一种金属用磷化亚铁锂耐高温磷化膜材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工业金属的磷化膜制备领域，尤其涉及一种用于热挤压金属毛坯及其半成品的耐高温的润滑磷化膜。需要通过磷酸盐溶液对金属毛坯进行表面处理，在金属毛坯获得一层能耐高温的磷酸亚铁锂膜，提高热挤高模具寿命和金属毛坯表面质量。
【背景技术】
[0002]磷化技术是用磷化液药剂对金属进行表面处理，在其表面生成一层均匀、细密、耐腐蚀的磷化膜的过程，原理上属化学转化膜处理，所以有时也把磷化称之为化学转化膜处理。磷化处理在工业上应用非常广泛，主要用作防锈、润滑及涂装前处理。目前，通过磷化液求量很大。二十世纪初期由于工具钢和金属表面磷化技术的发明，实现了黑色金属的对金属表面进行处理的应用非常广泛，其中对金属表面进行磷化用于挤压行业的需挤压，黑色金属的挤压首先应用于军工，最典型的产品是子弹壳，二十世纪五十年代黑色金属的挤压开始应用于民用，目前在汽车零部件制造领域得到广泛的应用。在工件表面形成磷酸盐薄膜的工艺作为实现黑色金属的挤压的关键技术得到了很好的应用。
[0003]对于适应于黑色金属挤压的磷化液，要求通过磷化液磷化，在工件表面形成磷酸盐薄膜，这种膜层相当软、耐热、呈多孔状，对润滑剂具有很强的吸附作用，并有一定塑性，能随工件一起塑性变形。因此，磷化层的作用是模具与工件之间的隔离垫层，减少了表面摩擦，提高了模具寿命。对于适应于黑色金属挤压的磷化液，要求通过磷化液磷化，在工件表面形成磷酸盐薄膜，薄膜厚度一般为10-15 μπι，摩擦系数为0.05左右。但是由于通过传统的磷化液制备的磷化层通常适用于冷挤压当工作温度高于200°摄氏度时磷化层通常开始分解。对于金属热挤压，一般温度高于金属再结晶温度，如钢的热挤压一般在1000°摄氏度左右，这时磷化层遭到破坏，在挤压过程中不能得到满意的润滑，极大降低了模具的寿命。
[0004]因此，基于上述目的，本发明提供的一种在金属毛坯及其半成品上形成耐高温的润滑磷化膜，该磷化膜能在金属再结晶温度以上成分稳定。需要通过铁系磷化物溶液对黑色金属毛坯进行表面处理，获得一层能耐高温的纳米磷化润滑膜，在挤压过程中该磷化膜附着工件能力强，能够大大提高模具寿命，具有十分重要的工业应用价值。
[0005]与本发明相关的还有如下文献。
[0006][I]李霞，马希骋，李士同等.碳纳米管的化学镀Au研究[J].材料科学与工程学报.2004，22 (I):48-51
[2]汪泉发，黎燕.金属磷化处理进展[J].云南化业.1994，(I):13-17.[3]余取民.环保型耐腐蚀铁系磷化液的研究[J].材料保护.2004(07):20-22
[4]肖先举，唐学红.金属磷化处理技术[J].科技经济市场.2007(9):36-41。
【发明内容】
[0007]本发明专利的目的是:针对热挤压磷化层易分解的问题，发明一种能耐高温，易附着，润滑效果好的铁系磷化膜。本铁系磷化液是一种环保无毒耐高温铁系磷化液，磷化处理速度快，沉渣极少。
[0008]本发明专利的技术方案是:本发明是一种适应于热挤压工艺的坯料表面处理液配方，如下:
本发明是适应于金属热挤压的磷化亚铁锂混合物，本发明采用利用化学还原法制备磷酸亚铁锂的磷化膜材料，采用45钢为基体，以Fe203、Li0H -H2O ; (NH4) 2ΗΡ04;碳源为原料。其质量配比为:(159.68):(65.88):(115.03):(254.11):(12)，发生反应如下:
L1H.H20=Li0H+H20 (at50-150°C )
(NH4) 2HP04=2 (NH) 3+H3P04 (atl50-210°C )
Li0H+H3P04=LiH2P04+H20 (atl50-210°C )
2LiH2P04+Fe203+C= 2LiFeP04+2H20+C0 (at480_900°C )
本发明产生的磷酸亚铁锂的熔点高达1520-1564° C，能适应于黑色金属温挤压。LiH2PO4熔点高，具有疏水性，这层膜保护了铁，提高了其抗氧化耐腐蚀能力。
[0009]可大大提高漆膜附着力和抗弯曲变形、耐冲击等性能。
[0010]本发明所述的用于黑色金属毛坯热挤压的表面处理的方法:
第一步:将下料后的毛坯进行球化退火处理，加热温度应低于该材料再结晶温度50以下保温3-4小时；
第二步:通过喷丸机将毛坯进行喷丸处理15Min，去掉毛坯表面细小的毛刺，强化表面质量；
第三步:进行酸洗，采用2%的硫酸溶液进行酸洗；
第四步:将干燥后的L1H.Η20、(NH4)2HPO4连同称量好的三氧化二铁及碳一起放入，用玻璃棒充分搅匀后放入箱式电阻炉中，从室温20° C缓慢升温，待电阻炉升到500-800° C时保温30min，待冷却后取出即可得到灰色块状物，即为磷酸亚铁锂固体，将所得到的块状物取出放入到研钵中，细细研磨直至得到细沙状的粉末。将得到的粉末状固体通过筛网筛成均匀的粉末备用。在最终得到的均匀粉末中倒入磷酸并均匀搅拌获得磷化液。
