磷化工艺参数的影响

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1、一般规律是:磷化温度越高,游离酸度越高,生成的磷化膜越厚,但容易产生不细密和粗糙的磷化膜;如果游离酸偏低,磷化生成速度缓慢,但生成的磷化膜细密。总酸度高,对磷化膜质量无明显影响,但如果总酸度过低,磷化膜生成速度变慢,往往在规定的时间内不能获得满意的磷化膜。1、 促进剂 促进剂加速剂的含量对磷化过程影响较大,含量太低,反应速度慢,但太高又会导致金属表面钝化,阻止磷化膜的形成,因此NO2-,ClO3-等的含量必须严格控制。(当促进剂浓度过高时,反应进行的速度会很快,成膜物质来不及沉淀在基材表面而生成残渣,造成磷化药剂的浪费。由于促进剂的强氧化性,浓度过高还会使金属表面生成一种氧化膜。)2、 PH

2、一般来说,锌系磷化液、锰系磷化液的pH值以23为宜,pH3.0,则工件表面严重挂灰,生成大量粉末,造成磷化药剂的非生产性消耗,形成浪费。以磷酸二氢铁为主的磷化液,pH值以3.03.5为宜。 3、游离酸 游离酸度是指磷化槽液中的游离H+的浓度(含部分游离磷酸),单位为“点”。其定义为:取10mL磷化槽液,以甲基橙3.1(红)-4.4(黄)或溴粉兰pH 3.04.6黄变蓝作指示剂,用0.1molLNaOH溶液滴定至终点,0.1molL NaOH消耗的毫升数,即为此磷化槽液的游离酸点数,也称游离酸度(FA)。游离酸度是磷化控制的一个重要参数,磷化槽液中游离酸的来源是磷化剂中的游离磷酸,及磷化剂主成分

3、磷酸二氢盐的电离。其作用是促使金属(如铁)的溶解,以形成较多的晶核,使膜结晶致密。控制游离酸度的目的在于控制磷化槽液中磷酸二氢盐的离解度,以便把磷化成膜离子预先控制在一个必须的范围之内,一般来说,磷化槽液的游离酸度过高、过低都会对磷化产生不良影响。如果游离酸度过高,则磷化液与金属工件作用加快,会析出大量的氢,还将使得Fe(PO4) 2残渣大量生成。同时,H+浓度的增大,抑制了Zn(H2PO4) 2的电离,使成膜离子浓度过低,令界面层磷酸盐不易饱和,导致晶核难以形成,造成磷化成膜困难,令磷化时间延长,生成的磷化膜结构疏松、多孔、粗糙,工件表面常常发黄,抗腐蚀性能下降。调整的方法是,对于锌系磷化液

4、可以加ZnO、ZnCO3或NaOH溶液,以降低游离酸度,对于锰系磷化液可以加MnCO3调整。 如果游离酸度过低,金属工件腐蚀反应缓慢,磷化膜薄,甚至难以形成,磷化槽液极不稳定,易产生大量残渣,引起工件表面挂灰,造成磷化药剂的非生产消耗。调整的办法是在磷化槽液中加磷酸或磷酸二氢锌,1L磷化槽液加1g磷酸或67g磷酸二氢锌即可升高游离酸度1点。因为温度越高,反应越易电离,所以游离酸度是温度的函数,会随着温度的变化而变化。 4、总酸 总酸度是反映磷化槽液浓度的一个重要参数,单位为“点”。其定义为:取10mL磷化槽液,以酚酞作指示剂,用0.1molL NaOH溶液滴定至终点,0 1mo1L NaOH溶

5、液消耗的毫升数即为此磷化槽液的总酸度点数,也称总酸度(TA)。因为采用酚酞作指示剂,滴定至终点时,溶液的pH值为9.7,这时,磷化溶液中的H2PO4、H2PO42-被中和,见下式: OH-十H3PO4H2PO4-+H2O OH-+H2PO4HPO42-+H2O 由于磷化溶液中有金属离子的存在,滴定时生成磷酸盐沉淀,所以,HPO42-也被滴定,见下式: 2OH-+3M2+2HPO42-M3 (PO4)2+2H2O 同时,磷化溶液中的金属离子还容易生成氢氧化物沉淀,下表是浓度为0.1molL的锌、钙、锰、铁等离子的氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH值范,下表是金属离子的氢氧化物沉淀时的pH值氧化物开

6、始沉淀的pH值完全沉淀的pH值Zn(OH) 2Fe(OH) 2Mn(OH) 2Ca(OH)26.47.58.89.58.09.710.414 从表中数据可以看出,在滴定总酸时,氢氧化铁、氢氧化锌可能完全沉淀,氢氧化锰几乎完全沉淀,氢氧化钙不被沉淀。所以滴定总酸时,氢氧化钠不仅消耗在中和磷酸的第一步、第二步电离的氢离子上,而且也可能消耗在中和磷酸的第三步电离的氢离子上,同时,也可能消耗在金属离子的氢氧化物上。所以,所谓总酸度,广义上是指磷化液中Zn2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、H+、H2PO4-、HPO32-等各种离子浓度的总和。同游离酸度一样,总酸度过高或过低,也会对磷化质量产生不良影响

