钢铁件常温快速有机磷化的研究

钢铁件常温快速有机磷化的研究

1998年3月Na tural Science Jo urna l o f Xia ng tan U niv ersity M ar.1998钢铁件常温快速有机磷化的研究

苏国钧　谢原寿　柳全丰　黄梅芳

【摘要】　研究了一种常温快速有机磷化液.该液工作稳定性好,适应性广,磷化工艺操作简单,综合成本低.

磷化膜均匀致密,具有优良的耐蚀性.

主题词　有机磷化;常温;快速;耐蚀性

分类号　TG31

　　在金属防蚀中.磷化作为一种表面处理工艺已普遍应用于机械、汽车、造船、航空及家庭日用品制造工业等方面.磷化生成的磷酸盐膜,不但在防止金属腐蚀方面起重要作用,而且在金属变性加工、减少零件的摩擦阻力和擦伤磨损、延长零件使用寿命等方面也已作出很大贡献,为拨丝、拨管、冷加工业带来极大的经济效益.磷化层常用作油漆件的底层,以提高油漆对工件的结合力.还可作为硅钢片的绝缘层.

磷化处理工艺用于工业已有80多年的历史,其发展是很快的.处理时间从最初的数小时到现在可缩短到几分钟乃至几秒钟;温度从原来的煮沸溶液处理降低到现在的室温处理;磷化技术的应用范围也有很大扩展;磷化处理方法从最初的铁盐磷化发展到用锌、锰、钙、镍、锡、铅等磷酸盐磷化的方法[1～3].

由于传统的高温磷化能耗大,耗时长,操作条件差,生产效益率低,溶液性能和磷化技术不易控制,鉴于此,国外从40年代开始研究常温磷化工艺,并在60年代已推出商品常温磷化和清洗工艺.

国内对常温磷化工艺研究始于80年代,最近几年发展比较迅速,也有商品在市场销售,如祥和牌系列常温处理剂备.但是,目前国内生产的常温磷化剂还存在着一些问题[4,5]:(1)前处理要求严格,工件磷化前必须彻底除油除锈;(2)磷化膜质量不高,抗腐蚀性能较差等.针对现在的常温磷化液存在的问题,进行了研究并成功研制出一种性能稳定,操作简单,磷化膜耐蚀性能好,成本低的新型钢铁件常温快速有机磷化液.

1　磷化液的组成及其技术指标

(1)　磷化液的组成配方:

三氯甲烷　65～75m l增溶剂(甲醇)　20～30m l磷　酸　0.9～ 1.5ml 乙酸乙酯　0.6～ 1.0ml水　0～2ml硝基苯　0.2～0.3ml 添加剂(X H1)0.5～ 2.0g/L酒石酸　0.5g/L硫　脲　3～5g/L 添加剂(X H2)2～5g/L

　　(2)　有机磷化液技术指标:

　　　　气味:微;　引火性:可燃;　颜色:无;　毒性:低;　p H值:～3

作者单位:1)湘潭大学化学化工学院,湘潭,411105

　　　收稿日期:1996

钢铁件常温快速有机磷化的研究

2　磷化工艺

工件经粗除油除锈后用流动水洗净即可投入有机磷化液中.可根据工件要求确定处理时间,通常为得到可靠的磷化层,需处理时间5～8分钟,从磷化液中取出后自然凉干即可.3　磷化液性能及磷化规律

3.1　

磷化工艺参数的测试方法

图1　磷化过程的h t 曲线

试件采用A 3碳钢,其规格为4.0cm ×5.0cm.

(1)　磷化过程的h t 曲线测定:以试件为工

作电极,参比电极用甘汞电极,甘汞电极置于饱和

KCl 溶液中,盐桥连接磷化液和KCl 溶液,用数字

电压表测试样电极对甘汞电极的电位,由此可观察

磷化过程中磷化层的电位变化.

(2)　磷化件的耐腐蚀性能可用下列三种方法

(GB 680786):1)在3%NaCl 溶液中浸泡,观察

磷化件表面锈蚀的时间(国家标准规定合格的磷化

图2　膜重与磷化处理时间的关系层,试件表面出现锈蚀点的时间应大于1小时).2)

硫酸铜点滴实验:混合10%CuSO 4·5H 2O 40ml +

10%Na Cl 20ml +0.1mo l /L 1ml ,取混合液滴在

磷化膜上,记录腐蚀液由天蓝色转变为浅黄色的时

间,标准规定合格的磷化层腐蚀时间为5min .3)

大气置露实验:置试片(磷化件)于潮湿空气中,计表

面出现锈蚀的时间.

