磷化处理对涂敷工艺影响.doc

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磷化处理对涂敷工艺的影响

摘要

本文主要介绍了马口铁片经锌系磷化前,中,后期的磷化过程以及锌系磷化与其他种类磷化的对比。

铁片经磷化处理后的各项性能与未经处理的铁片进行性能实验对比，得出马口铁片前处理的必要性。

关键词：

磷化；磷化膜；影响；处理；铁片

目录

第一章引言 -3-

1.1磷化膜主要有以下三个优点：

-3-

1.2常见的磷化方法有锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系五大类。

-3-

1.2.2锌钙系 -3-

1.2.3锰系磷化优点：

-4-

1.2.4锌锰系磷化处理优点:

-4-

1.2.5常温铁系磷化优点:

-5-

第二章试验研究 -6-

2.1磷化机理 -6-

2.2实验药品 -7-

2.3实验设备 -7-

2.4工艺流程 -8-

2.5工艺参数 -8-

第三者性能检测 -9-

3.1涂膜性能检测项目及其标准 -9-

第四章结果与分析 -9-

4.1磷化对铁表面形貌的影响 -9-

4.2磷化对冲击强度的影响 -10-

4.3磷化对柔韧性的影响 -11-

4.4磷化对附着力的影响 -11-

4.5磷化对硬度的影响 -12-

4.6磷化对厚度的影响 -12-

4.7磷化对光泽的影响 -13-

第五章结论 -13-

致谢

第一章引言

铁置于空气中，尤其是在潮湿空气中，易生锈，主要存在如下两种作用，①3Fe+2O2=Fe3O4；②Fe、O2、H2O等共同作用。

金属表面在除油、除锈后，为了防止重新生锈，通常要进行化学处理，使金属表面生成一层保护膜，该膜通常只有几微米，主要起增强涂层和底材附着力的作用，较厚的膜层还能增强防锈性能。

常用的表面化学转化方法有氧化、磷化、钝化三种。

其中，磷化是化学处理的中心环节，是一种大幅度提高金属工件耐腐蚀能力的简单可靠、费用较低、操作简便的工艺方法，在工业上应用很广[1]。

1.1磷化膜主要有以下三个优点：

提高耐蚀性

提高基体与涂层间或其他有机精饰层间的附着力

提供清洁表面

常见的磷化方法和优缺点如下：

1.2常见的磷化方法有锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系五大类。

1.2.1锌系磷化优点：

1提高涂装后工件表面涂层的耐蚀性；提高装饰性。

2提高工件的耐磨性，令工件在机加工过程中具有润滑性；经适当的后处理，可提高工件的耐磨性。

缺点：

对比锰系的防锈处理,其结构以针状,片状或雪花状为主,结构一般比较疏松,所以一般涂装前处理应用比较多,其防锈效果相对于锰系磷化有较大的差距.一般锌系磷化用于涂装前处理,防锈,冷挤压拉拔.

1.2.2锌钙系

1磷化速度快，磷化膜致密均匀，呈深灰色，且挂灰甚少。

2管理简单，使用时无须表调工序，无须添加中和剂及促进剂，配制和添加均很方便。

3磷化液中含有稳定剂和抗硬水剂，槽液稳定，指标控制范围宽，沉渣较少，使用寿命长。

4该磷化膜防腐耐蚀性能佳，可满足工序间教长时间防锈使用，同时膜与各种涂层的结合能力优良，各项配套性能均超过国家标准

5加钙改良后,其磷化膜比较细致而且耐蚀性好,耐中高温.同时钙的加入有利于镀锌板、铝板、钢板的复合件的磷化.

6没有酸洗的工件不需要表调

缺点，1对工件的前处理要求比较高，要绝对无油否则膜有气泡点，严重时会露白。

并会延长处理时间。

2如果带入碱性物质，会析出白色结晶，自行调整酸比保持。

1.2.3锰系磷化优点：

1一般用于耐磨润滑处理,其结构为球状颗粒结晶体,膜层致密性很好,所以防锈效果在所有磷化中也是最好的。

2该磷化使用温度要达到92-98℃，无重金属和有害溶剂

缺点：

1涂装其附着力并不是很好,一般很少用于涂装前处理,膜层坚硬度较高,挤压类处理也不适宜,

2高温蒸发造成液位降低时,要补加清水和磷化液,最大限度保持药液的稳定,最好采用连续滴加补水的方法保持液位稳定.

