化液放入專用的磷化池(槽)中，按照1∶10的比例用水稀釋，升溫至50～80℃，保溫10～24小時(shí)，測(cè)定池中磷化液的總酸度(TA)及游離酸度(FA)，達(dá)到要求時(shí)，可以將待處理工件放入磷化。磷化后的工件表面應(yīng)呈青灰色，并有閃閃發(fā)光的點(diǎn)滴晶體，用指甲劃后有白痕，磷化膜層牢固，用手抹不掉。
上述第(1)步的目的是除去退火處理時(shí)生成氧化物或氧化皮，并使金屬表面活化，從而與磷化膜結(jié)合得更牢固。
所用的酸可以是硫酸、鹽酸。當(dāng)酸洗溫度控制在40～70℃時(shí)，去除氧化皮效果最佳。
第(2)步的冷流水清洗最好是在水壓690～800kpa下沖洗，高壓水沖洗至每條鋼管內(nèi)流出清水為止。清水池應(yīng)保持清潔，每一個(gè)工作班必須更換清水。
第(3)步的磷化溫度在55～75℃，磷化時(shí)間在5～15min，磷化液的游離酸度控制在FA＝1～8，總酸度控制在TA＝10～30時(shí)，得到的磷化膜層對(duì)后續(xù)的冷加工最有利。
上述活性潤(rùn)滑劑是冷軋加工通用的潤(rùn)滑劑，如肥皂等。
在磷化過(guò)程中，磷化液中有效成分的不斷消耗，為了使上述磷化液的游離酸度和總酸度控制在需要的范圍內(nèi)，需要對(duì)磷化液進(jìn)行補(bǔ)充和調(diào)整，原則如下1、一般地，磷化液中總酸度、游離酸度及鋅離子的含量均低于濃度下限時(shí)，添加濃縮磷化液，測(cè)試各種離子濃度，合格后繼續(xù)磷化處理。
2、在某些情況下，磷化液中游離酸度低于下限，而總酸度及鋅離子含量還較高，可以只加入少量磷酸來(lái)調(diào)整磷化液到合適的濃度范圍。
3、如果磷化液中游離酸度很高，而總酸度及鋅離子含量較低，鋼管不能有效被磷化，這時(shí)可以加入少量硝酸鋅來(lái)調(diào)整磷化液到合適的濃度范圍。
4、對(duì)于不同的磷化處理對(duì)象，磷化液的組成有所不同，一般地，對(duì)于毛管及厚壁空拔管，磷化液濃度及游離酸度應(yīng)偏高，而對(duì)于中間管及薄壁管，各項(xiàng)濃度指標(biāo)應(yīng)適當(dāng)降低，磷化處理時(shí)間也要嚴(yán)格控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明提供的磷化液的特點(diǎn)是磷酸鹽溶液中含有鋅離子、鎂離子、磷酸根離子以及氧化劑等。發(fā)明人通過(guò)添加鎂離子、鈉離子作為形成磷酸鹽結(jié)晶的陽(yáng)離子，使生成的磷化膜更適合冷軋加工；另外，磷化液中適當(dāng)添加硫酸根離子，使生成的磷化膜膜重適中，以利于在后續(xù)工序中實(shí)現(xiàn)連續(xù)冷軋加工；2、磷化液組成簡(jiǎn)單，制備方便，穩(wěn)定性、重現(xiàn)性好，在磷化過(guò)程中易于調(diào)整和控制；3、本發(fā)明采用的磷化工藝，所形成的涂層相當(dāng)于一個(gè)“潤(rùn)滑劑”的作用，可顯著減小摩擦力，減少動(dòng)力消耗和工具的磨損，更使其后涂覆的潤(rùn)滑劑粘得比較牢固，不致因成型加工而除去。
本發(fā)明通過(guò)下面的實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一根直徑為35mm，壁厚1.7mm，長(zhǎng)500mm的鋼管按以下步驟進(jìn)行處理1、在55℃下將該鋼管浸入濃度為12％的硫酸溶液中酸洗10分鐘，以除去鋼管表面的氧化皮。
2、在環(huán)境溫度下用高壓水沖洗，再放入清水池中自來(lái)水漂洗兩次。
3、在75℃及含有鋅離子7.8g/l磷酸根離子45g/l硝酸根離子10.5g/l酒石酸8.0g/l鎂離子0.1g/l鈉離子0.8g/l鎳離子0.1g/l硫酸根離子8.5g/l的磷化液中浸漬5分鐘，形成膜厚為6g/m2的磷化層。
4、在環(huán)境溫度下進(jìn)行漂洗，再放入皂化池中皂化，從皂化池取出后自然干燥，立即進(jìn)行冷軋操作。
5、鋼管在拉伸速度為4mm/sec下冷軋，最后得到直徑為32mm，壁厚為1.0mm的無(wú)縫管。
實(shí)施例2一根直徑為27mm，壁厚1.9mm，長(zhǎng)450mm的鋼管按以下步驟進(jìn)行處理1、在55℃下將該鋼管浸入濃度為10％的硫酸溶液中酸洗10分鐘，以除去鋼管表面的氧化皮。
2、在環(huán)境溫度下用高壓水沖洗，再放入清水池中自來(lái)水漂洗兩次。
