磷化膜_延长钢丝绳寿命的_法宝

中国冶金报/2014年/9月/25日/第011版

金属制品

磷化膜：延长钢丝绳寿命的“法宝”

崔影

磷化涂层钢丝绳专利技术，将制绳钢丝磷化处理，磷化膜使钢丝表面更加耐磨并提高其防腐蚀能力，磷化膜多孔性结构可以增加润滑脂在制绳钢丝表面的储存量，降低摩擦因数促进滑动，延缓钢丝表面微动损伤的发生，抑制疲劳微裂纹的萌生，从而大幅度延长钢丝绳使用寿命。 耐磨磷化应选用锰系或锌锰系复合磷化配方。磷化钢丝是一种复合材料，使用复合材料制造钢丝绳是行业未来的发展方向。

对钢丝绳用户而言，钢丝绳突然断裂的后果轻则物毁，重则人伤。钢丝绳使用寿命的大幅延长，意味着安全性、可靠性和经济性的提高。正是因为国内钢丝绳产品与进口产品在使用寿命上的明显差距，所以一些高端钢丝绳客户宁愿以国内产品3倍的价格也要购买进口钢丝绳。

以港口装卸门机用钢丝绳为例，德国某品牌平均寿命3600小时作业14.5万TEU 标准箱，日本产品约3000小时作业10万标准箱，国产质量好的产品3000小时作业9万~10万标准箱。从成本来看，国内钢丝绳制造企业的生产成本低于进口钢丝绳，只要国产钢丝绳使用寿命和质量稳定性超越进口产品，必将获取丰厚的利润回报，而磷化涂层钢丝绳专利技术的出现，可以帮助钢丝绳制造企业实现这种超越。

磷化技术主要用于钢铁材料的防锈蚀、冷加工中的降低摩擦、提高耐磨能力、黏结中间相、电绝缘及表面装饰等。其中，以提高钢铁材料耐磨性、降低摩擦、改善润滑为主要作用的磷化处理工艺，被广泛应用于汽车、轻工、化工、电器、国防等领域的摩擦运动承载零件。将磷化技术应用于钢丝绳内钢丝的耐磨、降低摩擦和防锈，磷化膜与润滑脂的复合作用对钢丝表面的保护效果远胜于目前在用的任何一种润滑脂。

钢丝绳疲劳的缓解

微动疲劳是钢丝绳失效的主要原因，也是微动磨损和疲劳共同作用的过程。然而，钢绳内部钢丝间的微动是保持钢丝绳特有性能（如柔韧性）的固有属性。因此，钢丝之间的微动不能去除，只能采取技术措施对钢丝表面予以保护，以延缓微动损伤的发生。

微动疲劳损伤与材料的表面性能密切相关。利用表面工程技术，可以提高传统材料抗微动疲劳的性能和增强新材料的微动疲劳抗力；采用表面改性手段，可有效提高材料的抗微动损伤性能，提高耐磨性，改善抗微动损伤性能。采取这些表面防护措施，有利于削弱或阻断钢丝间相对滑动时摩擦力作用所带来的危害，从而抑制、延缓钢丝表面微动损伤的发生，并大幅度延长钢丝绳使用寿命。

磷化膜本身就具有良好的电绝缘性，可有效抑制在钢丝表面形成微电池；磷化膜与润滑脂的共同作用，可以大幅度提高钢丝间的润滑效果和钢丝的耐腐蚀防氧化能力。磷化涂层钢丝绳专利技术，是将制绳钢丝磷化处理并将膜重控制在3g/m2~60g/m2之间，包括碳素钢丝、合金钢丝、镀锌、镀铝、锌铝合金镀层的钢丝等。具体的磷化钢丝绳生产流程包括制绳钢丝、磷化处理、测定磷化膜膜重、捻股或钢芯、捻制钢丝绳5个环节。对于压实类钢丝绳，在上述流程基础上捻股（合绳）完成后进行有一定减面率的压缩变形，压实后股或绳的密度系数增大，钢绳破断拉力比未经压实的钢绳有一定幅度的增加。

