《锌系磷化液配方成分分析、技术研发、磷化机理及工艺流程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锌系磷化液配方成分分析、技术研发、磷化机理及工艺流程（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、锌系磷化液 成分分析、配方研发、磷化机理及 工艺流程导读：本文详细介 绍了锌系磷 化液的研究 背景，理论基础，参考配 方等，本文中的配 方数据经过 修改，如需更详细 资料，可咨询我们 的 技术工程师。锌系磷化液 广泛应用于 金属表面处 理，禾川化学引 进国外配方 破译技术，专业从事金 属表面脱漆 剂成分分析、配方还原、研发外 包服 务，为金属表面 处理相关企 业提供一整 套配方技术 解决方案。一、背景磷化是金属 材料防腐蚀 的重要方法 之一，其目的在于 给基体金属 提供防腐蚀 保护、用于喷漆前 打底、提高覆膜层 的附着力与 防腐蚀能 力 及在金属加 工中起减摩 润滑作用等。磷化是常用 的前处理
2、技 术，原理上应属 于化学转化 膜处理。工程上应用 主要是钢铁 件表面磷 化，但有色金属 如铝、锌件也可应 用磷化。钢铁表面涂 装前处理工 艺指脱脂（除油）、除锈、表调、磷化。然而 由于工 件表面的状 况不同，则生产工艺 也有所不同，有的工艺中 没 有脱脂或 没有除锈工 序，有的工艺则 没有表面调 整工序，但磷化工序 是绝对不可缺少的。在涂装处理 过程中，如果不清除 油脂、氧化皮和锈 层，不进行磷化 处理，直接进行涂 漆和静电喷 涂，就会使钢铁 表面的涂层 产生脱落，失 去了涂装的意义。目前，国内外的金 属加工业、薄板加工业、石油行业及 汽车、自行车、 高低压开关 柜、防盗门、铁路等制造 业普
3、遍采用 的是中、高温磷化，存 在着操作 不方便、能源和材料 消耗大、调整频繁、成膜不均、成本高等问题。为解决以上 问题，常温磷化已 成为国际磷 化行业的必 然和研究 课 题。常温磷化不 仅可以有效 地降低能源 消耗，还可以解决 操作不方 便、材料消耗大、调整频繁、成膜不均、成本高等问 题。禾川化学技 术团队具有 丰富的分析 研发经验，经过多年的 技术积 累，可以运用尖 端的科学仪 器、完善的标准 图谱库、强大原材料 库，彻 底解决众 多化工企业 生产研发过 程中遇到的 难题，利用其八大 服务 优势，最终实现企 业产品性能 改进及新产 品研发。样品分析检 测流程：样品确认一物理表征前处理一大型仪
4、器分析一工程 师解谱一分析结果验证一后续技术服务。有任何配方 技术难题，可即刻联系 禾川化学技术团队，我们将为企业提供一站式配方技术解决方案！二、磷化机理2.1磷化概念磷化液的主要成分是磷酸二氢盐，如zn(h2po4 )2以及适量的游离 磷酸和加速剂等。加速剂主要起降低磷化温度和加快磷化速度的 作用。作为化学加速剂用得最多的氧化剂如no3-、no2-、cio3-、h2o2等。磷化是金属 与稀磷酸或 酸性磷酸盐 反应而形成 磷酸盐保护膜 的过程。工件(钢铁或铝、锌件)浸入磷化液 (某些酸式磷 酸盐为主的溶液)，在表面沉积 形成不溶于 水的结晶型 磷酸盐转化 膜的过程，称之为 磷化 。把金属放入
5、含有锰、铁、锌的磷酸盐 溶液中进行 化学处理，使金属表面 生成一层难 溶于水的磷 酸盐保护膜 的方法，叫做金属的 磷酸盐处理 。磷化膜层为 微孔结构，与基体结合 牢固，具有良好的 吸附，性、润滑，性、耐蚀，性、不粘附熔融金属(sn、al、2心性及较高的电绝缘性等。2.2磷化液的分类1) 按磷化膜体系分类按磷化成膜体系主要分为：锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系、非 晶相铁系六大类。锌系磷化槽 液主体成分 是：zn2+、h2po3 -、no3-、h3po4 、促进 剂等。形成的磷化 膜主体组成 (钢铁件)：zn3(po4)2 4h2o、zn2fe (po4)2 4h2o。磷化晶粒呈树枝状、针状、孔
