Zn2Ca 系 磷 化 处 理 在 线 材 冷 挤 压 工 艺 中 的 应 用庄 季 熙 陈 杰 张 大 明(沈 阳 帕 卡 濑 精 有 限 总 公 司 110044)摘 要 线 材 在 冷 挤 压 过 程 中 ,由 于 表 面 温 度 过 高 而 破 坏 了 润 滑 层 ,润 滑 性 能 的 降 低 增 加 了 模 具 损 耗 。 通 过对 Zn - Ca 系 磷 酸 盐 润 滑 膜 的 研 究 及 相 应 产 品 的 开 发 ,提 高 了 Zn2Ca 系 磷 酸 盐 润 滑 膜 的 耐 热 性 ,可 大 大 提 高 润 滑 性 ,进 而 延 长 模 具 的 使 用 寿 命 。关 键 词 磷 化 润 滑 膜 耐 热 性Zn2Ca Phosphate Treatment Technology for Cold Extruding Quality WireZhuang Jixi Chen Jie Zhang Daming( Shenyang Parkerizing Co. , Ltd. 110044)Abstract In wire cold extruding process ,because the surface temperature is overhigh ,the lubricating film is destroyed and the lu2bricating property is reduced ,which increase the wear and tear of die. The heat2resisting and lubricating properties of Zn2Ca phos2phate film can be improved and the service life of die can be prolonged by analyzing Zn2Ca phosphate lubricating film and develop2ing relative product.Keywords phosphate treatment ; lubricating film ; heat2resisting property冷 挤 压 技 术 应 用 于 线 材 的 精 加 工 制 造 时 ,变 形量 和 变 形 速 度 都 不 断 加 大 ,使 材 料 温 度 达 到 300350 ,磷 酸 锌 膜 因 其 耐 热 性 差 ,降 低 了 模 具 的 使 用寿 命 ,难 以 满 足 要 求 。1 磷 化 膜 的 种 类 及 组 成(1)磷 酸 锌 薄 膜Fe + 2H3PO4 Fe (H2PO4) 2 + H2 (1)3Zn (H2PO4) 2 Zn3 (PO4) 2 + 4H3PO4 (2)(2)磷 酸 铁 锌 薄 膜Fe + 2H3PO4 Fe (H2PO4) 2 + H2 (3)2Zn(H2PO4) 2 + Fe(H2PO4) 2 Zn2Fe(PO4) 2 + 4H3PO4 (4)(3)磷 酸 锌 钙 薄 膜Fe + 2H3PO4 Fe (H2PO4) 2 + H2 (5)2Zn ( H2PO4 ) 2 + Ca ( H2PO4 ) 2 Zn2Ca ( PO4 ) 2 +4H3PO4 (6)目 前 广 泛 用 于 冷 挤 压 生 产 的 是 磷 酸 锌 薄 膜 。2 锌 钙 系 薄 膜 的 特 点2. 1 溶 液 中 Ca/ Zn 值 与 膜 重 之 间 的 关 系Ca/ Zn 值 与 膜 重 的 关 系 如 图 1 所 示 ,由 图 1 可见 ,Ca/ Zn 值 0. 5 时 ,膜 重 下 降 很 快 ,甚 至 低 于 锌系 溶 液 条 件 下 的 膜 重 (10 g/ m2) 。 随 Ca/ Zn 值 的 增大 ,Zn2Ca 膜 的 比 例 不 断 增 加 ,当 Ca/ Zn 值 达 到 1. 0时 ,润 滑 膜 完 全 变 为 Zn2Ca 膜 。图 1 膜 重 与 Ca/ Zn 值 的 关 系2. 2 溶 液 中 Ca/ Zn 值 与 皂 层 膜 重 之 间 的 关 系溶 液 中 Ca/ Zn 值 与 皂 层 膜 重 之 间 的 关 系 见 图2。 如 图 2 所 示 ,随 Ca/ Zn 值 的 增 大 ,皂 层 膜 重 显 著下 降 , 当 Ca/ Zn 值 超 过 0. 8 时 , 皂 层 膜 重 低 于1. 0 g/ m2 ,工 艺 要 求 皂 层 膜 重 大 于 1. 0 g/ m2 ,为 此 ,大批 量 生 产 必 须 将 Ca/ Zn 值 控 制 在 0. 5 以 下 。2. 3 冷 挤 压 过 程 中 磷 化 膜 的 变 化通 过 高 温 天 平 和 差 热 分 析 法 测 试 。 Zn 系 ,第 25卷 第 5期 金 属 制 品 1999 年 1 0 月Vol125 No15 Steel Wire Products October 1999图 2 皂 层 膜 重 与 Ca/ Zn 值 的 关 系Zn2Ca系 膜 在 不 同 温 度 下 的 变 化 情 况 如 下 。锌 系 润 滑 膜 的 变 化温 度 / 化 学 式 120 130 Zn3 (PO4) 2 4H2O Zn3 (PO4) 2 2H2O200 210 Zn3 (PO4) 2 2H2O Zn3 (PO4) 2 H2O280 290 Zn3 (PO4) 2 H2O Zn3 (PO4) 2锌 钙 系 润 滑 膜 的 变 化温 度 / 化 学 式 165 Zn2 Ca (PO4) 2 2H2O Zn2 Ca (PO4) 2 H2O413 Zn2 Ca (PO4) 2 H2O Zn2 Ca (PO4) 2Zn 系 薄 膜 在 120 130 ,结 晶 水 由 4H2O 2H2O ,到 280 290 就 失 去 全 部 结 晶 水 。 