磷化工工艺(磷化工艺原理)

开心常识网 900 2023-12-23 03:30:05

1.总结:磷化是通过化学和电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程,形成的磷酸盐转化膜称为磷化膜。

2.磷化的主要目的是:为基底金属提供保护,防止金属受到一定程度的腐蚀;用于涂装前的打底,提高漆膜层的附着力和耐腐蚀性;用于金属冷加工过程中的减摩和润滑。

3.磷化工艺在工业上的应用已有90多年,大致可分为三个时期:磷化技术的奠基期、磷化技术的快速发展期和广泛应用期。

4.磷化膜是用作钢材的防腐保护膜。最早的可靠记录是1869年英国CharlesRoss获得的专利(B.P.No.3119)。

5.此后,磷化技术被应用于工业生产。

6.在近一个世纪的漫长岁月中,磷化技术积累了丰富的经验,取得了许多重要的发现。

7.一战期间,磷化技术的发展中心从英国转移到了美国。

8.1909年,美国T.W.Coslet将锌、氧化锌或磷酸锌溶解在磷酸中,配制出第一种锌系磷化液。

9.这一研究成果极大地促进了磷化工艺的发展,拓宽了磷化工艺的发展前景。

10.派克防锈公司研制的ParcoPower配制磷化液,克服了t的诸多缺点,1929年将磷化时间提高到LHO,磷化时间缩短到10 min。1934年,磷化技术在工业上取得了革命性的发展,即采用了在工件上喷涂磷化液的方法。

11.二战结束后,磷化技术鲜有突破,但稳步发展和完善。

12、磷化广泛应用于防腐技术、金属冷变形加工行业。

13.这一时期磷化技术的重要改进主要有:低温磷化,控制磷化膜膜重的各种方法,连续钢带的高速磷化。

14.目前磷化技术的研究方向主要集中在提高质量、减少环境污染和节约能源方面。

15.(2)磷化是一种常用的预处理技术。原则上应该属于化学转化膜处理,主要用于钢铁表面磷化,有色金属(如铝、锌)也可以用于磷化。

16.(三)磷化基础知识一、磷化原理将磷化工件(钢或铝或锌)浸入磷化液(某些酸性磷酸盐基溶液)中,在其表面形成不溶于水的结晶磷酸盐转化膜的过程称为磷化。

17、2、磷化原理钢件浸入磷化液(由Fe(H2PO4)2Mn(H2PO4)2Zn(H2PO4)2组成的酸性稀水溶液,PH值为1-3,相对密度为1.05-1.10)。磷化膜的形成反应如下:吸热的3Zn(h2po 4)2zn 3(PO4)2←+4 h3po 4或吸热的3Mn(h2po 4)2mn 3(PO4)2←+4 h3po 4吸热的钢铁工件为钢合金。在磷酸的作用下,Fe和FeC3形成无数的原电池。在阳极区,铁开始熔化成Fe2+,同时释放出电子。

18.Fe+2 h3po 4 Fe(h2po 4)2+H2 = Fe2+2E-在钢铁工件表面附近的溶液中,Fe2+不断增加,当Fe2+与HPO42-和PO43-的浓度大于磷酸盐的溶度积时,发生沉淀。工件表面形成磷化膜:Fe(h2po 4)2 feh po 4↓+h3po 4 Fe+Fe(h2po 4)22 feh po 4 ↓+ H2↑3 feh po 4 Fe3(PO4)2↓+h3po 4 Fe+2 feh po 4 Fe3(PO4)。2↓+H2↑阴极区释放出大量氢气:2H ++ 2e-H2↑O2+2h2o+4e-4OH-总反应式:吸热的3Zn(H2PO4)2Zn3(PO4)2↓+4H3PO4吸热的Fe+3Zn (H2PO4) 2Zn3 (PO4) 2 ↓+2fe。磷化的分类按磷化处理温度分类(1)80-90℃高温型处理时间10-20分钟,形成的磷化膜厚度达到10-30g/m2,溶液游离酸与总酸之比为1: (7-8)优点:膜层耐蚀性强,附着力好。

19.缺点:加热时间长,溶液挥发大,能耗大,磷化沉积物多,游离酸不稳定,结晶厚薄不均,已较少使用。

20.(2)中温模具50-75℃,处理时间5-15min,磷化膜厚度1-7g/m2,溶液游离酸与总酸之比为1: (10-15)优点:游离酸稳定易掌握,磷化时间短,生产效率高,耐蚀性与高温磷化膜基本相同,目前应用广泛。

