不同酸洗磷化工艺对精密零件尺寸的影响

李宏楼， 李宝增

(1.河南平高电气股份有限公司，河南平顶山 467001;2.平高集团有限公司，河南平顶山 467001)

引 言

高压电气产品钢铁材料精密件应用极多，精密件对尺寸精度要求极高，尺寸超差严重影响高压电气产品的装配精度，进而影响产品运行的可靠性。酸洗磷化是精密件重要的工序间防腐工艺，精密件经过酸洗和磷化工艺处理后，表面生成一层磷化膜保证精密件不会过早发生腐蚀。酸洗过程中零件表面剥落一层比较薄的膜，对于孔类零件，内径尺寸会变大，对于轴类零件，外径尺寸会变小。磷化后零件表面发生粗化，表面粗糙度变大，对于孔类零件，内径尺寸会变小;对于轴类零件，外径尺寸会变大。目前酸洗磷化过程中精密尺寸的控制靠的是生产经验，操作过程稍有不慎，就会造成尺寸超差零件报废。如通常采用盐酸进行酸洗，成熟的工艺对于酸洗做了明确规定，但是盐酸溶液的浓度不同，腐蚀金属材料的能力不同。质量分数约为37%盐酸，腐蚀能力强，使用1个月后即将更换的盐酸溶液，质量分数约20%，腐蚀能力弱。正常生产线酸洗溶液质量分数介于二者之间，为准确测定酸洗过程中精密件尺寸变化，可以取37%和20%这两个极限值的盐酸溶液进行测定。本文通过不同的工艺试验，探索常用钢铁材料35CrMo与Q235酸洗、磷化过程中尺寸的变化规律，为生产提供可靠依据。

1 实验方法

实验基材为35CrMo滚压件与Q235切削件。酸洗溶液为盐酸，磷化为锌钙系磷化液。

工艺过程:35CrMo精密件分别在37%与20%的盐酸溶液中进行酸洗，在37%的盐酸与磷化液中进行酸洗磷化;Q235精密件分别在37%与20%的盐酸溶液中进行酸洗，在37%的盐酸与磷化液中进行酸洗磷化，同时在生产线进行酸洗磷化试验，测定尺寸变化。

因时间短酸洗零件尺寸变化不明显，测量误差大，故加长酸洗时间，计算酸洗1s后零件尺寸变化平均值。文中尺寸增加以+号表示，减小以－号表示。

2 结果与分析

2.1 35CrMo精密件的试验

2.1.1 35CrMo精密件盐酸酸洗尺寸变化

35CrMo精密件在37%的盐酸中酸洗，温度为室温，时间较短时，零件大部分位置仍旧保持了光亮的金属光泽，仅是零件表面发生点蚀，长时间酸洗表面并不是均匀腐蚀脱落，有一定的方向性。精密件成形方式为滚压，表面脱落垂直于滚压方向，应该与滚压时应力状态有关。35CrMo精密件在37%的盐酸中酸洗尺寸变化及酸洗1s平均尺寸变化如表1，内孔直径尺寸变化约为+0.039μm/s，外圆直径尺寸变化约为 －0.049 ～ －0.052μm/s。

35CrMo精密件在20%的盐酸中酸洗尺寸变化及酸洗1s平均尺寸变化如表2，内孔直径尺寸变化约为 +0.025 ～ +0.031μm/s，外圆直径尺寸变化约为 －0.030 ～ －0.038μm/s。目前工艺规定酸洗 t为5～10s，以上试验涵盖了新配置的质量分数为37%的盐酸溶液，与应用近1个月质量分数约20%的旧盐酸液，零部件尺寸无论是内圆、还是外径变化均较小，从表1统计数据看，按照酸洗10s计算，尺寸变化比较小。

