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磷化工艺与技术(一)

时间:2020-12-06 14:38:24 来源:未知 点击:

金属化学表面转化处理工艺现已为人们所熟悉,这类工艺可以改变金属表面原有的性质而提供新的物理特性或物理化学特性。近100年来,磷化技术取得了快速成长。目前已形成了系统的磷化工艺。磷化处理工艺广泛应用于汽车、军工、机械、轮船、电器等领域,其主要用途是防锈、耐磨减磨、润滑、油漆底层等,较好地解决了铁在环境中的腐蚀问题。

一,磷化过程的基本原理
磷化处理就是用含有磷酸、磷酸盐和其他化学药品的稀释溶液处理金属,金属表面在上述溶液中与磷酸、磷酸盐介质起化学反应,转变为完整的、具有中等防蚀作用的不溶性磷酸盐层。
金属表面转化膜技术就是使金属与特定的腐蚀液相接触,通过化学或电化学手段,使金属表面形成一层不变的、致密的、附着良好的化合物膜。这种通过化学或电化学处理所生成的膜层称为化学转化膜。化学转化膜几乎在所有的金属表面都能生成,目前工业上应用较多的是铁、铝、锌。
磷化过程是一个形成转化膜复杂过程的典型实例。“转化膜”这个词是指金属表面外层原子与适当介质的阴离子反应,在金属表面形成的覆膜:
因此,转化膜形成过程是一个人工诱导及控制的腐蚀过程。这个过程在金属表面形成一层与基体金属安稳结合的膜,这种膜基本上不溶于水和必然的介质中,并且具有电绝缘性。
磷化过程基本原理:
①酸的浸蚀使基体金属表面H+浓度降低:
促进剂(氧化剂)加速
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+。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。
 
②磷酸根的多级离解
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-。
③磷酸盐沉淀结晶成为磷化膜
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。
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成磷化膜。
④磷酸盐沉淀的副反应将形成磷化沉渣
以上机理不仅可注释锌系、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。
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