[发明专利]一种热喷涂前预处理的钢铁表面磷化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，尤其涉及一种热喷涂前预处理的钢铁表面磷化工艺。

背景技术

随着汽车、五金机电等行业的兴起，表面处理工艺应用得到较大发展，但是均存在一定缺陷，其中电镀和氧化为代表的传统表面处理工艺存在缺陷是：污染较高，其废液的处理和排放一直是个很大的技术难题，另外，这种工艺加工出来的电镀层和氧化层的抗腐蚀耐磨和耐高温性能仍然较差，难以满足实际需要。而火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂等热喷涂技术由于其制备的涂层具有优异的性能而日渐受到从事表面处理研究的工作者的青睐。然而，当前表面热喷涂技术存在的问题是：难以同时提高涂层的硬度和韧性，存在涂层与基体的结合力低、耐磨性差、涂层的脆性较高的缺陷。

磷化，己有一百多年的历史，是金属工件在含有磷酸盐、氧化剂、助剂等溶液中处理，其表面发生化学反应生成一层稳定的不溶性的磷酸盐膜层的过程。这一磷酸盐膜称为磷化膜，具有防蚀、提高涂层附着力、耐磨、减摩、润滑等作用。

磷化按其处理温度，可分为高温磷化，中温磷化(45-65℃)，常(低、室)温磷化(15-45℃)；按其成膜阳离子，可分为锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系等。铁系磷化，是钢铁表面在碱金属(铵)磷酸盐为主的磷化液中受到腐蚀，生成可溶性的磷酸亚铁，被磷化液中的氧化剂或空气中氧气氧化成为磷化膜(主要为磷酸铁和氧化铁)的过程。

当前用于喷漆和涂装前处理用的磷化液，主要是含有有害成膜阳离子Zn²⁺、Mn²⁺的锌系及锌钙系、锌锰系磷化；磷化温度基本上在15℃以上，冬天一般要加热；室温磷化液促进剂一般含有有毒的Ni(镍)及Cr(铬)和致癌并分解产生有毒气体氮氧化物(NO_x)的亚硝酸盐(NO₂^-)、等；磷化过程中的沉渣较多，磷化1m²产生几克甚至更多的沉渣(磷化渣列入了国家危险性废渣目录)。铁系磷化，具有成本低、沉渣少、不需表面调整液等优点，但同样一般含有亚硝酸盐(NO₂^-)、Ni及Cr等有害物质及15℃以下要加热。铁系磷化的最大问题，是磷化膜的耐蚀性能太差，尽管添加有害的Ni(镍)及Cr(铬)改善，按GB6807-86附录D的规定检验磷化膜耐硫酸铜溶液点滴的时间多数在30s以下，无法与室温磷化的磷化膜耐硫酸铜溶液点滴时间50s以上的锌系等相抗衡，很难用于工序间的短期防护。因此，铁系磷化，20世纪80年代前，国内外都研究不多，80年代后环保压力越来越大，人们才对铁系磷化表现出较大的兴趣。

目前，报道较多的都是用于涂装和喷漆前处理的磷化液，然而用于热喷涂前处理的磷化液还很少有报道，鉴于当前热喷涂也出现涂层与基体结合力差的问题，希望开发一种磷化液及磷化工艺，使其适于热喷涂的预处理。

发明内容

本发明的目的在于提出一种热喷涂前预处理的钢铁表面磷化工艺，该工艺采用的磷化液专门为热喷涂而设计，通过调整组份，使得制备的磷化膜晶粒细小致密，适合作为热喷涂的打底层，并且可提高热喷涂涂层与基体的结合力。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种热喷涂前预处理的钢铁表面磷化工艺，该工艺采用的磷化液的组成为：磷酸162-164g/L，氧化锌23-27g/L，草酸2-4g/L，植酸1-2g/L，水杨酸2-4g/L，乙醇40-60ml/L，钼酸钠0.5-1.5g/L，氟化钠2.5-4.5g/L，硫酸镍10-14g/L，磷化钇2-4g/L，聚乙二醇0.03-0.05g/L，余量为水，所述磷化工艺为：

1）将待热喷涂的工件基体表面进行除油和除尘操作，然后对其表面进行喷砂毛化；

2）用有机溶剂清洗喷砂毛化后的工件；

3）将工件装在热喷涂设备上，将其表面预热至55-75℃，然后将具有上述组成的磷化液喷涂到工件表面进行磷化，喷涂时间以工件表面形成4-6μm的磷化膜为主；

4）喷涂完毕后工件继续旋转使磷化液晾干，然后准备进行热喷涂操作。

本发明具有如下有益效果：

1）本发明采用硫酸镍作为成膜促进剂可加快磷化膜生长速度。采用草酸、植酸和水杨酸与乙醇配合使用，可达到加快成膜速度，细化晶粒。采用钼酸钠作为氧化促进剂。本发明清洁无污染，成膜速度快，结合力强，耐蚀性好，其处理后工件成膜致密、均匀、连续，结合力佳。

2）该磷化工艺可以替代电镀和阳极氧化作为热喷涂的预处理步骤，并且磷化过程就在热喷涂设备上进行，因此，节省成本。