汽车紧固件抛丸黑色磷化滚浸自动生产线工艺

1.问题提出

某汽配机械厂的汽车紧固件滚浸磷化龙门式 自动线采用线上酸洗+高温黑色锰系磷化工艺，运 行1年左右后发现原工艺存在几个问题:a.由于大量使用盐酸(该线每月消耗盐酸约3 t)，酸洗去除热 处理氧化皮时，酸雾气体太大，十分呛人，操作困 难。虽然线上设置有抽风系统(风量1 500 m3/h)， 但抽酸雾效果甚微;b.自动线上机器设备(程控元 件、电机等)腐蚀严重，停机、换件频繁，耽误生产，而且增加了设备维修费用;C.降低了工件的机 械强度，如30Cr、40 Cr等紧固件经盐酸酸洗吸氢 产生氢脆，工件在使用过程中有断裂的危险性;d.高温锰系磷化工艺存在诸多弊端(如能耗高、槽 液稳定性差、磷化膜挂灰严重且粗糙等)，目前除 了有特殊性能要求的工件以外，一般很少采用该工艺。

为解决上述问题，该厂采用分步工艺改进方 案。首先选用浸黑磷化工艺代替高温锰系磷化工 艺，在试用可行的情况下，再以抛丸除锈代替酸洗 除锈。经反复试用、改进，最终获得良好结果，解 决了困扰生产的难题。

2.抛丸

2.1机理与作用 

抛丸除锈过程在清理室内完成。在清理室门关闭状态下，工件被正旋转履带(转速为3.6r/min)带 动，弹丸以一定的线速度、呈扇形束均匀地打击基材 表面，从而达到除去氧化皮和细化表面的目的。

钢材表面受弹丸冲击作用后，晶粒细化，疲 劳强度、抗腐蚀能力较抛丸前分别提高约80%和 约1倍(检测抛丸紧固件耐盐雾腐蚀3.5 h不锈)。

2.2抛丸清理机

抛丸清理机由抛丸清理室、抛丸器、砂丸提升分离机构、除尘系统和电器控制系统等组成。

紧固件抛丸清理机可选用小型机，如QPLl000A 型(清理室尺寸为@600 mmX800 mm，装载量约200 kg)、Q326C型(装载量约150 kg)等。

2.3抛丸材料

2.3.1弹丸分类与作用

弹丸分为铸钢丸、铸钢砂和不锈钢丸等。铸钢 丸具有细化基材表面的作用，钢砂具有除去氧化皮 的作用，不锈钢丸则具有除去精磨表面氧化膜和调节抛丸效果的作用(使抛丸表面更白亮、更细化)。 当弹丸速率固定时，大弹丸用于打击除去大 面积的杂质，小弹丸用于除去小面积的杂质，以获得满意的表面清洁度。如果使用的弹丸过大，虽 然清除杂质效果好，但容易造成表面粗糙度过高;反之，弹丸过小，清除杂质效果不好。因此，应该 根据基材表面的杂质状况而选择合适的弹丸尺寸 等级。此外，弹丸材料质量的优劣既影响抛丸效 果，又与弹丸的消耗量有关:质量越优越耐用、消 耗量越少，反之则消耗多、成本高。某些表面加工 精度高(工件有精磨面)的汽车配件不允许使用铸 钢丸、和铸钢砂等，只能使用不锈钢丸以保证精磨 面的光洁度。

2.3.2弹丸混合比 为了获得满意的抛丸质量和提高抛丸效率，

通常将两种或两种以上的弹丸材料按一定比例混 合使用。紧固件抛丸可使用的几种混合弹丸如 下，紧固件厂家究竟采用哪种混合比的弹丸，需要 通过生产试验确定。

a.(铸钢丸SSl 10/SS0.3):(铸钢砂G40/GO.7): (铸钢砂G50/GO.5>=2:2:1。

b.(铸钢丸SSll0/SS0.3):(铸钢砂G40/GO.7): (铸钢砂G50/GO.5)=1:1:1。

c.(铸钢丸SSll0/SS0.3):(铸钢砂G50/GO.5)= 1:1。

d.(铸钢丸SSll0/SS0.3):(铸钢砂G50/GO.5): (不锈钢丸)=4:5:1。

2.3.3抛丸时间

一般抛丸时间越长，抛丸质量越好，磷化质量越优。但抛丸时间过长可能造成螺纹牙抛损过 度，同时增加生产成本。根据螺栓、螺母不同的磷 化质量要求，通常螺栓的抛丸时间为20—40 min， 螺母抛丸15~20 min，以抛净锈物为准。为缩短抛 丸时间，有的厂家采取先线外酸洗再抛丸，但酸洗 会带来污染。

