傳統(tǒng)的55CrSi彈簧鋼線材拉拔前的表面處理工藝為間歇式硫酸或鹽酸酸洗,以去除鋼絲表面的氧化鐵皮,而后進行中溫或高溫磷化,此工藝優(yōu)點為技術(shù)成熟、質(zhì)量穩(wěn)定易控,缺點為中溫或高溫磷化工序帶來的廢水(沖洗水)和廢渣(磷化渣),不易達(dá)標(biāo)處理。采用電解磷化技術(shù)替代傳統(tǒng)磷化技術(shù)刻不容緩。但電解磷化是一項正在發(fā)展的新技術(shù),仍不成熟,存在諸多不確定性因素。
實驗材料為寶鋼生產(chǎn)的φ5.5mm 55CrSi熱軋線材,其抗拉強度為1 070 MPa,斷面收縮率為61%,表面無全脫碳,部分脫碳深度最大為0.04 mm,φ5.5 mm 55CrSi線材金相組織為索氏體+珠光體+點、條、塊狀鐵素體。
將φ5.5 mm 55CrSi熱軋線材經(jīng)拋丸去除氧化鐵皮拉拔到φ5.0 mm 后,截成待測的試驗樣品,在實驗室采用直流電源和手動操作的方式模擬工業(yè)化生產(chǎn)過程,極板采用片狀鈦板,研究電解磷化時電流、時間、鋼絲相對溶液移動速率、擦拭與磷化膜的關(guān)系,磷化膜的顏色采用肉眼觀察,磷化膜和基體結(jié)合力采用橡皮擦拭的方法檢測。
實驗過程中,鋼絲移動速率7 cm/s,磷化時間60 s,電流1.5 A。實驗過程中,電流1.5 A,磷化時間為先磷化2 s取出擦拭后再磷化5 s。電流過小,鋼絲磷化膜陰陽面明顯,過大則產(chǎn)生較多灰分;在一定的電流下,較短時間內(nèi)鋼絲電解磷化膜層會出現(xiàn)較明顯的陰陽面,隨時間增長,陰陽面色差有所減小,但時間過長則會導(dǎo)致膜層浮灰較多;鋼絲相對溶液的移動速率對電解磷化存在顯著的影響,鋼絲相對移動速率越快,電解磷化膜層越薄電解磷化效率越低,鋼絲相對移動速率越快,電解磷化膜層陰陽面色差越嚴(yán)重;鋼絲不間斷連續(xù)電解磷化膜層結(jié)合力較差,使用橡皮擦拭表面后,表面色澤由灰黑色變?yōu)楣饬辽?,鋼絲采用“磷化+擦拭+磷化”的方式,磷化膜厚度增加較快,比相同條件下連續(xù)磷化膜層厚度至少多一倍,磷化電流效率成倍增加,鋼絲采用“磷化+擦拭+磷化”的方式形成的磷化膜,使用橡皮擦拭,未發(fā)現(xiàn)變化,說明其磷化膜結(jié)合力較好。
磷化2 s時,鋼絲表面磷化膜形貌為較平整的金屬表面上彌散分布著短棒狀晶粒,基體存在裸露,短棒狀晶粒磷鋅比為1︰14.86,遠(yuǎn)大于磷酸鋅中磷鋅比(1︰3.05),說明其晶粒中金屬鋅含量非常高;磷化7 s時,鋼絲表面磷化膜形貌為較平整的金屬表面上短棒狀晶粒長大后實現(xiàn)全覆蓋,長大后棒狀晶粒呈交錯分布,其磷鋅比為1︰2.69,組分基本接近磷酸鋅;磷化12 s時,鋼絲表面磷化膜形貌為較平整的金屬表面上棒狀晶粒進一步長大,長大后棒狀晶粒仍呈交錯分布,其磷鋅比為1︰3.09,組分非常接近磷酸鋅。此外,經(jīng)過2~12 s電解磷化后,鋼絲表面溝壑洼坑處磷化效果很差,無法形成完整磷化膜。由此說明,電解磷化膜晶粒隨磷化時間的延續(xù),存在從無到有、從小到大的成長過程;電解磷化膜底層晶粒以金屬鋅的組分為主,隨著磷化時間的延長,晶粒組分變?yōu)榱姿徜\;隨磷化時間的延長,膜層逐漸覆蓋鋼絲表面,但在鋼絲表面溝壑洼坑處會有少量氣孔存在。
通過55CrSi彈簧鋼絲電解磷化工藝的研究,可得出以下結(jié)論。電解磷化膜存在陰陽面現(xiàn)象,這點和傳統(tǒng)的中溫或高溫磷化膜顏色均勻一致存在明顯差異;連續(xù)電解磷化時磷化膜結(jié)合力差;采用“磷化+擦拭+磷化”的方式磷化,磷化膜厚度增加較快,比相同條件下連續(xù)磷化膜層厚度至少多一倍,且磷化膜結(jié)合力好;電解磷化時,不管是連續(xù)還是“磷化+擦拭+磷化”的方式,磷化時間越長,膜層越厚。電解磷化膜形貌為棒狀晶粒呈交錯分布,其磷鋅比為1︰3.09,組分非常接近磷酸鋅,但在鋼絲表面溝壑洼坑處無法形成完整膜層,會有少量氣孔存在。
來源:金屬制品行業(yè)