文档介绍：钢铁的磷化
摘要:本文简要介绍钢铁磷化的原理与工艺,主要根据化学实验的结果,以及对成品的检测,阐述了这一机理,论证了磷化对钢铁表面的改性作用,得出了磷化对钢铁性能改进的重要性。
关键词:原理工艺除锈磷化膜
引言:磷化处理工艺应用于工业己有90多年的历史,大致可以分为三个时期:奠定磷化技术基础时期、磷化技术迅速发展时期和广泛应用时期。
磷化膜用作钢铁的防腐蚀保护膜,最早的可靠记载是英国Charles Ross于1869年获得的专利()。从此,磷化处理工艺应用于工业生产。在近一个世纪的漫长岁月中,磷化处理技术积累了丰富的经验,有了许多重大的发现。磷化广泛应用于防蚀技术,金属冷变形加工工业。二战前后时期磷化处理技术重要改进主要有:低温磷化、各种控制磷化膜膜重的方法、连续钢带高速磷化。当前,磷化技术领域的研究方向主要是围绕提高质量、减少环境污染、节省能源进行。
磷化原理
工件(钢铁或铝、锌件)进入磷化液(某些酸式磷酸盐为主的溶液),在表面沉积形成一层不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程,称为磷化。也就是说,磷化处理是在锰、铁、锌的磷酸二氢盐与磷酸组成的溶液中进行的。金属的磷酸二氢盐可用通式表示。在磷化过程中发生如下反应:
或者以离子反应方程式表示:
当金属与溶液接触时,在金属/溶液界面液层中离子浓度增高或离子浓度降低,都将促使以上反应在一定温度下向生成难溶磷酸盐的方向移动。由于铁在磷酸里溶解,氢离子被中和同时放出氢气:
反应生成的不溶于水的磷酸盐在金属表面沉积称为磷酸盐保护膜,因为它们就是在反应处生成的,所以与基体表面结合得很牢固。
从电化学的观点来看,磷化膜的形成可认为是微电池作用的结果。在微电池的阴极上,发生氢离子的还原反应,有氢气析出:
在微电池的阳极上,铁被氧化为离子进入溶液,并与发生反应。由于的数量不断增加,值逐渐升高,促使反应向右进行,最终生成不溶性的正磷酸盐晶核,并逐渐长大。下面是阳极反应:
与此同时,阳极区溶液中的也发生如下反应:
式中的为和。阳极区的反应产物一起结晶,形成磷化膜。
磷化工艺
磷化工艺流程如下:
化学除油→热水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→磷化处理→冷水洗→磷化后处理→冷水洗→去离子水洗→干燥。

本实验中我们所用的除油配方如下:
表1:除油液配方
名称
质量/

将工件放入3%的稀盐酸中活化30s左右。

磷化按照温度不同可分为三种低温磷化,中温磷化,高温磷化。本次试验采用中温磷化和高温磷化这两种方法。
(1)中温磷化
表2:中温磷化工艺配方
溶液组成与工艺条件g/L
***锌
磷酸二氢锌
游离酸度/点
总酸度/点
温度/℃
时间/min
配方
80-100
25-40
4-7
50-80
60-70
50
具体实验时,步骤如下:
(1)先称取磷酸锌和磷酸二氢锌,;
(2)接着将它们分别用少量水调和,将调成糊状的磷酸二氢锌在不断搅拌下融入20磷酸中,然后将***锌加入,最后加水至500;
(3)将配好的溶液加热至65℃,50min后取出即可。
附注:游离酸度是指溶液中磷酸二氢盐水解后产生的游离磷酸的浓度。总酸度是