金属表面前处理除油除锈

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1、金属表面前处理除油、除锈 201年化学工程专业毕业设计(论文)题 目: 金属表面前处理?除油、除锈 姓 名: 学 号: 指导老师: 完成时间: 目录 前言3摘要5 1 概述6 1.1 磷化的定义及原理.6 1.1.1磷化的定义.6 1.1.2磷化的原理.6 1.2 磷化的现状及发展状况.6 1.2.1 磷化的现状.6 1.2.2 发展趋势7 1.3 磷化的作用及用途8 1.3.1磷化的作用.8 1.3.2磷化的用途.8 1.4 磷化的分类.9 1.4.1 磷化的分类方.9 1.4.2 磷化处理的分类方法.10 1.4.3磷化前的预处理112 磷化膜的形成机理及结构.15 2.1 形成机理.15

2、 2.2 磷化膜的结构组成.15 2.3 涂磷磷化膜的要求.16 2.4 磷化膜质量评定项目与方法16 3 磷化液18 3.1 基本成膜物质.18 3.2 磷化促进剂18 3.2.1 氧化促进剂.18 3.2.2 金属离子促进剂.19 3.2.3 复合促进剂.20 3.3 磷化助剂20 3.4 常温磷化液的配方20 3.5 磷化液性能21 4 磷化工艺流程22 4.1 磷化实验过程.22 4.2 影响磷化处理的因素22 4.2.1 基材的影响22 4.2.2 促进剂的影响23 4.3 磷化工艺质量.25 4.4 磷化工艺中的问题26参考文献27 前言磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化

3、膜的过程,所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是:给基体金属提供保护,在一定程度上防止金属被腐蚀;用于涂漆前打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力;在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。 磷化处理工艺应用于工业己有90多年的历史,大致可以分为三个时期:奠定磷化技术基础时期、磷化技术迅速发展时期和广泛应用时期。 磷化膜用作钢铁的防腐蚀保护膜,最早的可靠记载是英国Charles Ross于1869年获得的专利/0.3119。从此,磷化工艺应用于工业生产。在近一个世纪的漫长岁月中,磷化处理技术积累了丰富的经验,有了许多重大的发现。一战期间,磷化技术的发展中心由英国转移至美国。1909年美国/.

4、let将锌、氧化锌或磷酸锌盐溶于磷酸中制成了第一个锌系磷化液。这一研究成果大大促进了磷化工艺的发展,拓宽了磷化工艺的发展前途。Parker防锈公司研究开发的Parco Power配制磷化液,克服T许多缺点,将磷化处理时间提高到lho 1929年Bonderizing磷化工艺将磷化时间缩短至10min, 1934年磷化处理技术在工业上取得了革命性的发展,即采用了将磷化液喷射到工件上的方法。二战结束以后,磷化技术很少有突破性进展,只是稳步的发展和完善。磷化广泛应用于防蚀技术,金属冷变形加工工业。这个时期磷化处理技术重要改进主要有:低温磷化、各种控制磷化膜膜重的方法、连续钢带高速磷化。当前,磷化技术

5、领域的研究方向主要是围绕提高质量、减少环境污染、节省 能源进行。 金属前处理-磷化工艺设计摘要:磷化处理是将钢铁制件在以磷酸二氢锌或磷酸锰铁盐为基料的溶液中,在一定的温度下进行化学反应,使其表面生成一层难溶的磷酸盐保护膜的一种化学处理方法,所形成的磷化膜为多孔的晶体结构,对增加涂层与基体金属之间的结合能力,防止腐蚀起着良好的作用,因此被广泛地用在涂装行业中磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程,所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是:给基体金属提供保护,在一定程度上防止金属被腐蚀;用于涂漆前打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力;在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。 磷化

