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影響金屬磷化膜效果的因素
作者:admin 更新時間:2018-12-28 14:51 點擊量:415

  慧聰表面處理網:影響磷化的因素很多,當磷化膜出現質量問題時,可以從磷化工藝參數、促進劑、磷化工藝(含設備)管理以及被處理鋼材表面幾大方面考慮。

  磷化工藝參數的影響

  1、總酸度————總酸度過低、磷化必受影響,因為總酸度是反映磷化液濃度的一項指標??刂瓶偹岫鹊囊饬x在于使磷化液中成膜離子濃度保持在必要的范圍內。

  2、游離酸度————游離酸度過高、過低均會產生不良影響。過高不能成膜,易出現黃銹;過低磷化液的穩定性受威脅,生成額外的殘渣。游離酸度反映磷化液中游離H+的含量??刂朴坞x酸度的意義在于控制磷化液中磷酸二氫鹽的離解度,把成膜離子濃度控制在一個必須的范圍。磷化液在使用過程中,游離酸度會有緩慢的升高,這時要用堿來中和調整,注意緩慢加入,充分攪拌,否則堿液局部過濃會產生不必要的殘渣,出現越加堿,游離酸度越高的現象。單看游離酸度和總酸度是沒有實際意義的,必須一起考慮。

  3、酸比————酸比即指總酸度與游離酸度的比值。一般的說酸比都在5~30的范圍內。酸比較小的配方,游離酸度高,成膜速度慢,磷化時間長,所需溫度高。酸比較大的配方,成膜速度快,磷化時間短,所需溫度低。因此必須控制好酸比。

  4、溫度————磷化處理溫度與酸比一樣,也是成膜的關鍵因素。不同的配方都有不同的溫度范圍,實際上,他在控制著磷化液中的成膜離子的濃度。溫度高,磷酸二氫鹽的離解度大,成膜離子濃度相應高些,因此可以利用此種關系在降低溫度的同時提高酸比,同樣可達到成膜,其關系如下:

  70℃  60℃  50℃  40℃  30℃  20℃

  1/5  1/7   1/10  1/15   1/20  1/25

  生產單位確定了某一配方后,就應該嚴格控制好溫度,溫度過高要產生大量沉渣,磷化液失去原有平衡。溫度過低,成膜離子濃度總達不到濃度積,不能生成完整磷化膜。溫度過高,磷化液中可溶性磷酸鹽的離解度加大,成膜離子濃度大幅度提高,產生不必要的沉渣,白白浪費了磷化液中的有效成分,原有的平衡被迫壞,形成一個新的溫度下的平衡,如,低溫磷化液在溫度失控而升高時,H2PO4→H++PO43-的離解反應向右進行,從而使磷酸根濃度升高,產生磷酸鋅沉淀,使磷化液的酸比自動升高。當磷化液恢復到原有的溫度時,原有的平衡并不能恢復。因此實際中,當磷化液超過一定溫度后,再降低到原來的溫度時,如果不進行調整,就有可能磷化不上。從減少沉渣,穩定槽液,保證質量來看,磷化液的溫度變化越小越好。

  5、時間各個配方都有規定的工藝時間。時間過短,成膜量不足,不能形成致密的磷化膜層。時間過長,由于結晶在已形成的膜上繼續生長,可能產生有疏松表面的粗厚膜。二、促進劑的影響

  促進劑是必不可少的成分,如果沒有他們,磷化將失去意義。磷化液中的促進劑,主要指某些氧化劑。氧化劑是作為陰極去極化劑而在磷化配方中采用的一種化學反應型的加速劑。他的主要作用是加速氫離子在陰極的放電速度,促使磷化第一階段的酸蝕速度加快,因此可以稱為金屬腐蝕的催化劑。當金屬表面接觸到磷化液時,首先發生以下反應:

  Fe+2H+→Fe2++H2↑

  這個反應能夠消耗大量的氫離子,促使固液界面的PH上升,進而促使磷化液中的磷酸二氫鹽的三級離解平衡右移,以致使鋅離子濃度和磷酸根濃度在界面處達到溶度積而成膜。如果不添加一些有效物質,陰極析出的氫氣的滯留會造成陰極極化,使反應不能繼續進行,因而磷酸鹽膜的沉積也不能連續下去。因此,凡能加速這個反應的物質,必能加速磷化。氧化劑正是起著陰極去極化的作用而加速反應。

  常用的氧化劑有******鹽、亞******鹽、雙氧水、溴酸鹽、碘酸鹽、鉬酸鹽、有機硝基化合物、有機過氧化物等。最常用的主要是******鹽、氯酸鹽、亞******鹽。

