專利名稱：一種在Cr、Ni元素含量高的合金鋼上制備磷化膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料表面處理技術(shù)中高溫錳系磷化技術(shù)，特別涉及一種在Cr、Ni 元素含量高的合金鋼上制備磷化膜的方法。
背景技術(shù)：
磷化膜具有很多優(yōu)異的性質(zhì)，可用于防護(hù)、電絕緣、耐磨、冷成型、染色等，還可用 于工序間的防護(hù)及油漆和粉末等有機(jī)膜的底層，但磷化過(guò)程一般較慢，獲得的磷化膜顆粒 粗大、不致密，耐蝕性能較低，為獲得耐蝕性能優(yōu)良的磷化膜，需要開(kāi)發(fā)加速磷化的方法。其 中，對(duì)樣品施加電場(chǎng)的電化學(xué)方法便為其中一種較新的方法，它具有操作簡(jiǎn)單、易于控制、 益于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，很有應(yīng)用前景。中國(guó)專利CN1891865A公開(kāi)了一種在鋅系磷化過(guò)程中形成主要由磷酸鋅構(gòu)成的磷 酸鹽膜的電解磷化工藝。同時(shí)，中國(guó)專利(CN101104946A)公開(kāi)了一種通過(guò)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，用于這種處理的方法，和用于將工件加熱到 高溫和溫鍛或熱鍛溫度之上的塑性加工的潤(rùn)濕處理。這兩個(gè)專利描述的主要是鋅系磷化過(guò) 程中的電解磷化技術(shù)，且通過(guò)兩步電解法進(jìn)行，步驟較繁瑣，不易操作；此外，中國(guó)專利CN 101643928A公開(kāi)了一種鎂合金表面陰極電沉積磷酸鹽/金屬?gòu)?fù)合鍍的方法，但這些方法不 適用于合金鋼材料，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 多采用磷化能力最強(qiáng)的高溫錳系進(jìn)行磷化，雖然有些合金鋼可以磷化，但難以達(dá)到防護(hù)性 能要求，為此，必須在高溫錳系磷化基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)進(jìn)一步加速促進(jìn)磷化的新方法，以期獲得 致密、細(xì)小磷化膜，提高耐蝕性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)Cr、Ni元素含量較高的、難磷化的合金鋼材料進(jìn)行快 速磷化的方法，該方法得到的磷化膜致密，細(xì)小均勻，且耐腐蝕性能更好。本發(fā)明所涉及的一種在Cr、Ni元素含量高的合金鋼上制備磷化膜的方法，其實(shí)施 步驟如下1)用常規(guī)方法對(duì)合金鋼進(jìn)行表面清洗，去油；2)酸洗將去油后的樣品水洗后，放入50 100g/L的磷酸溶液中酸洗20 30s ；3)表調(diào)將酸洗后的樣品水洗后放入表調(diào)液中表調(diào)20 40s，表調(diào)液的化學(xué)成分 為磷酸錳0. 8 2g/L，碳酸鈉0. 8 2g/L ；4)加電場(chǎng)磷化將表調(diào)后的樣品按實(shí)驗(yàn)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(xué)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(diǎn)，酸比(總酸游離酸)為5. 5 7. O5Fe2+為0. 5 1. Og/L, Fe2+是通過(guò)將30質(zhì)量份的鐵粉溶解在130質(zhì)量份的磷酸中獲得；5)將磷化后的樣品經(jīng)水洗后吹干，即得到耐腐蝕性能較好的磷化膜。在所述步驟4加電場(chǎng)磷化過(guò)程中，把樣品作為陰極且石墨電極作為陽(yáng)極實(shí)施陽(yáng)極極化，且極化電流密度為4 6mA/cm2。在所述步驟4加電場(chǎng)磷化過(guò)程中，把樣品作為陽(yáng)極且石墨電極作為陰極實(shí)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(zhì)的總和，即磷化液中H+濃度的總 和，包括磷酸第一、二級(jí)電離的H+、重金屬鹽類水解產(chǎn)生的H+以及各重金屬離子的總和；游 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(jìn)行測(cè)定，測(cè)定方法為，吸磷化液10mL，測(cè)定總酸用酚酞做指示劑，測(cè)定游離 酸用甲基橙做指示劑，用0. 1或0. 5mol/L NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定消耗ImL為1 “點(diǎn)”，1 “點(diǎn)”相 當(dāng)于lO-W/L H+的濃度。本發(fā)明所涉及的一種在Cr、Ni元素含量高的合金鋼上制備磷化膜的方法，由于在 磷化過(guò)程中將樣品與外接直流電源來(lái)提供電場(chǎng)，磷化膜沉積速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于未加電場(chǎng)磷化過(guò) 程，磷化膜很快覆蓋基體表面，故磷化過(guò)程中沉渣較少，磷化膜晶粒細(xì)小致密均勻，耐腐蝕 性能提高。


