中温快速钢磷化液的研制_赵立杰
- 格式：pdf
- 大小：103.06 KB
- 文档页数：3
第18卷第2期齐齐哈尔大学学报Vol.18,No.2 2002年6月Journal of Q i q ihar Universit y June,2002
中温快速钢磷化液的研制
赵立杰汪建新孙岩
(齐齐哈尔大学,齐齐哈尔161006)
摘要阐述中温磷化机理,确定磷化液的配方组成,磷化工艺过程,研究了磷化时各种条件对磷化膜耐蚀性的影响。
关键词:中温;磷化;配方设计;总酸度
中图分类号:TQ150.1文献标识码:A文章编号:1007-984X(2002)02-0015-03
磷化造将钢铁件浸置于磷化液中,经过化学与电化学反应,在金属表面形成一层难溶的磷酸盐膜,给金属提供保护,在一定程度上防止金属被腐蚀。
磷化主要用于涂漆前的打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力,是钢铁件涂装底漆和机械零件防锈处理的必须工序,广泛应用于汽车工业,机械,电子,国防工业等,有较为广阔的应用前景。
中温磷化工艺具有磷化膜厚,耐腐蚀性优良,膜与钢铁件的结合力强,成膜外观均匀细致,使用寿命长,能耗低,磷化时间短等特点,在国内较受重视,应用较多。
1成膜原理
钢铁表面的磷化成膜反应包括钢铁表面的电化学溶解和不溶性金属磷酸盐沉积两个过程。
1.1铁的溶解
磷化反应是分别在局部阴极和局部阳极进行的,铁基电位低成为活性阳极,并发生如下反应:
Fe+2H+—※Fe2++H2←
2Fe+2H2PO4-—※2FeHPO4↑+H2←
3Fe+2HPO42-—※Fe3(PO4)2↑+H2←
在金属与溶液接触的界面上由于游离酸的消耗引起pH值稍有上升,有利于磷酸盐的沉积。
1.2磷酸盐的沉积
当阴极表层溶液中[Zn2+]3[PO43-]2≥Ks p·Zn3(PO4)2阴极就会发生如下反应:
3Zn(H2PO4)2Zn3(PO4)2↑+4H3PO4
3Fe(H2PO4)2Fe3(PO4)2↑+4H3PO4
2Zn(H2PO4)2+Fe(H2PO4)2Zn2Fe(PO4)2↑+4H3PO4
在钢铁表面形成不溶性磷酸盐晶核,随着反应的进行,晶核不断长大并连成一片,即生成不溶于水的磷化膜。
中温锌系磷化膜的组成是ZnFe2(PO4)2、Zn3(PO4)2、Fe3(PO4)2。
1.3“P”比的影响
磷化膜的“P比”为P/(P+H)×100%,其中P表示Zn2M(PO4)2,H表示Zn3(PO4)2,M代表Fe、Ni、M n、Cu等元素。
研究表明,“P比”大的磷化膜耐蚀性好,和底材结合力高,溶件失重小,因此在磷化液中加入适量的Fe2+、Ni2+、M n2+、Cu2+可以提高磷化膜的“P比”,改善磷化膜的性能。
2试验用材料、仪器、测试标准
2.1试验用材料、仪器
定性试验所用试剂均为CP级,定量分析用试剂为AR级。
低碳钢板(国产冷轧钢板)规格为:
40m m×100mm×1mm
收稿日期:2001-12-30
作者简介:赵立杰,女,1968年生,讲师,主要从事无机精细化工产品研究。
·16·齐齐哈尔大学学报2002年
2.2测试标准
耐蚀性测定:按GB6807—86规定CuSO4点滴法和3%NaCl溶液浸渍法进行。
磷化液总酸度:用0.1m ol/L的NaOH溶液滴定10ml磷化液,以酚酞为指示剂,以无色变为红色即为终点,所消耗NaOH溶液的毫升数即为总酸度点数。
磷化液游离酸度:用0.1mo l/L的N aOH溶液滴定10ml磷化液,以液湃溴酚蓝为指示剂,以黄色变为紫色为终点,所消耗的N aOH毫升数即为游离酸点数。
3磷化液配方
ZnO6～12g/L
H3PO4(85%)40～70g/L
Zn(NO3)230～60g/L
EDTA1～5g/L
多聚磷酸钠1～5g/L
N aNO22～6g/L
N aF2～8g/L
Ni(NO3)22～10g/L
总酸度:50～70点
