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摘 要：磷化技术在钢丝拉拔过程中被广泛使用，钢丝磷化具有很好的润滑作用对钢丝。本文主要对磷化膜的机理、性质、特性做了充分的论述。并对化学磷化与电化学磷化做了相应的比较。
关键词：钢丝；化学磷化；拉拔；电解磷化
钢丝表面的润滑涂层在钢丝拉拔时会起到很重要的作用，质量好的润滑涂层不仅可以减少拉拔时与拉丝模具摩擦系数，还能保证钢丝拉拔后钢丝表面的质量。特别是当钢丝在高速拉拔时，好的润滑载体是极为重要的，因为润滑涂层可以降低钢丝与模具之间产生的温度、减少模具的磨损、提高工作效率、提高钢丝的性能和减少钢丝表面刮伤。目前，多采用磷化工艺对钢丝表面进行拉拔前的预处理。磷化是钢丝基体与磷化液反应生成一层磷化膜，这种磷化膜是由一些微小的晶体组成具有一定的粗糙度[1]，可以为作为润滑涂层的载体，能大大提高润滑涂层的质量。所以，钢丝的拉拔磷化工艺越来越受到广大科研工作者的重视。
一、磷化膜的形成机理、特性与性质
（1）磷化膜的形成机理
当Fe与H+反应后会消耗该活性点微区的大量H+，由于电离的H+补给量小于该活性微区的消耗量，必将导致该活性点微区的PH升高。该活性微区周围的Mn2+、Ca2+、Zn2+、Fe2+与PO43+很容易达到不溶性磷酸盐的溶度积，生成带有四个结晶水磷酸盐晶体，并以此微区为中心不断向周围形成连续的晶体，最终在钢丝表面形成一层连续均匀的磷化膜。
（2）磷化膜的特性
磷化膜是由Me3（PO4）2·4H2O和Me2Fe（P04）2·4H2O组成。以锌系磷化液为例；Me 3（P04）2·4H2O和Me 2Fe（P04）2·4H2O分别为Zn3（P04）2·4H20和Zn2Fe（P04）2·4H20前者称为H相，后者称之为P相，H相为棒状晶体，继续磷化时层结构变为层状结构。H相在PH为8～10的条件下与皂液中的硬脂酸钠生成一层润滑性很好的硬脂酸锌；硬脂酸锌具有很好的吸附性、延展性、润滑性。P相是球状多孔性的晶体，结构比较疏松。不利于皂化反应，只利于对皂化液的吸附。在钢丝的磷化时我们需要较多H相的生成，因为它具有优异的延展性、吸附性、润滑性。经过皂化反应后可以使钢丝在拉拔时的摩擦系数降到0.1～0.2之间。P相在一般的钢丝磷化的过程中也会生成。为了满足塑性加工的钢丝拉拔，需要调整磷化条件降低P比值（H相与P相的比例称为磷化膜P比，其物理意义是磷化膜中P组分所占有的比率）。
（3）钢丝拉拔磷化膜的性质
磷化膜要满足钢丝拉拔时的条件；（1）在常温和拉拔时的高温条件下具有良好的化学稳定，还具有短期的耐蚀性。（2）磷酸盐晶体使钢丝表面具有一定的粗糙度，便于携带拉拔时所需的润滑剂。（3）磷化膜和润滑剂的配合使用可以降低摩擦，减少发热，提高钢丝的拉拔速度。（4）磷化膜具有一定的可塑性，在拉拔时能与钢丝一起延伸变形，还能改善钢丝和拉丝模具模壁的分离。（5）对防锈剂有很强的吸附性，与防锈油配合可以极大地增加耐蚀性。同时磷化膜的厚度也是生产工艺所需控制的一个重要指标。当磷化膜太薄时，在钢丝拉拔过程中磷化膜起不到吸附润滑剂的作用，钢丝容易被拉断，模具损耗也会增加；当磷化膜太厚时，在钢丝拉拔的过程中容易发生“叫模”现象，影响钢丝拉拔速度。
二、磷化工艺
在工业生产中，要根据钢丝直径与拉拔工艺来选择不同的磷化处理方式。对于直径5～19mm的半成品钢丝，可以选择浸渍磷化的方式；对于钢丝直径为1.5～2.5mm的半成品钢丝且后续加工使用的仪器是水箱式拉丝机，可以选择在线磷化的方式；对于钢丝直径为2.5～4.0mm的半成品钢丝且后续加工使用的仪器是直进式拉丝机，可以选择电解磷化的方式。
（1）浸渍磷化
