一种常用的磷化技术化学转换膜处理方式
化学转换膜处理技术的一种重要方法——磷化处理磷化，这一常用的前处理技术，属于化学转换膜处理的范畴。它主要应用于钢铁表面的处理，同时，有色金属如铝、锌等也可采用此工艺。磷化是通过化学与电化学反应，在金属表面形成一层磷酸盐转化膜，这层膜被称为磷化膜。其目的不仅在于为基体金属提供保护，防止腐蚀，还常用于涂漆前的打底工作，以增强漆膜层的附着力并提升其防腐蚀能力。此外，在金属冷加工过程中，磷化膜还能起到减摩润滑的作用。磷化处理工艺在工业领域已有90多年的应用历史，其发展历程大致可分为三个阶段。首先，在奠定磷化技术基础时期，磷化膜被用作钢铁的防腐蚀保护膜，这一应用在1869年得到了英国Charles Ross的专利确认，从而开启了磷化工艺在工业生产中的应用。在此后的一个世纪里，磷化处理技术积累了丰富的经验，并取得了诸多重大发现。到了第二个阶段，即磷化技术迅速发展时期，美国T.W.Coslet在1909年制成了第一个锌系磷化液，这一创新极大地推动了磷化工艺的发展。随后，Parker防锈公司研发的Parco Power配制磷化液克服了诸多缺点，并将磷化处理时间缩短至1小时。到了1929年，Bonderizing磷化工艺进一步将处理时间缩短至10分钟。1934年，磷化处理技术在工业上取得了革命性的进展，即采用了将磷化液喷射到工件上的新方法。进入第三个阶段后，即磷化技术广泛应用时期，尽管二战结束后磷化技术鲜有突破性进展，但它在防蚀技术和金属冷变形加工工业中的应用却日益广泛。此阶段的重要改进包括低温磷化技术的开发、各种控制磷化膜膜重的方法的研发以及连续钢带高速磷化工艺的成熟。当前，磷化技术领域的研究重点主要集中在提升质量、减少环境污染和节约能源三个方面。⑴高温型在80—90℃的温度下处理10-20分钟，可形成厚达10-30g/m2的磷化膜。此类型的溶液游离酸度与总酸度的比值为1：（7-8）。其优点在于膜的抗蚀力强且结合力好，但缺点同样明显，如加温时间长、溶液挥发量大、能耗高以及磷化沉积多等。因此，这种类型的应用已逐渐减少。⑵中温型在50-75℃的温度范围内处理5-15分钟，可得到1-7 g/m2厚度的磷化膜。此类溶液的游离酸度与总酸度比值为1：（10-15）。其优点包括游离酸度稳定、易掌握、磷化时间短以及生产效率高等。同时，其耐蚀性与高温磷化膜相当，因此应用较为广泛。⑶低温型在30-50℃的温度下进行处理，这种类型的特点是节省能源且使用方便。⑷常温型在10-40℃的温度范围内进行处理，时间通常为10-40分钟。此类溶液的游离酸度与总酸度比值为1：（20-30），膜厚为2-7 g/m2。其优点在于不需加热、药品消耗少且溶液稳定。尽管如此，它也存在处理时间长和溶液配制较繁琐的缺点。此外，磷化处理还可以按照磷化液成分、处理方法、磷化膜质量以及施工方法进行分类。每种类型都有其特定的应用场景和优缺点，选择哪种类型主要取决于实际需求和条件。⑶刷涂磷化在常温下操作，刷涂方式简便易行，能有效去除锈蚀。磷化后的工件自然干燥，防锈性能良好，但磷化效果相较于前两种方法略显逊色。作用用途磷化处理在工业领域具有广泛的应用。其作用不仅限于增强涂装膜层与工件间的结合力，提高涂层的耐蚀性，还能提高工件的耐磨性、润滑性以及耐蚀性。此外，磷化处理还用于增加漆膜与钢铁工件的附着力及防护性。磷化用途钢铁磷化主要用于耐蚀防护和油漆用底膜。磷化膜类型多样，可根据需求选择，如锌系、锰系等。磷化后，可涂覆防锈油、防锈脂或防锈蜡等进一步增强防护效果。同时，磷化处理还用于冷加工润滑、减摩以及电绝缘等方面。工艺流程磷化处理的工艺流程包括预脱脂、脱脂、除锈、水洗等步骤。其中，表调是可选环节，旨在调整工件表面的物理性能。最后，经过磷化后处理，如电泳或粉末涂装，可进一步提升产品的性能和质量。磷化处理工艺流程磷化处理的工艺流程包括除油除锈、防锈水浸泡、磷化发黑、晾干以及封闭保护等步骤。这一流程旨在通过一系列化学反应和物理变化，增强涂装膜层与工件间的结合力，提高涂层的耐蚀性，并赋予工件良好的耐磨性、润滑性和耐蚀性。影响因素磷化处理的效果受到多种因素的影响，包括温度、游离酸度、总酸度、pH值、离子浓度、工件表面状态以及水质等。在控制这些因素时，需要综合考虑，以确保磷化处理能够达到预期的效果。温度对磷化处理的影响尤为显著。随着温度的升高，磷化层会变得厚实，结晶也会更加粗大。