游离酸度:4～7点
磷化时间:10～20min
磷化温度:55℃～65℃
4结果与结论
在大量实验基础上,确定了以锌镍为主的磷化液组成配方,它的特点是磷化膜细密,防锈效果好,能耗低,快速。
4.1添加剂的选择与作用
4.1.1氧化促进剂的作用与选择
钢铁在磷化液中的溶解反应是铁失去电子变成Fe2+即:为微电池的阳极,而在阴极的氢放电,并在钢铁表面形成不溶性磷酸盐的晶核,进而连接成片形成磷化膜。
铁为还原剂,氢离子为氧化剂,但其氧化能力较弱,氢气析出也较慢,这样会降低磷化反应的速度,因此,在磷化液中必须加入强氧化剂,它可以起到加速钢铁表面的溶解反应和去除极化作用。
4.1.2络合剂的作用
络合剂在磷化过程中起到了减少沉淀,细化结晶,疏松垢物,加速磷化作用。
常用络合剂有EDTA,多聚磷酸钠,酒石酸,柠檬酸等。
4.1.3N aF的作用
NaF是活化剂,可以使钢铁表面晶界充分露出,使有效成核活性点增多,有利于生成晶粒细而均匀的磷化膜。
4.2磷化条件的影响
4.2.1总酸度和游离酸度的影响
总酸度和游离酸度是磷化工艺中主要技术参数,对磷化膜质量有较大影响,在实际生产过程中应将参数控制在限定的范围内,其对磷化膜耐蚀性的影响参见图1中的曲线。
由曲线可知,总酸度控制在60～70点,游离酸度控制在4～7点的范围内时,可获得耐蚀性较好的磷化膜。
在实际应用时,可以通过加入NaH2PO4、Zn(NO3)2提高总酸度,加入Zn(NO3)2提高总酸度,加入Zn(H2PO4)2提高游离酸度。
4.2.2磷化时间对磷化膜性能的影响
随着磷化时间的延长磷化膜的重量和耐蚀性都有所增加,但增加到一定程度后就不再增加了,如图2中曲线。
因此从节时,节能角度看,磷化时间应控制在10～20分钟内。
图1磷化膜性能随游离酸度(Ⅰ)总酸度(Ⅱ)的变化图2磷化时间对耐蚀性(Ⅰ)及膜重(Ⅱ)的影响
4.2.3磷化温度对磷化膜性能的影响
磷化温度对磷化反应的影响非常重要,以图3
可以看出,在50℃以下时磷化膜较薄,耐蚀性差,从节能与耐蚀性较佳方面选择,温度应控制在55℃～65℃较为适合。
5结论
通过对磷化反应的各个影响因素的研究,分析,确定了磷化液的组成,反应条件,工艺过程,并且实测效果良好,说明了此中温磷化液具有较佳的可实际应用性。
参考文献
[1]李新立磷化基本原理及分类《材料保护》1994年,27卷2期38[2]李安忠高速锌系磷化液及磷化工艺《材料保护》1994年27卷12期13
The research of fast and intermediate tem p erature steel p hos p hatizin g fluid
ZHA O Li -j ie
WA N G Jian -x in g
S U N Yian
(Qi q ih ar Universt y ,Qi q ih ar 161006)
Abstract It e xpounds parkerizing process mechanism in the co rditio n of intermediate tempe ra ture ,and
define p hos p hatizin g fluid formulation Parkerizin g p rocess en g ineerin g resea rch the inflienees that all kinds of conditions g ive the strain resistance of p hos p ha tizin g m echanism in p arke rizin g p ro cess .Key words
Intermediate temperature ;Parkerizing proeess ;Fo rmulatio n ;To tal acdity
第2期中温快速钢磷化液的研制·17·
图3
磷化膜耐蚀性随温度的变化。