圖1是陰極極化實(shí)驗(yàn)裝置圖；圖2是陽(yáng)極極化實(shí)驗(yàn)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(shí)施例1中形成的磷化膜的表面形貌圖；圖5是實(shí)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(shí)施例3中形成的磷化膜的表面形貌圖；圖8是實(shí)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(shí)施例5中形成的磷化膜的表面形貌圖；圖11是實(shí)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(tài)的Tafel曲線圖；圖13是30CrMnMoTi合金鋼不同磷化狀態(tài)的Tafel曲線圖；圖14是25CrNi4W合金鋼不同磷化狀態(tài)的Tafel曲線圖；圖15是陰極極化過(guò)程中，三種合金鋼電流密度與耐蝕時(shí)間(硫酸銅點(diǎn)滴時(shí)間)關(guān) 系圖。
具體實(shí)施例方式磷化膜的成膜一般分為三個(gè)階段基體的腐蝕、磷化晶核的產(chǎn)生和長(zhǎng)大、磷化膜的 增厚。要想得到比較細(xì)小的磷化膜晶粒，就必須在磷化膜初始階段，加快其產(chǎn)生過(guò)程，使磷 化膜晶粒很快覆蓋基體表面，這樣磷化膜晶粒更細(xì)小，更均勻致密，耐腐蝕性能就能得到很 大提高。本發(fā)明所涉及的一種在Cr、Ni元素含量高的合金鋼上快速制備磷化膜的方法，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(guò)程發(fā)生如下反應(yīng)Mn (H2PO4) 2在磷化液中會(huì)水解，
權(quán)利要求
1.一種在Cr、Ni元素含量高的合金鋼上制備磷化膜的方法，其特征在于步驟如下1)用常規(guī)方法對(duì)合金鋼進(jìn)行表面清洗，去油；2)酸洗將去油后的樣品水洗后，放入50 100g/L的磷酸溶液中酸洗20 30s；3)表調(diào)將酸洗后的樣品水洗后放入表調(diào)液中表調(diào)20 40s，表調(diào)液的化學(xué)成分為磷 酸錳0. 8 2g/L，碳酸鈉0. 8 2g/L ；4)加電場(chǎng)磷化將表調(diào)后的樣品按實(shí)驗(yàn)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(xué)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(diǎn)，酸比(總酸游離酸)為5. 5 7. OJe2+為0.5 l.Og/ L，F(xiàn)e2+是通過(guò)將30質(zhì)量份的鐵粉溶解在130質(zhì)量份的磷酸中獲得；5)將磷化后的樣品經(jīng)水洗后吹干，即得到耐腐蝕性能較好的磷化膜。
2.如權(quán)利要求1所述的在Cr、M元素含量高的合金鋼上制備磷化膜的方法，其特征在 于在加電場(chǎng)磷化過(guò)程中，把樣品作為陰極且石墨電極作為陽(yáng)極實(shí)施陰極極化，且極化電流 密度為4 6mA/cm2。
3.如權(quán)利要求1所述的在Cr、M元素含量高的合金鋼上制備磷化膜的方法，其特征在 于在加電場(chǎng)磷化過(guò)程中，把樣品作為陽(yáng)極且石墨電極作為陰極實(shí)施陽(yáng)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制備磷化膜的方法，屬于金屬材料表面處理技術(shù)中高溫錳系磷化技術(shù)，該方法的特征在于在磷化過(guò)程中，采用4～6mA/cm3的電流密度，把前處理過(guò)的樣品作為陽(yáng)極且石墨電極作為陰極實(shí)施陽(yáng)極極化得到磷化膜，或者是把前處理過(guò)的樣品作為陰極且石墨電極作為陽(yáng)極實(shí)施陰極極化得到磷化膜。采用本發(fā)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(chǎng)磷化速度更快、得到的磷化膜結(jié)構(gòu)更致密，更細(xì)小均勻，耐蝕性能更好；處理過(guò)程基體損失小，沉淀較少，工藝更環(huán)保。
文檔編號(hào)C25D11/36GK102146578SQ20111002525
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者唐安瓊, 方亮, 殷波, 毛建輝, 胡佳, 謝良波 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)