一種35CrMnSi鋼用常低溫化學轉化液及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬表面改性技術領域，涉及一種35CrMnSi鋼用常低溫化學轉化液及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的發(fā)展和進步，金屬加工件日趨向高參數(shù)、輕量化及大型化發(fā)展，對鋼材的性能提出越來越高的要求。35CrMnSi合金鋼由于性能優(yōu)異和經(jīng)濟效益顯著，已成為國民經(jīng)濟建設和國防建設大量使用的重要金屬材料，其產(chǎn)量約占鋼鐵總產(chǎn)量的10%。但合金鋼耐蝕性和抗氧化性能低的缺陷限制了其應用。化學轉化處理應用于工業(yè)領域己有百年歷史，化學轉化的主要目的之一就是給基體金屬提供保護，在一定程度上防止金屬被腐蝕，提尚其防護性能。
[0003]現(xiàn)有技術中，為了達到好的化學轉化效果多采用中高溫化學轉化處理，但是該處理方法具有能耗高、易產(chǎn)生大量沉渣等缺點。目前市場上出現(xiàn)了一些低溫或室溫化學轉化液，雖然可克服上述缺點，但用這種化學轉化液所制備的化學轉化膜具有膜層薄、耐蝕性差、化學轉化時間長、化學轉化速度慢等缺點。尤其對于35CrMnSi中碳合金鋼來說，合金元素(Cr、S1、Mn等)的存在及高表面含碳量均對化學轉化有很不利的影響。低碳鋼易化學轉化且形成的化學轉化膜致密均勻，但是隨著含碳量的升高，化學轉化速度變慢且形成的化學轉化膜晶粒粗大、耐蝕性差。
[0004]目前，有文獻(A.Kumar, S.K.Bhola, J.D.Majumdar, Microstructuralcharacterizat1n and surface properties of zinc phosphated medium carbon lowalloy steel)報道了 BS970633M31中碳低合金鋼表面磷酸鋅轉化膜的制備，其轉化溫度為90。。。
[0005]專利CN 103469188Α公開了一種合金鋼材料用磷化液及其磷化工藝。該合金鋼材料的磷化工藝是通過水洗、除油脫脂、水洗、表面調(diào)整、磷化、水洗干燥得到磷化完成的合金鋼材料。該磷化液中 Ζη (Η2Ρ04) 2為 70 ?90g/L，Ni (NO 3) 2為 7g/L，Zn (NO 3) 2為 80 ?100g/L，Mn(N03)2為20?30g/L ;同時調(diào)整該磷化液的游離酸為6?10，總酸度為55?70，溫度為75?80°C。該發(fā)明提供的磷化液中含有鎳金屬離子，污染環(huán)境，同時也采用了溫度為75?80 °C的中高溫磷化工藝。
[0006]專利CN103924229A專利公開了一種分級結構磷酸鋅化學轉化膜的制備方法，包括步驟如下:配制化學轉化基礎溶液A:氧化鋅20-28g/L，硝酸25-35ml/L，磷酸10_15ml/L，硝酸鈣5-20g/L，檸檬酸18-22g/L ;向化學轉化基礎溶液中加鐵粉，在室溫條件下熟12-24h，配成熟化液A1 ;將不銹鋼基體酸蝕、活化；把活化后的基體放入熟化液A1中，在65-75°C下，pH值為2.5-3.0，化學轉化15_45min后，水沖洗，得到磷酸鋅化學轉化膜。