核電旋轉(zhuǎn)電機(jī)管路磷化處理技術(shù)研究

李戈

（華電電力科學(xué)研究院，杭州 310030）

核電旋轉(zhuǎn)電機(jī)管路磷化處理技術(shù)研究

李戈

（華電電力科學(xué)研究院，杭州 310030）

根據(jù)核電旋轉(zhuǎn)電機(jī)管路的防銹要求制訂了詳細(xì)的工藝流程，對(duì)實(shí)施過程中存在的過腐蝕、磷化膜不均以及磷化后返銹等問題進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出了酸洗液的最佳配比和最佳磷化劑，解決了磷化后返銹的難題，可為此類產(chǎn)品的磷化處理提供參考。

核電；酸洗；磷化；磷化膜；過腐蝕

0 引言

核電旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)行過程中，管路中的氫、油、水等運(yùn)行介質(zhì)要求管路的金屬材質(zhì)具有較高的耐腐蝕性和抗氧化性，因此有必要采取防銹、防腐處理。

磷化是一種化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)形成磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的過程，所形成的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜稱為磷化膜。磷化的主要目的是給基體金屬提供保護(hù)，在一定程度上防止金屬被腐蝕。因其具有設(shè)備簡單、操作方便、成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，在金屬產(chǎn)品制造中得到了廣泛的應(yīng)用。

核電產(chǎn)品的工藝要求較高，一般都要求進(jìn)行嚴(yán)格的磷化處理。核電產(chǎn)品的高安全性要求其表面狀態(tài)需要達(dá)到GB 8923—1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》規(guī)定的Sa2.5級(jí)或更高，而且對(duì)防腐層的元素種類和含量也有嚴(yán)格的規(guī)定。本文從核電旋轉(zhuǎn)電機(jī)管路酸洗和磷化兩個(gè)工藝的編制入手，給出了具體的酸洗、磷化工藝規(guī)程，詳細(xì)說明了酸洗液的最佳配比、磷化劑的選擇以及磷化后返銹等問題的解決辦法，并保證工藝實(shí)施的安全和環(huán)保。

1 酸洗和磷化工藝規(guī)程的制訂

1.1 酸洗工藝

酸洗除銹、除氧化皮是工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的方法。酸洗是利用酸腐蝕金屬氧化物產(chǎn)生氫氣的機(jī)械剝離作用，達(dá)到除銹和除氧化皮的目的。此類旋轉(zhuǎn)電機(jī)管路酸洗工藝的主要依據(jù)為JB／T 6978—1993《涂裝前表面準(zhǔn)備 酸洗》和《三門核電旋轉(zhuǎn)電機(jī)管路防銹技術(shù)》。酸洗流程包括酸洗前準(zhǔn)備、酸洗及酸洗后處理，酸洗后目視檢查應(yīng)無銹、無焊接鱗片殘留物等。

1.1.1 酸洗前準(zhǔn)備

首先，用有機(jī)試劑、堿性脫脂劑或表面活性劑等除去待酸洗鋼件表面附著的重油污、潤滑脂、加工液等污物，并按JB／Z 236—1985《鋼鐵件涂裝前除油程度檢驗(yàn)方法》進(jìn)行檢驗(yàn)。用手工、機(jī)械等方法除去待酸洗鋼件表面的重銹、厚氧化皮或有機(jī)涂層，以縮短酸洗時(shí)間。若不除去，會(huì)大大增加酸洗所需的時(shí)間，甚至?xí)捎诰植克嵯磿r(shí)間過長而造成其他部位過酸洗，最終導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。

1.1.2 酸洗

酸洗液由適當(dāng)比例的酸配制而成，一般采用鹽酸、硫酸、磷酸或混合酸。為防止過腐蝕和減輕氫脆現(xiàn)象，酸洗液中需加入一定量的緩蝕劑。為防止酸霧逸出，酸洗液中可加入一定量的酸霧抑制劑，有利于酸洗車間環(huán)境的改善。酸洗液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、酸洗溫度及酸洗時(shí)間由鋼鐵表面狀況而定，同時(shí)應(yīng)按照酸洗配方來調(diào)整工作溫度和酸洗時(shí)間。

1.1.3 酸洗后處理

為減少帶入沖洗槽中的酸量，鋼鐵件從酸洗槽中取出后可在酸洗槽上方短暫停留，直至滴去殘存的大部分酸液。經(jīng)酸洗后的鋼鐵件需用嚴(yán)格控制有害物質(zhì)含量的潔凈水在常溫下進(jìn)行清洗。水洗后的鋼鐵件還需立即按要求進(jìn)行中和、磷化或鈍化處理，并應(yīng)在所有處理結(jié)束后用防銹塑料密封容器密封，以防返銹。

