一种环保锆合金表面磷化工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种锆合金表面磷化工艺，该工艺采用的磷化液的组成为：磷酸二氢锌12-14g/L，氧化锌5-7g/L，磷酸二氢钙6-8g/L，氧化镁2-4g/L，磷酸35-45g/L，硫酸羟胺10-12g/L，碳酸钙3-5g/L，双氧水15-20ml/L，柠檬酸16-18g/L，柠檬酸钠6-8g/L，十二烷基磺酸钠6-8g/L，硫脲0.6-0.8g/L，余量为水，所述磷化工艺包括如下步骤：(1)预磨锆合金工件；(2)碱洗除油；(3)酸洗；(4)将经过上述工序处理后的锆合金工件浸入具有上述组成的磷化液中磷化处理，以磷酸或氨水调整pH值为2.0-3.0，控制温度为35-45℃，时间15-25分钟。
【专利说明】一种环保锆合金表面磷化工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及表面处理【技术领域】，尤其涉及一种环保锆合金表面磷化工艺。
【背景技术】
[0002]锆金属储量丰富，具有优异的抗腐蚀性能、膨胀系数小等优良性质，目前已经应用于核工业、电子工业、化学工业、珠宝以及军用等众多领域。并且其具有优异的抗辐照性、耐原子氧腐蚀、抗低温及交变温度影响特性成为一种潜在的、重要的空间材料。近年来各航天强国纷纷开展对航天材料的研究，极大地促进了锆合金在空间材料方面的研究和应用。在诸多有关锆及锆合金的研究领域中，关于锆及锆合金表面处理的研究尚属空白。锆是一种活泼的金属元素，易与空气中的氧发生反应，生成一层氧化膜，这会对金属材料表面的导电性和化学活性造成影响。有研究表明，锆的腐蚀通常分为两个阶段:腐蚀初期，表面生成一层致密的黑色氧化膜，腐蚀速率随时间变化越来越低；随后腐蚀速率突然增大，生成不具有保护性的白色氧化膜；另外该氧化膜具有很高的化学稳定性，不利于后续覆层与基体间的结合紧密。因此有必要对锆及锆合金进行适当的表面处理，提高其耐蚀性，改善耐磨性、可钎焊性等其它方面的性能。
[0003]现有技术中，化学转化处理以其工艺简单、覆层性能种类多样，受到广泛关注。化学转化处理是金属(包括镀层金属)表层原子与介质中的阴离子相互反应，在金属表面生成附着力良好的隔离层，该隔离层称为化学转化膜。化学转化膜具有装饰、润滑减摩、防腐蚀以及作为金属镀层底层的作用，它与基体材料结合力良好，并具有较好的绝缘性。按照膜的主要组成物，化学转化膜可分为:氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜、草酸盐膜等，其中磷酸盐膜(又称磷化膜)因其工艺简单成熟、性能良好受到广泛关注和应用，它具有良好的耐蚀性、耐磨性、高硬度，已在电子、阀门制造、机械、石油化工、汽车、航空航天等工业中得到广泛的应用。
[0004]利用传统的适用于钢铁材料的各种磷化工艺无法在锆及锆合金表面得到性能良好的磷化膜，或者得到的磷化膜厚度偏低，耐蚀性和耐磨性较差，这是由于锆及锆合金在大气环境下极易形成的氧化膜造成的。另外锆金属活性较强，易形成基体腐蚀及磷化膜结晶粗大的现象。因此，开发一种适用于锆及锆合金的磷化液及其磷化方法具有重要意义。
[0005]CN102560461A公开了一种锆及高合金锌锰复合磷化液及其磷化方法，但其技术方案中包含磷酸二氢锰或硝酸锰等含锰离子的盐、硝酸盐以及含有氟化物，由于环保意识的提高，使用这些物质将对环境治理造成负担。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提出一种环保锆合金表面磷化工艺，该工艺采用的磷化液的组份专门为锆合金设计，不含锰离子和硝酸根，环保性能好，可使锆合金表面形成一层致密的磷化膜，从而提高其耐腐蚀性。
[0007]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]一种锆合金表面磷化工艺，该工艺采用的磷化液的组成为:磷酸二氢锌12_14g/L，氧化锌5-7g/L，磷酸二氢钙6-8g/L，氧化镁2_4g/L，磷酸35_45g/L，硫酸羟胺10_12g/L，碳酸钙3-5g/L，双氧水15-20ml/L，柠檬酸16_18g/L，柠檬酸钠6_8g/L，十二烷基磺酸钠6-8g/L，硫脲0.6-0.8g/L，余量为水，所述磷化工艺包括如下步骤:
[0009](I)预磨锆合金工件；
[0010](2)以热碱液清洗，去除工件表面油污；
[0011](3)将工件放入氢氟酸与硝酸混合溶液中酸洗，时间20-30秒；其中，酸洗液组成如下:以水作为溶剂，每升酸洗液中含有:质量浓度68%的硝酸800ml，质量浓度40%的氢氟酸300ml ；