Zn2Ca 系薄 膜 在 165 失 去 1 个 结 晶 水 ,413 时 全 部 失 水 ,相 比 之 下 Zn2Ca 系 薄 膜 具 有 较 高 的 脱 水 温 度 ,使 薄膜 保 持 一 定 韧 性 。如 图 3 所 示 冷 挤 压 变 形 后 线 材 温 度 可 达 到280 ,可 看 出 Zn 系 膜 的 结 晶 被 破 坏 而 失 去 润 滑 能力 ,Zn2Ca 系 膜 则 能 抵 抗 破 坏 。图 3 工 件 温 度 与 变 形 速 度 的 关 系2. 4 润 滑 膜 的 耐 热 性图 4 显 示 润 滑 膜 膜 重 与 温 度 的 变 化 关 系 ,在300 下 保 持 30 min ,随 温 度 升 高 ,Zn2Ca 系 膜 重 的 下降 幅 度 比 Zn 系 小 ,这 是 由 于 结 晶 水 存 在 于 不 同 的 结晶 结 构 中 造 成 的 。图 4 润 滑 膜 失 重 与 工 件 温 度 的 关 系3 润 滑 膜 的 性 能3. 1 附 着 力 的 测 试通 过 多 级 挤 压 工 艺 来 研 究 润 滑 膜 的 附 着 力 。 材料 : “22 mm AISI 1045。 工 艺 流 程 :22. 00 19. 90 18. 35 16. 92 15. 60 14. 38 13. 26 12. 23 11. 27 10. 30 9. 58 mm图 5 所 示 为 膜 重 与 Ca/ Zn 值 的 变 化 关 系 。 变 形后 Zn2Ca 系 膜 重 的 减 少 量 (反 映 附 着 力 ) 比 Zn 系 的少 。 比 较 经 过 10 次 变 形 后 (减 面 率 81 %) 薄 膜 的 残留 量 ,Zn/ Ca 系 润 滑 膜 高 于 Zn 系 润 滑 膜 ,这 是 由 于提 高 Ca/ Zn 值 增 强 了 润 滑 膜 的 耐 热 性 和 附 着 力 。图 5 膜 重 变 化 量 与 Ca/ Zn 值 的 关 系3. 2 润 滑 膜 的 润 滑 性 能润 滑 膜 的 润 滑 性 能 是 通 过 Bowden 摩 擦 试 验 进行 测 试 的 ,结 果 见 图 6。 在 Ca/ Zn 值 0. 5 这 点 变 形 前后 摩 擦 系 数 都 最 低 ,当 Ca/ Zn 值 超 过 0. 5 时 ,摩 擦 系数 也 随 之 增 大 ,这 种 现 象 是 由 于 Zn2Ca 系 润 滑 膜 的膜 重 和 耐 热 性 之 间 平 衡 关 系 造 成 的 ,随 着 Ca/ Zn 值的 增 大 ,一 方 面 耐 热 性 提 高 ,另 一 方 面 膜 重 则 下 降 。35 第 5 期 庄 季 熙 等 :Zn - Ca 系 磷 化 处 理 在 线 材 冷 挤 压 工 艺 中 的 应 用图 6 变 形 前 后 摩 擦 系 数 的 变 化4 PB - 3670X的 开 发通 过 对 Zn2Ca 系 润 滑 膜 的 膜 重 、 结 晶 结 构 、 耐 热性 以 及 摩 擦 系 数 等 方 面 研 究 得 出 结 论 ,Ca/ Zn 值 在0. 4 0. 5 之 间 比 较 理 想 。 我 公 司 开 发 的 Zn2Ca 系 磷化 剂 PB - 3670X与 Zn 系 产 品 进 行 了 比 较 ,结 果 见 表1、 表 2。表 1 磷 化 膜 与 金 属 皂 生 成 量润 滑 剂 Ca/ Zn 值 润 滑 剂 附 着 量 / (g m - 2)锌 系 0 8. 5 (5. 4)PB - 3670X 0. 2 8. 7 (4. 2)0. 5 6. 8 (3. 8)0. 7 6. 3 (2. 5)1. 0 5. 5 (1. 3)注 :括 号 内 为 金 属 皂 附 着 量 。表 2 不 同 润 滑 膜 的 工 具 磨 耗润 滑 剂 Ca/ Zn 值 润 滑 膜 附 着 量 / (g m - 2) 工 具 磨 耗 / m锌 系 00 19. 6 (5. 9)9. 5 (5. 5) 3993PB - 3670X 0. 20. 5 7. 8 (3. 4)7. 4 (2. 5) 9929注 :括 号 内 为 皂 膜 量 ;工 具 磨 耗 是 在 实 验 室 里 经 过 润 滑 处理 的 工 件 上 往 复 刻 划 5 000 次 得 到 的 损 耗 。在 实 际 生 产 中 ,采 用 PB - 3670X 系 列 润 滑 剂 ,模 具 寿 命 最 长 可 生 产 部 件 11. 8 万 个 ;而 锌 系 润 滑 剂最 长 寿 命 则 只 能 生 产 6. 5 万 个 。5 结 语要 提 高 生 产 效 率 ,降 低 生 产 成 本 ,必 须 增 强 加 工接 触 表 面 的 润 滑 能 力 。 PB - 3670X产 品 与 金 属 皂 结合 ,较 好 地 解 决 了 这 方 面 的 问 题 。(收 稿 日 期 :1999 - 06 - 28)作 者 简 介庄 季 熙 1968 年 6 月 生 ,沈 阳 帕 卡 濑 精 公 司 技 术 服 务 部 科长 。陈 杰 1957 年 10 月 生 ,工 程 师 ,沈 阳 帕 卡 濑 精 公 司 技 术 服务 部 部 长 。张 大 明 1973 年 12 月 生 ,沈 阳 帕 卡 濑 精 公 司 技 术 服 务 部 助理 工 程 师 。45 金 属 制 品 第 25 卷