1.2.4锌锰系磷化处理优点:

　　1、是一种先进的常温型锌猛镍多元磷化处理,是金属涂装前处理的理想选择。

广泛用于汽车、铁路、电动车、自行车制造,机械制造,钢门钢窗、仪器仪表外壳,高低压电器设备,箱柜壳体及其它钢结构工件进行喷涂、烤漆、喷塑、防锈、电泳浸漆等涂装前的磷化处理。

　　2、形成的磷化膜结晶致密、均匀。

膜层质量好,外观呈灰色,磷化膜表面无挂灰、返白现象。

　　3、因为锰盐的存在,具有耐腐蚀性能较好的特点,因此本品形成的磷化膜与基体附着力强,耐腐蚀性和耐冲击性能显著。

　　4、常温使用,磷化时间短,沉渣少,使用性能稳定,操作简便。

　　5、成膜速度快,用量少,处理面积大,成本低,可反复调整使用。

　　6、常温型锌锰镍多元磷化是金属前处理行业的发展趋势。

　　7、本品无腐蚀,不燃、不爆、便于使用,运输和储存。

　　8、节省能源。

因无需加热,消耗少,调整不频繁。

缺点

  1、经常需要监视磷化液。

  2、需要掌握磷化液的技术指标，掌握工作流体的调节的方法。

  3、应用槽体较多。

（7-9个槽体）

1.2.5常温铁系磷化优点:

1、又称彩色磷化,适用于对涂装质量要求不高或受客户生产条件限制的厂家（槽体要求较少）。

2、在使用过程中不需经常调整,不含亚硝酸盐,不需经常检测化验等,操作使用简便。

3、本品形成的磷化膜属磷酸铁系磷化膜,外观为蓝色伴有彩色,磷化膜薄而致密,表面无挂灰、留痕、返白等现象的产生,膜层本身无脆性。

4、应用槽体较少。

（4-6个槽体）

5、本产品用量少,成本低,消耗少,处理面积大。

6、本品无腐蚀,不燃、不爆、便于使用,运输和储存。

常温铁系磷化缺点:

1、是简易磷化,膜层属钝化膜。

2、膜的外观颜色不稳定,呈多彩系列。

3、膜薄,吸附性、耐蚀性较弱。

4、工作液难调整,一旦疲劳只能废槽重新配槽。

根据各系列磷化液的优缺点，由于本课题采用铁作为基底，试验在常温下进行，试验条件有限，故采用锌系磷化槽液进行试验，操作易控制，成膜也较快，且可广泛应用于各涂装前的预处理。