7、。总酸度过高,磷化膜结晶粗糙,表面易挂灰,磷化残渣增加,反而不宜生成磷化膜;总酸度过低,磷化速度缓慢,磷化膜生成困难,磷化膜结晶粗糙疏松,磷化膜变薄,耐蚀性也差。 总酸度的控制范围较宽,低温磷化总酸度一般控制在1332点之内;常温磷化总酸度一般控制在2260点之内。在实际生产中,总酸度一般控制在规定范围内的上限为好,有利于加速磷化反应,使磷化膜细密。降低总酸度可以通过加水稀释,加入硝酸盐可以提高总酸度,加入酸式磷酸盐既可以提高总酸度,也可提高游离酸度。一般来说,lL磷化液加入510g磷酸二氢锌,磷化液的游离酸度可升高一个点,总酸度升高5点左右;1L磷化液加入2022g硝酸锌,总酸度可升高10点

8、。在实际生产中,可不降低总酸度或游离酸度,而是通过调整酸比较得满意的磷化效果。5、 酸比 酸比是指磷化液中总酸度与游离酸度的比值。 酸比也是磷化液的一个重要参数,不同的磷化液其酸比的比值不同,这个比值与磷化温度及磷化时间均成反比。在正常控制的总酸、游离酸度的范围之内,酸比比值越高,磷化液中的H+浓度相对就较低,电离增大,成膜离子的浓度升高,磷化成膜的时间就缩短,就可降低磷化温度,生成的磷化膜也越细越薄。当然,产生的磷化残渣的量也就越高。酸比值过低时,游离酸度升高,磷化速度减慢,所需磷化温度升高,磷化膜结晶疏松多孔,磷化不完全,会产生黄色锈蚀物。 酸比还与磷化方式有关,下表就列出了适合不同磷化方

9、式的酸比范围。增大酸比,磷化效果显著,是降低磷化温度最有效、最简单的方法。 酸比与磷化方式磷化方式酸比范围最佳酸比范围浸渍磷化喷淋磷化4.4-10.010.0-30.06.0-8.015.0-25.0 6、Zn2+ 对于锌系磷化液来说,Zn2+的含量对磷化膜影响较大,是磷化液磷化控制的又一参数,但在磷化生产中,一般不予以检测,只是生产出问题,或特殊要求的磷化处理时才要检测,这是因为Zn2+的含量取决于磷化配方,人们根据磷化液中Zn2+的含量的不同把磷化液分为高锌系、中锌系和低锌系。一般来讲,Zn2+含量高,能加快磷化反应速度,使磷化膜结晶致密,闪烁有光。但Zn2+含量过高,就使得磷化膜结晶粗糙

10、,脆性增大,管工件表面挂灰。但Zn2+含量过低时,磷化时间延长,难以形成磷化膜,形成的磷化膜薄而疏松、发暗。7、磷化温度 磷化温度对磷化成膜速度影响显著,这是因为磷化液中的电离平衡,此过程为吸热过程,因此,温度升高,平衡右移,成膜速度加快。但温度过高会造成磷化膜厚且粗糙,沉渣增多。如降低磷化温度,电离平衡左移,游离酸度显著下降,而游离酸对钢铁的阳极溶解、磷化速度起决定作用。因此,降低磷化温度不利于磷化,此时得到的磷化膜稀疏,耐蚀性差,甚至易泛锈。一般来说,不同的磷化液配方,有不同的磷化温度,但总地来说,磷化温度偏高有利于磷化膜的生成,因温度高,反应速度加快,磷化成膜时间就短。但是温度过高会电离

11、出大量的Zn2+和PO43-使之形成Zn3(PO4)2沉渣,造成磷化药剂的无效消耗,并容易使工件挂灰。若磷化速度过快,会使磷化膜的结晶粗大,得不到好的磷化膜,如磷化温度过低,而低于其下限,则整个磷化速度减慢,磷化成膜的时间会延长,得到的磷化膜就过薄过细,甚至在规定的时间内(如流水线作业)生不成完整的磷化膜,工件在空气中容易被氧化生锈。8、磷化时间 在特定的温度下,磷化时间相对来说越长越好,从理论上来说,在特定的温度下,磷化成膜的速度开始很快,然后逐渐变慢,当磷化到一定程度时,磷化膜不再增厚,反应不再进行,这是因为金属表面全部被磷化膜覆盖。也就是说,磷化到一定时间后,磷化膜重不再增加,磷化液达到新的平衡,但磷化时间对磷化膜重量的影响是磷化时间过长,由于受游离酸的侵蚀,磷化膜会变的粗糙,如果磷化时间过短,则不能形成完整的磷化膜。

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