0 引言金属化学表面转化处理工艺可以改变金属表面原有的性质而提供各种新的物理或物理化学特性。在许多化学表面转化处理中 ,磷化处理占有重要地位。磷化是钢铁、锌、铝、镁及其合金的最重要的化学转化方法之一。磷化技术广泛应用于机械工业、汽车工业、航空工业、造船工业 ,以及家庭日用品制造方面<1> 。传统的磷化工艺多为高温和中温型磷化液 ,磷化时需加热 ,消耗大量能源 ,磷化条件苛刻 ,不易控制 ,并且性能单一、成本高 ,对环境的污染非常大<2 > ,使用具有一定局限性。而多功能磷化液具有工序少、操作简单、占场地面积小、投资省、能大量节约人力、物力和财力 ,对大型工件也可进行处理等优越性 ,所以多功能磷化液倍受人们的青睐。文中研制了一种涂抹型的多功能磷化液 ,并对膜的耐蚀性能进行考察。1 实验过程1.1实验方法本实验采用Ｑ2 35钢片 ,机加工成 10 0ｍｍ× 5 0ｍｍ× 2ｍｍ。采用八因素七水平正交实验。采用硫酸铜点滴、氯化钠浸泡和表面观察相结合的方法进行综合评分<3 > 。1.2 电化学实验将磷化的试样和碳钢试样分别用蜡封 ,暴露 1ｃｍ2的工作面积 ,放入天然海水中 ,进行腐蚀电位的测试。进行阳极极化曲线测量时 ,扫描速率采用 6 0ｍＶ ｍｉｎ。实验采用日本ＤＥＮＫＯＨＡ - 15 1型恒电位 电流仪。渗比电极是Ａｇ ＡｇＣｌ电极 ,辅助电极是铂片。并利用日产ＪＳＭ - 6 0 0ＬＶ仪器进行磷化试样表面的电子能谱(ＥＤＸ) ,分析了表面膜层物质的元素组成。2 结果与讨论2 .1 正交实验结果由正交实验得到最佳磷化液配方为 :氧化锌 4 .8%磷酸 (85 % ) 2 0 .3%Ａ促进剂 5 .3%十二烷基磺酸钠 0 .14 %硫脲 0 .2 4 %酒石酸钠 0 .2 4 %Ｂ添加剂 1.6 8%水 6 7.3%ｐＨ 1.12同时还考察了Ａ促进剂和Ｂ添加剂的含量对膜耐蚀性能的影响。以硫酸铜点滴时间来表征膜的耐蚀性能 ,实验结果示于表ｌ。当Ａ促进剂含量小于ｌｇ时 ,耐蚀时间短 ,磷化膜不连续。当含量过高时 ,表面产生挂灰。故本实验选取含量为 2 .2ｇ。Ａ促进剂具有两方面的作用 ,一是使磷化反应在低温下从热力学意义上变为可能。二是促进磷化反应的速度。这是因为它可以一方面减少氢的表面吸附 ;另一方面又可将腐蚀电池阳极溶解下来的Ｆｅ2 + 氧化为Ｆｅ3 + 。实验表明 ,当Ｂ添加剂的含量小于 0 .ｌｇ时 ,磷化膜结晶粗大 ;当含量达到 0 .ｌｇ时 ,再增加其含量 ,则对磷化膜的耐蚀性能 ,没有明显的影响。所以其最佳含量为 0 .ｌｇ。对于低温磷化而言 ,Ｂ添加剂是一种有益的添加剂 ,作用有 :(1)作为ｐＨ值缓冲剂 ,使溶液的ｐＨ值稳定。 (2 )又是低温磷化有效促进剂 ,低温磷化时 ,金属腐蚀缓慢 ,使整个磷化过程受阻。(3)增加金属表面晶核的活性区 ,细化结晶。表 1 Ａ促进剂和Ｂ添加剂含量对膜耐蚀性能的影响名称Ａ促进剂Ｂ添加剂含量 ｇ 0 12 .2 3 40 0 .0 5 0 .10 .2 0 .3耐蚀时间 ｓ 2 3 0 2 60 12 0 3 0 0 40 10 0 2 60 2 65 2 60表面观察基本无膜不连续膜均匀膜挂灰严重挂灰结晶粗大结晶较粗结晶细致结晶细致结晶细致2 .2 耐蚀性实验结果对磷化膜进行硫酸铜点滴实验 ,测得硫酸铜的点滴时间为 2 6 0ｓ。