第二章试验研究

2.1磷化机理

涂装前的磷化是金属涂装前处理中的一个不可缺少的主要工序，也是涂装前处理质量的关键[3]。

一般可认为，磷化膜的形成包括电离、水解、氧化、结晶等至少四步反应过程。

磷化开始前，磷化工作液中存在游离磷酸的三级电离平衡以及可溶性重金属磷酸盐的水解平衡：

H3PO4=H2PO4-+H+K1=7.5×10-3

H2PO-4=HPO42-+H+K2=6.3×10-8

HPO2-4=PO4+H+K3=4.4×10-13

Me（H2PO4）2=MeHPO4+H3PO4

3MeHPO4=Me3（PO4）2+H3PO4

其中Me包括Zn2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+等重金属离子。

磷化之前上述电离与水解处于一种动态平衡状态，当被磷化金属（例如钢铁）投入磷化液后，随即发生被处理金属表面的阳极氧化过程：

Fe+2H3PO4=Fe（H2PO4）2+H2↑

2Fe+2H2PO-4=2FeHPO4+H2↑

由于金属表面氧化过程的产生，从而破坏了磷化液的电离与水解平衡，随着磷化的不断进行，游离H3PO4的不断消耗，促进了原电离反应和水解反应的进行，Fe2+、HPO4-及PO34-浓度不断增大，当磷化反应进行到FeHPO4、MeHPO4、及Me3（PO4）2、Me2Fe（PO4）2或（Me，Fe）5H2（PO4）4等物质浓度分别达到其各自的溶度积时，这些难溶的磷酸盐便在被处理金属表面活性点上形成晶核，并以晶核为中心不断向表面延伸增长而形成晶体；晶体不断经过结晶-溶解-再结晶的过程，直至在被处理表面形成连续均匀的磷化膜[4-6]。

2.2实验药品

表1实验药品

药品名称

厂家

规格型号

锌系磷化液

自制

胶体钛系表调剂

Na3PO4

分析纯

NaOH

分析纯

Na2SiO4

分析纯

HCI

分析纯

ZnO

分析纯

HNO3

分析纯

H3PO4

分析纯

去离子水

2.3实验设备

表2实验设备

设备名称

厂家

规格型号

冲击试验仪

上海普申

CJQ－Ⅱ

铁片

胶带

得力

4.8cm*100

铅笔

上海中华

6B,5B,4B.3B.2B.B.HB.H.2H.3H.4H.5H.6H

空气压缩机

昌盛机械

ZV-3.0/10

烘箱

爱特尔

101-00A

烧杯

环球

100,500.1000ML

高压静电喷枪

弘大喷涂机电

860喷塑枪

铅笔硬度计

上海现代环境

PPH-I

漆膜划格仪

莱试

QFH

反射率测定仪

天津精科

C84-III

2.4工艺流程

工件除油水洗酸洗水洗中和

表调磷化烘干涂装性能检测

表面调整采用胶体钛系表调剂。

磷化温度为30~50℃，浸泡3~4min，喷淋1~2min。

2.5工艺参数

表2工艺参数

工艺名称

除油

除锈

磷化

涂装

烘干

工艺条件

NaOH:

20~30（g/l）

Na3PO4:

30~50（g/l）

Na2SiO4:

3~5（g/l）

T=80~90℃

t=10~20min

HCI:

15%~20%

OP:

0.1~0.5

T=常温

t=2~10min

ZnO:

23~30（g/l）

HNO3（ml）:

34~42

H3PO4:

14~20（ml）

总酸度:

60~80

游离度:

5~7.5

T=60~70℃

t=10~15min

压力=0.3MPa

电压=80Kv

T=室温

t=30s

T=80~100℃

t=5min

第三者性能检测

3.1涂膜性能检测项目及其标准

检测项目

检测标准

涂膜外观

日光下肉眼观察，与标准样板对比

光泽

GB/T1743-79（89）漆膜光泽测定法

颜色

GB/T9761-88色漆和清漆的目视比色

硬度

GB/T6739-86涂膜硬度铅笔测定法

冲击强度

GB/T1732-79（88）漆膜耐冲击测定方法

柔韧性

GB/T1731-93漆膜柔韧性测定法

附着力

GB/T9286-88色漆和清漆漆膜的划格试验

厚度

GB/T13452.2-2008漆膜厚度的测定

第四章结果与分析

4.1磷化对铁表面形貌的影响

图1为磷化前铁的表面形貌。

图2为磷化后铁片的镜相显微镜照片，放大的倍数为500倍，下图显示了铁片经磷化后的表面形貌，可以看到，在铁片的表面形成一层粗糙疏松的FeHPO4膜，磷化膜的存在有助于与表面涂层的结合。

图1磷化前铁表面形貌

图2磷化后铁表面形貌

4.2磷化对冲击强度的影响

冲击试验仪的重锤质量是10000g，由于所要用重锤质量是固定的，所以检验结果是以cm表示。

试验后可采用4倍发大镜观察有无裂纹和破损。

表3冲击强度的涂膜测试结果

样品

单位

次数

平均

结果

1

2

3

未处理

Kg·m

40cm40cm40cm

40cm

40cm

已处理

Kg·m

50+cm