磷化钢丝绳的生产

磷化钢丝的技术要求。金属的磷化按照磷化液成分可分为碱金属磷化、铁系磷化、锌系磷化、锰系磷化、锌钙系磷化、锌锰系磷化和有机磷化等，应依据磷化的用途选用适宜的磷化液品种。

磷化膜的主要性能指标包括外观、成分、膜重、耐蚀性、附着力、孔隙率、粗糙度等。拉拔用磷化钢丝与制绳用磷化钢丝中磷化膜所起到的作用是不同的，所以对相应磷化膜的技术要求也有差异。磷化钢丝绳用制绳钢丝的磷化膜的主要作用是提高钢丝表面的耐磨和防腐蚀能力，提高润滑脂在钢丝表面的储存量并与涂敷的润滑脂共同作用减小摩擦因数，所以优先采用锰系磷化，其次为锌锰系磷化。

磷化钢丝绳的适用范围。钢丝在磷化过程中会有部分材料被溶解，磷化膜膜重在3g/m2~15g/m2时，磷化后的钢丝直径几乎不变；磷化膜膜重超过20g/m2时，钢丝直径增加值也非常有限，钢丝力学性能在磷化前后无明显变化（需除氢防止发生氢脆）。这一特点使磷化钢丝绳技术几乎适用于所有种类的钢丝绳产品，尤其是对耐疲劳性能有较苛刻要求的产品，如电梯钢丝绳、港口装卸门机用钢丝绳、矿山钢丝绳、航空钢丝绳、采油机用钢丝绳和各类吊车用起重钢丝绳等，而且与所有钢丝绳现行国家标准并无冲突，即磷化涂层钢丝绳可以完全符合现行相关钢丝绳国家标准的技术要求。

对于输送带用钢丝绳，磷化膜可以在干摩擦（不涂敷润滑脂）的情况下提高（镀锌层）耐磨性，延缓微动损伤发生。如果黏合力符合要求，则既可以选择冷拉镀锌钢丝磷化后捻绳，也可以考虑使用磷化钢丝直接代替镀锌钢丝生产胶带绳。

磷化钢丝绳的生产工艺。制绳钢丝磷化属于重膜磷化，需要专用锰系或锌锰系磷化液，而且要求磷化速度必须快，这样才能在生产细直径制绳钢丝时有足够的产量规模。此外，一切可以提高磷化速度、缩短反应时间的技术措施都要优先采用，如采用高温磷化和单位面积大电流的电解磷化。

磷化钢丝绳用磷化钢丝的磷化膜膜重按照相应国家标准GB/T9792-2003金属材料上的转化膜单位面积膜质量的测定重量法进行检测。对于捻制后的磷化钢丝绳产品拆股检验制绳钢丝磷化膜膜重，可以先用有机溶剂对钢丝表面涂敷的润滑脂进行彻底清洗，风干后按上述标准重量法测定磷化膜膜重即可。

钢丝磷化废水处理

目前，磷化废水处理方法主要有生物法、化学法、物理化学法等，具体有凝聚法、吸附法、电化学法和沉淀法等，以及这些方法的综合运用。化学法和生物法是目前应用比较广泛的方法，其中化学法除磷具有处理效率高、效果稳定、简单易行等优点，去除的最佳途径是使正磷酸根和金属离子形成难溶性物质而产生沉淀。金属盐化学沉析剂主要有铝盐、铁盐和钙盐，运用最多的是钙盐，如添加氢氧化钙（石灰水），可以生成磷酸钙等沉淀。用高分子有机螯合剂与废水中的多种金属离子发生螯合反应，可以生成稳定且不溶于水的金属螯合物，该沉淀物具有稳定性高、去除率高的特点。

磷化钢丝产量的增加会使磷化废水量同比增加。因此，上磷化钢丝生产线的同时就必须扩建原有的废水处理系统。当前，磷化废水处理系统市场上已有成套设备供应，技术已经很成熟，废水处理后一部分可以回用，一部分符合国家标准GB8978-1996的相关要求的处理后的废水可以排放。