21.(3)低温型30-50℃节能,使用方便。

22.(4)常温磷化,温度10-40℃,常温(低)10-40分钟(加入氧化剂和促进剂)。溶液的游离酸度与总酸度之比为1: (20-30),膜厚为0.2-7g/m2。

23.优点:无需加热,用药量少,溶液稳定。

24.缺点:处理时间长,溶液配制复杂。

25、2、按磷化液的成分分类(1)锌系磷化(2)锌钙系磷化(3)铁系磷化(4)锰系磷化(5)复合型磷化液由锌、铁、钙、镍、锰等元素组成。

26、3、按磷化处理方法分类(1)化学磷化是将工件浸入磷化液中,通过化学反应实现磷化,目前应用广泛。

27.(2)电化学磷化在磷化液中,工件接正极,钢材接负极进行磷化。

28、4、按磷化膜质量分类(1)重量级(厚膜磷化)膜重7.5g/m2以上。

29.(2)二次重(中膜磷化)膜重4.6-7.5g/m2。

30.(3)轻质(膜磷化)膜重1.1-4.5g/m2。

31.(4)二次轻量化(超薄膜磷化)膜重0.2-1.0g/m2。

32.5.按施工方法分类(1)浸入式磷化适用于高、中、低温磷化。特点:设备简单,只需要加热罐和相应的加热设备。最好使用不锈钢或橡胶内衬的罐体,罐体两侧应放置不锈钢加热管。

33.(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、洗衣机外壳等。

34.特点:处理时间短,成膜反应速度快,生产效率高,该方法得到的磷化膜结晶致密均匀,膜薄,耐蚀性好。

35.(3)刷磷化当上述两种方法都无法实施时,采用这种方法,常温下易刷,可除锈。磷化后工件自然干燥,防锈性能好,但磷化效果不如前两种方法。

36、三、磷化及用途磷化(1)涂装前磷化①增强涂膜(如油漆涂层)与工件的附着力。

37.②提高涂装后工件表面涂层的耐腐蚀性。

38.③改善装修。

39、(2)无涂层磷化的作用①提高工件的耐磨性。

40.②加工时使工件润滑。

41.③提高工件的耐腐蚀性。

42、2、磷化的用途钢铁的磷化主要用于防腐和漆基成膜。

43.(1)防腐蚀用磷化膜①防腐蚀用磷化膜用于钢铁零件的防腐蚀。

44、磷化膜类型可用锌系、锰系。

45.膜的单位面积质量为10-40g/m2。

46.磷化后涂防锈油、防锈脂、防锈蜡。

47.(2)磷化膜用于油漆的底层,以增加漆膜与钢铁工件之间的附着力和保护作用。

48、磷化膜可用锌型或锌钙系。

49.磷化膜单位面积质量为0.2-1.0g/m2(用于大变形钢件底层涂装);1-5g/m2(用于一般钢件底层涂装);5-10g/m2(用于涂装钢件底层不变形)。

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50.(2)冷加工润滑用磷化钢丝和焊接钢管单位拉拔面积的膜重量为1-10g/m2;精密钢管拉拔的单位面积膜重为4-10g/m2;钢铁零件冷挤压成形的单位面积薄膜重量大于10g/m2。

51.(3)磷化膜用于减摩磷化膜可以起到减摩作用。

52、一般用锰系磷化,也可以用锌系磷化。

53.对于小间隙工件,磷化膜质量为1-3g/m2;对于大动配合间隙工件(减速齿轮),磷化膜质量为5-20g/m2。

54.(4)电绝缘用磷化膜一般用锌系磷化。

55.用于电机和变压器硅片的磷化处理。

56.磷化膜的组成及性能分类:磷化液膜的主要成分组成外观膜单位面积重量/g/m2锌系Zn(H2PO4)2磷酸锌和磷酸铁锌浅灰色→深灰色1-60锌钙系Zn(H2PO4)2和Ca(H2PO4)2磷酸锌钙和磷酸铁锌浅灰色→深灰色1-15锰系Mn(H2PO4)2。2锰铁磷酸盐灰→深灰1-60锰锌系Mn(H2PO4)2和Zn(H2PO4)2磷酸锌、磷酸锰和磷酸铁混合物灰→深灰1-60铁系Fe(H2PO4)2磷酸铁深灰5-102。磷化膜由有光泽、均匀、细小、灰色、多孔的晶体组成,其中大部分是磷酸。