(3)　磷化膜厚度的测定通过膜厚度测定可探

明磷化的速度.其厚度可用金相显微镜测量,也可用

膜重法测度.本文下列采用方法:磷化膜去除按ISO 38921980标准进行,去除液由EDTA 四钠盐90g /L +NaO H 100g /L +三乙醇胺4g /L +水组成.膜退除在(75±5)℃的去除液中处理15分钟,取出后立即用流水清洗、蒸馏水冲洗、电吹风吹干,(每个试片均用新溶液处理)用分析天平准确称量干燥的磷化试片和退膜试片的质量,膜重用下式计:

m A =

m 1-m 2A

×10　　(g /m 2)A 为试片面积(cm 2);m 1,m 2为试片质量(mg ).(4)　磷化件阳极阴极极化曲线:用JH 2C 恒电位仪和X Y 函数记录仪测定磷化件在3%Na Cl 溶液中的阳极和阴极极化曲线.

3.2　实验结果

(1)　磷化过程的h t 曲线如下:A 为在基本磷化液中的h t 曲线;B 为在基本磷化液加添加剂X H 1中的h t 曲线;C 为在基本磷化液+X H 1+X H 2中的h t 曲线.(2)膜重与不同磷化时间的关系膜重时间曲线如图2所示.A 、B 、C 分别与3.2(1)中的76　　　　　　　　　　湘　潭　大　学　自　然　科　学　学　报　　　　　　　　　　1998年

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处理液相对应.

(3)　有机磷化处理的磷化件的耐蚀性能见表1.表1　磷化件的耐蚀性能处理工艺成膜时间　　/mim

膜重/(g.m

-2)

浸泡时间/h

Cu SO 4点滴试验/min 空气露置试验基本液处理7 3.2- 4.2>4>2>4基本液+X H 1

　　处理7 4.2～ 6.2>6>4>8基本液+X H 1+X H 2处理7 4.6～ 6.2

>12>6>12

国家标准

7

>1

>0.5

　　(4)　磷化件在3%Na Cl 溶液中的静态电位是

0.8V (SC E),磷化层

的静态电位是0.42V (SCE ),阳极极化时,磷化盐膜从+0.16V 开始溶解,基体则在-0.18V 开始溶解.阴极极化时,在A 3基体上从-0.84V 开

始析氢.在磷化膜上要延至-0.94V ,但一开始溶解,磷化膜的溶解速度比钢基快

.

图3　磷化件在3%NaCl 溶液中的极化成

3.3　实验结果讨论

从在基本溶液中的h t 曲线可知,钢铁件在磷化液中的磷化过程可分为四个阶段:(1)基体表面电化学浸蚀;(2)金属表面的氧化钝化;(3)金属阳极溶解;(4)磷化成膜.

当溶液中加入添加剂后,使磷化机理有所改变.从h t 曲线B 、C 可知,其金属表面氧化钝化时间缩短,磷化成膜过程变

得更快,磷化所得膜的电位更正,有更高的耐蚀性.从膜重时间曲线可知,加添加剂后,磷化成膜的初始阶段加快,但经一定时间后(约8min)膜重已趋于稳定,说明加添加剂后生成的磷化膜结构更加致密.两种添加剂同时使用,磷化初期成膜速度更快.

磷化处理能提高金属表面耐蚀性,这是由于在磷化过程中于金属表面形成了一种磷化盐膜,在有机磷化液中,磷酸是不可缺少的成膜剂,其磷化反应如下:

　　　　　　　Fe-2e Fe

2+

　　　Fe 2++

H 2PO 4-+n H 2O Fe(H 2PO 4)·n H 2O HPO 42-+n H 2O

Fe(HPO 4)·n H 2O

PO 43-+n H 2O Fe 3(PO 4)·n H 2O

有机磷化液能正常实现磷化,说明钢铁件在此溶液中,先通过表面侵蚀和化学溶解,生成磷化膜所必须的Fe 2+.溶液中的加速剂、活化剂是促进钢铁件表面生成Fe 2+和调节Fe 2+生成量的有效物质,若首先没有表面的电化学侵蚀,则不可能形成磷化膜.

两种磷化添加剂XH 1起形成磷化膜晶核的作用.使磷化膜更致富,晶粒更细.X H 2添加剂则有进一步改善磷化膜结构的作用,因为X H 2中引入了另外的金属离子,所生成的膜为一种复盐膜,结 …… 此处隐藏：3305字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……