表面有磷皂化膜的易钝化金属冷镦线材 |
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| 申请号 | CN202311812372.X | 申请日 | 2023-12-27 | 公开(公告)号 | CN117966162A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 杭州新坐标科技股份有限公司; | 发明人 | 徐纳; 曹光喜; 刘丹丹; 吴玉爱; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供表面有磷 皂化 膜的易 钝化 金属冷镦线材，该线材包括金属线材及其表面的磷皂化膜，所述金属线材表面呈凹凸不平状；所述磷皂化膜包含磷化膜和皂化膜；所述磷化膜为锌系磷化膜，内部含有金属锌，外表面为 磷酸 锌；所述皂化膜为 硬脂酸 盐；所述表面有磷皂化膜的易钝化金属线材适用于冷镦成型实现了不锈 钢 等易钝化金属线材在冷镦成型上的大规模应用。将 喷砂 处理和特殊的锌与磷酸锌的混合涂层结合极大增加了磷化膜与基底之间的结合 力 ，实现了 不锈钢 金属线材在冷镦成型上的大规模应用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种表面有磷皂化膜的易钝化金属线材，其特征在于：包括金属线材及其表面的磷皂化膜，所述金属线材表面呈凹凸不平状；所述磷皂化膜包含磷化膜和皂化膜；所述磷化膜为锌系磷化膜，内部含有金属锌，外表面为磷酸锌；所述皂化膜为硬脂酸盐；所述表面有磷皂化膜的易钝化金属线材适用于冷镦成型。 |
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| 说明书全文 | 表面有磷皂化膜的易钝化金属冷镦线材技术领域背景技术[0002] 冷镦成型工艺是一种利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，并借助于模具，使金属体积作重新分布及转移，从而形成所需要的零件。冷镦成型工艺常用的设备为专用的冷镦机，商用的多工位冷镦机，使用金属线材为原料，制备零件的速度每分钟可达上百个，制造效率很高。 [0003] 冷镦成型使用的金属线材表面需要制备润滑涂层，润滑涂层需要与金属线材基底之间的结合力好，在冷镦成型的过程中，涂层随着基底的变形而延展不脱落，润滑涂层可很好的降低冷镦模具与金属线材摩擦系数，使金属变形更为容易，同时大大增加了模具寿命。 [0004] 碳钢和合金钢使用磷化工艺(化学磷化或者电解磷化)生产制造冷镦线材的工艺在产业内十分成熟。而不锈钢，钛合金，铝等含有铬，钛，铝元素，在空气中容易钝化形成一层不导电的氧化膜将金属活性成分与金属磷酸盐溶液中阻隔，表面容易生成钝化氧化层。采用化学磷化很难以较快的速度得到磷化膜。 [0005] 由于表面存在钝化膜，不锈钢金属线材目前在冷镦成型上的润滑前处理较为复杂；如不锈钢304线材涂层处理包含：方法一：使用草酸盐处理不锈钢，表面形成草酸盐润滑膜，但结合力较差，导致冷镦成型过程中润滑膜脱落，模具与线材直接接触，模具寿命较短，且草酸处理污染较大，废液处理繁琐；方法二，在不锈钢表面直接电镀铜或者锌，金属涂层润滑性较差，导致在冷镦成型过程中模具寿命很短。现阶段产业界使用的方法繁琐且模具寿命较低，极大限制了不锈钢金属线材在冷镦成型上的应用。【发明内容】 [0006] 鉴于现有技术中所存在的问题，发明了表面有磷皂化膜的易钝化金属冷镦线材、其制备方法和应用，实现了不锈钢等易钝化金属线材在冷镦成型上的大规模应用。 [0007] 本发明提供一种表面有磷皂化膜的易钝化金属线材，包括金属线材及其表面的磷皂化膜，所述金属线材表面呈凹凸不平状；所述磷皂化膜包含磷化膜和皂化膜；所述磷化膜为锌系磷化膜，内部含有金属锌，外表面为磷酸锌；所述皂化膜为硬脂酸盐；所述表面有磷皂化膜的易钝化金属线材可以冷镦成型。 [0008] 优选的，所述凹凸不平状是通过喷砂处理获得。 [0010] 优选的，所述磷化膜的外表面覆盖皂化膜。 [0012] 用于制备表面有磷皂化膜的易钝化金属线材加工系统，其包括喷砂机、导电轮、电解磷化槽、皂化槽、卷材装置，加工系统的动力来源为卷材装置带动金属线材运动。 [0013] 所述的制备表面有磷皂化膜的易钝化金属线材加工系统，其所述金属线材为电解磷化槽负极，导电轮和所述电解磷化槽电源负极连接，金属线材在运动时候带动导电轮转动。 [0014] 金属线材经电解磷化后再依次进入皂化槽，皂化后得到表面有磷皂化膜的易钝化金属线材，此线材适用于拉丝成型及冷镦成型。 [0015] 所述制备表面有磷化膜的易钝化金属线材加工方法，其包括以下步骤： [0016] (1)对金属线材进行喷砂处理； [0017] (2)喷砂后的金属线材依次进行电解磷化和皂化处理。 [0018] 所述磷皂化膜制备的方式优选为，不锈钢等易钝化金属线材经过喷砂处理，经过电化学磷化处理、皂化处理得到表面有磷皂化膜的不锈钢等易钝化金属冷镦线材；所述皂化处理为经过电化学处理后的金属线材经过皂化液得到皂化膜，皂化膜成分为优选为硬脂酸锌或硬脂酸钠。 [0019] 所述电化学磷化处理为不锈钢等易钝化金属线材为阴极，在一定电压和电流下经过一定温度的磷化液，所述电化学磷化后金属表面为金属和磷酸盐的混合涂层。所述金属优选为锌，磷酸盐优选为磷酸锌。所述混合涂层结构优选为从内部到外表面锌元素逐渐降低。 [0020] 有益效果： [0022] 图1为本发明制备不锈钢等易钝化金属线材的加工系统示意图； [0023] 图2为本发明制备不锈钢等易钝化金属线材喷砂处理后的SEM图； [0024] 图3为本发明制备不锈钢等易钝化金属线材皂化前电化学磷化涂层的SEM图； [0025] 图4为本发明制备不锈钢等易钝化金属线材皂化前电化学磷化涂层的XRD图； [0026] 图5为本发明制备不锈钢等易钝化金属线材砂带打磨处理后的304金属线材的表面SEM。 具体实施方式[0027] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明专利保护的范围。 [0028] 本发明通过线材加工系统制备表面有磷皂化膜的易钝化金属线材，该系统其包括包括喷砂机、导电轮、电解磷化槽、皂化槽、卷材装置。加工系统的动力来源为卷材装置带动线材运动。金属线材为电解磷化槽负极，导电轮和所述电解磷化槽电源负极连接，金属线材在运动时候带动导电轮转动。所述喷砂机、导电轮、电解磷化槽、皂化槽均设置可用于金属线材通过的通孔。 [0029] 金属线材经电解磷化后再依次进入皂化槽，皂化后得到表面有磷皂化膜的易钝化金属线材，此线材适用于拉丝成型及冷镦成型。利用上述系统，本发明进行金属线材加工，主要包括以下步骤： [0030] (1)对金属线材进行喷砂处理； [0031] (2)喷砂后的金属线材依次进行电解磷化和皂化处理。 [0032] 电化学磷化处理为不锈钢等易钝化金属线材为阴极，在一定电压和电流下经过一定温度的磷化液，所述电化学磷化后金属表面为金属锌和磷酸锌的混合涂层。所述皂化处理为经过电化学处理后的金属线材经过皂化液得到皂化膜，皂化膜成分为优选为硬脂酸锌或硬脂酸钠。 [0033] 实施例1 [0034] 如图1，直径4.1mm的不锈钢304线材在卷材装置的牵引下由前向后以20m/min运动，经过喷砂处理后的表面粗糙度为20um，经过磷化槽和皂化槽后得到表面有磷皂化膜的不锈钢冷镦线材。线材经过喷砂去除氧化膜后的SEM图2，表面为凹凸不平的结构。电解磷化液温度为50℃，电源施加100A电流，运动的金属线材为阴极，线材两侧均匀放置钛基铱钽涂层电极为电解池阳极，具体工艺参数见表1。如图3为皂化前电化学磷化涂层的SEM图；表2为皂化前磷化涂层EDS能谱元素数据；图4为皂化前电化学磷化涂层的XRD图，图谱显示涂层为金属锌与磷酸锌的混合物。EDS能谱扫描的样品深度为1um左右，从EDS能谱数据锌与磷的比例判断表面为磷酸锌，而XRD显示涂层为金属锌与磷酸锌的混合物，XRD扫描深度一般在几微米到几十微米，因此皂化前的涂层内部为含有金属锌，外表面为磷酸锌。 [0035] 表1：不锈钢304喷砂电解磷化设备及各参数 [0036] 参数 备注 表面处理后粗糙度Rz 20um 不锈钢砂干喷 电解液温度 50℃ 电解液 电解磷化液 电流 100A 线材牌号 304不锈钢 线材直径 4.1mm 线材长度 5m 浸入到电解液的长度 线材运动速度 20m/min 电极片1‑钛基铱钽涂层 长4.5m宽0.2m厚1mm 浸入电解液长宽 电极片2‑钛基铱钽涂层 长4.5m宽0.2m厚1mm 浸入电解液长宽 皂化液 5％硬脂酸钠水溶液 温度80℃ 皂化槽 长度5m 浸入皂化液长 [0037] 表2皂化前磷化涂层EDS能谱元素数据 [0039] 表面有磷皂化膜的不锈钢304冷镦线材在卷材装置的带动下后经过拉丝模具得到直径为4mm的表面有磷皂化膜的不锈钢冷镦线材。 [0040] 使用直径为4mm的表面有磷皂化膜的不锈钢304冷镦线材为原料，使用冷镦机以每分钟260个零件的速度可以制备变形程度70％的不锈钢零件，模具寿命为95万个零件。一般冷镦变形程度常用下式表示：A＝(H1‑H2)/H1，式中，A‑冷镦变形程度；H1‑冷镦前毛坯原始高度；H2‑冷镦后零件的高度。 [0041] 实施例2 [0042] 如图1，直径10.2mm的不锈钢316线材由前向后以15m/min运动，经过喷砂处理后的表面粗糙度为25um，经过磷化槽和皂化槽后得到表面有磷皂化膜的不锈钢冷镦线材。电解磷化液温度为50℃，电源施加120A电流，运动的金属线材为阴极，线材两侧均匀放置钛基铱钽涂层电极为电解池阳极。具体工艺参数见表3。 [0043] 表面有磷皂化膜的不锈钢316冷镦线材在卷材装置的带动下后经过拉丝模具得到直径为10mm的表面有磷皂化膜的不锈钢冷镦线材。以直径为10mm的表面有磷皂化膜的不锈钢316冷镦线材为原料，使用冷镦机以每分钟160个零件的速度可制备变形率60％的不锈钢零件，模具寿命为55万个零件。 [0044] 表3不锈钢316喷砂电解磷化设备及各参数 [0045] 参数 备注 喷砂处理后粗糙度 25um 不锈钢砂湿喷 电解液温度 50℃ 电解液 电解磷化液 电流 120A 线材牌号 316不锈钢 线材直径 10.2mm 线材长度 5m 浸入到电解液的长度 线材运动速度 15m/min 电极片1‑钛基铱钽涂层 长4.5m宽0.2m厚1mm 浸入电解液长宽 电极片2‑钛基铱钽涂层 长4.5m宽0.2m厚1mm 浸入电解液长宽 皂化液 5％硬脂酸钠水溶液 温度80℃ 皂化槽 长度5m 浸入皂化液长 [0046] 对比例1 [0047] 如图1，直径10.2mm的不锈钢316线材由前向后以15m/min运动，经过砂带机打磨处理后的表面粗糙度为8um，经过磷化槽和皂化槽后得到表面有磷皂化膜的不锈钢冷镦线材。电解磷化液温度为50℃，电源施加120A电流，运动的金属线材为阴极，线材两侧均匀放置钛基铱钽涂层电极为电解池阳极。具体工艺参数见表4。 [0048] 表面有磷皂化膜的不锈钢316冷镦线材在卷材装置的带动下后经过拉丝模具得到直径为10mm的表面有磷皂化膜的不锈钢冷镦线材。以直径为10mm的表面有磷皂化膜的不锈钢316冷镦线材为原料，使用冷镦机以每分钟150个零件的速度可制备变形率60％的不锈钢零件，模具寿命为18万个零件。 [0049] 表4对比实施例2的砂带机打磨电解磷化设备及各参数 [0050] [0051] 如图5所示为砂带打磨处理后磷化前的316金属线材的表面SEM电镜图，可以看到金属表面平整，表面有线痕迹。 [0052] 实施例2与对比例1相对比，仅为机械表面处理方式的不同，冷镦模具寿命不同，其根源在于相对于砂带机打磨处理的表面粗糙度较低，喷砂处理的316不锈钢表面为特殊的凹凸不平的结构粗糙度较高；在经过电解磷化和皂化后表面被覆盖为均匀的磷皂化膜，喷砂处理的表面磷皂化膜结合力更高，在冷镦成型过程中随着零件延展不容易脱落，因此模具寿命大大增加。 [0053] 本发明提供了表面有磷皂化膜的易钝化金属冷镦线材，实现了不锈钢等易钝化金属线材在冷镦成型上的大规模应用。将喷砂处理和特殊的锌与磷酸锌的混合涂层结合极大增加了磷化膜与基底之间的结合力，实现了不锈钢金属线材在冷镦成型上的大规模应用。 |
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