一种新型磷化液的研究

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1、一 种 新 型 磷 化 液 的 研 究T he Study on a N ew Pho spho rating So lu tion陕 西 工 业 职 业 技 术 学 院 (712000) 李 建 成【 摘 要 】 介 绍 了 一 种 新 研 制 出 的 磷 化 液 在 使 用 过 程 中 的 优 点 : 工 作 性 能 稳 定 ; 磷 化 膜 致 密 , 与 金属 基 体 结 合 牢 固 , 抗 腐 蚀 性 强 。关 键 词 磷 化 处 理 磷 化 液 组 成 使 用 工 艺 使 用 效 果Keywords pho spho rating treatm en t, the com po si

2、tion of pho spho rating so lu tion, app lyingp rocess, effect of app lication磷 化 是 钢 铁 制 品 表 面 处 理 的 常 用 工 艺 之 一 。 通过 磷 化 处 理 , 钢 铁 制 件 表 面 形 成 几 微 米 厚 的 一 层 磷化 膜 , 可 以 提 高 金 属 的 抗 腐 蚀 性 和 耐 磨 性 , 并 能 经 受400 500 的 短 时 间 烘 烤 , 是 涂 装 (例 如 喷 塑 ) 和 涂覆 防 锈 油 脂 的 良 好 底 层 。按 磷 化 处 理 温 度 , 可 分 为 常 温 、 高 温 (

3、80 以 上 )和 中 温 (50 70 ) 1 。 笔 者 曾 深 入 西 安 、 石 家 庄 一 些汽 车 、 拖 拉 机 厂 和 研 究 所 调 查 , 发 现 常 温 处 理 虽 然 具有 工 艺 简 单 的 优 点 , 但 磷 化 膜 对 金 属 基 体 的 附 着 力差 ; 高 温 处 理 磷 化 膜 生 成 快 而 厚 , 但 能 耗 高 , 磷 化 液容 易 疲 劳 。 目 前 磷 化 液 的 种 类 较 多 , 但 一 般 都 存 在 以下 缺 点 : 1)工 作 稳 定 性 差 , 在 使 用 中 磷 化 液 产 生 大 量沉 淀 , 容 易 使 磷 化 膜 表 面 挂 灰

4、 , 影 响 涂 装 膜 的 质 量 ,由 于 需 要 清 理 沉 淀 , 降 低 了 生 产 率 ; 2)磷 化 膜 与 金 属基 体 结 合 力 差 , 抗 冲 击 力 弱 , 且 色 泽 灰 暗 , 影 响 美 观 ;3)磷 化 膜 不 致 密 , 影 响 抗 腐 蚀 性 能 。经 过 作 者 几 年 来 的 努 力 , 研 制 出 了 一 种 在 中 温下 使 用 的 新 型 磷 化 液 及 相 应 的 使 用 工 艺 , 经 过 反 复实 验 , 证 明 这 种 磷 化 液 能 够 克 服 上 述 缺 点 。实 验1. 实 验 目 的对 比 新 型 磷 化 液 与 目 前 常 用 的

5、 磷 化 液 在 不 同 温度 、 时 间 条 件 下 的 磷 化 质 量 , 以 及 工 作 过 程 中 沉 淀 的产 生 量 。2. 实 验 材 料1) 新 型 磷 化 液稀 释 比 例 : 原 液 水 = 1 4; 总 酸 度 40 60点 ; 游 离 酸 度 4 5 点 。2) 对 照 工 作 液某 纺 织 机 械 厂 提 供 的 磷 酸 锌 系 列 磷 化 液 , 其 主要 成 分 为 : H 3PO 4 30. 4g L ; HNO 3 32. 0g L ; ZnO26. 4 g L ; N aNO 3 4. 0g L ; N aNO 2 0. 015g L ; 总 酸度 60 8

6、0 点 ; 游 离 酸 度 5 7 点 。3) 试 片 (1mm 厚 的 Q 235 型 冷 轧 钢 片 )3. 实 验 方 法1) 在 完 全 相 同 的 条 件 下 对 试 片 除 油 、 除 锈 。2) 按 4 个 实 验 组 , 用 2 种 磷 化 液 在 不 同 温 度 、时 间 条 件 下 对 钢 片 进 行 磷 化 处 理 , 观 察 磷 化 液 在 工作 过 程 中 的 沉 淀 情 况 。3) 测 试 磷 化 膜 的 抗 腐 蚀 性 能 : 磷 化 膜 干 燥 后2h, 将 试 片 分 别 用 3%N aC l 溶 液 浸 泡 ; 用 CuSO 4 溶液 点 滴 ; 将 试 片

