锌系钢材磷化工艺研究
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华南理工大学
硕士学位论文
锌系钢材磷化工艺研究
姓名：郑健斌
申请学位级别：硕士
专业：化学工程
指导教师：方玉堂;邱志强
20061208
第二章钢铁前处理参数优化样品微观结构分析
１—４＃（Ｘ１０００）
２１
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５～８＃（Ｘ１０００）
第二章钢铁前处理参数优化
９＃（ｘ１０００）
图２－３磷化膜结晶扫描电镜照片
Ｆｉｇ２－３ＳＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｔｈｅｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇｆｉｌｍｃｒｙｓｔａｌ
由１．０９＃磷化膜ＳＥＭ图象可见，２群、甜、鲥磷化结晶最致密，晶体呈细柱状，能显著增强基体与涂层间的结合力及耐腐蚀性能；７样、５样磷化结晶由柱状到片状过渡，相对较粗，致密性稍差；１私、３＃、硎、８＃磷化结晶最粗，晶体呈片状结构，对涂层附着力及耐腐蚀性能影响较大。
２．１．４本段小结
通过对试验结果统计分析，选出最佳磷化条件为游离酸浓度０．９点、总酸浓度１８～２４点、促进剂１．０点、表调浓度Ｏ．１％。
游离酸浓度是主要影响因素，其次是促进剂，两因素皆影响磷化膜的细密性，必须严加控制。
实际生产过程中控制游离酸浓度０．６－０．９点、总酸浓度１８～２４点、促进剂１．０～１．５点、表调Ｏ．１￣ｏ．２％，均可获得连续细致的磷化膜。
２．２冷轧钢板与镀锌钢板共线前处理参数优化
据统计，每年由于用户使用不当或使用环境通风性能差等原因，导致使用室内型燃气热水器引发的安全事故时有发生，为了提高燃气热水器的安全性能，公司在２００６年初开发了一款高安全系数的室外型燃气热水器，燃烧室安装在室外，燃气燃烧时产生的
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第三章磷化杂质元素的实验研究
由于磷化工作液在使用过程中不断积累有害元素（如Ａ１”、ＣＩ‘、过量Ｚｎ２＋等）导致磷化液失效，目前国内专业的前处理剂供应厂均未突破这一技术难关，只能提高处理温度、延长磷化时间，甚至处理一定面积后稀释或报废槽液（某著名空调厂每处理ｌ万平方米放掉半槽），造成的处理液排放对环境污染、企业制造成本等方面均带来了较大的负面影响。
课题组通过对正常磷化液定量添加有害元素，摸索出其单独存在的允许极限，并通过正交试验研究多种有害元素交互作用对磷化体系的影响情况，并提出了有害元素的检测和排除方法。
３．１杂质离子对磷化体系的影响
３．１．１Ａ１３＋的影响
Ａ１３＋是对磷化液危害最大的金属离子，当磷化液中Ａ１３＋达到一定浓度后出现磷化液中毒，磷化上膜不均匀或完全停止上膜，宏观表现为热镀锌板、冷轧板发彩、电镀锌板不上膜，涂装环氧．聚酯涂层后测附着力下降到３级，完全失去了磷化的作用（见图３－１）。
图３．１Ａ１３＋中毒时磷化膜结晶ＳＥＭ［］（ｘｌＯＯＯ）
Ｆｉｇ３－１ＳＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｏｆｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇｆｉｌｍｃｒｙｓｔａｌｗｉｔｈｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆＡｌ３＋３．１．１．１磷化体系ＡＰ离子中毒的机理
ＡＰ＋离子不受氧化剂的影响，Ａ１３＋可以与溶液中的Ｐ０４３。
反应生成磷酸铝残渣，虽然可以去除，但反应速度非常缓慢。
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Ａ１３＋可与Ｆ’络合生成冰晶石ＡＩＦ６沉淀，将Ａｌ”控制在允许值以内，添加ＮａＦ，可除去Ａ１３＋：
Ａｆｌ＋＋３ｒ＝Ａ１Ｆ３
Ａ１Ｆ３＋３ＮａＦ＝Ｎａ３ＡＩＦ６
Ｆ’是有效的活化剂，可加速磷化晶核的生成，使晶粒致密，耐蚀性增强。
但Ｆ‘过多，会使工件表面挂灰，而且对水有污染，必须严格控制Ｆ。
的加入量。
常温磷化液要求每天添加量不多于ｌｇ／Ｌ（槽液中Ｆ应控制在０．２＂－０．５ｇ，Ｌ）。
试验证明含２００ｐｐｍＡ１３＋的磷化液（磷化不上膜）定量加入ＮａＦ后，磷化膜及涂层附着力（Ｏ级）恢复正常，完全解除铝毒（见图３．５）。
（ｘｌｏｏｏ）
图３．５排除铝毒后的磷化结晶ＳＥＭ图
Ｆｉｇ３－５ＳＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｏｆｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇｆｉｌｍｃｒｙｓｔａｌａｆｔｅｒｅｌｉｍｉｎａｔｅｄＡＰ＋因此，生产现场可根据喷涂镀锌板的面积而决定ＮａＦ的添加量，最好定时抽检磷化槽液中的Ａｌ”浓度，达到１００ｐｐｍ左右即可加入ＮａＦ去除。
要求生产车间在每天下班停线前往磷化槽加入预先溶解的ＮａＦ水溶液，开泵循环搅拌０．５ｈ左右，再将槽液打上高位槽静置过夜，次日将上清液注入磷化槽生产。
切忌加完ＮａＦ后立即磷化工件，因反应生成大量气泡附着在磷化板表面，造成磷化膜疏松而影响涂层的附着力。
使用六氟硅酸钠或六氟硼酸钠处理效果会更佳。
３．１．２Ｃｌ‘的影晌
ｃｌ‘是对磷化液危害较大的阴离子，它能加速镀锌层溶解，延长磷化时间，使磷化膜疏松、多孔、挂灰，抗蚀性下降，严重时不能形成磷化膜。
ｅｌ＂主要来源于清洗水，带进
第三章磷化有害元素的实验研究
３．１．５过量Ｚｎ２＋的影响
氧化锌与磷酸反应，生成二氢盐，是基本的成膜物质，形成的锌铁系磷化液主要成分为：磷酸锌铁【Ｐ相Ｚｎ２Ｆｅ（Ｐ０４）２．４Ｈ２０１，磷酸锌【Ｈ相Ｚｎ３（ＰＯ班．４Ｈ２０］，适量的Ｚｎ２＋能促进磷化膜的形成，Ｚｌｌ２＋含量过少，使膜变薄、疏松，磷化速度慢、时间长，不利于膜中晶体的生长；镀锌板一般采用低锌磷化，ｚｎ２＋控制在０．８～１．６ｇ／Ｌ左右‘３３１，当磷化槽液ｚｎ２＋浓度超过上限时，镀锌板磷化膜出现结晶粗大（见图３．３、３－４）、膜重增加，脆性大、涂层附着力严重下降，划格试验时涂层成片脱落等问题。
图３－３Ｚｎ２＋浓度为１．２９／ＩＪ的磷化结晶ＳＥＭ图
Ｆｉ９３．３ＳＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｏｆｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇｆｉｌｍｃｒｙｓｔａｌｕｎｄｅｒ１．２９／ＬＺｎ２＋
图３－４Ｚｎ２＋浓度）ｋ２２．８９／Ｌ的磷化结晶ＳＥＭ图
Ｆｉ９３．３ＳＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｏｆｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇｆｉｌｍｃｒｙｓｔａｌｕｎｄｅｒ２．Ｓｇ／ＬＺｎ２＋。
