一种低温低渣磷化液的研制

柳彦梅,张存良

(1.商丘医学高等专科学校公关学科部,河南商丘 476100;2.商丘职业技术学院,河南商丘 476000)

一种低温低渣磷化液的研制

柳彦梅1,张存良2

(1.商丘医学高等专科学校公关学科部,河南商丘 476100;2.商丘职业技术学院,河南商丘 476000)

为了节约能源,低温磷化工艺的研制与开发日益受到重视。介绍了一种低温低渣高效磷化液,讨论了磷化液中各组分的作用和工艺参数对磷化膜性能的影响。实验结果表明,该磷化液具有溶液稳定、配制简单、成膜温度低、速度快、产渣量少、耐蚀性好等特点。

磷化;低温;低渣;高效

引 言

磷化工艺主要用于金属喷漆前的打底,以提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力[1]。磷化工艺是钢铁件涂装底漆和机械零件防锈处理的一道重要工序,目前已在汽车、化工、船舶、机械制造以及航空工业中得到广泛的应用。

由于低温磷化具有低能耗、低成本、低污染及成膜速度快等特点,因而是当前研究最活跃、技术进步最快的一种磷化技术。本课题组所研制的磷化液已在数家五金厂使用,反馈效果良好。

1 实 验

1.1 磷化工艺流程

磷化工艺流程为:除油→水洗→除锈→水洗→磷化→水洗→自然晾干或烘干。

1.2 磷化液配方

经过反复筛选和实验,获得的低温低渣高效钢铁磷化液配方如下:

磷酸7～9 mL/L

MnCO36～8 g/L

Zn(NO3)2·6H2O60～80g/L

复合促进剂5～8g/L

磷化液配方中磷酸为工业一级(85%),MnCO3和Zn(NO3)2·6H2O为分析纯,复合促进剂为自制。

1.3 磷化工艺参数

实验材料为130mm×20mm×3mm Q235钢板,磷化方式为浸渍。磷化液总酸度为60～80点,游离酸度为1.5～3.0点,pH为2.1～2.6,θ为30～40℃,t为10～15 min。

1.4 测试方法

耐蚀性的测定:按照GB/T6807-2001规定的CuSO4点滴法和3%NaCl溶液浸渍法进行。

1)CuSO4点滴法 所用硫酸铜溶液成分为0.125mol/L CuSO4溶液40 mL;10%ρ(NaCl)溶液20 mL;0.1mol/L HCl溶液0.8 mL。用脱脂棉蘸无水酒精,擦拭磷化处理后试件表面,干燥后用硫酸铜溶液做点滴试验,记录试件变红的时间,变红的时间越长,磷化膜的耐蚀性越好。

2)3%NaCl溶液浸渍法 将磷化处理后的试件浸入3%氯化钠溶液中,记录试件出现红锈的时间,出现红锈的时间越长,磷化膜的耐蚀性越好。

膜的面质量(ρA)的测定按GB/T9792-2003规定进行。配制50g/L Cr O3溶液,干燥试件(表面积为A),用分析天平称量,精确到0.1mg(质量为m1)。试件浸于溶液中,在(75士5)℃下保持15min。取出试件立刻在洁净的流动水中漂洗,然后用蒸馏水漂洗,迅速干燥后再称量。重复以上程序,直至达到恒定的质量(相差<0.1mg)为止(质量m2),按公式(m1-m2)/A计算膜的面质量。

2 结果与讨论

2.1 实验结果

该磷化液为粉红色透明液体,质量密度为1.03 g/cm3。配制1L磷化液进行磷化,试件面积为3 m2,磷化后过滤磷化液,称量磷化渣为0.750g。磷化渣质量与试件面积的比值,即为产渣质量0.25g/m2,远低于目前市场同类产品。磷化膜的性能测试结果见表1。

表1 磷化膜的性能测试结果

2.2 分析与讨论

2.2.1 温度与时间的影响

温度对磷化膜耐蚀性的影响见图1,由图1可知提高温度可使磷化膜的耐蚀性提高,但该磷化液在30～40℃温度下已经能够得到耐蚀性较高的磷化膜,考虑到成本因素,确定该磷化液的θ为30～40℃。

图1 温度对磷化膜耐蚀性的影响

磷化时间对磷化膜耐蚀性的影响见图2。由图2可以看出,随磷化时间的延长,磷化膜耐蚀性逐渐提高,但经过一定时间后,磷化膜耐蚀性增加不大,这是因为反应一段时间后,磷酸盐已基本覆盖试件表面,阻止了试件进一步的磷化反应,因此将t磷化控制在10～15min即可。

图2 时间对磷化膜耐蚀性的影响

2.2.2 游离酸度和总酸度的影响

游离酸度和总酸度是磷化工艺过程中的一个重要技术参数,当θ=35℃,t磷化=10min时,游离酸度和总酸度对磷化膜耐蚀性的影响见表2。

由表2可知,为获得耐蚀性较好的磷化膜,应将游离酸度控制在1.6～3.4点之间,总酸度控制在63～81点之间。

表2 游离酸度和总酸度对磷化膜耐蚀性的影响

2.2.3 促进剂的影响

为了能够在低温条件下获得性能较好的磷化膜,通常是同时加入几种促进剂以达到低温快速磷化的目的。本配方的复合促进剂是由亚硝酸钠、氯酸钠、氟硼酸钠、柠檬酸和OP乳化剂等按一定比例复配而成的,下面对其作用进行一下探讨。

亚硝酸钠和氯酸钠是常用的氧化剂,经过适当配比可显著降低磷化温度。在磷化反应过程中,亚硝酸盐将阴极反应产生的氢气氧化成水,起到阴极去极化的作用,从而加速了磷化膜的形成。氯酸盐一般不单独使用,往往与亚硝酸盐配合以起到更好的促进作用[2]。氟硼酸钠能缓慢地释放出氟离子,可以促进金属表面活化,加速磷化膜的形成,既具有细化晶粒的作用,又具有络合作用,能够与亚铁离子形成螯合物,防止其沉淀成渣。

柠檬酸可与Fe2+形成可溶性络合物,能够减少磷化渣的生成,另一方面柠檬酸能使金属基体的表面充分暴露,使有效成核的活性点增多,有利于生成晶粒细小而均匀的磷化膜。

OP乳化剂具有很好的乳化和润湿性能,能够使磷化液与金属表面充分接触,有利于氢气的逸出,同时加强了阴极去极化作用,从而加快了磷化膜的生成。

3 结 论

综上所述,通过对该磷化液的配比组成以及磷化条件的研究,确定了磷化液最佳配比及工艺路线。利用各种添加剂之间的协同效应,可以加快磷化成膜速度、降低磷化温度和提高磷化膜质量。该磷化液稳定性较好,常温避光保存300d,磷化能力仅下降约3%。试件经磷化液处理后,能够在其表面形成致密均匀、结合力强及耐蚀性好的银灰色磷化膜,而且产渣量少。该磷化液各项性能指标均达到或超过国家标准,值得推广应用。

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

[2] 张胜麟.常温磷化处理技术的研究现状及展望[J].材料保护,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

柳彦梅(1979-),女,河南夏邑人,商丘医学高等专科学校公关学科部助教.