磷化目录总述原理及应用磷化基础知识1. 一、磷化原理2. 二、磷化分类3. 三、磷化作用及用途4. 四、磷化膜组成及性质5. 五、磷化工艺流程6. 六、影响因素7. 七、磷化后处理8. 八、磷化渣9. 九、磷化膜质量检验10. 十、游离酸度及总酸度得测定11. 十一、有色金属磷化总述原理及应用磷化基础知识总述磷化(phｏspｈoｒｉzatｉoｎ)就是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜得过程,所形成得磷酸盐转化膜称之为磷化膜。
磷化得目得主要就是: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,提高漆膜层得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多年得历史,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与广泛应用时期。
磷化膜用作钢铁得防腐蚀保护膜,最早得可靠记载就是英国Cｈarles Ross于1８6９年获得得专利(Ｂ.P。
No.３1１9)、从此,磷化工艺应用于工业生产。
在近一个世纪得漫长岁月中,磷化处理技术积累了丰富得经验,有了许多重大得发现。
一战期间,磷化技术得发展中心由英国转移至美国。
1909年美国T。
W。
Coslet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得发展,拓宽了磷化工艺得发展前途。
Parkeｒ防锈公司研究开发得Ｐarｃo Pｏwｅr配制磷化液,克服T许多缺点,将磷化处理时间提高到lhｏ19２9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得发展,即采用了将磷化液喷射到工件上得方法、二战结束以后,磷化技术很少有突破性进展,只就是稳步得发展与完善、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得方法、连续钢带高速磷化、当前,磷化技术领域得研究方向主要就是围绕提高质量、减少环境污染、节省能源进行。
原理及应用磷化就是常用得前处理技术,原理上应属于化学转换膜处理,主要应用于钢铁表面磷化,有色金属(如铝、锌)件也可应用磷化、磷化基础知识一、磷化原理１、磷化工件(钢铁或铝、锌件)浸入磷化液(某些酸式磷酸盐为主得溶液),在表面沉积形成一层不溶于水得结晶型磷酸盐转换膜得过程,称之为磷化。
2、磷化原理钢铁件浸入磷化液(由Ｆe(Ｈ2PO4)2、Mｎ(H２PＯ4)2、Zn(H2ＰO4)2 组成得酸性稀水溶液,PH值为1—３,溶液相对密度为1、0５-1.10)中,磷化膜得生成反应如下:吸热３Zn(H2ＰO4)2＝Ｚn3(PO４)2↓+４Ｈ３ＰO4或吸热吸热3Ｍｎ(H2PO4)2=Mn3(PO４)2↓+4H3ＰO4吸热钢铁工件就是钢铁合金,在磷酸作用下,Fe与FeC3形成无数原电池,在阳极区,铁开始熔解为Fe２+,同时放出电子、Fe+2H3PＯ4= Fe(H2ＰO4)2＋H２↑Fｅ＝Fe2+ ＋2ｅ-在钢铁工件表面附近得溶液中Ｆe2+不断增加,当Fe2+与HＰＯ4２-,ＰO4３－浓度大于磷酸盐得溶度积时,产生沉淀,在工件表面形成磷化膜:Fｅ(Ｈ２PO４)2= FeHPO4↓+ Ｈ３PＯ4Ｆe+ Fe(Ｈ2PＯ4)2 =2FeHPO４↓+H2↑3FeHＰＯ４= Ｆe ３(PO4)2↓+ H3PＯ4Ｆe+2FeHPＯ4 ＝Ｆｅ3(PO４)2↓+H２↑阴极区放出大量得氢:2H+ +2e－=H２↑O2+2H2０=4ｅ－＋4OH－总反应式:吸热3Zｎ(H2PO4)２=Zn3(ＰＯ4)2↓+４H3ＰO4吸热吸热Fe+３Zn(Ｈ２PＯ4)2= Zn3(PO4)2↓＋ＦeHPO4↓+3 H3PO４＋2H2↑放热二、磷化分类1、按磷化处理温度分类(１)高温型８0—9０℃处理时间为10—2０分钟,形成磷化膜厚达10-3０ｇ/m２,溶液游离酸度与总酸度得比值为１:(7-8)优点:膜抗蚀力强,结合力好。
缺点:加温时间长,溶液挥发量大,能耗大,磷化沉积多,游离酸度不稳定,结晶粗细不均匀,已较少应用。
(2)中温型50-75℃,处理时间５-15分钟,磷化膜厚度为1-7 ｇ/m2,溶液游离酸度与总酸度得比值为１:(10—１5)优点:游离酸度稳定,易掌握,磷化时间短,生产效率高,耐蚀性与高温磷化膜基本相同,目前应用较多。
(3)低温型3０—50℃节省能源,使用方便。
(４)常温型10-40℃常(低)温磷化(除加氧化剂外,还加促进剂),时间10-40分钟,溶液游离酸度与总酸度比值为1:(20-30),膜厚为0、２－7ｇ/m２。
优点:不需加热,药品消耗少,溶液稳定。
缺点:处理时间长,溶液配制较繁。
2、按磷化液成分分类(１)锌系磷化(2)锌钙系磷化(3)铁系磷化(4)锰系磷化(5)复合磷化磷化液由锌、铁、钙、镍、锰等元素组成。
3、按磷化处理方法分类(1)化学磷化将工件浸入磷化液中,依靠化学反应来实现磷化,目前应用广泛、(2)电化学磷化在磷化液中,工件接正极,钢铁接负极进行磷化。
4、按磷化膜质量分类(1)重量级(厚膜磷化) 膜重７。
5 g/m2以上、(2)次重量级(中膜磷化)膜重4、6—７.5 ｇ/ｍ２。
(3)轻量级(薄膜磷化)膜重１。
1-4.5 ｇ／m2。
(4)次轻量级(特薄膜磷化)膜重0、2-１．0 g/m2。
5、按施工方法分类(１)浸渍磷化适用于高、中、低温磷化特点:设备简单,仅需加热槽与相应加热设备,最好用不锈钢或橡胶衬里得槽子,不锈钢加热管道应放在槽两侧。
(2)喷淋磷化适用于中、低温磷化工艺,可处理大面积工件,如汽车、冰箱、洗衣机壳体、特点:处理时间短,成膜反应速度快,生产效率高,且这种方法获得得磷化膜结晶致密、均匀、膜薄、耐蚀性好。
(３)刷涂磷化上述两种方法无法实施时,采用本法,在常温下操作,易涂刷,可除锈蚀,磷化后工件自然干燥,防锈性能好,但磷化效果不如前两种。
三、磷化作用及用途1、磷化作用(１)涂装前磷化得作用①增强涂装膜层(如涂料涂层)与工件间结合力。
②提高涂装后工件表面涂层得耐蚀性、③提高装饰性。
(2)非涂装磷化得作用①提高工件得耐磨性。
②令工件在机加工过程中具有润滑性。
③提高工件得耐蚀性。
2、磷化用途钢铁磷化主要用于耐蚀防护与油漆用底膜。
(1)耐蚀防护用磷化膜①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10-4０g/m2。
磷化后涂防锈油、防锈脂、防锈蜡等。
②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—10g／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４-10ｇ／m2;钢铁件冷挤压成型单位面积上膜重大于10g/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锌系磷化。
用于电机及变电器中得硅片磷化处理。
