磷化

磷化

磷化(phosphorization)是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程,所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜。磷化的目的主要是:給基體金屬提供保護,在一定程度上防止金屬被腐蝕;用於塗漆前打底,提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力;在金屬冷加工工藝中起減摩潤滑使用。 磷化處理工藝套用於工業已有90多年的歷史,大致可以分為三個時期:奠定磷化技術基礎時期、磷化技術迅速發展時期和廣泛套用時期。

基本介紹

  • 中文名:磷化
  • 外文名:phosphorization
  • 性質:耐蝕性
  • 作用:磷化膜用作鋼鐵的防腐蝕保護膜
  • 專利:B.P. N o.3119
  • 套用:防蝕技術
簡介,原理及套用,磷化基礎知識,磷化分類,磷化用途,磷化膜性質,磷化流程,影響因素,磷化後處理,磷化渣,磷化膜檢驗,酸度,其它,

簡介

磷化膜用作鋼鐵的防腐蝕保護膜,最早的可靠記載是英國Charles Ross於1869年獲得的專利(B.P. N o.3119)。從此,磷化工藝套用於工業生產。在近一個世紀的漫長歲月中,磷化處理技術積累了豐富的經驗,有了許多重大的發現。一戰期間,磷化技術的發展中心由英國轉移至美國。1909年美國T.W.Coslet將鋅、氧化鋅或磷酸鋅鹽溶於磷酸中製成了第一個鋅系磷化液。這一研究成果大大促進了磷化工藝的發展,拓寬了磷化工藝的發展前途。Parker防鏽公司研究開發的Parco Power配製磷化液,克服了許多缺點,將磷化處理時間提高到lh(1小時), 1929年Bonderizing磷化工藝將磷化時間縮短至10min。 1934年磷化處理技術在工業上取得了革命性的發展,即採用了將磷化液噴射到工件上的方法。二戰結束以後,磷化技術很少有突破性進展,只是穩步的發展和完善。磷化廣泛套用於防蝕技術,金屬冷變形加工工業。這個時期磷化處理技術重要改進主要有:低溫磷化、各種控制磷化膜膜重的方法、連續鋼帶高速磷化。當前,磷化技術領域的研究方向主要是圍繞提高質量、減少環境污染、節省 能源進行。

原理及套用

磷化是常用的前處理技術,原理上應屬於化學轉換膜處理,主要套用於鋼鐵表面磷化,有色金屬(如鋁、鋅)件也可套用磷化。

磷化基礎知識

磷化分類

1、按磷化處理溫度分類
(1)高溫型
80—98℃處理時間為10-20分鐘,形成磷化膜厚達10-30g/m2,溶液游離酸度與總酸度的比值為1:(7-8)
優點:膜抗蝕力強,結合力好。
缺點:加溫時間長,溶液揮發量大,能耗大,磷化沉積多,游離酸度不穩定,結晶粗細不均勻,已較少套用。
(2)中溫型
50-75℃,處理時間5-15分鐘,磷化膜厚度為1-7 g/m2,溶液游離酸度與總酸度的比值為1:(10-15)
優點:游離酸度穩定,易掌握,磷化時間短,生產效率高,耐蝕性與高溫磷化膜基本相同,套用較多。
(3)低溫型
30-50℃ 節省能源,使用方便。
(4)常溫型
10-40℃ 常(低)溫磷化(除加氧化劑外,還加促進劑),時間10-40分鐘,溶液游離酸度與總酸度比值為1:(20-30),膜厚為0.2-7g/m2
優點:不需加熱,藥品消耗少,溶液穩定。
缺點:處理時間長,溶液配製較繁。
2、按磷化液成分分類
(1)鋅系磷化
(2)鋅鈣系磷化
(3)鐵系磷化
(4)錳系磷化
(5)複合磷化 磷化液由鋅、鐵、鈣、鎳、錳等元素組成。
3、按磷化處理方法分類
(1)化學磷化
將工件浸入磷化液中,依靠化學反應來實現磷化,套用廣泛。
(2)電化學磷化
在磷化液中,工件接正極,鋼鐵接負極進行磷化。
4、按磷化膜質量分類
(1)重量級(厚膜磷化) 膜重7.5 g/m2以上。
(2)次重量級(中膜磷化)膜重4.6-7.5 g/m2
(3)輕量級(薄膜磷化)膜重1.1-4.5 g/m2
(4)次輕量級(特薄膜磷化)膜重0.2-1.0 g/m2
5、按施工方法分類
(1)浸漬磷化
適用於高、中、低溫磷化 特點:設備簡單,僅需加熱槽和相應加熱設備,最好用不鏽鋼或橡膠襯裡的槽子,不鏽鋼加熱管道應放在槽兩側。
(2)噴淋磷化
適用於中、低溫磷化工藝,可處理大面積工件,如汽車、冰櫃、洗衣機殼體。特點:處理時間短,成膜反應速度快,生產效率高,且這種方法獲得的磷化膜結晶緻密、均勻、膜薄、耐蝕性好。
(3)刷塗磷化
上述兩種方法無法實施時,採用本法,在常溫下操作,易塗刷,可除鏽蝕,磷化後工件自然乾燥,防鏽性能好,但磷化效果不如前兩種。

