[發明專利]一種增強鋼鐵材料表面抗氧化能力的壓力磷化法

有效

• 申請號: 201310392903.4
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN103451638A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 薛烽;巨佳;周健;白晶;孫揚善
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C23C22/07
• 分類號: C23C22/07;C23C22/73
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及一種對鋼鐵材料表面進行化學處理以提高鋼鐵材料的抗氧化能力及提高表面減摩潤滑的方法。

背景技術

磷化處理是鋼鐵材料以及有色金屬常用的前處理技術，它主要是金屬材料與磷化液發生一系列化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜，這層磷化膜可以在一定程度上給基體金屬提供保護，常用于金屬涂漆前的打底以及金屬冷加工中提供減摩潤滑作用。

磷化技術的工業化應用至今已有近百年的歷史，但隨著科學技術的不斷進步，人們對金屬材料防腐的要求越來高，傳統的磷化工藝也越來越難以滿足金屬材料防腐的要求。傳統磷化工藝中，磷化膜膜重較低，生成的磷化膜層致密度不高，對金屬材料的防腐有著自己的瓶頸。同時反應后的廢液含磷，廢水必須經過處理后才能排放，增加了生產成本，污染環境。因此，磷化技術的未來發展方向主要集中在提高質量、減少環境污染和節省能源等方向。

發明內容

技術問題：本發明提供一種經濟、操作簡單、磷化效果好且整個工藝實現了零排放的增強鋼鐵材料表面抗氧化能力的壓力磷化法。

技術方案：本發明的增強鋼鐵材料表面抗氧化能力的壓力磷化法，包括以下步驟：

a.先除去鋼鐵材料表面污漬及氧化物，然后將表面清理好的鋼鐵材料進行干燥；

b.將干燥后的鋼鐵材料放入壓力釜中與磷化液進行磷化反應，磷化液包括以下組分：10～20g/L的磷酸、5～10g/L的氧化鋅、10～20g/L的馬日夫鹽；磷化反應條件為：用磷酸或氨水調節pH值為2.0～4.0（）、溫度150℃～180℃、通入惰性氣體加壓至（）1.5MPa～1.8MPa、時間10min～15min。

c.將處理后的鋼鐵材料進行清洗、干燥后即得到成品。

本發明方法使鋼鐵材料與磷化液發生物理化學反應使鋼鐵材料表面生成磷化層，所生成的磷化層具有較高致密度，較強的抗腐蝕、抗氧化性能，同時還具有廢水零排放和環境友號等特點，同時還具有材料表面減摩潤滑的作用。

有益效果：本發明與現有技術相比，具有以下優點：

本發明提出了一種簡單易行并且環保的壓力磷化處理工藝，通過鋼鐵材料與磷化液在高溫高壓的條件下發生一系列化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜，使鋼鐵材料表面生成30～50g/m²的磷化層，能提高鋼鐵材料的耐腐蝕能力，同時還具有減摩潤滑的作用，反應后的廢液調節磷酸鹽濃度后可以循環使用。。生成的磷化膜具有較高致密度，較強的抗腐蝕、抗氧化性能，同時還具有材料表面減摩潤滑的作用。該工藝實現了廢水零排放和環境友好的特點，是制備機械行業中抗氧化構件的一種良好的方法。

其化學與電化學反應的基本原理為：鋼鐵材料在高溫和高壓（150℃～180℃、1.5～1.8MPa）的條件下，1）鋼鐵材料在磷酸的作用下發生電化學反應；2）電化學反應產生的Fe²⁺離子與HPO₄^2-、PO₄^3-反應產生沉淀附著在金屬材料表面形成磷酸膜；3）Zn(H₂PO₄)₂和Mn(H₂PO₄)₂分解產生磷酸和沉淀附著在鋼鐵材料表面。體系中相關物理化學反應如下：

Fe+2H₃PO₄→Fe(H₂PO₄)₂+H₂↑

2Fe+6H^-→2Fe³⁺+3H₂↑

F_e+2F_e³⁺→3F_e²⁺

Fe(H₂PO₄)₂→FeHPO₄↓+H₃PO₄

Fe+Fe(H₂PO₄)₂→2FeHPO₄↓+H₂↑

3FeHPO₄→Fe₃(PO₄)₂↓+H₃PO₄