1.1.4 槽液的管理

應(yīng)定期檢查酸洗槽液變化情況，其鐵離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得超過表1中的規(guī)定值；同時(shí)，為保證酸洗后鋼鐵件的清洗質(zhì)量，清洗槽中酸和鹽的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得超過0.2%。

1.1.5 酸洗后表面狀況

經(jīng)酸洗和酸洗后處理過的鋼鐵件表面狀況應(yīng)符合表2的要求。

表1 不同種類酸液的鐵離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求 %

表2 鋼鐵件酸洗后的表面狀態(tài)

1.2 磷化工藝

磷化是用含有磷酸二氫鹽的酸性溶液對(duì)金屬工件進(jìn)行處理，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后在工件表面生成一層穩(wěn)定的不溶性磷酸鹽膜層，稱為磷化膜。形成的磷化膜用作涂裝底層或防腐層，以增強(qiáng)漆膜和鋼鐵基體的附著力及耐蝕性，提高鋼鐵工件的涂裝質(zhì)量，起到一定的防腐作用。

1.2.1 磷化膜的特點(diǎn)

（1）在大氣條件下相對(duì)比較穩(wěn)定，耐腐蝕性較強(qiáng)（比氧化處理的耐蝕性高2～10倍）。通過重鉻酸鹽填充、浸油或涂漆處理，能進(jìn)一步提高其耐腐蝕性。

（2）具有微孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)油類、漆類有良好的吸附能力。

（3）對(duì)熔融金屬無附著力。（4）有較高的電絕緣性能。

（5）磷化膜厚度一般為10～20μm，因?yàn)榱谆ぴ谛纬蛇^程中伴隨有金屬的溶解，所以磷化處理不會(huì)影響金屬工件的整體尺寸。

1.2.2 磷化膜的分類

磷化膜有很多分類方式，按膜重的分類見表3。1.2.3 磷化處理的技術(shù)要求

1.2.3.1 前處理

酸洗后的管路不應(yīng)有目視可見的氧化物、銹蝕、油污及磨料，不應(yīng)有漏噴及過腐蝕現(xiàn)象，表面應(yīng)露出金屬本色。

1.2.3.2 磷化處理

磷化處理可采用浸漬的方法進(jìn)行。磷化處理是在以鋅、錳、鋅鈣、堿金屬、其他金屬或氨的磷酸二氫鹽為主要成分的溶液中進(jìn)行。對(duì)于有輕度油污或銹蝕的工件，一般采用脫脂、除銹、磷化和鈍化分步處理的方法，根據(jù)核電產(chǎn)品的技術(shù)要求可采用脫脂、除銹、磷化和鈍化多合一處理方法。所有接觸磷化液的設(shè)備（管道、噴頭、泵、槽體等）應(yīng)不影響磷化液性能且不能損害磷化膜質(zhì)量。

1.2.3.3 后處理

為了提高磷化膜的耐蝕性能，水洗后的管路可在鈍化液中進(jìn)行鈍化處理，但不得影響涂層附著力。磷化或鈍化后的管路應(yīng)進(jìn)行水洗，為了提高工件表面的清洗質(zhì)量，最好采用脫離子水做最終水洗。

為了防止工件表面被污染或返銹，干燥后應(yīng)盡快涂裝。磷化和涂裝間隔不得超過16 h，對(duì)特殊工件可適當(dāng)延長間隔時(shí)間，期間工件表面不得被污染或返銹。

1.2.3.4 磷化膜外觀

磷化后管路的顏色應(yīng)為淺灰色到灰黑色或彩色；膜層結(jié)晶應(yīng)致密、連續(xù)和均勻。磷化后的工件如存在焊縫處無磷化膜、輕微水跡、鈍化痕跡、擦白及掛灰現(xiàn)象，或者由于局部熱處理、焊接及表面加工狀態(tài)的不同而導(dǎo)致磷化膜顏色和結(jié)晶不均勻，均可視為允許缺陷。磷化后工件若出現(xiàn)銹蝕或綠斑，表面嚴(yán)重掛灰，無磷化膜（焊縫處除外）或磷化膜質(zhì)地疏松層，均視為不允許缺陷。

1.2.3.5 磷化膜的耐蝕性

將磷化管路試樣浸入3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的氯化鈉溶液中，在15～25℃溫度下保持1 h后取出，洗凈、吹干，目視檢查磷化膜表面是否出現(xiàn)銹蝕。

1.3 具體工藝流程

根據(jù)以上工藝流程的研究討論，考慮相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)主要求，制訂出具體的工藝流程。