然而，过高的温度可能导致Fe2+被氧化成Fe3+，从而增加沉淀物的量，影响溶液的稳定性。因此，在操作过程中需要严格控制温度。游离酸度是指游离的磷酸浓度，它对铁的溶解和晶核的形成具有促进作用。然而，过高的游离酸度可能导致界面层磷酸盐不易饱和，影响晶核的形成和膜层的致密性。因此，在操作过程中需要合理控制游离酸度。此外，总酸度、pH值、离子浓度、工件表面状态以及水质等因素也会对磷化处理的效果产生影响。这些因素需要综合考虑，以确保磷化处理能够达到最佳的效果。磷化后，用水冲洗磷化膜是至关重要的。这一步骤旨在去除吸附在膜表面的可溶性物质，从而防止涂抹过程中在湿热条件下出现起泡和脱落现象，进而提升涂膜的附着力与耐腐蚀性。通过实验对比发现，使用去离子水冲洗磷化膜相较于使用下水道水和车间排放水，其耐蚀性和柔韧性均有所提高。特别是在阴极电泳涂装等高要求场合，建议采用去离子水进行冲洗，以确保涂装质量。此外，涂装前处理也是不可或缺的一环。其中，脱脂对磷化膜的形成至关重要。只有在彻底去除油污的工件表面，才能生长出优质的磷化膜。油污残留会严重阻碍磷化膜的生长，并影响涂膜的附着力、干燥性能及耐腐蚀性能。因此，脱脂效果的好坏直接决定了磷化膜的质量。同样，除锈也是磷化前的关键步骤。磷化膜无法在锈层或氧化皮上生长，所以必须彻底清除工件表面的锈迹。然而，除锈时间也需要严格控制，以避免过腐蚀和工件表面的活化不足。过长的除锈时间可能导致工件表面粗糙，结晶粗大多孔，进而影响磷化膜的质量。另外，脱脂后的水洗虽然属于辅助工序，但同样不容忽视。清洗不彻底可能将脱脂槽中的表面活性剂及杂质离子带入磷化槽液中，导致磷化膜变薄、返黄，甚至引发涂装后的起泡和脱落问题。因此，建议采用多级水洗并控制清洗水的pH值接近中性，以确保脱脂后的工件表面洁净无瑕。同时，选用不含NaOH、NaCO3及难洗净的界面活性剂的脱脂剂也是非常重要的。对于水洗过程中的关键参数，如总碱度（TAL）、pH值、温度和时间，都需要进行严格控制。过高的TAL和pH值可能带入表调槽，导致表调液总酸度升高，不利于管理，同时也会影响磷化槽的稳定性。而过低的pH值和时间过长则可能导致钢铁在水洗过程中生锈，生成的磷化膜结晶粗大，耐腐蚀性降低。为了解决这些问题，可以在清洗水中加入碱来提高pH值至0-5，并加入适量的NaN02来防止钢铁件生锈。同时，也需要控制清洗水的温度在适当的范围内，以避免钢铁件在清洗过程中过度锈蚀或脱脂剂清洗效果不佳。此外，表调对磷化的影响也不容忽视。通过调整工件表面的微观状态，可以改善磷化膜的外观和性能。然而，总碱度、温度和pH值的控制也至关重要，因为这些参数的波动可能影响磷化槽的稳定性。例如，过高的总碱度和pH值可能导致磷化槽的游离酸度下降过快，而温度过高则可能引发工序间的表干现象。另一方面，钝化封闭可以提高磷化膜的防锈能力，但钝化液中含有的铬元素可能导致废水处理困难，因此在实际应用中需权衡利弊。在磷化工艺流程中，还需要考虑其他多个方面的影响因素，如工艺流程设计是否合理、设备是否达标、工艺管理是否科学等。同时，设备的管理与维护、促进剂的使用以及磷化膜的烘干过程等环节也都对最终的产品质量有着重要影响。最后，磷化渣的处理也是一个需要关注的环节。虽然磷化渣在一定程度上会浪费药品并增加清渣工作量，但它同时也会挥发出磷酸，有助于维持磷化液的游离酸度平衡。因此，在控制磷化渣生成时需要综合考虑这些因素。调整NO-3与PO3-4的比例。接下来，我们进行质量检验。首先是外观检验，通过肉眼观察磷化膜是否均匀、连续且致密，不应存在未磷化的空白或锈渍。虽然前处理方法可能导致色泽差异，但褐色是不被允许的。其次，我们进行耐蚀性检查。采用浸入法将磷化后的样板置于3%的氯化钠溶液中浸泡两小时，取出后表面无锈渍即为合格。此外，点滴法也是一种常用的耐蚀性检查方法，通过观察蓝点试剂在磷化膜上的变色时间来判断其耐蚀性。最后，我们还需要进行游离酸度和总酸度的测定。游离酸度的测定中，我们使用移液管取10ml试液于锥形瓶中，加入蒸馏水和指示剂，用氢氧化钠标准液滴定至溶液变色即为终点，记录耗氢氧化钠标准液的毫升数即为游离酸度点数。而总酸度的测定方法类似，只是滴定至溶液呈粉红色即为终点，记录的氢氧化钠标准液毫升数即为总酸度点数。这些数据将帮助我们评估磷化液的性能和调整参数。
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