钢工件表面钝化处理的方法 本发明涉及的是一种化学溶液处理钢工件表面使其钝化的方法。
传统钝化处理的方法是对金属铝、锌、镁、镉进行表面处理,其目的是为达到对金属表面起保护和装饰功能。这种工艺根据加工件大小都相应配有厂房、起重设备、供水系统、专用工具和夹具、仓库及污水处理设备,而这些厂房、设备的投资少则上百万远,多则数千万元。
随着机械应用的普及,机械运转速度提高,负荷的增加,连续运转时间的延长,机械零件精度的提高,人们为适应机械工业的发展,解决机械零件长期连续运转过程中钢工件发生粘结,以对相对运动的机械零件中的一个改为异性材料如轴与轴套配合,轴套采用粉末冶金或铜来制作;对采用相同材料的钢工件之一采用对环境有污染的表面镀贵重金属或消耗大量能源的热处理(包括渗碳、渗氮)等来改变其中一个钢工件表面成分和性能,取得了丰硕的成果,近年来这方面又有了很大发展,研发了许多新工艺和新材料(包括复合材料)。但由于成本和对环境的影响的制约了有些成果的推广。为此人们对有些机械不得不对它初始应用时采用让机械空转或控制负荷运转,使机械零件相对运动有一良好地磨合期。尽管如此机械运转过程中机械零件发生粘结(抱死)情况娄见不鲜。如:发动机汽缸的曲轴与轴瓦发生抱死;汽缸长期使用后,汽缸与缸套之间发生粘结,不易折卸。钢热加工时其变形温度一般为1000-1250℃。其热加工工具对工件的变形力为几公斤-上万吨。由于热加工工具一般是都采用钢制作,而钢与被加工工件(除少数有色金属外)都属同类金属,所以在热加工过程中,工件时而发生“掉肉”被粘结到工具表面,粘结后的工具继续使用时,就会使工件成品表面造成凹坑、结疤等缺陷,严重时会使产品成为“树皮状”而无法使用。
在解决这一问题曾对工具表面作堆焊,工具表面强碱处理,工具自然锈蚀处理,工具中温氧化法处理等试验,但都受到某些条件限制。
申请发明人曾在《机械制造》85(2)介绍一种轧管机轧辊表面进行镀涂处理的方法,提出以多种铬酸盐及铬酐为侵蚀剂,再配合含硫,磷,氯,氟,溴离子的无机酸或无机酸盐组成的化合物作活化剂的水溶液,将工具浸渍于溶液中,使工具表面被侵蚀,吸附形成钝化膜。在热加工工具对工件进行热加工时,钝化膜即起到隔离作用,阻止同类金属在高温、高压下直接接触,从而部分解决了由工件”掉肉”而引起的工具粘钢问题,延长了工具使用寿命。
本发明首要的目的是提供一种采用这种侵蚀原理的方法,使经本发明处理过的工件表面沉积一层钝化膜,钝化膜在通风条件下对钢工件基体表面进行侵蚀,而这一被侵蚀的厚度必须得到控制。这一控制是要保证钢工件必须保证钢的原有性能、尺寸及表面光洁度,其表面又有足够的被侵触层--氧化铁层,具有氧化铁的性能,成为钢--氧化铁的复合材料。本发明的进一步目的是将经本发明工艺处理后的钢工件采用浸、涂的方法,使钢工件表面的氧化铁层内沿孔隙浸入润滑油、润滑脂抗磨节能剂,成为人们通常称谓的“含油类”钢工件。
本发明中使用的水处理溶液是铬的无机化合物为侵蚀剂。如重铬酸钾、铬酸钠等铬酸盐或铬酐等,在配合至少一种如硫、磷、氯、氟、溴等离子化合物,如果活化剂中不含铁元素,还可适当添加铁屑,水处理溶液以重量计的组份为:
1000份水;铬化物30-300份;活化剂30-300,必要时添加不超过10份的铁屑。