磷化用途

1、磷化作用
(1)塗裝前磷化的作用
①增強塗裝膜層(如塗料塗層)與工件間結合力。
②提高塗裝後工件表面塗層的耐蝕性。
③提高裝飾性。
(2)非塗裝磷化的作用
①提高工件的耐磨性
②令工件在機加工過程中具有潤滑性。
③提高工件的耐蝕性。
2、磷化用途
鋼鐵磷化主要用於耐蝕防護和油漆用底膜。
(1)耐蝕防護用磷化膜
①防護用磷化膜 用於鋼鐵件耐蝕防護處理。磷化膜類型可用鋅系、錳系。膜單位面積質量為10-40g/m2。磷化後塗防鏽油、防鏽脂、防鏽蠟等。
②油漆底層用磷化膜
增加漆膜與鋼鐵工件附著力及防護性。磷化膜類型可用鋅系或鋅鈣系。磷化膜單位面積質量為0.2-1.0g/m2(用於較大形變鋼鐵件油漆底層);1-5g/m2(用於一般鋼鐵件油漆底層);5-10g/m2(用於不發生形變鋼鐵件油漆底層)。
(2)冷加工潤滑用磷化膜
鋼絲、焊接鋼管拉拔 單位面積上膜重1-10g/m2;精密鋼管拉拔 單位面積上膜重4-10g/m2;鋼鐵件冷擠壓成型 單位面積上膜重大於10g/m2
(3)減摩用磷化膜
磷化膜可起減摩作用。一般用錳系磷化,也可用鋅系磷化。對於有較小動配合間隙工件,磷化膜質量為1-3g/m2;對有較大動配合間隙工件(減速箱齒輪),磷化膜質量為5-20g/m2
(4)電絕緣用磷化膜
一般用鋅系磷化。用於電機及變電器中的矽片磷化處理。

磷化膜性質

1.磷化膜組成
磷化膜為閃爍有光,均勻細緻,灰色多孔且附著力強的結晶,結晶大部分為磷酸鋅,小部分為磷酸氫鐵。鋅鐵比例取決於溶液成分、磷化時間和溫度。
2.性質
(1)耐蝕性
在大氣、礦物油、植物油、苯、甲苯中均有很好的耐蝕性,但在鹼、酸、水蒸氣中耐蝕性較差。在200-300℃時仍具有一定的耐蝕性,當溫度達到450℃時膜層的耐蝕性顯著下降。
(2)特殊性質
如增加附著力,潤滑性,減摩耐磨作用。

