一種在Cr、Ni元素含量高的合金鋼上製備磷化膜的方法
2023-05-18 04:21:41 2
專利名稱：一種在Cr、Ni元素含量高的合金鋼上製備磷化膜的方法
技術領域：
本發明屬於金屬材料表面處理技術中高溫錳系磷化技術，特別涉及一種在Cr、Ni 元素含量高的合金鋼上製備磷化膜的方法。
背景技術：
磷化膜具有很多優異的性質，可用於防護、電絕緣、耐磨、冷成型、染色等，還可用 於工序間的防護及油漆和粉末等有機膜的底層，但磷化過程一般較慢，獲得的磷化膜顆粒 粗大、不緻密，耐蝕性能較低，為獲得耐蝕性能優良的磷化膜，需要開發加速磷化的方法。其 中，對樣品施加電場的電化學方法便為其中一種較新的方法，它具有操作簡單、易於控制、 益於環保等優點，很有應用前景。中國專利CN1891865A公開了一種在鋅系磷化過程中形成主要由磷酸鋅構成的磷 酸鹽膜的電解磷化工藝。同時，中國專利(CN101104946A)公開了一種通過電解處理在金屬 表面形成含有磷酸鹽和金屬的薄膜的處理液，用於這種處理的方法，和用於將工件加熱到 高溫和溫鍛或熱鍛溫度之上的塑性加工的潤溼處理。這兩個專利描述的主要是鋅系磷化過 程中的電解磷化技術，且通過兩步電解法進行，步驟較繁瑣，不易操作；此外，中國專利CN 101643928A公開了一種鎂合金表面陰極電沉積磷酸鹽/金屬複合鍍的方法，但這些方法不 適用於合金鋼材料，特別是一些Cr、Ni元素含量較高的、難磷化的合金鋼材料，這些合金鋼 多採用磷化能力最強的高溫錳系進行磷化，雖然有些合金鋼可以磷化，但難以達到防護性 能要求，為此，必須在高溫錳系磷化基礎上，開發進一步加速促進磷化的新方法，以期獲得 緻密、細小磷化膜，提高耐蝕性能。
發明內容
本發明的目的是提供一種對Cr、Ni元素含量較高的、難磷化的合金鋼材料進行快 速磷化的方法，該方法得到的磷化膜緻密，細小均勻，且耐腐蝕性能更好。本發明所涉及的一種在Cr、Ni元素含量高的合金鋼上製備磷化膜的方法，其實施 步驟如下1)用常規方法對合金鋼進行表面清洗，去油；2)酸洗將去油後的樣品水洗後，放入50 100g/L的磷酸溶液中酸洗20 30s ；3)表調將酸洗後的樣品水洗後放入表調液中表調20 40s，表調液的化學成分 為磷酸錳0. 8 2g/L，碳酸鈉0. 8 2g/L ；4)加電場磷化將表調後的樣品按實驗裝置要求，放入磷化液中磷化15 20分 鍾，磷化溫度為90 100°C，磷化液的化學成分為酸式磷酸錳65 95g/L，硝酸鎳3 5g/L， 酒石酸1 3g/L，總酸為90 130點，酸比(總酸游離酸)為5. 5 7. O5Fe2+為0. 5 1. Og/L, Fe2+是通過將30質量份的鐵粉溶解在130質量份的磷酸中獲得；5)將磷化後的樣品經水洗後吹乾，即得到耐腐蝕性能較好的磷化膜。在所述步驟4加電場磷化過程中，把樣品作為陰極且石墨電極作為陽極實施陽極極化，且極化電流密度為4 6mA/cm2。在所述步驟4加電場磷化過程中，把樣品作為陽極且石墨電極作為陰極實施陰極 極化，且極化電流密度為4 6mA/cm2。其中磷化液的總酸是指磷化液中各種酸性物質的總和，即磷化液中H+濃度的總 和，包括磷酸第一、二級電離的H+、重金屬鹽類水解產生的H+以及各重金屬離子的總和；遊 離酸指磷化液中游離磷酸所電離的游離H+濃度；酸比為總酸游離酸；在磷化前，總酸和 游離酸都需要進行測定，測定方法為，吸磷化液10mL，測定總酸用酚酞做指示劑，測定游離 酸用甲基橙做指示劑，用0. 1或0. 5mol/L NaOH標準溶液滴定消耗ImL為1 「點」，1 「點」相 當於lO-W/L H+的濃度。本發明所涉及的一種在Cr、Ni元素含量高的合金鋼上製備磷化膜的方法，由於在 磷化過程中將樣品與外接直流電源來提供電場，磷化膜沉積速率遠遠大於未加電場磷化過 程，磷化膜很快覆蓋基體表面，故磷化過程中沉渣較少，磷化膜晶粒細小緻密均勻，耐腐蝕 性能提高。