6、处理工艺应用于工业己有90多年的历史,大致可以分为三个时期:奠定磷化技术基础时期、磷化技术迅速发展时期和广泛应用时期。 作为涂层的底层本内容主要讨论常温磷化。常温磷化的优点是节能环保磷化膜致密均匀适合电泳涂装的底层。关键词: 磷化膜 磷化液 防腐蚀 磷化工艺第一章 概述1.1 磷化的定义及原理1.1.1 磷化的定义 磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程,所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是:给基体金属提供保护,在一定程度上防止金属被腐蚀;用于涂漆前打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力;在金属冷加工工艺中起减摩润滑作用。1.1.2 磷化的原理 磷化成膜是一个化学动态

7、平衡,目前,大多数学者认同的磷化原理由以下四个步骤组成: 首先是金属的溶解过程。 当金属浸入磷化液中时,先与磷化液中的磷酸作用,生成一代磷酸铁,并有大量的氢气析出。其化学反应为; Fe ? 2e Fe2+ 2H+ + 2eH2上式表明,磷化开始时,仅有金属的溶解,而无膜生成。 第二是促进剂加速形成磷化膜。其化学反应式为:O+H R+H2O Fe2+O Fe3+R 式中O为促进剂(氧化剂),R为还原产物,由于促进剂氧化掉第一步反应所产生的氢原子,加快了反应(1)的速度,进一步导致金属表面H+浓度急剧下降。同时也将溶液中的Fe2+氧化成为Fe3+。 第三是磷酸根的多级离解。H3PO4 H2PO4-

8、+H+ HPO42-+2H+ PO43-+3H-由于金属表面的H+浓度急剧下降,导致磷酸根各级离解平衡向右移动,最终离解为PO43-。 最后磷酸盐沉淀结晶成为磷化膜当金属表面离解出的PO43-与溶液中(金属界面)的金属离子(如Zn2+、Mn2+、Ca2+、Fe2+)达到溶度积常数Ksp时,就会形成磷酸盐沉淀Zn2+ Fe2+ PO43-+H2OZn2FePO42?4H2O (4)3Zn2+2PO43-+4H2OZn3PO42?4H2O (5) 磷酸盐沉淀与水分子一起形成磷化晶核,晶核继续长大成为磷化晶粒,无数个晶粒紧密堆集形而上学成磷化膜。 1.2 磷化的现状及发展状况1.2.1 磷化的现状

9、为了是碳钢类紧固件在使用过程中避免或减少腐蚀,常采用表面磷化表面处理工艺。 目前,国内外研究和利用较多的是低、中、高温磷化。但因其能耗大,处理工艺时间长,沉渣多而不利于现代化生产,为了使紧固件产品适应快速发展的市场竞争需要,提高磷化液的质量,降低能耗成本,磷化工艺以向更低的磷化温度、更短的处理时间、更短的工艺流程及更加环保的工艺和材料方向发展,成为当前的发展趋势。1.2.2 发展趋势1 三元合金锌?锰?镍磷化剂 传统的磷化优点在于磷化前不需要活化,但要求的处理温度高,因此产生大量沉淀。现在由于增加了表调工序,即在磷化前用磷酸钛溶液处理工件,起到了活化工件表面的作用。镀锌件的磷化最好在含有更高的

10、Mn2+、Ni2-、Fe2+磷化液中进行,而铝及其合金的磷化液又必须含有加速基体腐蚀的氟离子等加速剂。锌锰镍三磷化剂是一种中温磷化剂,这与国外的低锌锰改性磷化在原理上是类似的,是今后发展的一个重要发展方向。2 不含镍的磷化液 镍作为磷化液的重要组成部分,在细化磷化结晶方面十分有效,尤其可以改善电镀锌板的结合力和涂装性能,通过采用新型的表面调整剂及在膜层中采用镍的替代金属,已经开发出在电镀锌板上生成更加细致的磷化膜工艺,采用新工艺获得的磷化膜完全可以与含镍的磷化工艺媲美。3 不含亚硝酸盐的磷化工艺 亚硝酸盐作为氧化型促进剂在锌盐磷化中扮演着重要的角色,在封闭式锌盐磷化工艺中,Na+和NO3-积累

