总述:磷化(phosphorization)是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程,所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是: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,提高漆膜层的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多年的历史,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和广泛应用时期。
磷化膜用作钢铁的防腐蚀保护膜,最早的可靠记载是英国Charles Ross于1869年获得的专利(B.P.No.3119)。从此,磷化工艺应用于工业生产。在近一个世纪的漫长岁月中,磷化处理技术积累了丰富的经验,有了许多重大的发现。一战期间,磷化技术的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的发展,拓宽了磷化工艺的发展前途。Parker防锈公司研究开发的Parco Power配制磷化液,克服T许多缺点,将磷化处理时间提高到lho 1929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的发展,即采用了将磷化液喷射到工件上的方法。二战结束以后,磷化技术很少有突破性进展,只是稳步的发展和完善。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的方法、连续钢带高速磷化。当前,磷化技术领域的研究方向主要是围绕提高质量、减少环境污染、节省 能源进行。
(二)磷化是常用的前处理技术,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。
(三)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的溶液),在表面沉积形成一层不溶于水的结晶型磷酸盐转换膜的过程,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 组成的酸性稀水溶液,PH值为1-3,溶液相对密度为1.05-1.10)中,磷化膜的生成反应如下:
吸热
3Zn(H2PO4)2 Zn3(PO4)2↓+4H3PO4 或
吸热
吸热
3Mn(H2PO4)2 Mn3(PO4)2↓+4H3PO4
吸热
钢铁工件是钢铁合金,在磷酸作用下,Fe和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的溶液中Fe2+不断增加,当Fe2+与HPO42-,PO43-浓度大于磷酸盐的溶度积时,产生沉淀,在工件表面形成磷化膜:
Fe(H2PO4)2 FeHPO4↓+ H3PO4
Fe+ Fe(H2PO4)2 2FeHPO4↓+ H2↑
3FeHPO4 Fe 3(PO4)2↓+ H3PO4
Fe+ 2FeHPO4 Fe 3(PO4)2↓+H2↑
阴极区放出大量的氢:
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↓+2FeHPO4↓+3 H3PO4+2 H2↑
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的比值为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的比值为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0.2-7 g/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,仅需加热槽和相应加热设备,最好用不锈钢或橡胶衬里的槽子,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,且这种方法获得的磷化膜结晶致密、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)涂装前磷化的作用
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的耐蚀性。
③提高装饰性。
(2)非涂装磷化的作用
①提高工件的耐磨性。
②令工件在机加工过程中具有润滑性。
③提高工件的耐蚀性。
2、磷化用途
钢铁磷化主要用于耐蚀防护和油漆用底膜。
(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10-40 g/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);5-10 g/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4-10 g/m2;钢铁件冷挤压成型 单位面积上膜重大于10 g/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的硅片磷化处理。
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 磷酸锌和磷酸锌铁 浅灰→深灰 1-60
锌钙系 Zn(H2PO4)2和 Ca (H2PO4)2 磷酸锌钙和磷酸锌铁 浅灰→深灰 1-15
锰系 Mn(H2PO4)2 和Fe(H2PO4)2 磷酸锰铁 灰→深灰 1-60
