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小口径精密钢管磷化基础知识
发布者:西安博昊恒鑫钢材有限公司   阅读:1186
 

磷化(phosphorization)是一种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。磷化的目的主要是:给基体金属提供保护,在一定程度上防止金属被腐蚀;用于涂漆前打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力;在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。 磷化处理工艺应用于工业己有90多年的历史,大致可以分为三个时期:奠定磷化技术基础时期、磷化技术迅速发展时期和广泛应用时期。

磷化膜用作钢铁的防腐蚀保护膜,最早的可靠记载是英国Charles Ross于1869年获得的专利(B.P. N o.3119)。从此,磷化工艺应用于工业生产。在近一个世纪的漫长岁月中,磷化处理技术积累了丰富的经验,有了许多重大的发现。一战期间,磷化技术的发展中心由英国转移至美国。1909年美国T.W.Coslet将锌、氧化锌或磷酸锌盐溶于磷酸中制成了第一个锌系磷化液。这一研究成果大大促进了磷化工艺的发展,拓宽了磷化工艺的发展前途。Parker防锈公司研究开发的Parco Power配制磷化液,克服T许多缺点,将磷化处理时间提高到lho 1929年Bonderizing磷化工艺将磷化时间缩短至10min, 1934年磷化处理技术在工业上取得了革命性的发展,即采用了将磷化液喷射到工件上的方法。二战结束以后,磷化技术很少有突破性进展,只是稳步的发展和完善。磷化广泛应用于防蚀技术,金属冷变形加工工业。这个时期磷化处理技术重要改进主要有:低温磷化、各种控制磷化膜膜重的方法、连续钢带高速磷化。当前,磷化技术领域的研究方向主要是围绕提高质量、减少环境污染、节省 能源进行。

一、磷化原理

  1、磷化

 

  工件(钢铁或铝、锌件)浸入磷化液(某些酸式磷酸盐为主的溶液),在表面沉积形成一层不溶于水的结晶型磷酸盐转换膜的过程,称之为磷化。

 

  2、磷化原理

 

  钢铁件浸入磷化液(由Fe(H2PO4)2、 Mn(H2PO4)2、 Zn(H2PO4)2 组成的酸性稀水溶液,PH值为1-3,溶液相对密度为1.05-1.10)中,磷化膜的生成反应如下:

 

  吸热

 

  3Zn(H2PO4)2 =Zn3(PO4)2↓+4H3PO4 或

 

  吸热

 

  吸热

 

  3Mn(H2PO4)2 =Mn3(PO4)2↓+4H3PO4

 

  吸热

 

  钢铁工件是钢铁合金,在磷酸作用下,Fe和FeC3形成无数原电池,在阳极区,铁开始熔解为Fe2+,同时放出电子。

 

  Fe+2H3PO4= Fe (H2PO4)2+H2↑

 

  Fe =Fe2+ +2e-

 

  在钢铁工件表面附近的溶液中Fe2+不断增加,当Fe2+与HPO42-,PO43-浓度大于磷酸盐的溶度积时,产生沉淀,在工件表面形成磷化膜:

 

  Fe(H2PO4)2= FeHPO4↓+ H3PO4

 

  Fe+ Fe(H2PO4)2 =2FeHPO4↓+ H2↑

 

  3FeHPO4= Fe 3(PO4)2↓+ H3PO4

 

  Fe+ 2FeHPO4 =Fe 3(PO4)2↓+H2↑

 

  阴极区放出大量的氢:

 

  2H+ +2e- =H2↑

 

  O2 + 2H20 =4e- + 4OH-

 

  总反应式:

 

  吸热

 

  3Zn(H2PO4)2= Zn3(PO4)2↓+4H3PO4

 

  吸热

 

  吸热

 

  Fe+3Zn(H2PO4)2= Zn3(PO4)2↓+FeHPO4↓+3 H3PO4+2 H2↑

 

  放热

二、磷化分类

  1、按磷化处理温度分类

 

  (1)高温型

 

  80—90℃处理时间为10-20分钟,形成磷化膜厚达10-30g/m2,溶液游离酸度与总酸度的比值为1:(7-8)

 

  优点:膜抗蚀力强,结合力好。

 

  缺点:加温时间长,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,已较少应用。

 

  (2)中温型

 

  50-75℃,处理时间5-15分钟,磷化膜厚度为1-7 g/m2,溶液游离酸度与总酸度的比值为1:(10-15)

 

  优点:游离酸度稳定,易掌握,磷化时间短,生产效率高,耐蚀性与高温磷化膜基本相同,目前应用较多。

 

  (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,溶液游离酸度与总酸度比值为1:(20-30),膜厚为0.2-7 g/m2。

 

  优点:不需加热,药品消耗少,溶液稳定。

 

  缺点:处理时间长,溶液配制较繁。

 

  2、按磷化液成分分类

 

  (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。

 

  3、按磷化处理方法分类

 

  (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,目前应用广泛。

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