磷化流程

除油除銹→水洗→磷化→水洗→磷化後處理。

影響因素

1、溫度
溫度愈高,磷化層愈厚,結晶愈粗大。
溫度愈低,磷化層愈薄,結晶愈細。
但溫度不宜過高,否則Fe2+易被氧化成Fe3+,加大沉澱物量,溶液不穩定。
2、游離酸度
游離酸度指游離的磷酸。其作用是促使鐵的溶解,已形成較多的晶核,使膜結晶緻密。
游離酸度過高,則與鐵作用加快,會大量析出氫,令界面層磷酸鹽不易飽和,導致晶核形成困難,膜層結構疏鬆,多孔,耐蝕性下降,令磷化時間延長。
游離酸度過低,磷化膜變薄,甚至無膜。
3、總酸度
總酸度指磷酸鹽、硝酸鹽和酸的總和。總酸度一般以控制在規定範圍 上限為好,有利於加速磷化反應,使膜層晶粒細,磷化過程中,總酸度不斷下降,反映緩慢。
總酸度過高,膜層變薄,可加水稀釋。
總酸度過低,膜層疏鬆粗糙。
4、PH值
錳系磷化液一般控制在2-3之間,當PH﹥3時,工件表面易生成粉末。當PH‹1.5時難以成膜。鐵系一般控制在3-5.5之間。
5、溶液中離子濃度
①溶液中Fe2+極易氧化成 Fe3+,導致不易成膜。但溶液中Fe2+濃度不能過高,否則,形成的膜晶粒粗大,膜表面有白色浮灰,耐蝕性及耐熱性下降。
②Zn2+的影響,當Zn2+濃度過高 ,磷化膜晶粒粗大,脆性增大,表面呈白色浮灰;當Zn2+濃度過低,膜層疏鬆變暗。

磷化後處理

目的:增加磷化膜的抗蝕性、防鏽性。
方法:噴塑、噴粉、噴漆、電泳、上防鏽油等。

磷化渣

1、磷化渣的影響
①磷化中生成的磷化渣,既浪費藥品又加大清渣工作量,處理不好還影響磷化質量,視為不利。
②磷化中在生成磷化渣的同時還會揮發出磷酸,有助於維持磷化液的游離酸度,保持磷化液的平衡,視為有利。
2、磷化渣生成的控制
①降低磷化溫度。
②降低磷化液的游離酸度。
③提高磷化速度,縮短磷化時間。
④提高NO-3 與PO3-4的比值。

磷化膜檢驗

①外觀檢驗
肉眼觀察磷化膜應是均勻、連續、緻密的晶體結構。表面不應有未磷化的殘餘空白或銹漬。由於前處理的方法及效果的不同,允許出現色澤不一的磷化膜,但不允許出現褐色。
②耐蝕性檢查
⑴浸入法
將磷化後的樣板浸入3﹪的氯化鈉溶液中,經兩小時後取出,表面無銹漬為合格。出現銹漬時間越長,說明磷化膜的耐蝕性越好。
②點滴法
室溫下,將藍點試劑滴在磷化膜上,觀察其變色時間。磷化膜厚度不同,變色時間不同。厚膜﹥5分鐘,中等膜﹥2分鐘,薄膜﹥1分鐘。

酸度

1、游離酸度的測定
用移液管吸取10 ml試液於250ml錐形瓶中,加50ml蒸餾水,加2—3滴甲基橙指示劑(或溴酚藍指示劑)。用0.1mol/l氫氧化鈉標準液滴定至溶液呈橙色(或用溴酚藍指示劑滴定至由黃變藍紫色)即為終點,記下的耗氫氧化鈉標準液毫升數即為滴定的游離酸度點數。
2、總酸度的測定
用移液管吸取10 ml試液於250ml錐形瓶中,加50ml蒸餾水,加2—3滴酚酞指示劑。用0.1mol/l氫氧化鈉標準液滴定至粉紅色即為終點,記下的耗氫氧化鈉標準液毫升數即為滴定的總酸度點數。

其它

主要是鋁件及鋅件的磷化。

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