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钢铁表面及钢铁镀锌表面磷化的规律研究和新型磷化液研制

作　者: 齐承刚
导　师: 谭学杰
学　校: 山东轻工业学院
专　业: 材料工程
关键词: 磷化液磷化膜耐蚀性附着力镀锌层钢铁浸磷
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

一个世纪前，英国人Ross首次发现了磷化技术。磷化就是在金属表面通过化学反应形成一层致密的磷酸盐保护膜。它的作用：首先是作为保护膜用在金属的防腐上。其次磷化膜上的小孔隙能够增加油漆的附着力，因而涂漆前一般要对金属表面进行磷化处理。磷化膜还具有润滑作用，冷变形加工中，先磷化后加工，就能减少摩擦。磷化膜也能够阻止熔融金属粘贴在零件表面上，在零件热加工中有时用到。再就是磷化膜的绝缘性能良好，在电器业上有广泛的应用。磷化膜厚度较小，且在磷化过程中伴有金属的溶解，因而磷化膜几乎不改变零件的尺寸，在一些精密仪器的防腐中经常用到。本论文的研究内容如下：首先，我们研究了形成耐蚀性高的磷化膜的规律。基于化学反应速率理论以及我们的磷化实践，总结了磷化反应速度与温度高低的关系，可以得出以下结论：提高温度可以加快磷化速度，降低温度可以减慢磷化速度。控制游离酸度不变，低温条件下，要想得到耐蚀性高的磷化膜，必须提高总酸度，提高总酸度必然提高磷化反应速度。高温条件下，要想得到耐蚀性高的磷化膜，必须降低总酸度，降低总酸度必然减慢磷化反应速度，高温温度高又加快磷化反应速度。中温条件下，要想得到耐蚀性高的磷化膜，总酸度介于高温和低温之间，总酸度导致的磷化反应速度也介于高温和低温之间，中温温度导致的磷化反应速度也介于高温和低温之间。总之，形成耐蚀性好的磷化膜时，磷化反应速度必须固定在一个确定的数值上。即磷化速度最终决定磷化膜的耐蚀性。上述规律，不只在试验中得到证实，我们还可以用结构化学理论给予充分解释。当大量散开粒子聚集成固体时，聚集速度不一样，形成的固体的内部结构就不一样，在一定速度下，形成的固体的内部结构排列有序，甚至是晶体结构，离开了合适的速度，形成的固体的内部结构排列的有序性降低，甚至是无定形结构。在最佳磷化反应速度下，形成的磷化膜孔隙度最低，致密性最好，耐蚀性最高。否则孔隙度增大，致密性变差，耐蚀性降低。其次，利用以上研究结果，采用各种不同物质调节配比，进行综合实验，我们得到了钢铁浸液磷化时，高、中、低温系列磷化液配方，每个配方形成的磷化膜耐蚀性和附着力均良好。第三，研究了汽车企业镀锌钢板车皮的磷化工艺。由于镀锌钢板更易磷化，一般在常温下很容易进行，节约资本，所以目前汽车企业多采用镀锌钢板，锌比铁更容易失电子，因而锌层磷化对锌的磷化速度要比对非镀锌铁的磷化速度快，附着力也高，一般不需要酸洗可轻松进行。因镀锌层杂质少，比较纯净，因而形成的磷化膜耐蚀性高，再加上锌的保护，使车皮很难生锈。第四，开展了自动流水线磷化工艺的磷化液研究工作，研制出流水线磷化常温磷化液系列配方。在流水线生产中，对一些钢铁零件在无人条件下先喷淋或浸液磷化，然后直接进入电泳槽电涂漆。这时，对磷化液有特殊的要求，对耐蚀性要求不高，但要求磷化速度快、磷化膜附着力好，且磷化液无浑浊，磷化膜上无附灰。研制的磷化液有小毒却无妨。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
第1章绪论  11-16
  1.1 磷化简介  11
  1.2 磷化的基本原理及过程  11-12
  1.3 磷化液的品种及典型配方  12-15
  1.4 现行磷化中需要解决的问题  15-16
第2章实验部分  16-39
  2.1 实验药品、仪器，磷化液的配置，磷化膜质量的鉴定  16-18
    2.1.1 实验药品  16
    2.1.2 实验仪器  16
    2.1.3 磷化液的配置  16-17
    2.1.4 磷化过程  17
    2.1.5 磷化膜的质量检测  17-18
  2.2 铁金属表面磷化时各种因素对磷化膜耐蚀性的影响实验探讨  18-25
    2.2.1 磷酸二氢锌含量对磷化膜耐蚀性的影响  18
    2.2.2 无机磷化促进剂对磷化膜耐蚀性的影响  18-19
    2.2.3 硝酸锌含量对磷化膜耐蚀性的影响  19-20
    2.2.4 游离酸度和总酸度对磷化膜耐蚀性的影响  20-22
    2.2.5 锰离子对磷化膜耐蚀性的影响  22-23
    2.2.6 有机促进剂对磷化膜耐蚀性的影响  23-24
    2.2.7 镍离子对磷化膜耐蚀性的影响  24-25
  2.3 对磷化前处理的研究  25-26
  2.4 材质对磷化质量影响的研究  26
  2.5 对磷化膜附着力的研究  26-28
  2.6 磷化液产生浑浊的问题研究  28-29
  2.7 对磷化膜上附灰的研究  29-31
  2.8 最终新型磷化液配方的研制  31-39
    2.8.1 钢铁浸磷时，高、中、低温系列磷化液配方  31-35
    2.8.2 汽车企业镀锌钢板车皮的磷化液配方  35-36
    2.8.3 自动流水线上磷化工艺的磷化液配方  36-39
第3章实验后的进一步概括总结  39-43
  3.1 温度对磷化膜质量的影响  39
  3.2 时间对磷化膜质量的影响  39
  3.3 酸度对磷化膜质量的影响  39-40
  3.4 促进剂对磷化膜质量的影响  40-41
  3.5 金属离子对磷化膜质量的影响  41
  3.6 磷化前后处理对磷化膜质量的影响  41-43
第4章遗留问题及以后努力方向  43-45
  4.1 磷化药剂的开发向高效方向发展  43
  4.2 磷化药剂的开发向使用方便的方向发展  43
  4.3 磷化剂的开发向低毒性方向发展  43
  4.4 磷化药剂的开发向多材料方向发展  43
  4.5 磷化药剂的开发向低能耗方向发展  43
  4.6 磷化替代技术  43-45
参考文献  45-49
致谢  49-50
在学期间主要科研成果  50

钢铁表面及钢铁镀锌表面磷化的规律研究和新型磷化液研制

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