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浅析金属常温磷化及其发展趋势

作者: 长沙固特瑞  浏览量:524  发布时间:2018-05-31

磷化技术是当前采用较多的金属表面处理技术,在涂装工业中,由于锌盐磷化能够显著增加复合涂层的耐久性和使用寿命而被广泛应用。但是一般的磷化温度都比较高,开发常温节能、无毒低污染的磷化工艺己成为当今磷化工艺的主要研究方向。本文将重点对金属常温磷化、各种类型、发展状况及发展趋势进行分析。

1 概述

隨着现代工业对能源的需求量日益增加、能源危机的出现,节能受到了人们的高度重视。而常温磷化不仅易于控制,能改善工作环境,而且结晶细,节省能源,因此常温磷化工艺备受关注。尤其近几年来,国外大型表面处理商纷纷涌入中国市场,而国内常温磷化产品比较单一。因此对我们来讲,常温磷化不仅是一个趋势,而且我们还将面临着很大的挑战。

随着磷化技术的发展,常温锌系磷化将成为应用非常广泛的一种磷化工艺,特别是在家用电器行业,低温常温锌系磷化完全占有统治地位,甚至在汽车行业低温常温磷化也占有一定的比重。

2 常温磷化的优点

(1)降低能耗,节省能源。根据资料显示,磷化温度从70℃降到50℃一般可节能50%以上,从55℃降到30℃则可节能30%以上,而常温磷化处理则根本不需要热源。

(2)化学成分的消耗大幅度下降。常温磷化不仅大大降低能耗而且各种化学成分的消耗量也明显下降,从而降低了成本。

(3)磷化液更加稳定,便于控制。在涂装用锌系磷化液中,一般含亚硝酸钠[1],这是一种加速成膜成分,也是不稳定的成分,随温度和酸度的降低其稳定性提高。

(4)减少沉渣,结垢疏松。沉淀是磷化工艺的必然产物,但由于常温磷化的酸度降低,基体腐蚀量低,所以沉淀的生成量也明显降低。

(5)磷化膜更加均匀。与中、高温磷化相比,常温磷化膜更加均匀和细密,这可能与低温条件下反应动力小,平均腐蚀反应缓慢有关[2]。

3 常温磷化的影响因素

常温磷化和传统磷化一样,鉴别其好坏仍然是看磷化膜的质量。磷化膜质量主要指膜的耐蚀性、抗碱性、漆膜附着力等物理化学性能。以下常温磷化的影响因素分别做简单介绍。

(1)基底金属。不同基底金属上形成的磷化膜质量差别很大,如在电解铁和低碳钢上容易形成良好的磷化膜;反之,在高碳钢上较难。随着基底金属中碳含量的提高,磷化膜将变粗、变暗。对于不同的金属材质,最好选用相对应的磷化工艺,这样才能保证磷化膜的质量。

(2)脱脂效果。脱脂就是除去金属表面油污的过程。如果脱脂不良,磷化时会出现不上膜、磷化膜发花等问题,影响油漆与底材的附着力,所以脱脂是影响磷化膜质量的重要因素。影响脱脂效果的因素有以下几个方面:

①脱脂剂的浓度:脱脂液的碱度偏低,皂化反应会停止;偏高皂化反应生成的肥皂溶解度降低,容易使金属表面发生氧化生成褐色膜,而不溶解的肥皂会附着于金属上,使除油过程难以进行。因此,必须严格控制碱度。

②处理温度:温度可改变油污的物理特性(如降低其粘度,减弱其与金属界面的附着力而便于除去),促进化学反应,加速表面活性剂分子的运动,从而促进浸润、乳化、分散等作用;随着温度的提高,盐类水解增加从而提高了溶液的碱度,加快了皂化反应以及乳化过程。所以在脱脂允许的温度范围内,适当提高温度有利于提高脱脂效果。

③处理时间:适当延长时间可以充分除去油污。

④机械搅拌,并提高清洗压力,可使油污受到机械冲击,从而更容易脱离金属表面进入溶液。

以上因素处理的好坏都会影响除油效果。除油要求油污去除干净,应达到均匀润水,无破水条纹。

(3)表面调整。表面调整可消除除油除锈等造成的表面状态的不均匀性,增加磷化晶核的数目,使晶粒变得更细,降低膜重,还可缩短磷化时间,降低磷化温度,对于常温磷化工艺来说,这是一道必不可少的工序。

(4)[Zn2+]、[PO43-]/[NO3-]、pH值对成膜的影响。由文献可知,在常温磷化体系中,Zn2+是以 Zn(H2PO4)2和 Zn(NO3)2的形式引入的。

(5)促进剂。良好的促进剂不仅能够加速磷化反应,降低磷化温度,而且能够提高磷化膜质量。

(6)其他手段。近几年新型材料的出现又提供了一些新的方法与手段,如通过向原磷化体系中引入纳米颗粒来提高磷化膜耐蚀性等。

4 磷化工业用途

(1)防锈作用。钢铁磷化后其表面覆盖一层磷化膜,起防止钢铁生锈的作用,主要用于工序间和库存等室内的防锈,防锈期较短,一般不用于户外。

(2)耐磨减摩,冷加工润滑作用。承载运动件,如齿轮、轴承套、活塞环等在承载运动过程中,将会产生摩擦发热振动,其上覆盖一层磷化膜后,磷化膜的特殊晶粒结构和硬度提供的润滑性、抗热性、吸振性都能使运动件的摩擦性能大为改观,因而这项技术一直在应用。

(3)涂漆打底。磷化的最大应用领域在于涂漆打底,约占磷化总工业用途的 60~70%。磷化膜作为涂漆前的底层,能提高漆膜附着力和整个涂层体系的耐腐蚀能力。因而对磷化的研究也主要集中在此。

5 磷化的发展状况和发展趋势

随着磷化技术的进步,现代磷化正朝着低温节能、工艺简便、投资耗料少、无毒无污染的方向发展,如磷化温度由原来的高温(85℃以上)逐步降低到中温(45~85℃)、低温(30~45℃)乃至常温(5~30℃),磷化处理时间由最初的几个小时缩短到目前的几分钟。磷化处理方式也从开始的纯浸渍法发展到喷淋法、辊涂法以及浸喷混合法的自动化生产,磷化体系则由当初的单元体系(只有铁一种金属离子)发展到今天的多元体系(同时含有铁、锌、锰、镍、钙等多种金属离子)。磷化添加剂从无到有,大大改善了磷化膜的质量,提高了成膜速度,己成为磷化液中不可缺少的成分。

近年来,磷化研究主要侧重于以下几个方面:

(1)由粗晶厚膜向微晶薄膜发展:获得均匀细致、耐蚀性好的磷化膜。

(2)成膜物质由高浓度向低浓度转化:有利于降低成本,减少沉渣。

(3)用新型促进剂替代亚硝酸盐避免使用时随时添加、产生沉渣多等缺点,也可降低操作液的毒性。

(4)常温快速磷化技术:温度为 5~30℃,时间为 5~20min,磷化膜具有良好的耐蚀性能。