該專利存在以下的缺點:該轉化膜需要在中高溫條件下才能形成，磷化液不穩(wěn)定容易產(chǎn)生沉淀，該專利為在不銹鋼基體上形成一層磷化鋅轉化膜，該膜具有分級結構，目的是利于生物應用，耐蝕性差，該專利針對的是具有鈍化膜的醫(yī)用不銹鋼難以磷化的問題，不適合碳含量較高的合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述問題，本發(fā)明提供一種35CrMnSi鋼用常低溫化學轉化液及其制備方法，無需加熱即可使用，幾乎不產(chǎn)生沉渣，且制備方法簡單、易操作，適合工業(yè)化生產(chǎn)，同時能在基體表面快速形成一層磷酸鋅轉化膜，膜層致密均勻，耐蝕性良好。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0009]一種35CrMnSi鋼用常低溫化學轉化液，由以下重量百分比的物質(zhì)混合反應得到:硝酸10?30%、磷酸5?15%、氧化鋅15?25%、還原鐵粉1?5%、復合促進劑5?10%，余量為水；所述的復合促進劑為檸檬酸和氯酸鹽。(優(yōu)選氯酸鹽為氯酸鈉或氯酸鉀)
[0010]上述35CrMnSi鋼用常低溫化學轉化液的制備方法，步驟如下:
[0011](1)將氧化鋅溶解于硝酸和磷酸中；
[0012](2)然后加入復合促進劑溶解完全后加水；
[0013](3)將鐵粉加入到步驟(2)得到的溶液中，熟化(優(yōu)選6?14h)后將鐵粉取出，并調(diào)節(jié)pH值為2.0?3.0，即得。
[0014]上述35CrMnSi鋼用常低溫化學轉化液的使用方法是:將經(jīng)金相砂紙打磨、酸洗、活化后的35CrMnSi鋼基體在常低溫(10?30°C )條件下浸入化學轉化液中3?lOmin，然后進行充分水洗、烘干。
[0015]經(jīng)過上述轉化液處理后的35CrMnSi鋼在制備汽車、軍工用品和電器中的應用。
[0016]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果:
[0017]本發(fā)明的35CrMnSi鋼用常低溫化學轉化液不含有毒成分，使用方法簡單、易于操作，能耗和生產(chǎn)成本較低，能在基體表面形成一層由約2?5um片狀磷酸鋅晶體組成的均勻致密轉化膜，耐蝕性良好。
[0018]現(xiàn)有技術中在制備磷酸鋅轉化膜時，一般都是使用硝酸鈣作為促進劑，由于硝酸鈣是一種中溫(50-75°C)鋅系磷化促進劑，在配制溶液時易產(chǎn)生沉淀，降低轉化液的穩(wěn)定性。針對這一問題本發(fā)明創(chuàng)造性地使用了氯酸鹽(特別是氯酸鈉)作為促進劑，不但促使轉化溫度降低，室溫轉化即可，而且制備的轉化液比較穩(wěn)定，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)即使在本發(fā)明中使用硝酸鈣也不會起到促進劑的作用。
[0019]35CrMnSi是一種中碳合金鋼，合金元素(Cr、S1、Mn等)的存在及高表面含碳量均對化學轉化有很不利的影響。低碳鋼易化學轉化且形成的化學轉化膜致密均勻，但是隨著含碳量的升高，化學轉化速度變慢且形成的化學轉化膜晶粒粗大、耐蝕性差。目前中碳合金鋼都是采用中高溫的磷化工藝，且會用到一些含有重金屬離子的促進劑，污染大。而本發(fā)明提供了一種室溫且不含污染離子的磷酸鹽化學轉化方案。
[0020]中高溫磷化產(chǎn)生沉渣，是因為溫度的升高會促進磷化液的成分磷酸二氫鹽的大量水解，從而形成磷酸鐵沉淀，即沉渣。而常低溫磷化僅發(fā)生磷酸二氫鹽的適量水解，且磷化液中添加了檸檬酸作為降渣劑，可與Fe3+形成可溶性的穩(wěn)定絡合物，減少殘渣的生成。
[0021]本發(fā)明利用常低溫、快速、無渣的化學轉化液，在35CrMnSi鋼表面制備一層耐蝕性良好的致密磷酸鋅轉化膜，不僅能有效改善其表面防護性能，擴展其在工業(yè)、