[0012](4)将经过上述工序处理后的锆合金工件浸入具有上述组成的磷化液中磷化处理，以磷酸或氨水调整pH值为2.0-3.0，控制温度为35-45°C，时间15-25分钟。
[0013]本发明取得的有益效果是:
[0014]I)本发明磷化液不含锰离子、硝酸盐、氟化物，因此对环境污染大幅减少，安全绿色环保。
[0015]2)采用本发明的磷化液，可在锆合金表面获得保护性良好、细致均匀的复合磷化膜。这种转化膜可以起到屏障作用，其稳定性、结合力、耐磨性俱佳。
[0016]3)本发明错合金磷化工艺易于控制,工艺稳定,成本低。
【具体实施方式】
[0017]实施例一
[0018]一种锆合金表面磷化工艺，该工艺采用的磷化液的组成为:磷酸二氢锌12g/L，氧化锌7g/L，磷酸二氢钙6g/L，氧化镁4g/L，磷酸35g/L，硫酸羟胺12g/L，碳酸钙3g/L，双氧水20ml/L，柠檬酸16g/L，柠檬酸钠8g/L，十二烷基磺酸钠6g/L，硫脲0.8g/L，余量为水，所述磷化工艺包括如下步骤:
[0019](I)预磨锆合金工件；
[0020](2)以热碱液清洗，去除工件表面油污；
[0021](3)将工件放入氢氟酸与硝酸混合溶液中酸洗，时间20秒；其中，酸洗液组成如下:以水作为溶剂，每升酸洗液中含有:质量浓度68%的硝酸800ml，质量浓度40%的氢氟酸 300ml ；
[0022](4)将经过上述工序处理后的锆合金工件浸入具有上述组成的磷化液中磷化处理，以磷酸或氨水调整pH值为2.0，控制温度为45°C，时间15分钟。
[0023]实施例二
[0024]一种锆合金表面磷化工艺，该工艺采用的磷化液的组成为:磷酸二氢锌14g/L，氧化锌5g/L,磷酸二氢韩8g/L,氧化镁2g/L,磷酸45g/L,硫酸轻胺10g/L,碳酸韩5g/L,双氧水15ml/L，柠檬酸18g/L，柠檬酸钠6g/L，十二烷基磺酸钠8g/L，硫脲0.6g/L，余量为水，所述磷化工艺包括如下步骤:
[0025](I)预磨锆合金工件；
[0026](2)以热碱液清洗，去除工件表面油污；
[0027](3)将工件放入氢氟酸与硝酸混合溶液中酸洗，时间30秒；其中，酸洗液组成如下:以水作为溶剂，每升酸洗液中含有:质量浓度68%的硝酸800ml，质量浓度40%的氢氟酸 300ml ；
[0028](4)将经过上述工序处理后的锆合金工件浸入具有上述组成的磷化液中磷化处理，以磷酸或氨水调整pH值为3.0，控制温度为35°C，时间25分钟。
[0029]实施例三
[0030]一种锆合金表面磷化工艺，该工艺采用的磷化液的组成为:磷酸二氢锌13g/L，氧化锌6g/L，磷酸二氢钙7g/L，氧化镁3g/L，磷酸40g/L，硫酸羟胺I lg/L，碳酸钙4g/L，双氧水18ml/L，柠檬酸17g/L，柠檬酸钠7g/L，十二烷基磺酸钠7g/L，硫脲0.7g/L，余量为水，所述磷化工艺包括如下步骤:
[0031](I)预磨锆合金工件；
[0032](2)以热碱液清洗，去除工件表面油污；
[0033](3)将工件放入氢氟酸与硝酸混合溶液中酸洗，时间25秒；其中，酸洗液组成如下:以水作为溶剂，每升酸洗液中含有:质量浓度68%的硝酸800ml，质量浓度40%的氢氟酸 300ml ；
[0034](4)将经过上述工序处理后的锆合金工件浸入具有上述组成的磷化液中磷化处理，以磷酸或氨水调整pH值为2.5，控制温度为40°C，时间20分钟。
【权利要求】
1.一种锆合金表面磷化工艺，其特征在于，该工艺采用的磷化液的组成为:磷酸二氢锌12-14g/L，氧化锌5-7g/L，磷酸二氢钙6_8g/L，氧化镁2_4g/L，磷酸35_45g/L，硫酸羟胺10-12g/L，碳酸钙3-5g/L，双氧水15-20ml/L，柠檬酸16_18g/L，柠檬酸钠6_8g/L，十二烷基磺酸钠6-8g/L，硫脲0.6-0.8g/L，余量为水，所述磷化工艺包括如下步骤: (1)预磨错合金工件； (2)以热碱液清洗，去除工件表面油污； (3)将工件放入氢氟酸与硝酸混合溶液中酸洗，时间20-30秒；其中，酸洗液组成如下:以水作为溶剂，每升酸洗液中含有:质量浓度68%的硝酸800ml，质量浓度40%的氢氟酸300ml ； (4)将经过上述工序处理后的锆合金工件浸入具有上述组成的磷化液中磷化处理，以磷酸或氨水调整PH值为2.0-3.0，控制温度为35-45°C，时间15-25分钟。
【文档编号】C23C22/22GK104250752SQ201310272393
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月28日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】潘增炎 申请人:无锡杨市表面处理科技有限公司