2.4抛丸后处理 

2.4.1防锈

为了防止抛丸件在转运和顺牙过程中返锈， 抛丸件应使用水基防锈液或煤油+少量防锈油进 行防锈处理。

2.4.2顺牙

为了保证螺栓、螺母的装配性，抛丸的螺栓 (除小件的防松螺栓外)应顺牙后及时转入磷化工序。 

2.5抛丸的操作程序

a.在抛丸清理室内加入规定的混合弹丸(75~125 kg)。 b.将工件装入清理室内(油污严重的工件需预除油)，关闭清理室门。装载量按机器规定。 c.依次按下除尘、抛丸、提升和滚筒等按钮，此时抛丸机运转。观察工作电流是否正常，若工作 电流<12 A，表明弹丸量不足，应立即补加弹丸， 使电流达到12~15 A范围。事先设定抛丸时间，预定时间一到，自动停机。 d.卸件。停机后稍等片刻，打开清理室门，按下滚筒反转开关，自动卸料。 

2.6抛丸清理机的维护

a.如在工件抛丸时发现有强烈振动或噪声，应 立即停机并检查。

b.应该经常检查抛丸器易损件(包括分丸轮、 定向套、叶片、端护板、侧护板和顶护板等)的磨损 情况，当磨损至原厚度的1/5时要及时更换;同时 还要检查履带使用过程中的涨紧状况。

c.定期清除积尘箱中落入的尘埃。 2.7抛丸故障处理 2.7.1抛丸量下降，抛丸时间长

a.弹丸量不足:应补充弹丸。

b.弹丸过小:更换合适弹丸。

c.弹丸流量小:调节电磁阀门，增大弹丸流量; 若弹丸循环量不足，应加入弹丸。

d.输丸管被堵塞:清理堵塞物。

e.抛丸器故障:修理抛丸器。 2.7.2工件表面清洁度不一致

a.履带松动:涨紧履带。 b冯区动滚筒不转:修理驱动减速机。

c.工件太多:减少装载量。

3.浸黑

3.1作用 将经过抛丸处理的铁基材工件浸入浸黑液中

至规定时间，工件表面会形成均匀、疏松的黑膜， 作为磷化处理的底层，继而形成黑色复合磷化膜 (简称浸黑磷化)。浸黑磷化膜的构成为Fe/黑膜/磷化膜，该复合膜的耐蚀性更好。 

3.2工艺条件

3.2.1浸黑剂

浸黑剂可以购买或自行配制(由引黑剂、助溶 剂和固膜剂等组分配制)。浸黑剂无毒，应选择使 用方便、成膜快、溶液稳定、耗量少、成本低的浸黑 剂并通过生产验证使用效果。 3.2.2浸黑剂的质量浓度按规定配制工作液，控制pH值约为0.5。生 产过程中根据浸黑效果(速度快慢和黑度深浅) 调节溶液浓度。把握了调节方法，溶液稳定、使 用寿命延长，可以达到两个星期换一次槽。以该 线900L槽液为例，El处理工件约为5 t，El补加浸 黑剂7~8 L。

3.2.3浸黑时间 浸黑时间不能太短或过长，一般为2~5 min。

太短反应不完全，膜太薄且黑色浅;过长则膜疏 松、太厚，磷化膜易脱落。为了方便掌握滚筒内工 件的浸黑程度，可以在滚筒外系上相同工件，滚筒 出槽后，直接观察挂件的浸黑程度。

4磷化

4.1工艺流程

装筒一预脱脂(连续滚动6 min，2圈/min，下同，80°C)一脱脂(同前)一水洗1(连续滚动 1 min)一预处理(连续滚动6min)一水洗2(同水洗 1)一浸黑(间断滚动2 min，入槽浸15 s一滚45 s一浸15 s一滚45 s，常温)一水洗3(同水洗1)一表调 (连续滚动1 min)一磷化(静置浸泡12 min， 75°C)一水洗4(同水洗1)一热水洗5(同水洗1， 80°C)一油封(浸1 min，80°C)一卸件一空滚筒除 油(浸脱脂液2 min，80°C)一返回装桶工序(该线 有6个滚筒周转)。