6、隙较多。广泛应用于涂漆前 打底、防腐蚀和冷加工减摩润滑。锌钙系磷化 槽液主体成 分是：zn2+、ca2+、no3-、h2po4-、h3po4以及其它添加物等。形成磷化膜的主体组成(钢铁件)：zn2ca(po4)2 h2o、zn2fe (po4)2 4h2o、zn3(po4)2 4h2o。磷化晶粒呈 紧密颗粒状(有时有大的 针状晶粒)，孔隙较少。应用于涂装 前打底及防腐蚀。锌锰系磷化 槽液主体组 成：zn2+、mn2+、no3-、h2po4 -、h3po4以及其它一些添加物。磷化膜主体组成：zn2fe (po4)2 4h2o、 zn3(po4)2 4h2o、(mn,fe)5h2(po4)4 4h
7、2o，磷化晶粒呈 颗粒-针状-树枝状 混合晶型，孔隙较少。广泛用于漆前打底、防腐蚀及冷加工减摩润滑。锰系磷化槽 液主体组成:mn2+、no3-、h2po4 、h3po4以及其它一些添加物。在钢铁件上形成磷化膜 主 体 组 成 ： (mn,fe)5h2(po4)4 4h2o。磷化膜厚度 大、孔隙少，磷化晶粒呈 密集颗 状。广泛应用于防腐蚀及冷加工减摩润滑。铁系磷化槽 液主体组成:fe2+、h2po4 、h3po4以及其它一些添加物。磷化膜主体 组成(钢铁工件)：fe5h2(po4)4 4h2o，磷化膜厚度 大，磷化温度高，处理时间长，膜孔隙较多，磷化晶粒呈颗粒状。应用于 防腐蚀以及冷加工减摩润滑
8、。非晶相铁系磷化槽液主体成分：na+(nh4+)、h2po4 、h3po4 、 moo4-(clo3-、no3-)以及其它一些添加物。磷化膜主体组成(钢铁件)： fe3(po4)2 8h2o, fe2o3，磷化膜薄，微观膜结构呈非晶相的平面分布状，仅应用于涂漆前打底。2) 按磷化膜的厚度分类按磷化膜厚 度（磷化膜重）分，可分为次轻 量级、轻量级、次重量 级、重量级四种。次轻量级膜重仅0.11.0g/m2, 一般是非晶相铁系磷化膜，仅用于漆 前打底，特别是变形大工件的涂漆前打底效果很好。轻量级膜重1.1 4.5 g/m2,广泛应用于 漆前打底，在防腐蚀和 冷加 工行业应用较少。次重量级磷 化膜厚
9、4.6一7.5 g/m2,由于膜重较 大，膜较厚（一般3仇 m ），较少作为漆前打底（仅作为基本不变形的钢铁件漆前打底）， 可用于防腐蚀及冷加工减摩滑润。重量级膜重大于7.5 g/m2，不作为漆前打底用，广泛用于防腐蚀及冷 加 工。3）按磷化处理温度划分按处理温度可分为常温、低温、中温、高温四类。常温磷化就是不加温磷化。低温磷化一般处理温度3045 C。中温磷化一般6070C。高温磷化一般大于80 C。温度划分法本身并不严格，有时还有亚中温、亚高温之法，随各 人的意愿而定，但一般还是遵循上述划分法。4）按促进剂类型分类由于磷化促进剂主要只有那么几种，按促进剂的类型分有利于 槽液的了解。根据促进
10、剂类型大体可决定磷化处理温度，如no3 -促进 剂主要就是中温磷化。促进剂主要分为：硝酸盐型、亚硝酸盐型、氯酸盐型、有机氮化物 型、钼酸盐型等 主要类型。每一个促进 剂类型又可 与其它促进 剂配套 使用，有不少的分支系列。硝酸盐型包 括：no3 型，no3 -/no2 -（自生型）。氯酸盐型包 括：clo3 ，clo3 / no3 ，clo3-/ no2。亚硝酸盐包 括：硝基胍r- no2-/ clo3-o钼酸盐型包 括：moo4 , moo4 -/ clo3, moo4 / no3-。5 ）其他分类方法还有，如按材质可分为钢铁件、铝件、锌件以及混 合件磷化等。2.4磷化成膜机理磷化的主要过程
