许淑峰，程锐，朱麟杰(美钻能源科技(上海)有限公司，上海 200941)

0 引言

磷化(phosphorization)是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力。

1 测试部分

磷化的工艺为除油除锈——水清洗——表面调整活化——磷化——水清洗——铬酸盐处理——烘干。

同时，针对磷化列出了详细的技术参数，具体如表1 所示。

表1 磷化验收技术表

在对磷化的工件展开之前，我们先行在和工件同材质的试块上进行试验，试验通过后，再在工件上进行施工。

1.1 试块涂层测试

1.1.1 材料准备及涂层测试

根据本体的材质，选择在和本体同种材质并同炉热处理的QTC上切取规格分别为6×75×150、3×51×75 mm的试块。

1.1.2 磷化液准备

(1)磷化液配比：按照生产厂家的要求，将磷化液浓度配置到可接受范围，并用滴定的方法进行测试确认，滴定实验过程为，先取磷化溶液10 mL，再往里边滴定三滴酚酞指示剂，然后用0.1 N 氢氧化钠滴定直到颜色变红为止。

滴定完成后，读取氢氧化钠消耗量，看消耗量是否在范围内；

(2)磷化液加温：在磷化过程中，磷化液的温度十分关键，因此就必须对磷化液的温度进行准确把控，一般的磷化液加热方式为通过蒸汽进行换热，采取间断加热的方式，将磷化液的温度控制在74～85 °C 范围内。

1.1.3 表调液准备

表调效果的优劣，取决于表调液中活性钛的浓度，胶体颗粒浓度在每升溶液中几十至100 mg 范围中，均能够充分发挥钛盐的表调作用，在生产中一般采用目视法来检查表调液的状态，如果呈透明状白色乳浊液，则表示表调液属于正常。

1.1.4 磷化预处理

脱油方面，我们使用清洗剂进行脱油，除锈方面使用喷砂的方式进行，喷砂完成后，使用粗糙度仪对试块的表面进行粗糙度检测，以确认试块的表面粗糙度符合工艺规程要求(要求为Ra 1.5～3.5 µm)，测试结果为Ra1.8～2.9 µm。

1.1.5 表面活化

将试块放至表调液中，活化试块表面，以便磷化。

1.1.6 磷化

将试块整个放至磷化液中10～20 min。

1.1.7 烘干

考虑到试块在磷化出来后，试块温度较高，因此使用洁净空气将磷化完成的试块吹干即可。

1.1.8 磷化膜外观检测

试块磷化完成后，对试块的磷化层进行观察，查看试块是否有色差、污渍等不良缺陷。

1.1.9 磷化膜重量检测

为了检测磷化膜的致密性，我们按照ASTM B767[2]进行称重测试，称重要求的范围为1 000～3 000 mg/ ft2，测试后结果为1 764 mg/ ft2，符合要求。

1.1.10 磷化膜耐腐蚀检测

按照ASTM B117[1]对试块进行盐雾测试，将磷化完成的试块放至盐雾测试箱中进行盐雾测试，测试试块未上油膜，盐雾测试要求为放置在盐雾测试箱中1.5 h，生锈的面积不能大于15%。

测试后的试块表面无明显锈蚀，测试合格。

1.1.11 橡皮檫测试

使用橡皮擦用约一公斤压力在磷化膜表面进行擦拭10次。若橡皮擦被染色且磷化膜脱落露出基材本色，则表示磷化膜疏松不耐磨；若橡皮擦轻微染色或不染色且磷化膜完好无露底基材，则表示磷化膜致密耐磨。

经过橡皮檫测试，磷化膜无明显脱落，测试合格。

经过磷化膜外观、重量、橡皮檫测试及耐腐蚀实验，外观、膜重、橡皮檫测试及耐腐蚀实验结果均符合预期要求，磷化液满足项目要求。

1.2 产品试制及测试

在试块实验合格的基础上，我们把产品按照试块实验时的工艺流程进行磷化处理，整个工艺流程完全相同并严格控制，测量表面粗糙度为2.886 µm。

磷化池磷化液温度为80 ℃。随后是进行表调及磷化，磷化时将整个产品浸没在磷化池中，并在工件到达温度后在磷化池中磷化10～20 min，由于是产品，故需要考虑产品的吊装问题，我们使用车间常用的吊环进行吊装。

结果整个产品生产出来就发生了很大的问题，使用吊装螺栓的地方涂层无法磷化，同时，由于有死角，工件无法在正常的条件下完全正常浸泡，造成了没有浸泡处快速发生了锈蚀。

1.3 遇到的问题及应对措施

在工件进行涂层后，经过总结归纳，问题如下：

(1)工件存在死角，磷化液进不去，造成局部磷化失败，同时，由于已经打砂，工件处于酸性环境，所以非常容易锈蚀，而锈蚀在水下设备中是不允许存在的；

(2)生产吊装用的螺栓表面有镀锌涂层，在磷化的过程中，镀锌涂层首先与磷化液进行反应，并在反应区域稀释掉磷化液浓度，进而阻止了磷化液与工件的反应，最后造成了工件磷化失败的问题；

(3)工件表面的水渍，是由于工件表面积大、出水时间短，工件在出水时没有及时地清理掉表面的磷化污渍，使得污渍在工件表面停留，而水渍的存在会严重影响涂层的防腐性能。

针对以上问题采取了如下针对性措施：

(1)对于死角问题，在工件下水过程中，先对死角部分进行预磷化，使用压力枪对工件死角进行喷射，同时，在工件进磷化池的过程中，晃动工件及磷化池，以达到能够充分接触的目的；

(2)将吊装用螺栓进行喷砂，去除吊耳表面涂层，同时，针对吊装孔的磷化问题，采取二次磷化的方式，在磷化的途中，更换吊装孔，致使螺栓孔磷化能正常进行；

(3)针对磷化污渍问题，在工件出磷化池的过程中，采用多个喷砂枪，多角度对工件进行喷洗，同时，在工件出水的过程中，尽量缓慢出水，给工件出水过程中清洗污渍留有足够的时间；

(4)用于工件冲洗的清水，采用纯净水，以避免水中的矿物质对磷化膜造成二次污染，最大限度的避免工件表面出现水渍的问题。

在找出问题及准备了预防措施以后，我们接着就进行了改进后的再次磷化，整个工艺过程参数设置完全相同，在磷化工程中，采取了针对性的措施，比如增加扰动、慢出水、增加喷头等措施。

磷化完成后，表面均匀，无明显色差，同时，在用橡皮擦拭的时候，磷化层没有脱落。

在实际生产中，由于耐腐蚀实验及称重测试无法进行，只能对外观及橡皮檫测试来确认产品磷化膜的质量，经过现场目测及橡皮檫测试，产品外观均匀、完整，橡皮檫测试磷化膜无脱落，产品质量满足技术要求，同时，开辟了生产后续复杂零件完整的施工工艺，为保证产品质量奠定了坚实的基础。

2 结语

经过摸底测试，我们遇到了许多问题并针对性的采取了措施，归纳总结如表2 所示。

表2 涂层问题及应对措施表

在施工过程中，我们从小试块入手，通过一步步地确认，通过使用看似非常普通的手段，成功地解决了产品在施工中遇到的问题，针对水下产品特征，开拓出一套完成的施工工艺方案，为项目的开展奠定了坚实的基础。