（1）向管狀工件內(nèi)灌裝酸液和酸霧抑制劑，要求工作液必須浸漬到管狀工件內(nèi)壁所有部位。

（2）排放除油、除銹工作液。

表3 磷化膜的分類

（3）向管狀工件內(nèi)壁灌裝自來水，邊加水邊向工件內(nèi)加入中和液并充分?jǐn)嚢柚寥芙?，要求工作液必須浸漬到管狀工件內(nèi)壁所有部位。

（4）排放中和液，用空氣高壓槍將內(nèi)壁吹凈，主要目的是吹除沉渣。

（5）向管狀工件內(nèi)壁灌裝磷化液，要求工作液必須浸漬到管狀工件內(nèi)壁所有部位。

（6）排放磷化液，用空氣高壓槍將內(nèi)壁徹底吹干（這道工序十分重要）。

（7）對(duì)管狀工件全部露口處采取包堵等措施進(jìn)行封密。

2 工藝實(shí)施過程中存在的問題和解決方法

2.1 酸洗過程中的過腐蝕現(xiàn)象

由于碳鋼在潮濕環(huán)境條件下易被酸所腐蝕，因此，酸洗過程中要嚴(yán)格控制酸的用量和清洗時(shí)間，避免出現(xiàn)過洗現(xiàn)象。針對(duì)以上問題，筆者做了兩組優(yōu)化試驗(yàn)。

試驗(yàn)方法：將經(jīng)過除油處理的試樣浸漬在不同種類的酸洗液中，經(jīng)過一段時(shí)間后拿出來洗凈并檢查其表面殘存的鐵銹、氧化皮量以及是否存在過酸洗現(xiàn)象，從而對(duì)酸洗效果做出評(píng)定。同時(shí)，在酸洗液中加入適量緩蝕劑，減輕氫脆現(xiàn)象。為了保證酸洗過程的安全、環(huán)保，也可向酸洗液中加入酸霧抑制劑。

第1組試驗(yàn)：不同種類酸洗液的酸洗效果試驗(yàn)，目的是確定哪種酸的除銹效果相對(duì)較好。試驗(yàn)中，酸洗液種類、酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、工作溫度、酸洗時(shí)間、工作規(guī)范、所用緩蝕劑種類以及使用量見表4。

從表4可以看出，在酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相似、浸泡時(shí)間相同的常溫試驗(yàn)條件下，采取鹽酸+雙氧水的混合酸進(jìn)行酸洗除銹的效果最好，可以作為最佳酸洗溶液。

第2組試驗(yàn)：采用鹽酸+雙氧水混合酸進(jìn)行進(jìn)行酸洗時(shí)間相同、酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的酸洗試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 鹽酸+2%雙氧水酸洗試驗(yàn)結(jié)果

從以上兩組試驗(yàn)可以看出，30%的鹽酸+2%的雙氧水對(duì)鋼鐵工件的酸洗除銹效果最好，達(dá)到了相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求和目視檢查無銹、無焊接鱗片等殘留物的業(yè)主要求。最終確定的酸洗的方案是：采用成分及配比為30%鹽酸、2%雙氧水、0.1%六次甲基四胺的混合酸溶液，酸洗時(shí)間以12 h為宜。

2.2 磷化過程中的磷化膜好壞和返銹問題

磷化工藝的早期應(yīng)用是防銹，鋼鐵件經(jīng)磷化處理后形成一層致密、均勻的磷化膜，起到防銹作用。經(jīng)過磷化防銹處理的工件防銹期可達(dá)幾個(gè)月甚至幾年（對(duì)涂油工件而言），廣泛用于工序間、運(yùn)輸、包裝貯存及使用過程中的防銹。

一般情況下，形成致密、均勻磷化膜的要求較高。首先，磷化處理要求工件表面應(yīng)是潔凈的，金屬工件在磷化前必須進(jìn)行除油脂、銹蝕、氧化皮以及表面調(diào)整等預(yù)處理。表面調(diào)整是使金屬表面具備一定的“活性”，以獲得均勻、致密的磷化膜，達(dá)到提高漆膜附著力和耐腐蝕性的要求。另外，磷化液酸度、磷化溫度、磷化時(shí)間等也對(duì)膜的形成有很大影響。因此，選擇一種優(yōu)良性能的磷化劑至關(guān)重要。