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Zn(H2ＰO４)2 磷酸锌与磷酸锌铁浅灰→深灰1－６0锌钙系Zn(H２ＰO４)２与Ｃａ(H2PＯ４)２磷酸锌钙与磷酸锌铁浅灰→深灰１－15锰系Mn(H2ＰＯ4)２与Fe(H2PO４)2磷酸锰铁灰→深灰１-60锰锌系Mn(Ｈ2PＯ4)2 与Zn(H２PO4)2 磷酸锌、磷酸锰、磷酸铁混合物灰→深灰1-６0铁系Fe(H2ＰO4)2 磷酸铁深灰色５—102.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得结晶,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、磷化时间与温度。
3、性质(1)耐蚀性在大气、矿物油、植物油、苯、甲苯中均有很好得耐蚀性,但在碱、酸、水蒸气中耐蚀性较差、在２0０-30０℃时仍具有一定得耐蚀性,当温度达到4５0℃时膜层得耐蚀性显著下降。
(2)特殊性质如增加附着力,润滑性,减摩耐磨作用。
五、磷化工艺流程除油除锈→水洗→磷化→水洗→磷化后处理六、影响因素１、温度温度愈高,磷化层愈厚,结晶愈粗大。
温度愈低,磷化层愈薄,结晶愈细、但温度不宜过高,否则Fｅ2+易被氧化成Fｅ3+,加大沉淀物量,溶液不稳定。
2、游离酸度游离酸度指游离得磷酸。
其作用就是促使铁得溶解,已形成较多得晶核,使膜结晶致密、游离酸度过高,则与铁作用加快,会大量析出氢,令界面层磷酸盐不易饱与,导致晶核形成困难,膜层结构疏松,多孔,耐蚀性下降,令磷化时间延长、游离酸度过低,磷化膜变薄,甚至无膜。
3、总酸度总酸度指磷酸盐、硝酸盐与酸得总与。
总酸度一般以控制在规定范围上限为好,有利于加速磷化反应,使膜层晶粒细,磷化过程中,总酸度不断下降,反映缓慢。
总酸度过高,膜层变薄,可加水稀释、总酸度过低,膜层疏松粗糙。
4、PH值锰系磷化液一般控制在2—3之间,当ＰH﹥3时,共件表面易生成粉末。
当ＰH‹１、５时难以成膜。
铁系一般控制在3-5、5之间。
5、溶液中离子浓度①溶液中Fe2＋极易氧化成Fe3+,导致不易成膜。
但溶液中Fe２+浓度不能过高,否则,形成得膜晶粒粗大,膜表面有白色浮灰,耐蚀性及耐热性下降、②Zn2＋得影响,当Zn２+浓度过高,磷化膜晶粒粗大,脆性增大,表面呈白色浮灰;当Ｚn2+浓度过低,膜层疏松变暗。
七、磷化后处理目得:增加磷化膜得抗蚀性、防锈性。
八、磷化渣1、磷化渣得影响①磷化中生成得磷化渣,既浪费药品又加大清渣工作量,处理不好还影响磷化质量,视为不利。
②磷化中在生成磷化渣得同时还会挥发出磷酸,有助于维持磷化液得游离酸度,保持磷化液得平衡,视为有利。
2、磷化渣生成得控制①降低磷化温度。
②降低磷化液得游离酸度、③提高磷化速度,缩短磷化时间、④提高NO-３与PO３—4得比值。
九、磷化膜质量检验①外观检验肉眼观察磷化膜应就是均匀、连续、致密得晶体结构。
表面不应有未磷化德得残余空白或锈渍。
由于前处理得方法及效果得不同,允许出现色泽不一得磷化膜,但不允许出现褐色。
②耐蚀性检查⑴浸入法将磷化后得样板浸入３﹪得氯化钠溶液中,经两小时后取出,表面无锈渍为合格。
出现锈渍时间越长,说明磷化膜得耐蚀性越好。
②点滴法室温下,将蓝点试剂滴在磷化膜上,观察其变色时间。
磷化膜厚度不同,变色时间不同。
厚膜﹥5分钟,中等膜﹥2分钟,薄膜﹥1分钟。
十、游离酸度及总酸度得测定１、游离酸度得测定用移液管吸取１０ml试液于250ml锥形瓶中,加50ml蒸馏水,加2-3滴甲基橙指示剂(或溴酚蓝指示剂)。