7、 在 空 气 中 放 置 6 个 月 , 观 察 试 片 生 锈情 况 。4) 磷 化 膜 干 燥 后 2h, 测 试 单 位 面 积 磷 化 膜 重 ;磷 化 膜 与 金 属 基 体 的 结 合 力 、 硬 度 ; 在 256 倍 显 微 镜下 观 察 磷 化 膜 的 晶 相 图 。实 验 结 果 与 讨 论实 验 结 果 见 表 1、 表 2 和 图 1。表 1 磷 酸 锌 系 列 磷 化 液 磷 化 处 理 结 果实 验 结 果 50 6010m in 60 627m in 60 7010m in 70 7210m in沉 淀 情 况 无 无 出 现 浑 浊磷 化 膜 色 泽 暗 灰 浅

8、 灰 灰 灰单 位 面 积 膜 重g m - 2 6. 5 8. 5 9. 3 9. 6磷 化 膜 致 密 度 粗 糙 较 粗 较 粗 较 粗磷 化 膜 硬 度 2H 3H 4H 4H与 基 体 结 合 力 小 于 2 级 小 于 2 级 小 于 2 级 2 级N aC l 液 浸 泡 出现 锈 点 时 间 0. 5h 1h 1. 2h 1. 5hCuSO 4 液 点 滴 出现 锈 点 时 间 0. 8m in 0. 9m in 1m in 1. 2m in空 气 中 放置 6 个 月 4 4 3 364 新 技 术 新 工 艺 材 料 与 表 面 处 理 2003 年 第 9 期表 2 新

9、型 磷 化 液 磷 化 处 理 结 果实 验 结 果 50 6010m in 60 627m in 60 7010m in 70 7210m in沉 淀 情 况 无 无 无 出 现磷 化 膜 色 泽 浅 灰 银 灰 银 灰 银 灰单 位 面 积 膜 重g m - 2 7. 5 7. 8 9. 1 9. 3磷 化 膜 致 密 度 较 粗 致 密 致 密 致 密磷 化 膜 硬 度 4H 5H 5H 5H与 基 体 结 合 力 小 于 2 级 2 级 以 上 2 级 以 上 2 级 以 上N aC l 液 浸 泡 出现 锈 点 时 间 1. 5h 2h 3. 5h 3. 5hCuSO 4 液 点 滴

10、 出现 锈 点 时 间 2. 5m in 3m in 3. 5m in 3. 5m in空 气 中 放置 6 个 月 1 0 0 0注 : 本 实 验 磷 化 液 连 续 使 用 ; 按 GB T 6739 规 定 进 行 ; 根 据 锈点 的 大 小 和 数 量 来 评 定 等 级 1 (见 表 3)。表 3 磷 化 膜 生 锈 程 度 评 定 等 级等 级 小 于 1mm 的 锈 点 个 大 于 1mm 的 锈 点 个0 0 01 10 52 11 15 6 93 16 19 10 114 20 121. 磷 化 膜 质 量对 比 表 1、 表 2 可 见 , 新 型 磷 化 膜 色 泽

11、美 观 (相当 铝 合 金 的 氧 化 膜 )、 坚 韧 , 其 硬 度 和 与 金 属 基 体 的结 合 力 以 及 抗 腐 蚀 性 均 高 于 对 照 膜 。磷 化 膜 的 抗 腐 蚀 性 能 主 要 取 决 于 磷 化 膜 的 结 晶质 量 。 从 图 1 可 见 , 新 型 磷 化 液 处 理 所 形 成 的 磷 化 膜结 晶 (见 图 1b) 颗 粒 饱 满 、 细 致 、 均 匀 , 而 对 照 的 磷 化膜 结 晶 (见 图 1a)不 充 分 、 颗 粒 不 匀 且 疏 松 。(a)对 照 工 作 液 处 理 (b)新 型 磷 化 液 处 理图 1 2 种 磷 化 液 处 理 所

