一種低溫低渣磷化液的研制

柳彥梅,張存良

(1.商丘醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校公關(guān)學(xué)科部,河南商丘 476100;2.商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南商丘 476000)

一種低溫低渣磷化液的研制

柳彥梅1,張存良2

(1.商丘醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校公關(guān)學(xué)科部,河南商丘 476100;2.商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南商丘 476000)

為了節(jié)約能源,低溫磷化工藝的研制與開發(fā)日益受到重視。介紹了一種低溫低渣高效磷化液,討論了磷化液中各組分的作用和工藝參數(shù)對(duì)磷化膜性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該磷化液具有溶液穩(wěn)定、配制簡單、成膜溫度低、速度快、產(chǎn)渣量少、耐蝕性好等特點(diǎn)。

磷化;低溫;低渣;高效

引 言

磷化工藝主要用于金屬噴漆前的打底,以提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力[1]。磷化工藝是鋼鐵件涂裝底漆和機(jī)械零件防銹處理的一道重要工序,目前已在汽車、化工、船舶、機(jī)械制造以及航空工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

由于低溫磷化具有低能耗、低成本、低污染及成膜速度快等特點(diǎn),因而是當(dāng)前研究最活躍、技術(shù)進(jìn)步最快的一種磷化技術(shù)。本課題組所研制的磷化液已在數(shù)家五金廠使用,反饋效果良好。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 磷化工藝流程

磷化工藝流程為:除油→水洗→除銹→水洗→磷化→水洗→自然晾干或烘干。

1.2 磷化液配方

經(jīng)過反復(fù)篩選和實(shí)驗(yàn),獲得的低溫低渣高效鋼鐵磷化液配方如下:

磷酸7～9 mL/L

MnCO36～8 g/L

Zn(NO3)2·6H2O60～80g/L

復(fù)合促進(jìn)劑5～8g/L

磷化液配方中磷酸為工業(yè)一級(jí)(85%),MnCO3和Zn(NO3)2·6H2O為分析純,復(fù)合促進(jìn)劑為自制。

1.3 磷化工藝參數(shù)

實(shí)驗(yàn)材料為130mm×20mm×3mm Q235鋼板,磷化方式為浸漬。磷化液總酸度為60～80點(diǎn),游離酸度為1.5～3.0點(diǎn),pH為2.1～2.6,θ為30～40℃,t為10～15 min。

1.4 測試方法

耐蝕性的測定:按照GB/T6807-2001規(guī)定的CuSO4點(diǎn)滴法和3%NaCl溶液浸漬法進(jìn)行。

1)CuSO4點(diǎn)滴法 所用硫酸銅溶液成分為0.125mol/L CuSO4溶液40 mL;10%ρ(NaCl)溶液20 mL;0.1mol/L HCl溶液0.8 mL。用脫脂棉蘸無水酒精,擦拭磷化處理后試件表面,干燥后用硫酸銅溶液做點(diǎn)滴試驗(yàn),記錄試件變紅的時(shí)間,變紅的時(shí)間越長,磷化膜的耐蝕性越好。

2)3%NaCl溶液浸漬法 將磷化處理后的試件浸入3%氯化鈉溶液中,記錄試件出現(xiàn)紅銹的時(shí)間,出現(xiàn)紅銹的時(shí)間越長,磷化膜的耐蝕性越好。

膜的面質(zhì)量(ρA)的測定按GB/T9792-2003規(guī)定進(jìn)行。配制50g/L Cr O3溶液,干燥試件(表面積為A),用分析天平稱量,精確到0.1mg(質(zhì)量為m1)。試件浸于溶液中,在(75士5)℃下保持15min。取出試件立刻在潔凈的流動(dòng)水中漂洗,然后用蒸餾水漂洗,迅速干燥后再稱量。重復(fù)以上程序,直至達(dá)到恒定的質(zhì)量(相差<0.1mg)為止(質(zhì)量m2),按公式(m1-m2)/A計(jì)算膜的面質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

該磷化液為粉紅色透明液體,質(zhì)量密度為1.03 g/cm3。配制1L磷化液進(jìn)行磷化,試件面積為3 m2,磷化后過濾磷化液,稱量磷化渣為0.750g。磷化渣質(zhì)量與試件面積的比值,即為產(chǎn)渣質(zhì)量0.25g/m2,遠(yuǎn)低于目前市場同類產(chǎn)品。磷化膜的性能測試結(jié)果見表1。

表1 磷化膜的性能測試結(jié)果

2.2 分析與討論

2.2.1 溫度與時(shí)間的影響

溫度對(duì)磷化膜耐蝕性的影響見圖1,由圖1可知提高溫度可使磷化膜的耐蝕性提高,但該磷化液在30～40℃溫度下已經(jīng)能夠得到耐蝕性較高的磷化膜,考慮到成本因素,確定該磷化液的θ為30～40℃。

