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磷化处理技术

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发表于 2011-6-20 22:44:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

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磷化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:1.给基体金属提供保护,在一定程度上防止金属被腐蚀;2.用于涂漆前打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力;3.在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。" B- V' S/ s3 O& g  j# _5 B, @
基本原理
2 S! ^* m! X, `磷化过程包括化学与电化学反应。不同磷化体系的磷化反应机理比较复杂。虽然科学家在这方面已做过大量的研究,但至今未完全弄清楚。在很早以前,曾以一个化学反应方程式简单表述磷化成膜机理:7 i: M2 B3 ?4 L2 f% k
8Fe+5Me(H2PO4)2+8H2O+H3PO4=Me2Fe(PO4)2·4H2O(膜)+Me3(PO4)·4H2O(膜)+7FeHPO4(沉渣)+8H2↑
8 q# ^5 Z4 p2 R2 C) zMe为Mn、Zn 等,Machu等认为,钢铁在含有磷酸及磷酸二氢盐的高温溶液中浸泡,将形成以磷酸盐沉淀物组成的晶粒状磷化膜,并产生磷酸一氢铁沉渣和氢气。这个机理解释比较粗糙,不能完整地解释成膜过程。随着对磷化研究逐步深入,当今,各学者比较赞同的观点是磷化成膜过程主要是由如下4个步聚组成:- `: `9 ?& F* b5 M2 h) G
① 酸的浸蚀使基体金属表面H+浓度降低5 ?( U' F+ B5 T# _2 J: M
Fe – 2e→ Fe2+, e; L/ x. D- _0 d7 G
2H2-+2e→ H2 (1)( R8 ]: l9 D  j
② 促进剂(氧化剂)加速
2 P* i1 G" i; s* X8 w[O]+[H]→ [R]+H2O* @. O! [: e: E' G7 _9 M
Fe2++[O] → Fe3++[R]
7 n! O( G) _2 x式中[O]为促进剂(氧化剂),[R]为还原产物,由于促进剂氧化掉第一步反应所产生的氢原子,加快了反应(1)的速度,进一步导致金属表面H+浓度急剧下降。同时也将溶液中的Fe2+氧化成为Fe3+。& k9 V8 w, ~; N0 H
③ 磷酸根的多级离解0 L7 x  ?. V* r) _  V& i! k
H3PO4 →  H2PO4-+H+ → HPO42-+2H+ → PO43-+3H- (3)
' W, a+ j0 V: ]由于金属表面的H+浓度急剧下降,导致磷酸根各级离解平衡向右移动,最终为PO43-。7 _1 M5 l" a" _$ A( ^9 }
④ 磷酸盐沉淀结晶成为磷化膜
. Y, }7 K. h1 Y当金属表面离解出的PO43-与溶液中(金属界面)的金属离子(如Zn2+、Mn2+、Ca2+、Fe2+)达到溶度积常数Ksp时,就会形成磷酸盐沉淀, s- X! g7 I3 D1 v- s
Zn2++Fe2++PO43-+H2O→Zn2Fe(PO4)2·4H2O↓ (4)
4 g( h7 p  _9 g- d$ M" [3Zn2++2PO43-+4H2O=Zn3(PO4)2·4H2O↓ (5)
4 {* ?( ]: a: D# e磷酸盐沉淀与水分子一起形成磷化晶核,晶核继续长大成为磷化晶粒,无数个晶粒紧密堆集形而上学成磷化膜。1 j/ m$ d- y3 U  F
磷酸盐沉淀的副反应将形成磷化沉渣
, W- q- D0 R: _7 `& F) c. [Fe3++PO43-=FePO4 (6)  ~* o+ X7 j2 |0 V  h% z
以上机理不仅可解释锌系、锰系、锌钙系磷化成膜过程,还可指导磷化配方与磷化工艺的设计。从以上机理可以看出:适当的氧化剂可提高反应(2)的速度;较低的H+浓度可使磷酸根离解反应(3)的离解平衡更易向右移动离解出PO43-;金属表面如存在活性点面结合时,可使沉淀反应(4)(5)不需太大的过饱和即可形成磷酸盐沉淀晶核;磷化沉渣的产生取决于反应(1)与反应(2),溶液H+浓度高,促进剂强均使沉渣增多。相应,在实际磷化配方与工艺实施中表面为:适当较强的促进剂(氧化剂);较高的酸比(相对较低的游离酸,即H+浓度);使金属表面调整到具备活性点均能提高磷化反应速度,能在较低温度下快速成膜。因此在低温快速磷化配方设计时一般遵循上述机理,选择强促进剂、高酸比、表面调整工序等。
4 d& \/ p8 h& K文章关键词: 磷化处理
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