12、 得 磷 化 膜 晶 相 图2. 沉 淀 情 况对 照 磷 化 液 在 使 用 30m in 后 开 始 有 沉 淀 ; 新 型磷 化 液 在 使 用 40m in 后 出 现 沉 淀 。 在 相 同 条 件 下 ,新 型 磷 化 液 所 产 生 的 沉 淀 是 对 照 液 的 1 2。3. 温 度 对 磷 化 膜 的 影 响在 本 实 验 设 定 的 温 度 范 围 内 , 对 照 液 的 处 理 效果 随 温 度 升 高 而 改 善 , 各 温 度 段 区 别 明 显 ; 新 型 磷 化液 的 处 理 效 果 随 温 度 升 高 而 提 高 , 各 温 度 段 区 别 不明 显 。 在 6

13、0 70 , 处 理 10m in 效 果 已 很 好 。4. 工 作 液 的 维 护1)控 制 游 离 酸 度 。 游 离 酸 度 对 磷 化 的 质 量 有 很大 影 响 。 游 离 酸 度 过 高 时 , 磷 化 液 与 金 属 表 面 的 腐 蚀反 应 快 , 反 应 产 生 的 气 泡 过 多 , 使 磷 化 膜 结 晶 粗 而 疏松 , 容 易 泛 黄 , 耐 腐 蚀 性 差 ; 当 游 离 酸 度 过 低 时 , 腐 蚀反 应 慢 , 磷 化 膜 难 以 形 成 。 因 此 , 在 作 业 前 要 分 析 工作 液 的 酸 度 , 如 果 酸 度 不 在 工 艺 范 围 内 ,

14、可 用 H 3PO 4或 N aOH 调 节 。 工 作 液 使 用 一 段 时 间 后 酸 度 会 下降 , 这 时 可 添 加 原 液 , 800L 工 作 液 中 加 入 100L 原 液可 使 游 离 酸 度 上 升 0. 3 点 。2) 维 持 工 作 液 温 度 在 工 艺 范 围 内 , 并 通 过 搅 拌使 工 作 液 加 热 均 匀 , 防 止 局 部 过 热 , 避 免 空 槽 加 热 。研 究 成 果新 型 磷 化 液 的 主 要 成 分 是 锌 、 钙 的 酸 式 磷 酸 盐 ,其 化 学 式 可 表 示 为 M (H 2PO 4) 2。 这 些 盐 溶 于 水 中 ,

15、与 钢 铁 表 面 接 触 时 进 行 一 系 列 可 逆 反 应 , 主 要 有 2 :3M (H 2PO 4) 2= M 3 (PO 4) 2 + 4H 3PO 42Fe + 3 M (H 2PO 4 ) 2 = 3M 3 ( PO 4 ) 2 +2FeH PO 4 + 2H 2反 应 结 果 , 使 磷 酸 盐 M 3 (PO 4) 2 的 浓 度 不 断 增加 , 当 它 们 达 到 饱 和 时 即 结 晶 沉 积 在 金 属 表 面 , 生 成难 溶 于 水 的 磷 化 膜 , 其 主 要 成 分 是 磷 酸 锌 钙 Zn2Ca( PO 4 ) 2 2H 2O 和 磷 酸 锌 铁 Z

16、n2Fe ( PO 4 ) 2 4H 2O 。1. 新 型 磷 化 液 的 组 成 和 技 术 指 标1)组 成H 3PO 4 150g L ; 氧 化 剂 0. 3g L ; 钙 盐 400g L ;稳 定 剂 5 g L ; 锌 盐 200 g L ; 添 加 剂 1. 5 g L。2)技 术 指 标外 观 : 无 色 透 明 液 体 , 无 嗅 , 不 燃 ; 不 溶 物 含 量 0. 5% ; pH 2 3; 总 酸 度 200 280 点 ; 游 离 酸 度 20 25 点 。2. 新 型 磷 化 液 使 用 工 艺 流 程工 件 除 油 ( 30m in ) 水 洗 ( 5m in ) 除 锈(30m in) 水 洗 (5m in) 中 和 (1m in) 水 洗 (5m in) 磷 化 (5