一種低溫低渣磷化液的研制

柳彥梅,張存良

(1.商丘醫學高等專科學校公關學科部,河南商丘 476100;2.商丘職業技術學院,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.商丘醫學高等專科學校公關學科部,河南商丘 476100;2.商丘職業技術學院,河南商丘 476000)

為了節約能源,低溫磷化工藝的研制與開發日益受到重視。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對磷化膜性能的影響。實驗結果表明,該磷化液具有溶液穩定、配制簡單、成膜溫度低、速度快、產渣量少、耐蝕性好等特點。

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、機械制造以及航空工業中得到廣泛的應用。

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,因而是當前研究最活躍、技術進步最快的一種磷化技術。本課題組所研制的磷化液已在數家五金廠使用,反饋效果良好。

1 實 驗

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

經過反復篩選和實驗,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

復合促進劑5～8g/L

磷化液配方中磷酸為工業一級(85%),MnCO3和Zn(NO3)2·6H2O為分析純,復合促進劑為自制。

1.3 磷化工藝參數

實驗材料為130mm×20mm×3mm Q235鋼板,磷化方式為浸漬。磷化液總酸度為60～80點,游離酸度為1.5～3.0點,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規定的CuSO4點滴法和3%NaCl溶液浸漬法進行。

1)CuSO4點滴法 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滴試驗,記錄試件變紅的時間,變紅的時間越長,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,記錄試件出現紅銹的時間,出現紅銹的時間越長,磷化膜的耐蝕性越好。

膜的面質量(ρA)的測定按GB/T9792-2003規定進行。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水中漂洗,然后用蒸餾水漂洗,迅速干燥后再稱量。重復以上程序,直至達到恒定的質量(相差<0.1mg)為止(質量m2),按公式(m1-m2)/A計算膜的面質量。

2 結果與討論

2.1 實驗結果

該磷化液為粉紅色透明液體,質量密度為1.03 g/cm3。配制1L磷化液進行磷化,試件面積為3 m2,磷化后過濾磷化液,稱量磷化渣為0.750g。磷化渣質量與試件面積的比值,即為產渣質量0.25g/m2,遠低于目前市場同類產品。磷化膜的性能測試結果見表1。

表1 磷化膜的性能測試結果

2.2 分析與討論

2.2.1 溫度與時間的影響

溫度對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 溫度對磷化膜耐蝕性的影響

磷化時間對磷化膜耐蝕性的影響見圖2。由圖2可以看出,隨磷化時間的延長,磷化膜耐蝕性逐漸提高,但經過一定時間后,磷化膜耐蝕性增加不大,這是因為反應一段時間后,磷酸鹽已基本覆蓋試件表面,阻止了試件進一步的磷化反應,因此將t磷化控制在10～15min即可。

圖2 時間對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重要技術參數,當θ=35℃,t磷化=10min時,游離酸度和總酸度對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,應將游離酸度控制在1.6～3.4點之間,總酸度控制在63～81點之間。

表2 游離酸度和總酸度對磷化膜耐蝕性的影響

2.2.3 促進劑的影響

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

亞硝酸鈉和氯酸鈉是常用的氧化劑,經過適當配比可顯著降低磷化溫度。在磷化反應過程中,亞硝酸鹽將陰極反應產生的氫氣氧化成水,起到陰極去極化的作用,從而加速了磷化膜的形成。氯酸鹽一般不單獨使用,往往與亞硝酸鹽配合以起到更好的促進作用[2]。氟硼酸鈉能緩慢地釋放出氟離子,可以促進金屬表面活化,加速磷化膜的形成,既具有細化晶粒的作用,又具有絡合作用,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增多,有利于生成晶粒細小而均勻的磷化膜。

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,同時加強了陰極去極化作用,從而加快了磷化膜的生成。

3 結 論

綜上所述,通過對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同效應,可以加快磷化成膜速度、降低磷化溫度和提高磷化膜質量。該磷化液穩定性較好,常溫避光保存300d,磷化能力僅下降約3%。試件經磷化液處理后,能夠在其表面形成致密均勻、結合力強及耐蝕性好的銀灰色磷化膜,而且產渣量少。該磷化液各項性能指標均達到或超過國家標準,值得推廣應用。

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

[2] 張勝麟.常溫磷化處理技術的研究現狀及展望[J].材料保護,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,商丘醫學高等專科學校公關學科部助教.