  單獨使用******鹽做氧化劑時,不能將二價鐵完全氧化成三價鐵,使溶液中二價鐵離子濃度積累升高,影響磷化膜的生長速度。因此,不單獨使用他,而是與亞******鹽或氯酸鹽等配合使用。但是,亞******根、氯酸根的氧化性太強,如果用量過多,會使鋼鐵表面發生鈍化,阻礙磷化反應的進行。因此必須加入適量的亞******鹽或氯酸鹽。

  亞******鹽的缺點是在酸性磷化液中不穩定,容易分解,需不斷補充,否則磷化膜極易發黃。他分解產生的酸氣易使未磷化的濕工件生銹。

  氯酸鹽雖然不能產生酸性氣體,在酸液中也穩定,但是他會還原成氯離子。氯離子在槽液中積累,若隨后的水洗不充分,使氯離子留在工件上,會帶來很大的后患。一方面污染電泳槽液,另一方面留在涂層下,會加快腐蝕速度。

  過氧化氫尤其獨特的優點,他的還原產物是水,他是工業開發中最強的氧化劑。使用的濃度很低,大約0.01~0.1g/L,但是他在酸中更不穩定,控制要求很高。

  此外還有更巧妙的有機氧化還原劑,比如蒽醌類衍生物。從原理上看,這上一種不消耗的循環使用的加速劑,他只起氧化載體的作用,利用其氧化性醌先與磷化第一階段產生的氫氣作用,自身被還原成酚,再用強制方法使磷化液與氧氣接觸,發生還原反應,又恢復成醌,同時給予磷化膜形成反應時必要的氧化電勢。目前工業生產中常用的是******鹽、亞******鹽、氯酸鹽、有機硝基化合物、雙氧水的不同組合。******鹽、氯酸鹽、有機硝基化合物等在磷化液中都較穩定,除定期抽查外,一般不進行日常檢測。而亞******鹽則需隨時檢測。濃度不夠時,立即反映在磷化膜外觀泛黃生銹,因此必須重視。

  各種加速劑系統的性能

  1、******鹽:加速性高,穩定性好

  2、******鹽+亞******鹽:加速性高,穩定性好

  3、氯酸鹽:加速性高,穩定性好,但要還原出氯離子

  4、氯酸鹽+亞******鹽:加速性高,穩定性低,有氯離子還原出

  5、高氮有機化合物:用量少,穩定性高,但有還原物積累有的色澤深,影響測定

  6、氯酸鹽+有機含氮化合物加速性高,還原物的色澤影響測定

  7、過氧化氫:加速性高,穩定性低

  8、氯酸鹽+亞******鹽+******鹽:加速性高,穩定性低三、被處理鋼材表面狀態的影響

  近來的研究發現表明作為磷化膜基底的金屬材料的表面狀態對磷化質量影響也很大?,F歸納如下:

  1、表面碳的污染

  鋼鐵表面碳的污染對磷化處理非常不利,磷化膜質量差。碳濃度大的鋼板耐式性差。碳濃度高的部位,磷酸鋅結晶不能析出,造成磷化膜缺陷,鹽霧試驗中會早期起泡和剝落。因此選材時就應注意這一點。

  2、鋼鐵表面氧化膜

  鋼鐵表面氧化膜的厚度直接影響磷化及效果。用偏光分析氧化膜與耐蝕性之間關系后發現:當氧化膜厚度小于16*10-6mm時較好。氧化膜過厚則耐蝕性差,當出現蘭色的氧化膜時,常常磷化不上。

  3、鋼板表面的結晶方位

  有報導在改變熱處理溫度等鋼板制造條件時,鋼板表面有不同的結晶方位,而結晶方位的不同又影響著磷化性。實驗認為:(111)面反應性高,其在有氧化劑存在時比其他結晶防衛有較大的溶解度,這有利與磷化反應第一步驟——酸蝕,無疑也有利于整個磷化過程。

  4、冷軋鋼板組成元素在表面濃化對磷化的影響

  由于熱力學和金屬物理學方面的原因會使冷軋鋼板組成元素在表面濃化,在不同的熱處理條件下將出現的錳忽然磷的表面濃化。當錳濃化高時,磷化反應良好。另一方面,P的濃化將延遲晶核的形成和生長,劣化反應性,濃化的P的氧化物,推遲了鐵的溶解,使磷化性降低。而表面的錫、鋁、鈦、鉻、鉛等會使磷化結晶粗大,造成耐蝕性降低。

  5、鍍鋅板鈍化與采用不同鍍鋅方式的鍍鋅板

  鍍鋅板是否經過鈍化對磷化效果有很大的影響。經過鈍化處理后的鍍鋅板磷化性差,所生成的結晶雜亂粗大。熱浸鍍鋅與電鍍鋅板相比,前者的磷化性差,后者的磷化性好。各種合金的鍍鋅板磷化差別也很大。

  綜上所述,在進行磷化處理前,應該先對所處理的材質進行詳細的了解,只有這樣,才能選擇好合適的工藝及配方。

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