一种35CrMnSi钢用常低温化学转化液及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属表面改性技术领域，涉及一种35CrMnSi钢用常低温化学转化液及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展和进步，金属加工件日趋向高参数、轻量化及大型化发展，对钢材的性能提出越来越高的要求。35CrMnSi合金钢由于性能优异和经济效益显著，已成为国民经济建设和国防建设大量使用的重要金属材料，其产量约占钢铁总产量的10%。但合金钢耐蚀性和抗氧化性能低的缺陷限制了其应用。化学转化处理应用于工业领域己有百年历史，化学转化的主要目的之一就是给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀，提尚其防护性能。
[0003]现有技术中，为了达到好的化学转化效果多采用中高温化学转化处理，但是该处理方法具有能耗高、易产生大量沉渣等缺点。目前市场上出现了一些低温或室温化学转化液，虽然可克服上述缺点，但用这种化学转化液所制备的化学转化膜具有膜层薄、耐蚀性差、化学转化时间长、化学转化速度慢等缺点。尤其对于35CrMnSi中碳合金钢来说，合金元素(Cr、S1、Mn等)的存在及高表面含碳量均对化学转化有很不利的影响。低碳钢易化学转化且形成的化学转化膜致密均匀，但是随着含碳量的升高，化学转化速度变慢且形成的化学转化膜晶粒粗大、耐蚀性差。
[0004]目前，有文献(A.Kumar, S.K.Bhola, J.D.Majumdar, Microstructuralcharacterizat1n and surface properties of zinc phosphated medium carbon lowalloy steel)报道了 BS970633M31中碳低合金钢表面磷酸锌转化膜的制备，其转化温度为90。。。
[0005]专利CN 103469188Α公开了一种合金钢材料用磷化液及其磷化工艺。该合金钢材料的磷化工艺是通过水洗、除油脱脂、水洗、表面调整、磷化、水洗干燥得到磷化完成的合金钢材料。该磷化液中 Ζη (Η2Ρ04) 2为 70 ?90g/L，Ni (NO 3) 2为 7g/L，Zn (NO 3) 2为 80 ?100g/L，Mn(N03)2为20?30g/L ;同时调整该磷化液的游离酸为6?10，总酸度为55?70，温度为75?80°C。该发明提供的磷化液中含有镍金属离子，污染环境，同时也采用了温度为75?80 °C的中高温磷化工艺。
[0006]专利CN103924229A专利公开了一种分级结构磷酸锌化学转化膜的制备方法，包括步骤如下:配制化学转化基础溶液A:氧化锌20-28g/L，硝酸25-35ml/L，磷酸10_15ml/L，硝酸钙5-20g/L，柠檬酸18-22g/L ;向化学转化基础溶液中加铁粉，在室温条件下熟12-24h，配成熟化液A1 ;将不锈钢基体酸蚀、活化；把活化后的基体放入熟化液A1中，在65-75°C下，pH值为2.5-3.0，化学转化15_45min后，水冲洗，得到磷酸锌化学转化膜。该专利存在以下的缺点:该转化膜需要在中高温条件下才能形成，磷化液不稳定容易产生沉淀，该专利为在不锈钢基体上形成一层磷化锌转化膜，该膜具有分级结构，目的是利于生物应用，耐蚀性差，该专利针对的是具有钝化膜的医用不锈钢难以磷化的问题，不适合碳含量较高的合金。
【发明内容】
[0007]针对上述问题，本发明提供一种35CrMnSi钢用常低温化学转化液及其制备方法，无需加热即可使用，几乎不产生沉渣，且制备方法简单、易操作，适合工业化生产，同时能在基体表面快速形成一层磷酸锌转化膜，膜层致密均匀，耐蚀性良好。
[0008]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0009]一种35CrMnSi钢用常低温化学转化液，由以下重量百分比的物质混合反应得到:硝酸10?30%、磷酸5?15%、氧化锌15?25%、还原铁粉1?5%、复合促进剂5?10%，余量为水；所述的复合促进剂为柠檬酸和氯酸盐。(优选氯酸盐为氯酸钠或氯酸钾)
[0010]上述35CrMnSi钢用常低温化学转化液的制备方法，步骤如下:
[0011](1)将氧化锌溶解于硝酸和磷酸中；
[0012](2)然后加入复合促进剂溶解完全后加水；
[0013](3)将铁粉加入到步骤(2)得到的溶液中，熟化(优选6?14h)后将铁粉取出，并调节pH值为2.0?3.0，即得。
[0014]上述35CrMnSi钢用常低温化学转化液的使用方法是:将经金相砂纸打磨、酸洗、活化后的35CrMnSi钢基体在常低温(10?30°C )条件下浸入化学转化液中3?lOmin，然后进行充分水洗、烘干。
[0015]经过上述转化液处理后的35CrMnSi钢在制备汽车、军工用品和电器中的应用。
[0016]本发明产生的有益效果:
[0017]本发明的35CrMnSi钢用常低温化学转化液不含有毒成分，使用方法简单、易于操作，能耗和生产成本较低，能在基体表面形成一层由约2?5um片状磷酸锌晶体组成的均匀致密转化膜，耐蚀性良好。
[0018]现有技术中在制备磷酸锌转化膜时，一般都是使用硝酸钙作为促进剂，由于硝酸钙是一种中温(50-75°C)锌系磷化促进剂，在配制溶液时易产生沉淀，降低转化液的稳定性。针对这一问题本发明创造性地使用了氯酸盐(特别是氯酸钠)作为促进剂，不但促使转化温度降低，室温转化即可，而且制备的转化液比较稳定，发明人发现即使在本发明中使用硝酸钙也不会起到促进剂的作用。
[0019]35CrMnSi是一种中碳合金钢，合金元素(Cr、S1、Mn等)的存在及高表面含碳量均对化学转化有很不利的影响。低碳钢易化学转化且形成的化学转化膜致密均匀，但是随着含碳量的升高，化学转化速度变慢且形成的化学转化膜晶粒粗大、耐蚀性差。目前中碳合金钢都是采用中高温的磷化工艺，且会用到一些含有重金属离子的促进剂，污染大。而本发明提供了一种室温且不含污染离子的磷酸盐化学转化方案。
[0020]中高温磷化产生沉渣，是因为温度的升高会促进磷化液的成分磷酸二氢盐的大量水解，从而形成磷酸铁沉淀，即沉渣。而常低温磷化仅发生磷酸二氢盐的适量水解，且磷化液中添加了柠檬酸作为降渣剂，可与Fe3+形成可溶性的稳定络合物，减少残渣的生成。
[0021]本发明利用常低温、快速、无渣的化学转化液，在35CrMnSi钢表面制备一层耐蚀性良好的致密磷酸锌转化膜，不仅能有效改善其表面防护性能，扩展其在工业、