[发明专利]一种无渣低温快速电解磷化液及其磷化工艺

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种在金属线材表面低温条件下快速形成磷酸锌膜的电解磷化液以及其使用工艺，主要用于钢铁线材拉拔前的磷化处理。

背景技术

磷化处理是指将金属在含有磷酸盐的溶液中进行处理，使金属表面形成磷酸盐化学转化膜的过程。一百多年来，磷化膜可以应用于钢铁、铝、镁等金属或合金上，不仅可以提高耐蚀性、提高基体与涂层的附着力，而且能明显能改进工件的表面摩擦性能，改善材料的冷加工性能。磷酸锌转化膜层具有很好的延展性能，并且能在一定条件下与硬脂酸钠反应生成硬脂酸锌膜，硬脂酸锌具有优良的润滑性能。因此锌系磷化工艺在拉丝、拉管、深冲、冷墩等加工行业中广泛应用，提高拉丝拉管速度，减少模具损伤。

过去100多年，传统的磷化工艺已经在冷成型加工行业成熟的发展和应用，目前普遍使用的是中高温磷化工艺，分为浸泡式和在线连续式两种。后者磷化速度快，生产效率高，但为了确保磷化时间，磷化槽较长，达到20米以上，占地面积大。虽然中高温磷化工艺产生的磷化膜厚，结合力好，能满足目前冷加工行业的生产，但是能耗高，产生的磷化渣多。目前已经有学者开始研究如何利用磷化渣，然而至今为止，行业内没有找到磷化渣的合适工业化处理方式，主要是把磷化渣作为固体废弃物，直接排放到环境中，这给环境带来了严重的污染。节省能源，减少环境污染是磷化技术领域的重要研究方向。

电解磷化工艺由于磷化时间短、磷化温度低，产生磷化渣少，甚至没有磷化渣等特点，受到冷成型加工行业关注。国际专利WO19980906A1报道了一种含锌和钙的电解磷化液及其磷化工艺，形成了同时含钙和锌的磷化膜，磷化膜较厚，达到40g/m²，但磷化时间较长，至少需要3分钟，所以不适合应用于在线快速磷化。中国专利200610088638.0报道了一种使用锌或铁作阳极的快速电解磷化工艺，并且安装辅助电极，在一定形状的工件表面形成磷酸锌膜。但由于选用锌或铁作阳极，电解过程中锌或铁溶解到处理浴中，容易产生锌泥和磷化渣，既产生固体废渣，又影响溶液的稳定性。

发明内容

本发明是在钢铁线材表面快速形成磷酸锌转化膜的电解磷化液和磷化工艺，适用用于冷成型加工行业，特别适用于在线快速磷化，低温无渣、生产效率高。

本发明涉及的冷加工行业主要是盘条、钢丝等线材的拉拔，在拉拔前需要酸洗磷化。

(1)一种无渣低温快速电解磷化液，其包含锌离子、磷酸根、促进剂、有机酸和溶解金属元素，含量如下所示：

锌离子：10-80g/L；

磷酸根：10-120g/L；

促进剂：41-160g/L；

有机酸：0-5g/L；

溶解金属元素：0.1-10g/L；

其中磷酸根以P₂O₅计。

优选的，锌离子可以来自于锌、氧化锌、硝酸锌、磷酸二氢锌中的一种或者多种，所述磷酸根离子可以来自于磷酸、磷酸二氢钠、磷酸二氢锌、磷酸二氢钾中的一种或者多种，促进剂来自与硝酸、硝酸盐、氯酸盐、钼酸盐、硫酸羟胺、硝基胍中的一种或者多种，溶解金属元素可以是镍、铜、镁、锰、钙的一种或者多种。

(2)本发明还涉及一种无渣低温快速电解磷化工艺，其特征包括如权利要求1所述的电解磷化液内安装正极，正极选用表面镀有惰性层的钛板或者钛网，惰性层可以是铂、铱等惰性强的金属。

(3)如(2)所述的无渣低温快速电解磷化工艺，其特征在于处理的钢铁线材作为负极。

(4)如(2)所述的低温快速电解磷化工艺其特征在于利用一个或多个电源和电极对处理的线材施加电流。

(5)如(2)所述的低温快速电解磷化工艺，其特征在于通过直流电源施加1～20A/dm²的电流。

(6)如(2)所述的低温快速电解磷化工艺，其特征在于磷化温度为10～60℃，磷化时间5～120秒。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.磷化温度低：传统拉拔用磷化均采用中高温(70℃以上)磷化工艺，本发明在10-60℃的范围内就可实现磷化处理，若以40℃比较，可节省能源50％以上；

2.磷化时间短：传统在线磷化槽需要15～20米，由于本发明磷化时间只需要5～120秒，可以减少设备的长度，易操作；

3.电解液稳定：由于阳极采用镀有惰性层的钛板或者钛网，既提高钛网的导电性能，又能保证溶液的稳定性，防止电解液受到电极材料的污染。