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合金钢管磷化处理工艺,分12项,字数较多阅读需耐心

[ 关键词:合金钢管磷化处理工艺 发表日期:2019-05-15 14:29:24 ]

  合金钢管磷化处理工艺,共分12项,包括:工艺介绍、发展历史、原理、分类、工艺流程、影响因素、质量检验,本文讲解较详细,字数较多阅读需耐心。

一、认识与了解

1、定义

  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,磷化膜用作合金钢管的防腐蚀保护膜。

2、作用

  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。

3、发展历史

  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。

  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。

二、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

三、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。

(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。

4、按磷化膜质量分类

(1)重量级(厚膜磷化) 膜重7.5 g/m2以上。
(2)次重量级(中膜磷化)膜重4.6-7.5 g/m2。
(3)轻量级(薄膜磷化)膜重1.1-4.5 g/m2。
(4)次轻量级(特薄膜磷化)膜重0.2-1.0 g/m2。

5、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。

四、磷化作用及用途

1、磷化作用

(1)涂装前磷化的作用

  ①增强涂装膜层(如涂料涂层)与工件间结合力。
  ②提高涂装后工件表面涂层的耐蚀性。
  ③提高装饰性。

(2)非涂装磷化的作用

  ①提高工件的耐磨性。
  ②令工件在机加工过程中具有润滑性。
  ③提高工件的耐蚀性。

2、磷化用途

  钢铁磷化主要用于耐蚀防护和油漆用底膜。

(1)耐蚀防护用磷化膜

  ①防护用磷化膜 用于钢铁件耐蚀防护处理。磷化膜类型可用锌系、锰系。膜单位面积质量为10-40 g/m2。磷化后涂防锈油、防锈脂、防锈蜡等。

  ②油漆底层用磷化膜

  增加漆膜与钢铁工件附着力及防护性。磷化膜类型可用锌系或锌钙系。磷化膜单位面积质量为0。2-1。0 g/m2(用于较大形变钢铁件油漆底层);1-5 g/m2(用于一般钢铁件油漆底层);5-10 g/m2(用于不发生形变钢铁件油漆底层)。

(2)冷加工润滑用磷化膜

  钢丝、焊接钢管拉拔 单位面积上膜重1-10 g/m2;精密钢管拉拔 单位面积上膜重4-10 g/m2;钢铁件冷挤压成型 单位面积上膜重大于10 g/m2。

(3)减摩用磷化膜

  磷化膜可起减摩作用。一般用锰系磷化,也可用锌系磷化。对于有较小动配合间隙工件,磷化膜质量为1-3 g/m2;对有较大动配合间隙工件(减速箱齿轮),磷化膜质量为5-20 g/m2。

(4)电绝缘用磷化膜

  一般用锌系磷化。用于电机及变电器中的硅片磷化处理。

五、磷化膜组成及性质

  分类 磷化液主要成份 膜组成 膜外观 单位面积膜重/ g/m2

  锌系 Zn(H2PO4)2 磷酸锌和磷酸锌铁 浅灰→深灰 1-60
  锌钙系 Zn(H2PO4)2和 Ca (H2PO4)2 磷酸锌钙和磷酸锌铁 浅灰→深灰 1-15
  锰系 Mn(H2PO4)2 和Fe(H2PO4)2 磷酸锰铁 灰→深灰 1-60
  锰锌系 Mn(H2PO4)2 和Zn(H2PO4)2 磷酸锌、磷酸锰、磷酸铁混合物 灰→深灰 1-60
  铁系 Fe(H2PO4)2 磷酸铁
  深灰色 5-10

2.磷化膜组成

  磷化膜为闪烁有光,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。

3、性质

(1)耐蚀性

  在大气、矿物油、植物油、苯、甲苯中均有很好的耐蚀性,但在碱、酸、水蒸气中耐蚀性较差。在200-300℃时仍具有一定的耐蚀性,当温度达到450℃时膜层的耐蚀性显著下降。

(2)特殊性质

  如增加附着力,润滑性,减摩耐磨作用。

六、磷化工艺流程

  除油除锈→水洗→磷化→水洗→磷化后处理

七、影响因素

1、温度

  温度愈高,磷化层愈厚,结晶愈粗大。
  温度愈低,磷化层愈薄,结晶愈细。
  但温度不宜过高,否则Fe2+ 易被氧化成Fe3+,加大沉淀物量,溶液不稳定。

2、游离酸度

  游离酸度指游离的磷酸。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。总酸度一般以控制在规定范围 上限为好,有利于加速磷化反应,使膜层晶粒细,磷化过程中,总酸度不断下降,反映缓慢。

  总酸度过高,膜层变薄,可加水稀释。

  总酸度过低,膜层疏松粗糙。

4、PH值

  锰系磷化液一般控制在2-3之间,当PH﹥3时,共件表面易生成粉末。当PH‹1.5时难以成膜。铁系一般控制在3-5.5之间。

5、溶液中离子浓度

  ①溶液中Fe2+极易氧化成 Fe3+,导致不易成膜。但溶液中Fe2+浓度不能过高,否则,形成的膜晶粒粗大,膜表面有白色浮灰,耐蚀性及耐热性下降。

  ②Zn2+的影响,当Zn2+浓度过高 ,磷化膜晶粒粗大,脆性增大,表面呈白色浮灰;当Zn2+浓度过低,膜层疏松变暗。

八、磷化后处理

  目的:增加磷化膜的抗蚀性、防锈性。

九、磷化渣

1、磷化渣的影响

  ①磷化中生成的磷化渣,既浪费药品又加大清渣工作量,处理不好还影响磷化质量,视为不利。
  ②磷化中在生成磷化渣的同时还会挥发出磷酸,有助于维持磷化液的游离酸度,保持磷化液的平衡,视为有利。

2、磷化渣生成的控制

  ①降低磷化温度。
  ②降低磷化液的游离酸度。
  ③提高磷化速度,缩短磷化时间。
  ④提高NO-3 与PO3-4的比值。

十、磷化膜质量检验

1、外观检验

  肉眼观察磷化膜应是均匀、连续、致密的晶体结构。表面不应有未磷化的残余空白或锈渍。由于前处理的方法及效果的不同,允许出现色泽不一的磷化膜,但不允许出现褐色。

2、耐蚀性检查

(1)浸入法

  将磷化后的样板浸入3﹪的氯化钠溶液中,经两小时后取出,表面无锈渍为合格。出现锈渍时间越长,说明磷化膜的耐蚀性越好。

(2)点滴法

  室温下,将蓝点试剂滴在磷化膜上,观察其变色时间。磷化膜厚度不同,变色时间不同。厚膜﹥5分钟,中等膜﹥2分钟,薄膜﹥1分钟。

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