57、锌铁比取决于溶液成分、磷化时间和温度。

性能(1)耐腐蚀性在大气、矿物油、植物油、苯、甲苯中具有良好的耐腐蚀性,在碱、酸、水蒸气中的耐腐蚀性较差。

59.在200-300℃仍有一定的耐蚀性,当温度达到450℃时,膜的耐蚀性明显下降。

60、(2)特殊性能如增加附着力、润滑性、减摩性和耐磨性。

61.磷化工艺流程脱脂除锈→水洗→磷化→水洗→磷化后处理6。温度越高,磷化层越厚,晶体越粗。

62.温度越低,磷化层越薄,晶体越细。

63,但温度不能太高,否则Fe2+容易被氧化成Fe3+,增加沉淀量,使溶液不稳定。

64、2、游离酸游离酸是指游离磷酸。

65、其作用是促进铁的溶解,形成更多的晶核,从而使薄膜结晶致密。

66.游离酸度过高,会加速与铁的反应,析出大量氢,使界面层的磷酸盐难以饱和,导致晶核形成困难,膜结构疏松,多孔,耐蚀性下降,延长磷化时间。

67.游离酸度过低时,磷化膜变薄,甚至无膜。

68、3、总酸度总酸度是指磷酸盐、硝酸盐和酸的总和。

69.总酸度一般控制在规定范围的上限比较好,有利于加速磷化反应,使膜粒细化。磷化过程中,总酸度不断下降,反应缓慢。

70.如果总酸度过高,薄膜变薄,可以用水稀释。

71.总酸度太低,膜松散粗糙。

72.4.锰系磷化液的PH值一般控制在2-3之间。当pH值大于3时,零件表面容易产生粉末。

73.当pH值为1.5时,很难形成薄膜。

74、铁系统一般控制在3-5.5之间。

75、5、溶液中的离子浓度①溶液中的Fe2+容易被氧化成Fe3+,难以成膜。

76.但溶液中Fe2+的浓度不能太高,否则形成的膜会有粗颗粒,膜表面有白色浮灰,耐蚀性和耐热性下降。

77.②Zn2+的影响,当Zn2+浓度过高时,磷化膜晶粒粗大,脆性增加,表面有白色浮灰;当Zn2+的浓度太低时,薄膜变得松散和黑暗。

78、七、磷化后处理目的:增加磷化膜的耐腐蚀性和防锈性。

79.八、磷化渣的影响磷化渣①磷化中产生的磷化渣不仅浪费药物还增加了清渣工作量。处理不好也会影响磷化质量,这被认为是不利的。

80.②磷化过程中,磷酸会在生成磷化渣的同时挥发,有助于维持磷化液的游离酸度,维持磷化液的平衡,被认为是有利的。

81、2、控制磷化渣生成①降低磷化温度。

82.②降低磷化液的游离酸度。

83.③提高磷化速度,缩短磷化时间。

84.④提高NO-3与PO3-4的比例。

85、九、磷化膜质量检查①目测磷化膜应是均匀、连续、致密的晶体结构。

86.未经磷化处理的表面不应有残留的空白或锈斑。

87.由于预处理方法和效果不同,允许磷化膜颜色不同,但不允许棕色。

88.(2)耐蚀性检验(1)浸泡法将磷化后的样品浸入3%的氯化钠溶液中,两小时后取出。表面合格,无锈斑。

89.生锈时间越长,磷化膜的耐蚀性越好。

90.②点滴法在室温下,将蓝点试剂滴在磷化膜上,观察其变色时间。

91、磷化膜厚度不同,变色时间也不同。

92、厚膜> 5分钟,中膜> 2分钟,薄膜> 1分钟。

93.十、游离酸和总酸的测定。

94.游离酸度的测定用移液管吸取10ml试液于250ml锥形瓶中,加入50ml蒸馏水,加入2-3滴甲基橙指示剂(或溴酚蓝指示剂)。

95、用0.1mol/l氢氧化钠标准溶液滴定至溶液呈橙色(或用溴酚蓝指示剂滴定至由黄色变为蓝紫色)为终点,消耗的氢氧化钠标准溶液毫升数为滴定游离酸度点数。

96.2.总酸度的测定用移液管吸取10毫升试液于250毫升锥形瓶中,加入50毫升蒸馏水,加入2-3滴酚酞指示剂。

97、用0.1mol/l氢氧化钠标准溶液滴定至粉红色为终点,记下氢氧化钠标准溶液消耗的毫升数即为滴定的总酸度点。

98、十一、有色金属磷化主要是铝锌零件的磷化。

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