一种高耐蚀防拉伤气缸套表面处理用锰磷共渗液及其锰磷共渗处理方法

摘要

本发明公开了一种高耐蚀防拉伤气缸套表面处理用锰磷共渗液，由混合水溶液与铁粉反应制成，混合水溶液中铁粉的加入量为1~2克/升；其中，所述混合水溶液包括以下配比的组分：工业磷酸 4~7 毫升/升、磷酸二氢锰 70~90克/升、硝酸镍 3~7克/升、柠檬酸 0.5~2克/升、硫酸铜 0.002~0.004克/升、硝酸镧 0.01~0.05克/升、硝酸铈0.01~0.05克/升、硝酸铋0.01~0.05克/升；本发明还公开了采用上述锰磷共渗液对气缸套进行表面锰磷共渗处理的方法。本发明所述锰磷共渗液为高抗蚀黑色锰磷共渗液，在保证锰磷共渗膜质量的基础上，加快锰磷共渗速度，提高气缸套耐磨性能，细化结晶，减少沉渣量。

说明书

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种高耐蚀防拉伤气缸套表面处理用锰磷共渗液及其锰磷共渗处理方法。

背景技术

锰磷共渗工艺在内燃机汽缸套进行共渗处理，已为国内外的生产实践证明，是一种确有成效的工艺方法，尤其是对内燃机初期磨合性能和防止粘附磨损的生产有显著的作用。市场销售的锰磷共渗液不适应对内燃机缸环高摩擦副要求，共渗后的工件表面均无粗糙度仪检验。

申请号为201310116743.0的中国专利中公开的磷化液为磷化剂的水溶液，磷化剂与水的质量比为1：20~25，磷化剂由以下组分质量百分比组成：质量浓度85%磷酸36%、质量浓度99%硝酸27%、氧化锌11.2%、氧化锰6.74%、酒石酸钾钠1.12%、质量浓度30%亚硝酸钠17.94%；经过磷化处理后，在气缸套水套壁形成磷化膜保护层，防止气泡破灭产生的冲击波及微观电化学腐蚀对水套部位的侵蚀，有效阻止气缸套穴蚀的形成，能显著提高气缸套抗穴蚀能力。但采用这样的磷化液，多达不到气缸套磷化标准粗糙度Ra要求的控制0.5~1.15之间；磷化处理达到Ra要求时，磷化膜层会因过薄耐蚀性却达不到要求，往往硫酸铜点滴20到45秒；此外还会出现沉渣过多等问题。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高耐蚀防拉伤气缸套表面处理用锰磷共渗液，通过各种促进剂复配成的混合水溶液，在保证锰磷共渗膜质量的前提下，减少沉渣。

本发明还提供了利用上述锰磷共渗液对气缸套进行锰磷共渗处理的方法，使气缸套防锈、减磨、润滑、防拉伤。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高耐蚀防拉伤气缸套表面处理用锰磷共渗液，由混合水溶液与铁粉反应制成，混合水溶液中铁粉的加入量为1~2克/升；

其中，所述混合水溶液包括以下配比的组分：工业磷酸 4~7 毫升/升、磷酸二氢锰 70~90克/升、硝酸镍 3~7克/升、柠檬酸 0.5~2克/升、硫酸铜 0.002~0.004克/升、硝酸镧 0.01~0.05克/升、硝酸铈0.01~0.05克/升、硝酸铋0.01~0.05克/升。

优选地，所述混合水溶液与铁粉的反应温度为90℃以上。

优选地，所述铁粉为还原铁粉。

上述锰磷共渗液的总酸度为80~100，酸比为4.5~6，工作温度为93~99℃；所述工业磷酸的质量分数为85%。

采用上述锰磷共渗液对气缸套进行表面锰磷共渗处理的方法：将气缸套脱脂、水洗后，浸入93~99℃的锰磷共渗液中8~15分钟，然后取出气缸套，先常温水洗，再用60~70℃的水清洗，风干，得到锰磷共渗完成的气缸套。

进一步，可将锰磷共渗完成的气缸套涂油、包装。

本发明的有益效果：

1.本发明所述锰磷共渗液为高抗蚀黑色锰磷共渗液，本锰磷共渗液通过硫酸铜点滴实验耐蚀时间大于五分钟，高于国家标准，具有较好的耐蚀性；同时，锰磷共渗处理后，满足Ra控制在0.5~1.15之间，膜厚度0.015~0.003 mm。

2.铜离子的添加量需要适度，否则铜膜会代替锰磷共渗膜，锰磷共渗性能下降，本发明所述锰磷共渗液中极少量的铜盐会大幅度提高锰磷共渗速度；即锰磷共渗液中含Cu²⁺（硫酸铜）0.002~0.004克/升时，使锰磷共渗速度提高6倍以上。

3.Ni²⁺是最有效、最常用的锰磷共渗促进剂，它不仅能加速锰磷共渗，细化结晶，而且能提高膜的耐腐蚀性能；Ni²⁺含量过低，锰磷共渗膜层薄，与铜盐不同的是，大量添加镍盐时，并无不良影响，但会增加成本。