表1 35CrMo精密件在37%的盐酸溶液酸洗尺寸随时间变化

表2 35CrMo精密件在20%的盐酸溶液酸洗尺寸随时间变化

续 表

2.1.2 35CrMo精密件生产线酸洗磷化尺寸变化

35CrMo精密件在生产线进行酸洗磷化，盐酸测定质量分数约为30%，按照正常的工艺，选择了酸洗时间，磷化温度与磷化时间为三个试验因素，设计正交试验如表3。精密件外径尺寸变化统计结果也列入表3。由表3可以看出，酸洗时间较短，约5～10s，尺寸变化很小，没有统计出来，磷化后尺寸增加约为 +0.0065 ～ +0.0080mm。

表3 35CrMo精密件外径酸洗磷化尺寸变化

2.2 Q235精密件的试验

2.2.1 Q235精密件盐酸酸洗尺寸变化

Q235精密件在37%的盐酸溶液中酸洗时间较短时，零件大部分位置仍旧保持了光亮的金属光泽，零件表面发生了点蚀。长时间酸洗后腐蚀没有明显的方向性，Q235精密件是切削加工件，切屑件加工过程中没有明显的应力集中，所以没有出现如同35CrMo精密滚压件的方向性腐蚀特征。Q235精密件在37%的盐酸溶液中酸洗尺寸变化及酸洗1s尺寸变化平均值如表4，内孔直径尺寸增加约+0.048μm/s，外 圆 直 径 尺 寸 变 化 约 为－0.051 ～ －0.055μm/s。

Q235精密件在20%的盐酸溶液酸洗尺寸变化及酸洗1s尺寸变化平均值如表5，内孔直径尺寸变化约 为 +0.042μm/s，外 圆 直 径 尺 寸 变 化 约为 －0.044μm/s。

试验结果与35CrMo比较一致，按照目前规定的工艺技术标准中，酸洗5～10s，无论是内圆，还是外径尺寸变化均比较小。

表4 Q235精密件在37%的盐酸溶液酸洗尺寸随时间变化

表5 Q235精密件在20%的盐酸溶液酸洗尺寸随时间变化

2.2.2 Q235精密件生产线酸洗磷化尺寸变化

Q235精密件在生产线进行酸洗磷化，盐酸测定质量分数约为30%，按照正常的工艺，酸洗10s，磷化20min，磷化试验Q235精密件尺寸变化如表6。由表6可以看出，酸洗时间短，零件尺寸变化很小，没有统计出来，磷化后内孔直径尺寸减小约为－0.005～ －0.006mm，外径直径尺寸增加约为+0.005mm。磷化膜比较均匀。

表6 Q235精密件酸洗磷化试验尺寸变化

3 结论

磷化试验，零件尺寸变化数据统计如表7。

对常用的35CrMo和Q235精密件进行了酸洗

表7 精密件酸洗磷化尺寸变化

从形貌看，短时间酸洗尺寸变化很小，形貌特征为一些点蚀或不均匀腐蚀现象，35CrMo滚压精密件长时间酸洗表面腐蚀具有方向性。Q235切削精密件腐蚀没有明显的方向性。酸洗过程中，外径比内径腐蚀速度稍快零件尺寸变化结论如下:

1)中低碳钢精密件内径尺寸。37%的盐酸溶液酸洗时内径尺寸变化为+0.039～+0.048μm/s，20%的盐酸溶液酸洗时内径尺寸变化为+0.025～+0.042μm/s。中低碳钢精密件外径尺寸。37%的盐酸溶液酸洗时外径尺寸变化为 －0.049～－0.055μm/s，20%的盐酸溶液酸洗时外径尺寸变化为 －0.030 ～ －0.044μm/s。

2)正常的锌钙系磷化工艺，磷化20min。材质为35CrMo的精密件，磷化后内径尺寸增加平均为6～8μm;材质为Q235的精密件，磷化后尺寸增加平均为4～5μm。

3)设计时对碳素钢精密件要留有膜厚的余量，磷化工艺直径尺寸应留余量4～10 μm为宜。

［1］ 赵彦浩.客车零部件超声波酸洗磷化工艺及其产生的废弃物处理［J］.客车技术与研究，2008，(6):39-41.

［2］ 董素芳，冯振堂.钢铁件酸洗磷化电泳工艺的废水污染及其处理方法［J］.表面工程资讯，2011，(3):10-11.