3、在55℃及含有鋅離子 3g/l磷酸根離子 18g/l硝酸根離子 5g/l酒石酸 0.5g/l鎂離子 4g/l鈉離子 0.1g/l鎳離子 1g/l硫酸根離子 0.5g/l的磷化液中浸漬15分鐘，形成膜厚為4g/m2的磷化層。
4、在環(huán)境溫度下進(jìn)行漂洗，再放入皂化池中皂化，從皂化池取出后自然干燥，立即進(jìn)行冷軋操作。
5、鋼管在拉伸速度為4mm/sec下冷軋，最后得到直徑為24mm，壁厚為1.3mm的無(wú)縫管。
實(shí)施例3一根直徑為55mm，壁厚2.7mm，長(zhǎng)400mm的鋼管按以下步驟進(jìn)行處理
1、在65℃下將該鋼管浸入濃度為15％的硫酸溶液中酸洗10分鐘，以除去鋼管表面的氧化皮。
2、在環(huán)境溫度下用高壓水沖洗，再放入清水池中自來(lái)水漂洗兩次。
3、在60℃及含有鋅離子18g/l磷酸根離子6g/l硝酸根離子30g/l酒石酸1.2g/l鎂離子1.5g/l鈉離子2.0g/l鎳離子0.05g/l硫酸根離子3.5g/l的磷化液中浸漬8分鐘，形成膜厚為6g/m2的磷化層。
4、在環(huán)境溫度下進(jìn)行漂洗，再放入皂化池中皂化，從皂化池取出后自然干燥，立即進(jìn)行冷軋操作。
5、鋼管在拉伸速度為4mm/sec下冷軋，最后得到直徑為50mm，壁厚為2.3mm的無(wú)縫管。
在所有情況下，成型步驟是令人滿意的，在成型操作之后，密合的磷酸鹽涂層仍然存在，可以有效地保護(hù)鋼管表面不受腐蝕。
權(quán)利要求
1.一種鋼鐵冷軋加工的磷化液，其特征在于重量體積比如下鋅離子 3g/l～18g/l磷酸根離子 6g/l～45g/l硝酸根離子 5g/l～30g/l酒石酸 0.5g/l～8.0g/l鎂離子 0.1g/l～4.0g/l鈉離子 0.1g/l～2.0g/l鎳離子 0.05g/l～1.0g/l硫酸根離子 0.50g/l～8.50g/l。
2.按照權(quán)利要求1所述的鋼鐵冷軋加工的磷化液，其特征在于鋅離子采用氧化鋅、或硫酸鋅、或硝酸鋅、或磷酸二氫鋅，鈉、鎂、鎳離子采用硫酸鹽或硝酸鹽，磷酸根離子采用磷酸或磷酸二氫鹽，硝酸根離子采用其鋅鹽、或鎂鹽、或鈉鹽，硫酸根離子采用硫酸鈉或硫酸鎂。
3.一種使用權(quán)利要求1所述的磷化液進(jìn)行鋼鐵冷軋加工的磷化方法，其特征在于包括如下步驟(1)、待處理工件毛坯用酸洗；(2)、連續(xù)二次冷流水清洗；(3)、磷化，將磷化液放入專用的磷化池或槽中，按照1∶10的比例用水稀釋，升溫至50～80℃，保溫10～24小時(shí)，將待處理工件放入磷化池或槽中，在40～90℃下浸泡5～40分鐘，磷化液的游離酸度控制在FA＝0.1～10，總酸度控制在TA＝5～50；(4)、磷化后的工件用冷流水清洗，自然風(fēng)干；(5)、皂化，即在5～80℃下用活性潤(rùn)滑劑浸泡5～10分鐘；(6)、自然干燥；(7)、冷軋。
4.按照權(quán)利要求3所述的鋼鐵冷軋加工的磷化方法，其特征在于第(1)步所用的酸是硫酸或鹽酸，酸洗溫度控制在40～70℃。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的鋼鐵冷軋加工的磷化方法，其特征在于第(3)步的磷化溫度為55～75℃，磷化時(shí)間為5～15分鐘，磷化液的游離酸度控制在FA＝1～8，總酸度控制在TA＝10～30。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼鐵冷軋加工的磷化液，包括鋅離子、磷酸根離子、硝酸根離子、酒石酸、鎂離子、鈉離子、鎳離子、硫酸根離子。本發(fā)明還涉及采用所述磷化液進(jìn)行鋼鐵冷軋加工的磷化方法，包括如下步驟(1)待處理工件毛坯用酸洗；(2)連續(xù)二次冷流水清洗；(3)磷化；(4)磷化后的工件用冷流水清洗，自然風(fēng)干；(5)皂化，即在5～80℃下用活性潤(rùn)滑劑浸泡5～10分鐘；(6)自然干燥；(7)冷軋；使用這種磷化液，不需要在每次冷軋加工前都經(jīng)過(guò)退火、酸洗、浸潤(rùn)滑劑等處理，從而大大簡(jiǎn)化了工藝。
文檔編號(hào)C23C22/05GK1528950SQ20041000267
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2000年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月2日
發(fā)明者張淵明 申請(qǐng)人:暨南大學(xué)