針對(duì)以上分析，經(jīng)過仔細(xì)研究和查找，選擇一種集脫脂、除銹、磷化功能為一身的三合一重銹磷化劑BL-201，該產(chǎn)品可在鋼鐵工件表面形成一層結(jié)晶致密、均勻的磷酸鋅系膜，不僅使工件表面具有優(yōu)良的耐腐蝕性，而且可以增強(qiáng)后續(xù)涂裝膜層的附著力，對(duì)工件表面輕微的油污也有很好的去除作用。該產(chǎn)品可常溫使用，有效改善了工作環(huán)境，并對(duì)人體無害，對(duì)大氣無污染，對(duì)排放無影響。使用時(shí)將工件直接浸漬于原液中，直至金屬表面銹跡除盡并形成完整皮膜后取出，用高壓空氣槍將內(nèi)壁徹底吹干即可。

表4 不同種類酸洗液的酸洗試驗(yàn)結(jié)果（常溫25℃）

工藝處理過程中，可以采用水質(zhì)調(diào)節(jié)劑TS-300，用以取代磷化處理后的含鉻鈍化處理，同時(shí)可對(duì)不經(jīng)磷化處理的鋼鐵工件起到表面防銹的作用，以達(dá)到清洗、穩(wěn)定磷化膜、防止腐蝕發(fā)生的目的。

3 磷化處理工藝的安全與環(huán)保

3.1 處理前場地環(huán)境的優(yōu)化

若沒有專門的酸洗磷化車間，為保證酸洗、磷化工藝的順利進(jìn)行，可選擇生產(chǎn)車間的水壓室作為工藝操作場所，此處人員密度小、水源充足，可大大減少危險(xiǎn)發(fā)生的幾率，并為操作人員提供國家規(guī)定的個(gè)人穿戴勞動(dòng)保護(hù)用品。

3.2 處理過程中的安全與環(huán)保

酸洗工藝安全規(guī)程按GB 7692—1999《涂裝作業(yè)安全規(guī)程 涂裝前處理工藝安全及其通風(fēng)凈化》第8章的相關(guān)規(guī)定。采用密閉式浸漬型酸洗，作業(yè)場所布置在水壓室水池附近，內(nèi)浸型槽應(yīng)先注水，再注化學(xué)液，并布置覆蓋層或加入抑制劑。操作人員應(yīng)配備口罩、防毒面具、塑膠手套等防護(hù)工具。

3.3 廢液回收和排放處理

酸洗后的酸洗液仍有大量酸性物質(zhì)存在，腐蝕性很強(qiáng)，不能直接排至下水道，可采用大容積的聚乙烯塑料桶進(jìn)行回收，可重復(fù)利用。當(dāng)重復(fù)利用效果不佳時(shí)，收集后統(tǒng)一進(jìn)行中和、沉淀處理，并集中送至污水處理廠進(jìn)行處理排放。

磷化處理后的磷化液中含有磷成分，對(duì)水質(zhì)有害，應(yīng)經(jīng)過處理后進(jìn)行回收，并集中送去污水處理廠進(jìn)行處理后排放。

4 結(jié)論

核電旋轉(zhuǎn)電機(jī)管路的磷化防銹處理主要包括酸洗和磷化兩個(gè)重要過程。酸洗液的最佳配比為：30%鹽酸、2%雙氧水和0.1%六次甲基四胺，酸洗時(shí)間以12 h為宜。

經(jīng)過磷化處理的旋轉(zhuǎn)電機(jī)管路內(nèi)表面形成了一層致密、均勻的磷化膜，能夠起到很好的防銹作用，方便產(chǎn)品的運(yùn)輸，達(dá)到了產(chǎn)品相關(guān)的質(zhì)量要求。在磷化處理實(shí)施過程中，成功解決了磷化后返銹的問題，可為相關(guān)產(chǎn)品磷化工藝的制訂與實(shí)施提供參考。

［1］朱立，孫本良.鋼材的酸洗技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］GB／T 6807—2001鋼鐵工件涂裝前磷化處理技術(shù)條件［S］.

［3］JB／T 6978—1993涂裝前表面準(zhǔn)備酸洗［S］.

［4］GB 7692—1999涂裝作業(yè)安全規(guī)程 涂裝前處理工藝安全及其通風(fēng)凈化［S］.

［5］王國華.鍍鋅層表面磷化工藝研究［J］.表面技術(shù)，2009，38（6）：65-67.

［6］李立新.磷化工藝剖析和低溫化［J］.材料保護(hù)，1991，24（2）：18-21.

［7］王戈.鋼板磷化發(fā)黃原因的探討［J］.材料保護(hù)，2001，34（8）：58-59.

（本文責(zé)編：劉芳）

TG 178：TM 623

：A

：1674-1951（2015）02-0009-04

李戈（1985—），男，山東臨沂人，工程師，從事發(fā)電廠鍋爐清潔燃燒及金屬材料性能試驗(yàn)研究工作（E-mail：lige.007＠163.com

2014-08-18；

2014-11-29

）。