磷化试件在 3%氯化钠溶液中浸泡 3ｈ后出现锈蚀 ,该结果超过国家标准所规定的 2ｈ。2 .3 电化学测试结果磷化和碳钢试样在天然海水中腐蚀电位与时间关系曲线示于图 1。由图看出 ,海水中磷化和碳钢试样的腐蚀电位都随时间的延长而变负。 10 0ｍｉｎ后 ,两条曲线都趋于平缓 ,磷化膜试样腐蚀电位比碳钢的正30ｍＶ。 5 0 0ｍｉｎ后 ,磷化试样腐蚀电位仍比碳钢试件腐蚀电位正出 4 5ｍＶ。这说明磷化试样具有较好的热力学稳定性。 图 2示出海水中磷化和碳钢试样阳极极化曲线。两种试样都呈阳极溶解状态 ,但磷化试件的极化电位较碳钢的要正。而且在相同的阳极极化电位下 ,磷化试件的极化电流密度较小 ,由此可见 ,碳钢经磷化后 ,改善了阳极溶解性能。 磷化试样经电子能谱分析 (图 3) ,可知磷化膜中图ｌ 海水中磷化和碳钢试样腐蚀电位 -时间关系曲线图 2 海水中磷化和碳钢试样的阳极极化曲线含有的主要元素有Ｐ、Ｏ、Ｆｅ、Ｚｎ。由此可知 ,本实验中的磷化膜是磷酸锌和磷酸铁锌的混合物的沉积 ,是结晶型磷化膜 ,与梅建庭<4> 等人对磷化膜的分析结果相吻合。图 3 磷化膜电子能谱分析3 结论(1) 研制了一种室温多功能磷化液 ,磷化膜为锌系薄膜型磷化膜 ,颜色为深灰色 ,可将除油、除锈、磷化一步完成。(2 ) 通过硫酸铜点滴实验、浸泡试验及电化学实验测试 ,结果表明磷化膜具有良好的耐蚀性能。(3) 多功能磷化液在室温下进行磷化 ,且磷化方式采用涂抹型 ,解决了一些大型工件无法入槽浸泡磷化这一问题室温多功能磷化液的研制@梁成浩$大连理工大学化工学院!辽宁大连116012
@孙悦锋$大连理工大学化工学院!辽宁大连116012多功能;;除油;;除锈;;涂抹型磷化研究了一种室温多功能磷化液 ,可在一个工序内完成除油、除锈、磷化三个过程。磷化方式采用涂抹型 ,工艺简单 ,施工方便 ,特别适用于一些无法入槽浸泡磷化的大型工件。通过对膜层的耐蚀性、电化学性能的考察发现 ,此种磷化膜具有优良的耐蚀性能 ,且性能稳定 ,无污染 ,具有工业应用推广价值<1> 孙国新.钢铁磷化技术及发展
.山东化工,1994,2:26～30.
<2> ScottCarpenter.OneStepZeroEfluent.Organi cPhosphating,Metalfinishing,1999,9:56～59.
<3> 钢铁工件涂漆前磷化技术处理条件.中华人民共和国国家标准,GB6807-86,1986.
<4> 梅建庭.喷塑钢样厚层低温磷化液的性能.材料保护,1996,29(2):32～33型工件。通过对膜层的耐蚀性、电化学性能的考察发现 ,此种磷化膜具有优良的耐蚀性能 ,且性能稳定 ,无污染 ,具有工业应用推广价值<1> 孙国新.钢铁磷化技术及发展.山东化工,1994,2:26～30.
<2> ScottCarpenter.OneStepZeroEfluent.Organi cPhosphating,Metalfinishing,1999,9:56～59.
<3> 钢铁工件涂漆前磷化技术处理条件.中华人民共和国国家标准,GB6807-86,1986.
<4> 梅建庭.喷塑钢样厚层低温磷化液的性能.材料保护,1996,29(2):32～33
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