[0011]第四步:将待处理的毛坯件完全浸入该溶液15分钟，磷化温度为30° C，毛坯可获得一种深灰色的磷化膜。
[0012]第五步:进行加热除氢工艺，减少氢脆的危害。
[0013]第六步:进行皂化工艺，进一步增强挤压坯料与模具之间润滑。
[0014]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
(O适用于黑色金属热挤压:获得的磷化层成分为复合磷酸亚铁混合物，一般在1500° C以上才分解，能够耐高温不分解，满足了黑色金属温挤压的要求。
[0015](2)很好的耐腐蚀性。
[0016](3)在处理和应用过程中具有长期的稳定性
(4)磷化时间短、效果好:对润滑剂具有很强的吸附作用，并有一定塑性，磷化时间短、效果好。
【附图说明】
[0017]图1为金属试样磷化后的金相组织图。
【具体实施方式】
[0018]下面给出本发明的最佳实施例:
将下料后的毛坯进行球化退火处理，加热温度应低于该材料再结晶温度50以下保温3-4小时；通过喷丸机将毛坯进行喷丸处理15Min，去掉毛坯表面细小的毛刺，强化表面质量；进行酸洗，采用2%的硫酸溶液进行酸洗。按照发明给出化学成分比例，包括Fe203、L1H.H2O ; (NH4)2HPO4;碳源，其质量配比为:(159.68):(65.88):(115.03):(254.11):
(12)。将干燥后的Li0H*H20、(NH4)2HPO4连同称量好的三氧化二铁及碳一起放入，用玻璃棒充分搅匀后放入箱式电阻炉中，从室温20° C缓慢升温，待电阻炉升到500-800° C时保温30min，待冷却后取出即可得到灰色块状物，即为磷酸亚铁锂固体。配置一种适应于黑色金属高挤压的表面处理液:将所得到的磷酸亚铁锂块状物取出放入到研钵中，细细研磨直至得到细沙状的粉末。将磷酸亚铁锂粉末与磷酸按其质量配比为1:2的磷化溶液，将待处理的毛坯件放入该磷化溶液，毛坯可获得一种深灰色的磷化膜。最后对毛坯进行加热除氢工艺，减少氢脆的危害。进行皂化工艺，进一步增强挤压坯料与模具之间润滑。
【主权项】
1.一种金属用磷化亚铁锂耐高温磷化膜材料的制备方法，其特征是利用化学还原法制备磷酸亚铁锂的磷化膜材料，采用45钢为基体，以Fe203、L1H.H2O ; (NH4) 2即04;碳源为原料，按质量进行配比，通过反应生成磷酸亚铁锂，在获得磷酸亚铁锂均匀粉末中倒入磷酸并均匀搅拌获得磷化液，坯料再经过喷丸、酸洗、上述溶液磷化、除氢和皂化，即获得具有复合磷酸亚铁锂混合物表面薄膜的金属热挤压坯料； Ca)制备适合金属热挤压表面磷化膜的磷酸亚铁锂各成分配比:包括Fe203、Li0H -H2O ;(NH4)2HPO4;碳源，其质量配比为:(159.68):(65.88):(115.03):(254.11):(12)，最终获得磷酸亚铁锂块状物； (b)将磷酸亚铁锂块状物制成均匀粉末备用，将磷酸亚铁锂粉末与磷酸按其质量配比为1:2的磷化溶液，将待处理的毛坯件放入该磷化溶液，毛坯可获得一种深灰色的磷化膜，对毛坯进行加热除氢工艺，减少氢脆的危害，进行皂化工艺，进一步增强挤压坯料与模具之间润滑； (c)本发明生成的附着在基体表面的磷酸亚铁锂盐是一层盐薄膜，该成分能耐1500° C的高温，能适应于金属热挤压。2.根据权利要求1所述的一种金属用磷化亚铁锂耐高温磷化膜材料的制备方法，其特征是成本低廉、工艺操作简便:采用的原材料均为基本化工产品，价格低廉，满足大规模工业应用使用要求，同时在不进行大的工艺改动条件下，可以使用传统的磷化皂化工艺装备，操作简便可靠。3.根据权利要求1所述的一种金属用磷化亚铁锂耐高温磷化膜材料的制备方法，其特征是:坯料采用磷酸亚铁锂覆膜后，膜层软、耐高温、呈多孔状，对润滑剂具有很强的吸附作用，并有一定塑性，磷化时间短、效果好。
【专利摘要】一种金属用耐高温的磷化亚铁锂耐高温磷化膜材料的制备方法，属于金属表面处理技术领域，本发明通过以下步骤获得。首先选择金属基体，并对金属表面进行清洁处理，按照发明给出化学成分，质量配比为：（159.68）：（65.88）：（115.03）：（254.11）：（12）。将上述物质放入坩埚，用玻璃棒充分搅匀后放入箱式电阻炉中，从室温20°C缓慢升温，待电阻炉升到500-800°C时保温30min，获得磷酸亚铁锂固体。将所得到的磷酸亚铁锂粉末与磷酸按其质量配比为1:2的磷化溶液，将待处理的毛坯件放入该磷化溶液，毛坯可获得一种深灰色的磷化膜。最后对毛坯进行加热除氢工艺，减少氢脆的危害。进行皂化工艺，进一步增强挤压坯料与模具之间润滑。
【IPC分类】C23C22/07
【公开号】CN105063589
【申请号】CN201510525203
【发明人】徐淑波, 任国成, 范小红, 林晓娟
【申请人】山东建筑大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月25日