高强度紧固件热处理前的除磷制程,你了解多少?

高强度紧固件在热处理前必须除磷,防止磷酸盐残留物影响热处理过程的性能。

磷化与冷成形过程中的磷酸盐层涂覆:

在钢的冷成形过程中,诸如紧固件、钢丝和管道等零件通常需要进行磷化及涂覆润滑剂。磷酸盐层充当润滑剂的载体,并且在工件与工具之间起屏障作用。

其原理基于磷酸盐层的形成,将其牢牢地固定在金属表面,并承载特殊的润滑剂作用。一方面结合载体层的附着力和分离效果,另一方面结合特殊润滑剂的分离和滑动性能,从而金属成形达致高品质,表面质量优异,辅助工具的使用寿命长,压制性能适中。

金属成形后,冷成形工件表面上会有一层“磷酸盐压制底纹”,由锌或磷酸锌钙镀层和润滑剂(如金属皂、聚合物、二硫化钼、石墨)构成。

除磷过程规避多种问题,碱性剥离制程为优选:

紧固件冷成形后进行热处理的过程,可能会受到磷酸盐压制底纹的影响,更容易出现开裂和晶间腐蚀。此外,在非氧化退火处理过程中,工件表面残留的磷酸盐也会导致磷扩散到边缘区域。导致工件更容易出现应力腐蚀开裂和增加失效的可能,特别对于高拉伸紧固件,如12.9级及更高级的紧固件。为了避免这些问题,残留的磷酸盐必须在热处理前除去。

根据DIN EN ISO 898-1的规定,碳钢和合金钢制紧固件不允许检测到丰富磷含量的白色区域。此外,大众汽车的 “VW 60250高强度螺栓”规定,强度等级在10.9及以上的螺栓必须在热处理前必须除磷。

磷酸盐压制底纹可以通过机械喷砂的方式或化学方法如酸或碱性剥离处理来去除。由于氢致脆性断裂的风险,通常禁止使用酸性制程,因此碱性剥离制程为优选。

高性能除磷制程——KeyKote 400:

热处理前有效去除磷酸盐层对于所生产工件的质量至关重要。现代化设备及质量水平的提高需要强而有效的除磷产品。麦德美乐思的KeyKote 400是一种经试产及测试的最新除磷产品。

最简单的碱性除磷体系以强碱(即氢氧化钠或氢氧化钾)与络合剂的混合物为基础。这些简单溶液的有效性会随着污染而迅速降低。很快地操作时间和溶液浓度也因此必须增加以获得均一的良好效果。而这些溶液往往容易产生泡沫,然后凝固并带进整个体系。因此,传统碱性清洁溶液也不能解决问题。由于润滑剂在槽中大量积聚,在冷却到 65 ℃ 以下的时候倾向于凝固或变成凝胶。

而使用KeyKote 400则不易产生这些不必要的效果,并且还能够提高除磷制程的质量。同时,KeyKote 400的另一个优势是可以应对积聚的润滑剂和金属皂而不会产生过多的泡沫。此外,这种碱性体系还能同步清洁组件。

计量泵可远程操控,改善制程控制:

除磷制程通常在滚筒浸入式设备、浸入旋转系统或阿基米德螺旋系统中操作,工作温度高于65 °C。设备类型很大程度上取决于所需的产出及工件的表面结构。采用滚筒浸入式设备,操作时间通常在10分钟以上,浸入旋转系统则需要3 – 6分钟(见表1),而螺旋系统的操作时间通常为3 – 10分钟。 浸入旋转系统非常高效,但需要高性能的除磷产品如KeyKote 400,可在短时间内除磷,泡沫少,对废水的影响小。

该化学浓缩液的添加量可以通过计量泵远程操作及控制。计量泵可以根据生产率、产品平均使用率和溶液浓度分析进行调整。这意味着,设备操作人员极少接触到化学浓缩液,从而提高了操作人员的安全,改善了制程控制。

浮油可以从溶液中除去。传统的浮油分离器经证实非常有效地把浮油清除,甚至更简单地把浮油回收器直接安装在处理槽也可以有效地除油。

KeyKote 400作为液体浓缩液的应用:

麦德美乐思供应的KeyKote 400作为一种液体浓缩剂,基于氢氧化钾和弱络合剂的特殊混合物,可在常用的湿化学废水处理设备中处理。取决于不同的要求,本产品与表面活性剂如KeyKote 501C(见表2)配套使用以增加乳化能力。

KeyKote 400在极低浓度下对油、脂肪和金属皂有极好的吸收能力,溶液寿命非常长。KeyKote 400还可避免金属皂润滑剂“污染”工作液在较低的温度下(停机时间内)凝固(胶凝)。KeyKote 400由于其特殊配方,非常适用于滚筒、浸入旋转式、甚至螺旋系统。

工作参数及系统设定取决于具体的设备及待除磷的工件

采用“蓝色测试”进行品质控制:

除磷溶液通常通过简单的酸/碱滴定法分析。金属皂和油污的比例可以通过“酸分解”反应来确定。除磷溶液样本与无机酸混合,反应后测量漂浮的油状物质并记录体积百分比。由此得出污染物的浓度。此外,可以分析锌和络合剂的浓度,并且按需要分别补添以延长浴液寿命。

除磷性能由所谓的“蓝色测试”进行比色测定。工件的清晰可见表面浸入化学溶液中,溶液与残留的磷酸盐反应形成蓝色。蓝色的强度与磷酸盐的存在量成正比(见下图)。

水洗溶液的控制也非常重要,因为带出的磷酸盐溶液含有磷,也会干燥在工件上,影响测试的准确性。