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高温磷化的工艺研究及其发展趋势展望

作者: 长沙固特瑞  浏览量:174  发布时间:2018-06-19

利用表面处理技术对金属表面进行加工不但可以使金属表面的性能得到改善,而且可以提供金属的抗腐蚀能力,提高其抗磨性能。磷化处理就是金属放于磷酸盐或磷酸的稀溶液环境里处理,之后再经过特殊的电化学反应,就可以在其表面形成一种主要有磷酸盐组成的难容性的膜,这就可以起到抗锈抗磨抗腐蚀的作用。目前磷化处理技术已广泛由于各行各业,深入研究该技术也就具有深刻的意义。 
  1 磷化的基本原理 
  由于磷化体系和磷化材料的多种复杂性所以磷化反应有多重不同的复杂的反应机理,通常认为磷化成膜过程包括四个过程:金属的溶解过程;氧化剂的加速过程;磷酸及盐的水解;磷化膜的形成[1]。磷化过程主要包括化学反应和电化学反应。 
  2 磷化处理 
  一般情况下,只有表面洁净的金属才能得到良好的磷化处理效果,所以在工件在磷化前需要进行除氧化皮、除油脂、除锈蚀等前期处理,等等这些磷化前处理是获得高质量磷化膜的基础[2]。 
  2.1 磷化处理 
  由于磷化成膜反应完全取决于磷化液与金属表面良好的接触,若要得到良好的磷化膜除油和除锈是不可缺少的重要步骤。 
  2.1.1 除油脂 
  工件表面通常会存在一些油脂或油污,磷化前需要处理。化学法清洗有:溶剂清洗;低碱液清洗剂清洗;强碱液清洗;酸性清洗剂清洗。机械法清洗包括:擦刷;高温灼烧。 
  2.1.2 酸洗 
  工业生产中用来除锈除氧化皮最常用的方法就是酸洗。常用的酸洗剂有盐酸、磷酸、硫酸以及他们的混合酸,加入适量的缓蚀剂可以是清洗效果更佳。利用酸对氧化物溶解以及腐蚀产生氢气的机械剥离作用达到较好的除氧化皮除锈的效果[3]。 
  2.1.3 表面调整(活化) 
  表面调整可以提高磷化速度还可以加速磷化形成晶粒细致结实的磷化膜,表面调整剂主要有两种,一种是胶体钛,另一种是酸性表调剂。两者都有很广泛的应用,在实际中还要根据工艺和磷化膜的要求来选择。 
  2.1.4磷化后处理 
  要进一步提高膜的防腐蚀能力还需要进一步封闭磷化膜的空隙,控制磷化剂残渣对膜进行磷化后处理。磷化后处理又称钝化,六价的铬化合物是最常用的钝化剂,其能够有效的提高膜的抗腐蚀性能。 
  2.2 磷化工艺流程 
  1)清除油污(先用热水清洗,再用凉水清洗);2)除锈(凉水清洗再用稀酸中和最后再用清水清洗干净);3)表面调整(调整后凉水清洗);4)磷化(先热水清洗再凉水清洗);5)钝化后烘干即可。 
  3 各种工艺因素对磷化质量的影响 
  影响磷化因素主要有游离酸度、总酸度、酸比、主要成膜物质组分与含量、磷化促进剂、磷化温度、磷化时间、金属表面状态、表面调整、磷化方式、磷化后水洗、磷化膜干燥、磷化膜钝化等[4]。 
  4 磷化技术的应用 
  磷化研究主要集中在涂漆打底领域,涂漆打底也是磷化应用领域最大的一块,漆前打底使用的磷化一般是薄型磷化,要求磷化膜重轻且膜密实 
  早年磷化技术最先开始用于防止生锈,目前仍在广泛使用,防锈磷化通常为重型磷化,现在常用中温锰系、新锰系,锌系磷化。 
  在冷加工成型的过程中,金属与金属之间也会产生摩擦,如果加一层磷化膜做润滑剂,就可以使冷加工过程顺利完成,这项技术自磷化研究早期开始使用至今。 
  一些承载运动比如轴承之间,齿轮之间在运动会产生相对摩擦,在其之间如果加一层磷化膜作为润滑剂的话,就能使工件的摩擦性能达到大大的改观,因而这项技术一直在广泛使用。 
  锌及其合金的表面处理主要是磷化和铬钝,主要作用是涂装打底,由于锌金属比较活跃,一般不适合使用强酸和强碱处理,以免造成过腐蚀,磷化技术中还要注意防止三价铝离子进入处理液,一旦该离子进入就会造成完全不能形成磷化膜的严重后果。 
  5 磷化技术的最新进展 
  磷化技术的最新进展主要表现在钢,镀锌钢和铝材复合金属价的同时磷化,镀锌钢板越来越多的作为车船飞机等的机身材料,铝材是使用量也渐渐在增加。亚硝酸盐有毒,而且在磷化过程中也会产生一系列有毒的氮的氧化物气体造成空气污染,因此无亚硝酸盐磷化,正在逐步成为今后磷化的发展趋势。由于含镍磷化过程会排放较高浓度的含镍废水,因此无镍磷化正在研究开发中。磷化技术的最新发展也表现在液态表调及新型脱脂剂,无铬钝化,磷化渣的综合利用,磷化过程的自动检测等等各方面[5]。 
  6 磷化技术的展望 
  磷化技术领域的研究方向目前主要集中在环境保护,提高质量和节约能源上。注重环境的保护减少环境污染的同时又能保证高质量的磷化,这是当前磷化技术集中要处理的急迫任务。因为磷化过程中产生的污染只能通过随后的治理来实现,因此节约能源与提高质量降低污染已成为磷化领域及技术研究的重大内容。 
  7 结论 
  鉴于以上的综合比较分析得出,目前乃至以后的高温磷化领域应围绕以下几个方面进行研究: 
  1)注重降低成膜物质的浓度,有利于降低成本,降低能耗; 
  2)磷化促进剂应由单一促进剂向多组分加速剂发展,同时还应开发研究新型的稳定廉价的能满足大批量工业生产要求的促进剂; 
  3)膜层质量有待提高,向微晶薄膜发展,获得耐磨性好均匀细致的磷化膜; 
  4)不断完善磷化工艺,使之对操作人员更安全无毒害,适应环境保护的要求; 
  5)优化磷化工艺,减少磷化沉渣的产生,并对已产生的磷化沉渣进行有效地综合利用。