磷化处理的分类和影响因素分析
欧阳工
2022-08-29 21:35
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磷化处理作为前处理几大要点之一,主要应用在钢铁、有色金属(如铝、锌)等材质上。磷化原理上可以理解为化学转换膜处理,也就是化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程,所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。其目的是保护基体金属,可以一定程度上防止金属被腐蚀;也可作为涂漆前的打底步骤,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力;还能在金属冷加工工艺中起减摩润滑作用。
磷化处理分类可以从几个方面来进行阐述
一、按温度分类可分为
1、高温型:通常是在80~98℃温度条件下,处理时间为10-20分钟,形成磷化膜厚达10-30g/㎡;
此类处理优点是膜抗蚀力强,结合力好;缺点是长时间的加温,会导致溶液挥发量大,能耗大,磷化沉积多,游离酸度不稳定,结晶粗细不均匀等,可以说是弊大于利,因此目前已鲜少被使用。
2、中温型:50~75℃,处理时间5-15分钟,磷化膜厚度为1-7 g/㎡;
中温型优点是游离酸度稳定,易掌握,磷化时间短,生产效率高,磷化膜耐蚀性性基本与高温型无异,因此也是目前应用较多的一种处理方式。
3、低温型:30~50℃ 节省能源,使用方便。
4、常温型:10~40℃ 常(低)温磷化(除加氧化剂外,还加促进剂),时间10-40分钟;
其优点是不需加热,药品消耗少,溶液稳定;缺点是磷化处理时间长,因此需要频繁的进行溶液配制。
二、按磷化液成分来分类可分为
1、锌系磷化
2、锌钙系磷化
3、铁系磷化
4、锰系磷化
5、复合磷化 磷化液由锌、铁、钙、镍、锰等元素组成
三、按处理方法分类可分为
1、化学磷化:将工件浸入磷化液中,依靠化学反应来实现磷化,应用广泛。
2、电化学磷化:在磷化液中,工件接正极,钢铁接负极进行磷化。
四、按磷化膜质量分类
1、重量级(厚膜磷化) 膜重7.5 g/㎡以上。
2、次重量级(中膜磷化)膜重4.6-7.5 g/㎡。
3、轻量级(薄膜磷化)膜重1.1-4.5 g/㎡。
4、次轻量级(特薄膜磷化)膜重0.2-1.0 g/㎡。
五、按施工方法分类
1、浸渍磷化:适用于高、中、低温磷化
特点:设备简单,仅需加热槽和相应加热设备,最好用不锈钢或橡胶衬里的槽子,不锈钢加热管道应放在槽两侧。
2、喷淋磷化:适用于中、低温磷化工艺,可处理大面积工件,如汽车、冰箱、洗衣机壳体。
特点:处理时间短,成膜反应速度快,生产效率高,且这种方法获得的磷化膜结晶致密、均匀、膜薄、耐蚀性好。
3、刷涂磷化:上述两种方法无法实施时,采用本法,在常温下操作,易涂刷,可除锈蚀,磷化后工件自然干燥,防锈性能好,但磷化效果不如前两种。
磷化用途
1、磷化作用分为涂装前磷化和非涂装前磷化
▲涂装前进行磷化处理的作用主要是为了增强涂装膜层(如涂料涂层)与工件间结合力;提高涂装后工件表面涂层的耐蚀性和装饰性
▲非涂装磷化的作用有提高工件的耐磨性和耐蚀性及工件在机加工过程中的润滑性。
磷化处理后所形成的的磷化膜特点是光泽度好,均匀细致,灰色多孔且附着力强的结晶,结晶大部分为磷酸锌,小部分为磷酸氢铁。锌铁比例取决于溶液成分、磷化时间和温度,因此不同系列的磷化膜具有不同的作用
1、防护型磷化膜
就钢铁而言,磷化处理的主要目的分为两个方面:一方面是提升其耐蚀防护能力,也就是我们常说的耐蚀防护用磷化膜,此类磷化膜类型主要以锌系、锰系为主;另一方面作为油漆前的底膜处理工序,增加漆膜与钢铁工件附着力及防护性,以锌系或锌钙系为主。
2、冷加工润滑型磷化膜
常见于钢丝、焊接钢管拉拔;精密钢管拉拔;钢铁件冷挤压成型等;
3、减摩型磷化膜
磷化膜可起减摩作用。一般用锰系磷化,也可用锌系磷化。
4、电绝缘型磷化膜
一般用锌系磷化。用于电机及变电器中的硅片磷化处理。
磷化处理最终的效果会受多方面因素影响,主要可参考以下几点
1、温度
温度越高,磷化层越厚,结晶越粗大;反之温度越低,磷化层越薄,结晶越细。但温度过高,则容易导致Fe2+易被氧化成Fe3+,加大沉淀物量,溶液不稳定。
2、游离酸度
所谓游离酸度是指游离的磷酸。其作用是促使铁的溶解,已形成较多的晶核,使膜结晶致密。游离酸度过高,则与铁作用加快,会大量析出氢,令界面层磷酸盐不易饱和,导致晶核形成困难,膜层结构疏松,多孔,耐蚀性下降,令磷化时间延长。游离酸度过低,磷化膜变薄,甚至无膜。
3、总酸度
总酸度指磷酸盐、硝酸盐和酸的总和。总酸度控制在规定范围内,有利于加速磷化反应,使膜层晶粒细,磷化过程中,随着总酸度的下降,反应会趋于缓慢。总酸度高于规定范围容易导致膜层变薄,可以通过加水稀释。总酸度过低,或导致膜层疏松粗糙。
4、PH值
锰系磷化液PH值一般控制在2-3之间,当PH大于3时,会导致工件表面产生粉末。当PH小于1.5时,又会造成磷化难以成膜的情况。铁系磷化液的PH值需控制在3-5.5之间。
5、溶液中离子浓度
▲当磷化液中Fe2+氧化成 Fe3+时,则磷化膜难以形成;当磷化液中Fe2+浓度过高时,会造成膜晶粒粗大,膜表面有白色浮灰,最终会导致耐蚀性及耐热性下降。
▲当磷化液中Zn2+浓度过高时会导致磷化膜晶粒粗大,脆性增大,表面呈白色浮灰;当Zn2+浓度过低又容易使膜层疏松变暗。
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