浸渍磷化就是在含有磷酸、磷酸盐的溶液中用浸渍方法处理钢丝，使钢丝表面发生一系列化学反应，产生具有防腐性的磷酸盐薄膜。浸渍磷化一般都是采用中温（70±5℃）磷化，时间根据钢丝的直径与所需磷化膜的厚度進行调整，一般设置磷化时间为12分钟左右。
金属制品常规磷化工艺
浸渍磷化工艺流程为[2]：脱脂→水洗→酸洗→碱中和→水洗→磷化→水洗→热水处理→吹干→收线
（2）以在线热处理酸洗磷化工艺为例；
磷化工艺流程为：放线→热处理→钢丝淬火→水洗→酸洗→水洗→热水洗+表调→磷化→水洗→皂化→箱式烘干→收线
（3）电解磷化高碳钢丝工艺流程为例；
电解磷化工艺流程为：：放线→热处理→酸洗槽→水洗槽→碱洗槽→热水洗槽→稀酸洗槽→水洗槽→电解磷化槽→水洗槽→皂化→热风烘干→收线
三、化学磷化与电化学磷化的比较
电解磷化是通过给磷化液施加电流，在钢丝表面沉积形成磷化膜的反应过程。在施加电流的电解磷化槽中，钢丝作为阴极，使用一种不参与成膜的惰性导体作为阳极。电解磷化和化学磷化相比，具有如下优点：（1）磷化膜更均匀、完整；（2）磷化膜更致密、与钢丝基体结合更牢固；（3）磷化膜的单位质量控制更容易；（4）磷化时间比较短；（5）磷化渣产生少，比较环保。电解磷化相对于化学磷化，在生产工艺控制过程中，对磷化液成分与电流大小控制要求比较高，如果磷化液成分体系的平衡控制不精确，就会显著的影响磷化膜的质量。
磷化技术在钢丝拉拔过程被广泛应用，主要用于保护金属基体防止金属基体在拉拔过程中的损伤，提高金属拉拔的速度，降低钢丝与膜具发热的温度，使钢丝拉拔企业获得较大的收益。
参考文献
[1]张圣麟，陈华辉，李红玲，等.常温磷化处理技术的研究现状及展望[J].材料保护，2006，39（7）：42—47
[2]张士坤，董东，陆建丰，等.钢丝中温磷化生产工艺分析[J].现代冶金，2014，42（6）：22—28
[3]吴炳章，陈勇，马明刚，等.常温电解磷化工艺在高碳钢丝生产中的应用[J].金属制品，42（4）：26—28
作者简介
林宏超（1990.05今），男，汉族，贵州贵阳，硕士研究生，研究方向：金属磷化
（作者单位：贵州大学化学与化工学院）
关键词：钢丝；化学磷化；拉拔；电解磷化
钢丝表面的润滑涂层在钢丝拉拔时会起到很重要的作用，质量好的润滑涂层不仅可以减少拉拔时与拉丝模具摩擦系数，还能保证钢丝拉拔后钢丝表面的质量。特别是当钢丝在高速拉拔时，好的润滑载体是极为重要的，因为润滑涂层可以降低钢丝与模具之间产生的温度、减少模具的磨损、提高工作效率、提高钢丝的性能和减少钢丝表面刮伤。目前，多采用磷化工艺对钢丝表面进行拉拔前的预处理。磷化是钢丝基体与磷化液反应生成一层磷化膜，这种磷化膜是由一些微小的晶体组成具有一定的粗糙度[1]，可以为作为润滑涂层的载体，能大大提高润滑涂层的质量。所以，钢丝的拉拔磷化工艺越来越受到广大科研工作者的重视。
一、磷化膜的形成机理、特性与性质
（1）磷化膜的形成机理
当Fe与H+反应后会消耗该活性点微区的大量H+，由于电离的H+补给量小于该活性微区的消耗量，必将导致该活性点微区的PH升高。该活性微区周围的Mn2+、Ca2+、Zn2+、Fe2+与PO43+很容易达到不溶性磷酸盐的溶度积，生成带有四个结晶水磷酸盐晶体，并以此微区为中心不断向周围形成连续的晶体，最终在钢丝表面形成一层连续均匀的磷化膜。
（2）磷化膜的特性
磷化膜是由Me3（PO4）2·4H2O和Me2Fe（P04）2·4H2O组成。以锌系磷化液为例；Me 3（P04）2·4H2O和Me 2Fe（P04）2·4H2O分别为Zn3（P04）2·4H20和Zn2Fe（P04）2·4H20前者称为H相，后者称之为P相，H相为棒状晶体，继续磷化时层结构变为层状结构。H相在PH为8～10的条件下与皂液中的硬脂酸钠生成一层润滑性很好的硬脂酸锌；硬脂酸锌具有很好的吸附性、延展性、润滑性。P相是球状多孔性的晶体，结构比较疏松。不利于皂化反应，只利于对皂化液的吸附。在钢丝的磷化时我们需要较多H相的生成，因为它具有优异的延展性、吸附性、润滑性。经过皂化反应后可以使钢丝在拉拔时的摩擦系数降到0.1～0.2之间。P相在一般的钢丝磷化的过程中也会生成。为了满足塑性加工的钢丝拉拔，需要调整磷化条件降低P比值（H相与P相的比例称为磷化膜P比，其物理意义是磷化膜中P组分所占有的比率）。