11、将会被磷化液稳定性和磷化效率产生影响,这时亚硝酸盐不是作为氧化剂,而是作为Fe2+的络合剂。由于亚硝酸盐属致癌物,采用其他与亚硝酸盐相同作用的物质替代势在必行。无亚硝酸盐体系获得的磷化膜性能完全可与传统工艺相比。 磷化膜具有降低摩擦系数,起润滑作用防止紧固件表面损伤等特点。更短处理锌盐磷化技术以及超细致的锰盐磷化结晶,将有效的改善紧固件表面防腐蚀质量,未来技术需要持续不断改进。1.3 磷化的作用及用途1.3.1磷化的作用 磷化处理是将金属表面(主要是钢铁)通过化学反应生成一层非金属的不导电的多孔的磷酸盐膜。磷化处理工艺在工业上使用得很广泛,如金属成型加工、润滑、防锈、涂装等是它的主要用途之一。

12、磷化膜具有多孔性,涂料可以渗入到这些孔隙中,因而能显著地提高涂膜的附着力。此外,磷化膜又能使金属表面由优良导体转变为不良导体,从而抑制了金属表面微电池的形成,有效地阻碍了涂膜的腐蚀,可以成倍地提高涂层的耐腐蚀性和耐水性,所以磷化膜已被公认为涂层最好的基底。 因此,磷化处理已成为涂装表面处理工艺不可缺少的一个环节。1.3.2磷化的用途钢铁磷化主要用于耐蚀防护和油漆用底膜。 (1)耐蚀防护用磷化膜 防护用磷化膜 用于钢铁件耐蚀防护处理。磷化膜类型可用锌系、锰系。膜单位面积质量为10-40 g/m2。磷化后涂防锈油、防锈脂、防锈蜡等。 油漆底层用磷化膜 增加漆膜与钢铁工件附着力及防护性。磷化膜类型可

13、用锌系或锌钙系。磷化膜单位面积质量为0.2-1.0 g/m2(用于较大形变钢铁件油漆底层);1-5 g/m2(用于一般钢铁件油漆底层);5-10 g/m2(用于不发生形变钢铁件油漆底层)。 (2)冷加工润滑用磷化膜 钢丝、焊接钢管拉拔 单位面积上膜重1-10 g/m2;精密钢管拉拔 单位面积上膜重4-10 g/m2;钢铁件冷挤压成型 单位面积上膜重大于10 g/m2。 (3)减摩用磷化膜 磷化膜可起减摩作用。一般用锰系磷化,也可用锌系磷化。对于有较小动配合间隙工件,磷化膜质量为1-3 g/m2;对有较大动配合间隙工件(减速箱齿轮),磷化膜质量为5-20 g/m2。 (4)电绝缘用磷化膜 一般用

14、锌系磷化。用于电机及变电器中的硅片磷化处理。 四、磷化膜组成及性质 分类 磷化液主要成份 膜组成 膜外观 单位面积膜重/ g/m2 锌系 ZnH2PO42 磷酸锌和磷酸锌铁 浅灰深灰 1-60 锌钙系 ZnH2PO42和 Ca H2PO42 磷酸锌钙和磷酸锌铁 浅灰深灰 1-15 锰系 MnH2PO42 和FeH2PO42 磷酸锰铁 灰深灰 1-60 锰锌系 MnH2PO42 和ZnH2PO42 磷酸锌、磷酸锰、磷酸铁混合物 灰深灰 1-60 铁系 FeH2PO42 磷酸铁 深灰色 5-10 2.磷化膜组成 磷化膜为闪烁有光,均匀细致,灰色多孔且附着力强的结晶,结晶大部分为磷酸锌,小部分为磷酸氢铁。锌铁比例取决于溶液成分、磷化时间和温度。 3、性质 (1)耐蚀性 在大气、矿物油、植物油、苯、甲苯中均有很好的耐蚀性,但在碱、酸、水蒸气中耐蚀性较差。在200-300时仍具有一定的耐蚀性,当温度达到450时膜层的耐蚀性显著下降。 (2)特殊性质 如增加附着力,润滑性,减摩耐磨作用。1.4 磷化的分类1.4.1 磷化的分类方法 一般是按磷化成膜 、磷化膜厚度、磷