注意:防松螺栓不允许油封，螺纹部位滚涂胶 后自干。

4.2工艺说明 

4.2.1滚筒装载量

滚筒装载工件约200 kg(有孔眼六角形不锈钢 滚筒长740 mm)，滚筒装满工件并压实，以减少工 件之间的滑动摩擦，避免后续的浸黑膜和磷化膜被擦伤、出现白点。

4.2.2滚筒的滚动方式

浸黑膜疏松、易脱落，为防止因滚动而擦伤， 规定浸黑采取间断滚动方式(工件人槽片刻不能 滚动)。而磷化则静置浸泡不滚动，曾一度进行间 断滚动，但在其他条件不变情况下，磷化膜厚度偏 薄，耐盐雾腐蚀60 h不合格，才取消滚动。 4.2.3预处理预处理的作用是活化抛丸表面，为浸黑处理 提供良好的基面。每天根据槽液El处理量补加1~2L预处理剂，两个星期换1次槽。

4.2.4表调

表调是磷化不可缺少的工序，其作用是加快 成膜速度、细化结晶、缩短磷化时间等。浸黑膜在 磷化前同样也需要进行表调，在细化磷化膜的同 时能防止浸黑残留液污染磷化液。控制胶体钛表 调液的pH值为8.9~9.5，每日补加0.5 kg表调剂，4 天换1次槽。

4.2.5中温锌系磷化

 a.酸度:TA(总酸度)为30~40点，FA(游离酸)为1—2点，根据酸度变化补充磷化剂。为了维 持酸度稳定，添加磷化剂时应分少量多次补充。

b.时间:控制时间/>10 rain，时间过短，不能完全覆盖浸黑膜，并且容易脱落。

c.采用间歇除渣法去除磷化沉渣:每Et生产结束后，将磷化液泵人高位沉淀槽，沉淀一夜;次日 上班前将净化液泵回工作槽。每个星期清槽1次。

d.抛丸至磷化的间隔时间:抛丸工件应在24 h 内磷化完毕。间隔时间过长，容易返锈;同时，间隔时间过长还导致螺母攻丝的润滑油易干涸，造成脱脂困难。

5注意事项

5.1提高磷化前处理质量

除严控抛丸质量外，保证脱脂质量也十分重要。虽然抛丸后的表面很干净，但经过顺牙处理后 会增加油污。另外，如果脱脂槽油污较重(脱脂槽 补料不足等原因)，导致脱脂不干净，工件表面的残 余油污就会被带入其他槽中;滚筒卸件后未除去残 余油污。滚筒表面油污靠其悬空2 min自由滴落至 回收槽中，显然在2 min内油污很难滴净。当滚筒 从卸件方向返回到装筒工序的运行过程中，滚筒表 面的残余油污继续滴落到其他槽中，成为常态污染 源。上述原因造成油污串槽污染严重，大大降低了 槽液的清洁度和稳定性，直接降低工件的除油质量，进而影响磷化效果。为此，采取如下措施。 a.加强槽液管理:编制槽液管理规程，根据槽 液日消耗量来估算El补加药剂量和更换周期(甚 至包括水槽的换水周期);保持脱脂槽的油一水分离器正常运转，最大限度地提高工件前处理质量。 b.排除油物的污染源:增加了对卸件滚筒进行 除油的工序，将原来的回油槽改为脱脂槽，彻底除 去滚筒携带的油污，减少卸件滚筒残留油污串槽现象。

 5.2优化磷化膜的防护性

a.在原热水洗槽中加入适量无机防锈剂，磷化件经热水洗后，形成一层薄防锈膜，再油封，形成复合防锈层，防锈效果更好。

b.优选防锈油:油封原来采用混合水基防锈处理(乳化油+防锈油+水)，该油膜无粘性，虽然能满 足客户要求，但防锈性略低于防锈油;现选择优质 防锈油，油膜较厚，防锈性更佳，与磷化膜匹配，大 幅度提高了黑色磷化膜的综合防锈性能。

6.应用效果

6.1磷化膜产品合格率高 

6.1.1外观

膜层黑色均匀结晶细致，无挂灰。

6.1.2性能

a.结合力牢固，无脱落现象

b.耐蚀性能尚好，原水基乳化油油封，耐中性盐雾试验48小时，现优质防锈油耐中性盐雾试验≥72 h， 达到汽车紧固件功能磷化的耐蚀性要求。

 6.2设备运行完好率提高

减轻了酸性气体对设备的腐蚀，设备故障少、 正常运行率高、使用寿命延长、维修费用降低。

6.3有利于环境保护

大大减少了酸性废水的排放量，杜绝了酸性 气体的挥发，降低了对周边环境的污染，改善了车间空气条件。