（3）钢丝拉拔磷化膜的性质
磷化膜要满足钢丝拉拔时的条件；（1）在常温和拉拔时的高温条件下具有良好的化学稳定，还具有短期的耐蚀性。（2）磷酸盐晶体使钢丝表面具有一定的粗糙度，便于携带拉拔时所需的润滑剂。（3）磷化膜和润滑剂的配合使用可以降低摩擦，减少发热，提高钢丝的拉拔速度。（4）磷化膜具有一定的可塑性，在拉拔时能与钢丝一起延伸变形，还能改善钢丝和拉丝模具模壁的分离。（5）对防锈剂有很强的吸附性，与防锈油配合可以极大地增加耐蚀性。同时磷化膜的厚度也是生产工艺所需控制的一个重要指标。当磷化膜太薄时，在钢丝拉拔过程中磷化膜起不到吸附润滑剂的作用，钢丝容易被拉断，模具损耗也会增加；当磷化膜太厚时，在钢丝拉拔的过程中容易发生“叫模”现象，影响钢丝拉拔速度。
二、磷化工艺
在工业生产中，要根据钢丝直径与拉拔工艺来选择不同的磷化处理方式。对于直径5～19mm的半成品钢丝，可以选择浸渍磷化的方式；对于钢丝直径为1.5～2.5mm的半成品钢丝且后续加工使用的仪器是水箱式拉丝机，可以选择在线磷化的方式；对于钢丝直径为2.5～4.0mm的半成品钢丝且后续加工使用的仪器是直进式拉丝机，可以选择电解磷化的方式。
（1）浸渍磷化
浸渍磷化就是在含有磷酸、磷酸盐的溶液中用浸渍方法处理钢丝，使钢丝表面发生一系列化学反应，产生具有防腐性的磷酸盐薄膜。浸渍磷化一般都是采用中温（70±5℃）磷化，时间根据钢丝的直径与所需磷化膜的厚度進行调整，一般设置磷化时间为12分钟左右。
金属制品常规磷化工艺
浸渍磷化工艺流程为[2]：脱脂→水洗→酸洗→碱中和→水洗→磷化→水洗→热水处理→吹干→收线
（2）以在线热处理酸洗磷化工艺为例；
磷化工艺流程为：放线→热处理→钢丝淬火→水洗→酸洗→水洗→热水洗+表调→磷化→水洗→皂化→箱式烘干→收线
（3）电解磷化高碳钢丝工艺流程为例；
电解磷化工艺流程为：：放线→热处理→酸洗槽→水洗槽→碱洗槽→热水洗槽→稀酸洗槽→水洗槽→电解磷化槽→水洗槽→皂化→热风烘干→收线
三、化学磷化与电化学磷化的比较
电解磷化是通过给磷化液施加电流，在钢丝表面沉积形成磷化膜的反应过程。在施加电流的电解磷化槽中，钢丝作为阴极，使用一种不参与成膜的惰性导体作为阳极。电解磷化和化学磷化相比，具有如下优点：（1）磷化膜更均匀、完整；（2）磷化膜更致密、与钢丝基体结合更牢固；（3）磷化膜的单位质量控制更容易；（4）磷化时间比较短；（5）磷化渣产生少，比较环保。电解磷化相对于化学磷化，在生产工艺控制过程中，对磷化液成分与电流大小控制要求比较高，如果磷化液成分体系的平衡控制不精确，就会显著的影响磷化膜的质量。
磷化技术在钢丝拉拔过程被广泛应用，主要用于保护金属基体防止金属基体在拉拔过程中的损伤，提高金属拉拔的速度，降低钢丝与膜具发热的温度，使钢丝拉拔企业获得较大的收益。
参考文献
[1]张圣麟，陈华辉，李红玲，等.常温磷化处理技术的研究现状及展望[J].材料保护，2006，39（7）：42—47
[2]张士坤，董东，陆建丰，等.钢丝中温磷化生产工艺分析[J].现代冶金，2014，42（6）：22—28
[3]吴炳章，陈勇，马明刚，等.常温电解磷化工艺在高碳钢丝生产中的应用[J].金属制品，42（4）：26—28
作者简介
林宏超（1990.05今），男，汉族，贵州贵阳，硕士研究生，研究方向：金属磷化
（作者单位：贵州大学化学与化工学院）