4.本发明所述锰磷共渗液中稀土元素的引入，硝酸镧、硝酸铈及硝酸铋会加速锰磷共渗，提高耐磨，细化结晶，使锰磷共渗性能得到了进一步的优化。

5.本发明所用水可为自来水，与其他锰磷共渗液所用去离子水相比，方便而且成本低廉。

6.采用本发明锰磷共渗液进行锰磷共渗处理时，沉渣量大量减少，改善了工作条件，减少了环境的污染。

附图说明

图1为实施例1锰磷共渗处理后的气缸套断面的金相图；

图2为实施例1所得锰磷共渗膜的扫描电镜图。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明，但所述实施例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

实施例1

一种高耐蚀防拉伤气缸套表面处理用锰磷共渗液，由混合水溶液与还原铁粉反应制成，混合水溶液中铁粉的加入量为2克/升；

其中，所述混合水溶液包括以下配比的组分：工业磷酸 4毫升/升、磷酸二氢锰 70克/升、硝酸镍 3克/升、柠檬酸 0.5克/升、硫酸铜 0.002克/升、硝酸镧 0.01克/升、硝酸铈0.01克/升、硝酸铋0.01克/升。

上述锰磷共渗液的制备方法：将混合水溶液加热至90℃以上，加入还原铁粉，待反应结束，锰磷共渗液稳定后，即可使用。

采用上述锰磷共渗液对气缸套（斯太尔0015）进行表面锰磷共渗处理的方法：将气缸套于40~50℃脱脂20分钟，常温水洗1分钟，采用表面调整剂（胶体钛）对气缸套进行表面调整30秒，浸入93~99℃的锰磷共渗液中10~12分钟，然后取出气缸套，先常温水洗1分钟，再用60~70℃的水清洗2分钟，风干，得到锰磷共渗完成的气缸套。

其中，所述表面调整使用表面调整剂（胶体钛）均匀附着在气缸套表面，可提高气缸套表面活性、细化晶粒、加快反应速度，以助于达到均匀、细致、密实的锰磷共渗膜，此操作采用本领域现有的常规技术即可，并非本发明创新之所在，故不再详细赘述。

实施例2

一种高耐蚀防拉伤气缸套表面处理用锰磷共渗液，由混合水溶液与还原铁粉反应制成，混合水溶液中铁粉的加入量为2克/升；

其中，所述混合水溶液包括以下配比的组分：工业磷酸 5.5毫升/升、磷酸二氢锰 80克/升、硝酸镍 5克/升、柠檬酸 1克/升、硫酸铜 0.003克/升、硝酸镧 0.03克/升、硝酸铈0.03克/升、硝酸铋0.03克/升。

上述锰磷共渗液的制备方法：将混合水溶液加热至90℃以上，加入还原铁粉，待反应结束，锰磷共渗液稳定后，即可使用。

采用上述锰磷共渗液对气缸套（斯太尔0015）进行表面锰磷共渗处理的方法：将气缸套于40~50℃脱脂20分钟，常温水洗1分钟，采用表面调整剂（胶体钛）对气缸套进行表面调整30秒，浸入93~99℃的锰磷共渗液中13~15分钟，然后取出气缸套，先常温水洗1分钟，再用60~70℃的水清洗2分钟，风干，得到锰磷共渗完成的气缸套。

实施例3

一种高耐蚀防拉伤气缸套表面处理用锰磷共渗液，由混合水溶液与还原铁粉反应制成，混合水溶液中铁粉的加入量为2克/升；

其中，所述混合水溶液包括以下配比的组分：工业磷酸 7毫升/升、磷酸二氢锰 90克/升、硝酸镍 7克/升、柠檬酸 2克/升、硫酸铜 0.004克/升、硝酸镧 0.05克/升、硝酸铈0.05克/升、硝酸铋0.05克/升。

上述锰磷共渗液的制备方法：将混合水溶液加热至90℃以上，加入还原铁粉，待反应结束，锰磷共渗液稳定后，即可使用。

采用上述锰磷共渗液对气缸套（斯太尔0015）进行表面锰磷共渗处理的方法：将气缸套于40~50℃脱脂20分钟，常温水洗1分钟，采用表面调整剂（胶体钛）对气缸套进行表面调整30秒，浸入93~99℃的锰磷共渗液中8~10分钟，然后取出气缸套，先常温水洗1分钟，再用60~70℃的水清洗2分钟，风干，得到锰磷共渗完成的气缸套。

对实施例1锰磷共渗处理后的气缸套断面进行镶嵌、抛光和浸蚀，然后采用金相显微镜观测断面，如图1所示，经测量，锰磷共渗膜的厚度为20 µm。对实施例1锰磷共渗处理后的锰磷共渗膜进行扫描电镜表征，结果如图2所示，从图2中可见，晶粒呈直径约2 µm的细颗粒状，无针状和树枝状颗粒，晶粒均匀、细致、密实、空隙极少。

经检测，实施例1至3锰磷共渗处理后形成的锰磷共渗膜粗糙度Ra 0.5~1.15、厚度为0.015~0.030 mm、颜色为黑色，膜层分布均匀、致密、无露底。采用质量分数为5%的硫酸铜溶液点滴进行耐蚀测试，具体操作：用滴管吸取一定量的硫酸铜溶液，点滴在气缸套锰磷共渗膜表面一滴，开始记录时间，观察锰磷共渗膜表面颜色是否变黄，至颜色变黄即为耐腐蚀时间，采用普通市售的锰磷共渗液（锰系磷化液）进行锰磷共渗处理后得到的锰磷共渗膜，其耐腐蚀时间为1分钟，而实施例1至3锰磷共渗处理后形成的锰磷共渗膜，其耐腐蚀时间均不小于5 min。