锰锌系 Mn(H2PO4)2 和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 5-10
2.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的结晶,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、磷化时间和温度。
3、性质
(1)耐蚀性
在大气、矿物油、植物油、苯、甲苯中均有很好的耐蚀性,但在碱、酸、水蒸气中耐蚀性较差。在200-300℃时仍具有一定的耐蚀性,当温度达到450℃时膜层的耐蚀性显著下降。
(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
游离酸度指游离的磷酸。其作用是促使铁的溶解,已形成较多的晶核,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和,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、硝酸盐和酸的总和。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,形成的膜晶粒粗大,膜表面有白色浮灰,耐蚀性及耐热性下降。
②Zn2+的影响,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
目的:增加磷化膜的抗蚀性、防锈性。
八、磷化渣
1、磷化渣的影响
①磷化中生成的磷化渣,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的同时还会挥发出磷酸,有助于维持磷化液的游离酸度,保持磷化液的平衡,视为有利。
2、磷化渣生成的控制
①降低磷化温度。
②降低磷化液的游离酸度。
③提高磷化速度,缩短磷化时间。
④提高NO-3 与PO3-4的比值。
九、磷化膜质量检验
①外观检验
肉眼观察磷化膜应是均匀、连续、致密的晶体结构。表面不应有未磷化德的残余空白或锈渍。由于前处理的方法及效果的不同,允许出现色泽不一的磷化膜,但不允许出现褐色。
②耐蚀性检查
⑴浸入法
将磷化后的样板浸入3%的氯化钠溶液中,经两小时后取出,表面无锈渍为合格。出现锈渍时间越长,说明磷化膜的耐蚀性越好。
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、游离酸度及总酸度的测定。
1、游离酸度的测定
用移液管吸取10 ml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)。用0.1mol/l氢氧化钠标准液滴定至溶液呈橙色(或用溴酚蓝指示剂滴定至由黄变蓝紫色)即为终点,记下的耗氢氧化钠标准液毫升数即为滴定的游离酸度点数。
2、总酸度的测定
用移液管吸取10 ml试液于250ml锥形瓶中,加50ml蒸馏水,加2—3滴酚酞指示剂。用0.1mol/l氢氧化钠标准液滴定至粉红色即为终点,记下的耗氢氧化钠标准液毫升数即为滴定的总酸度点数。
十一、有色金属磷化
主要是铝件及锌件的磷化。
HP-101 常温磷化液工艺
说明书
1. 产品简介
常温磷化液主要用于钢材表面常温的磷化处理。在家用电器、汽车、摩托车和自行车、机械零配件、五金工具等行业得到广泛的应用。主要与油漆、粉末涂装、阴极电泳等工艺配套。
本产品为浅绿色高浓缩液。一般常温使用,节约能源、成本低、溶液稳定,耐蚀性、结合力、耐热性等性能较同类产品要好。
2. 槽液的配制
先在槽中加入1/3体积的水,按常温磷化液与水为1:20的比例加入常温磷化液,再按2ml/L加入助进剂,均得搅拌均匀,然后加水至规定的体积,搅拌均匀后取样测定游离酸度和总酸度。
3. 磷化工艺参数
磷化液外观 浅绿色
游离酸度(点) 0.8
总酸度(点) 12
磷化时间(分钟) 10-20
磷化温度(℃) 10-30
4. 工艺流程
除油→水洗→除锈→水洗→表调→磷化→水洗→水洗→烘干(或直接电泳)→喷涂→后处理
①前处理的除油、除锈要彻底
②表调剂的配制为2-4g/L,PH值9-10,溶液呈乳白混浊态。可按每天添加10%表调剂进行调整,也可按具体情况操作,如表调液或透明状则视为失效。工件表调后,可直接进入到磷化槽中磷化处理。
③磷化膜均匀、致密,灰色膜或灰色带浅金黄彩色膜。处理的时间可随温度的升高而缩短,以达到工件磷化要求为准。
④阴极电泳时,磷化后经水洗,再用去离子水清洗后,直接进入电泳槽;
⑤当工件需进行喷粉或喷漆时,磷化、清洗后,需烘干后,再进行后续工序。
5. 槽液的调整
槽液在工作过程中,总酸度和游离酸度逐步下降,需要定期测定和补充。需补充调整时,直接添加浓缩液,每添加常温磷化液10ml/L,总酸度上升约2.3个点,游离酸度约0.6个点。当游离酸度偏时,可用碳酸钠调整,加2g/L下降约1个点。
当其它工艺参数正常,而工件表面磷化变慢、结晶变粗时,要适量添加助进剂时,可按正常使用量的5-10%进行补充。
6. 注意事项
①该磷化液为弱酸性液体,工件中应注意防护,如有与皮肤、眼睛接触应及时用清水冲洗。
②磷化槽要用耐酸材料制成,如玻璃钢、塑料等。
③对结构复杂、多孔的零件,磷化时要适当搅动。
④工件在表调前必须清洗干净,防止杂质的带入,影响表调液和磷化液的功能和寿命。
那个东莞乙方环保的3免除油磷化工艺流程很简单,就原液兑水使用就可以了 一个工序一个流程一个池,简单方便实用还环保😄
1.脱脂剂问题,也可能是冲洗力度不够...
2.酸洗就是除锈,氧化层就是锈...
3.不知道你用的表调剂是什么配方?理论上没那么快变色,可能你水洗不够彻底...
4.常温磷化?
5.应该可以
6.泡抹微量应该问题不大
7.你用的什么系的磷化
参考一下佛山仁昌化工的流程挺好的