使用上述水处理溶液对钢工件进行钝化处理,是在常温下将水处理溶液采用刷涂的方法涂敷到钢工件的表面,使该表面沉积一层钝化膜。在通风条件下存放5-50天,即可获得既保持钢工件原有的钢的性能,其表面又有一层氧化铁特征的钢--氧化铁复合材料。
将本发明的方法处理钢工件之一热加工工具,其表面沉积一层钝化膜,钝化膜在通风条件下对工具表面进行侵蚀,产生多孔性的被侵蚀层--氧化铁层,达到一定厚度,此钝化膜与氧化铁层在1000-1250℃的热加工工具表面隔离同类金属直接接触,达到阻止同类金属在高温、高压下发生粘结,较好地解决工件表面的结疤、凹坑等缺陷,普遍提高了产品表面质量一个等级以上,减少停机修复工具的时间;氧化层硬度提高使热加工工具耐磨性提高,延长了工具使用寿命,提高了车间作业率。氧化铁层是多孔性的,具有良好的隔热作用,大大降低了热加工工具的温升,缓解热加工工具的热疲劳,大大减少热加工工具的“掉肉”情况。由于本发明采用刷涂方法对钢工件表面进行处理。可以对任何可见表面进行,这样可以原一般工艺无法处理的内表面进行处理,由于可实施局部处理,这样大大减少工作量和降低处理成本,基本不需要投资。
经本发明处理的钢工件之一的钢制机械零件,其表面沉积一层钝化膜,钝化膜在通风条件下对机械零件表面进行侵蚀,产生多孔性侵蚀层--氧化铁层,达到一定厚度后将其浸入或表面刷涂润滑剂,使其成为“含油类”机械零件,这样的机械零件可以在零件一开始使用时与相对运动的另一零件进入满负荷,高速、长时间连续运转,不再需要磨合期。另外经处理后的钢制机械零件表面的氧化铁层另一个相对运动的钢制零件,由氧化铁层作隔离层,可避免两机械零件发生粘结(抱死)。经本发明方法处理的机械零件可替代目前正大量使用贵重金属制造的部份零件和钢制机械零件采用有污染的钢表面镀贵重金属的工艺,如:将本发明应用来对轴的轴颈部位进行局部处理改变轴颈表面的成分和性能,使与之配套的粉末冶金零件、铜套、铜瓦等改为用钢来制造,减少有色金属的消耗以降低成本;将本发明应用对钢制汽缸套的外表面进行处理,在涂上润滑脂,装入汽缸,待要更换汽缸套时可轻易取出。
我们对经本发明方法处理后的钢工件情况进行了观察,发现如环境条件控制不好存放时间超过10天其表面色彩会出现异样,超过25天光洁度也会发生异样。
本工艺使用刷涂钝化液的方法进行表面处理,钝化液可全部使用完,对环境不造成污染。
以下介绍本发明上述内容的若干实例:
例1:
在常温下,将铬酸钠160克,氟酸氢钠70克,铁屑10克放入1000克水中,制成钝化处理液,将这水处理液涂到热加工工具表面,工具表面被侵蚀,吸附形成钝化膜,在通风条件下存放10天,即可将工具用来对金属进行热加工。
例2:
在常温下将重铬酸钾和氯化亚铁各100克溶液溶于1000克水中制成钝化液,涂到钢制轴的工作部分,在通风条件下存放17天涂上抗磨节能剂,装上钢制轴套或轴瓦,就可以使用。
例3:
在常温下,将铬酐300克,溴化钾30克溶于1000克水中,加上铁屑8克制成钝化液,将溶液涂到轴套内侧,在通风条件下存放25天后涂上润滑脂装上轴即可运转使用。
例4:在常温下,将铬酸钠250克,硫化钠50克,溶于1000克水中,加上铁屑7克制成钝化液,将这水处理液涂到钢制缸套外侧,在通风条件下存放5天后涂上润滑脂装入汽缸内。