圖1 溫度對(duì)磷化膜耐蝕性的影響

磷化時(shí)間對(duì)磷化膜耐蝕性的影響見圖2。由圖2可以看出,隨磷化時(shí)間的延長,磷化膜耐蝕性逐漸提高,但經(jīng)過一定時(shí)間后,磷化膜耐蝕性增加不大,這是因?yàn)榉磻?yīng)一段時(shí)間后,磷酸鹽已基本覆蓋試件表面,阻止了試件進(jìn)一步的磷化反應(yīng),因此將t磷化控制在10～15min即可。

圖2 時(shí)間對(duì)磷化膜耐蝕性的影響

2.2.2 游離酸度和總酸度的影響

游離酸度和總酸度是磷化工藝過程中的一個(gè)重要技術(shù)參數(shù),當(dāng)θ=35℃,t磷化=10min時(shí),游離酸度和總酸度對(duì)磷化膜耐蝕性的影響見表2。

由表2可知,為獲得耐蝕性較好的磷化膜,應(yīng)將游離酸度控制在1.6～3.4點(diǎn)之間,總酸度控制在63～81點(diǎn)之間。

表2 游離酸度和總酸度對(duì)磷化膜耐蝕性的影響

2.2.3 促進(jìn)劑的影響

為了能夠在低溫條件下獲得性能較好的磷化膜,通常是同時(shí)加入幾種促進(jìn)劑以達(dá)到低溫快速磷化的目的。本配方的復(fù)合促進(jìn)劑是由亞硝酸鈉、氯酸鈉、氟硼酸鈉、檸檬酸和OP乳化劑等按一定比例復(fù)配而成的,下面對(duì)其作用進(jìn)行一下探討。

亞硝酸鈉和氯酸鈉是常用的氧化劑,經(jīng)過適當(dāng)配比可顯著降低磷化溫度。在磷化反應(yīng)過程中,亞硝酸鹽將陰極反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣氧化成水,起到陰極去極化的作用,從而加速了磷化膜的形成。氯酸鹽一般不單獨(dú)使用,往往與亞硝酸鹽配合以起到更好的促進(jìn)作用[2]。氟硼酸鈉能緩慢地釋放出氟離子,可以促進(jìn)金屬表面活化,加速磷化膜的形成,既具有細(xì)化晶粒的作用,又具有絡(luò)合作用,能夠與亞鐵離子形成螯合物,防止其沉淀成渣。

檸檬酸可與Fe2+形成可溶性絡(luò)合物,能夠減少磷化渣的生成,另一方面檸檬酸能使金屬基體的表面充分暴露,使有效成核的活性點(diǎn)增多,有利于生成晶粒細(xì)小而均勻的磷化膜。

OP乳化劑具有很好的乳化和潤濕性能,能夠使磷化液與金屬表面充分接觸,有利于氫氣的逸出,同時(shí)加強(qiáng)了陰極去極化作用,從而加快了磷化膜的生成。

3 結(jié) 論

綜上所述,通過對(duì)該磷化液的配比組成以及磷化條件的研究,確定了磷化液最佳配比及工藝路線。利用各種添加劑之間的協(xié)同效應(yīng),可以加快磷化成膜速度、降低磷化溫度和提高磷化膜質(zhì)量。該磷化液穩(wěn)定性較好,常溫避光保存300d,磷化能力僅下降約3%。試件經(jīng)磷化液處理后,能夠在其表面形成致密均勻、結(jié)合力強(qiáng)及耐蝕性好的銀灰色磷化膜,而且產(chǎn)渣量少。該磷化液各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過國家標(biāo)準(zhǔn),值得推廣應(yīng)用。

[1] W ittke W J.Phosphate Coatings[J].Metal Finishing,1992,90(1A):434-448.

[2] 張勝麟.常溫磷化處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀及展望[J].材料保護(hù),2006,39(7):42-47.

Development of a Low Temperature and L ittle Sludge Phosphating Solution

L IU Yan-mei1,ZHANG Cun-liang2
(1.Shangqiu Medical College,Department of Public Discipline,Shangqiu 476100,China; 2.Shangqiu Vocational and Technical College,Shangqiu 476000,China)

In order to save energy,phosphating at low temperature is attractingmore and more attentions. A phosphating solution Characterized by low temperature and little sludge are developed.The influences of the components in the phosphating solution aswell as technologicalparameterson the phosphating coating properties are discussed.The results show that the phosphating solution has many characteristics,such as stabilization,simple preparation,low temperature,fast film-for ming,little sludge and good corrosion resistance.

phosphating;low temperature;little sludge;high effective

TG174.45

:A

1001-3849(2010)05-0019-03

2009-11-06

:2010-01-11

柳彥梅(1979-),女,河南夏邑人,商丘醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校公關(guān)學(xué)科部助教.