11、：1）金属的溶解过程即金属与磷化液中的游离酸发生反应：m+h3po4 = m（h2po4 ）2+h2 f2）促进剂的加速过程为：m(h2po4 )2+fe+o fm3(po4)2+fepo由于氧化剂的氧化作用，加速了不溶性盐的逐步沉积，使金属基体 与槽液隔离，会限制甚至停止酸蚀的进行。3) 磷酸及盐的水解：磷化液的基本成分是一种或多种重金属的酸式磷酸盐，其分子式为me(h2po4)2,这些酸式磷 酸盐溶于水，在一定浓度及ph值下发生水解，产生游离磷酸：me(h2po4 )2=mehpo 4+h3po43mehpo4=me3(po4)2+ h3po4h3po4 =h2po4 -+h+= hpo4
12、2 - + 2h+ = po43- + 3h+由于金属工件表面的氢离子浓度急剧下降，导致磷酸根各级离解 平衡向右移动，最终成为磷酸根。4) 磷化膜的形 成：当金属表面 离解出的p o3-4与磷化槽 液中的金 属 离子zn2 +、mn2+、fe2+达到饱和时，即结晶沉积 在金属工件 表面, 晶粒持续增长，直到在金属工件表面生成连续不溶于水的牢固的磷化 膜：3m2+ + 2po43- + 4h2o = m3 (po4 ) 2 4h2o |2m2+ + fe2+ + 2 po43- + 4h2o= m2fe(po4 ) 2 4h2o |金属工件溶解出的fe 2+一部分作为磷化膜的组成部分被消耗掉,
13、而残留在磷 化槽液中的fe2+则氧化成三e3+,生成fep o4沉淀，即磷化沉 渣的主要成分之一。上述磷化原 理可解释锌 系磷化、锌钙系磷化、锰系磷化的 成膜过 程，也可解释锌件磷化、铝件磷化的成膜过程，但锌件磷化膜只有磷酸锌 一种组成，铝件磷化还 需加入较多 的氟化物，以便形成a lf3 alf63 -2.5磷化用途磷化用途：磷化膜主要用作涂料的底层、金属冷加工时的润滑层、金属表面保护层以及用作电机硅钢片的绝缘处理、压铸模具的 防粘处理等。被广泛应用于汽车、船舶、航空航天、机械制造及家电等 工业生产中。涂装前磷化 的作用：增强涂装膜层（如涂料涂层）与工件间结合 力；提高涂装后工件表面涂层的耐
14、蚀，性；提高装饰，性。非涂装磷化的作用：提高工件的耐磨性，令工件在机加工过程中具有 润滑性；经适当的后处理，可提高工件的耐磨性。金属上的磷酸盐转化膜有各种用途，它们对于提高油漆与金属的 结合力和抗腐蚀性是很重要的，所以在涂装行业得到广泛的应用。它 们也可用作防锈的油载体、金属冷加工过程中润滑剂的载体、金属冷 作过程中的润滑剂的载体、润滑以及摩擦表面的润滑等。有两种基本类型的磷化，第一种是在含有多种加速剂的低酸度的碱金属或氨的 磷酸 盐溶液中靠 被溶解的金 属离子自身 形成磷化膜，其基本上是 一 种无定型 膜，我们称其为 铁系磷化。这种类型的 磷化膜通常 是油漆很好的基底，主要是钢铁。此膜有可塑
15、，性，作为盘管涂 漆前处理，然后成型时漆膜不会破 裂。不过，与其他类型 的磷化膜相 比，铁系磷化膜 涂装耐腐 蚀 性能低，因此，在室外环境 或在重负荷 应用条件下 是不用这种 磷化膜 的。另一种类型 的磷化是含 二价金属离 子的盐，并在金属表 面形成不溶性磷酸盐，生产中广泛 使用的是磷 酸锌、磷酸锰和z n-ni,zn-ca、 zn-mn-ni等磷化。开始mn2+、ni2+等离子在锌 系磷化液中 加入的量很少，其目的是细化结晶和提高膜的防护性，但为了提高磷化膜的抗 碱性能，特别是在阴极电泳涂装及较恶劣条件下使用的涂装，近代锌系磷化液中mn 2+、ni2+等离子的含 量已超过z n2+量，即在锌系磷 化液 中mn 2+、ni2+等已由原来的“第二阳离子”提升为“第一阳离子”，也 就是人们 所说的“三元系磷化”或“多晶磷化”。由于磷酸锰、磷酸锌- 锰膜有较高的硬度，被用来作滑动摩擦的润滑剂的载体。磷酸锌、磷酸 锰、磷酸锌-镣和磷酸锌-锰等膜全都或多或少为粗糙的结晶结构,虽然粗 糙的结晶可吸收更多的润滑剂或防锈油在某些润滑和防护上是有 利的，但对大多数其他方面的应用往往是不利的，特别是作为油漆的底层。在这种情兄下将导致更多的油漆消耗，并使其失去光泽，除非所用的 油漆量超过铁系磷化膜上所用的量。更大的问题是，涂装后的金属 件不能有 更大的弯曲