圖1是陰極極化實驗裝置圖；圖2是陽極極化實驗裝置圖；圖3是比較例1中形成的磷化膜的表面形貌圖；圖4是實施例1中形成的磷化膜的表面形貌圖；圖5是實施例2中形成的磷化膜的表面形貌圖；圖6是比較例2中形成的磷化膜的表面形貌圖；圖7是實施例3中形成的磷化膜的表面形貌圖；圖8是實施例4中形成的磷化膜的表面形貌圖；圖9是比較例3中形成的磷化膜的表面形貌圖；圖10是實施例5中形成的磷化膜的表面形貌圖；圖11是實施例6中形成的磷化膜的表面形貌圖；圖12是30CrNi3合金鋼不同磷化狀態的Tafel曲線圖；圖13是30CrMnMoTi合金鋼不同磷化狀態的Tafel曲線圖；圖14是25CrNi4W合金鋼不同磷化狀態的Tafel曲線圖；圖15是陰極極化過程中，三種合金鋼電流密度與耐蝕時間(硫酸銅點滴時間)關 系圖。
具體實施例方式磷化膜的成膜一般分為三個階段基體的腐蝕、磷化晶核的產生和長大、磷化膜的 增厚。要想得到比較細小的磷化膜晶粒，就必須在磷化膜初始階段，加快其產生過程，使磷 化膜晶粒很快覆蓋基體表面，這樣磷化膜晶粒更細小，更均勻緻密，耐腐蝕性能就能得到很 大提高。本發明所涉及的一種在Cr、Ni元素含量高的合金鋼上快速製備磷化膜的方法，所 用高溫錳系磷化液中的成分主要有Mn (H2PO4) 2，Ni (NO3) 2和酒石酸，磷化膜析出的過程發生如下反應Mn (H2PO4) 2在磷化液中會水解，
權利要求
1.一種在Cr、Ni元素含量高的合金鋼上製備磷化膜的方法，其特徵在於步驟如下1)用常規方法對合金鋼進行表面清洗，去油；2)酸洗將去油後的樣品水洗後，放入50 100g/L的磷酸溶液中酸洗20 30s；3)表調將酸洗後的樣品水洗後放入表調液中表調20 40s，表調液的化學成分為磷 酸錳0. 8 2g/L，碳酸鈉0. 8 2g/L ；4)加電場磷化將表調後的樣品按實驗裝置要求，放入磷化液中磷化15 20分鐘，磷 化溫度為90 100°C，磷化液的化學成分為酸式磷酸錳65 95g/L，硝酸鎳3 5g/L，酒石 酸1 3g/L，總酸為90 130點，酸比(總酸游離酸)為5. 5 7. OJe2+為0.5 l.Og/ L，Fe2+是通過將30質量份的鐵粉溶解在130質量份的磷酸中獲得；5)將磷化後的樣品經水洗後吹乾，即得到耐腐蝕性能較好的磷化膜。
2.如權利要求1所述的在Cr、M元素含量高的合金鋼上製備磷化膜的方法，其特徵在 於在加電場磷化過程中，把樣品作為陰極且石墨電極作為陽極實施陰極極化，且極化電流 密度為4 6mA/cm2。
3.如權利要求1所述的在Cr、M元素含量高的合金鋼上製備磷化膜的方法，其特徵在 於在加電場磷化過程中，把樣品作為陽極且石墨電極作為陰極實施陽極極化，且極化電流 密度為4 6mA/cm2。
全文摘要
一種在Cr、Ni元素含量高的合金鋼上製備磷化膜的方法，屬於金屬材料表面處理技術中高溫錳系磷化技術，該方法的特徵在於在磷化過程中，採用4～6mA/cm3的電流密度，把前處理過的樣品作為陽極且石墨電極作為陰極實施陽極極化得到磷化膜，或者是把前處理過的樣品作為陰極且石墨電極作為陽極實施陰極極化得到磷化膜。採用本發明方法在Cr、Ni元素含量高的合金鋼基體上得到的磷化膜比不加電場磷化速度更快、得到的磷化膜結構更緻密，更細小均勻，耐蝕性能更好；處理過程基體損失小，沉澱較少，工藝更環保。
文檔編號C25D11/36GK102146578SQ20111002525
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月24日 優先權日2011年1月24日
發明者唐安瓊, 方亮, 殷波, 毛建輝, 胡佳, 謝良波 申請人:重慶大學