文档介绍：金属制品磷化防锈技术
金属在含有磷酸盐的溶液中进行处理,形成金属磷酸盐化学转化膜,这一工艺过程称之为磷化,所形成的金属磷酸盐转化膜称之为磷化膜。
磷化技术的发展己有一百多年历史,广泛应用于汽车、军工、电器、机械等各个工业领域。其主要工业用途:
防锈作用。钢铁磷化后其表面覆盖一层磷化膜,起到保护钢铁防止生锈的目的,主要是工序间和库存等室内防锈,一般不用于户外防锈。
耐磨、减摩、润滑作用。磷化膜的特殊晶粒结构和硬度用于齿轮、压缩机、活塞环等运动承载件,起到耐磨、减少摩擦力作用。磷化膜具有的润滑功能,在拉丝、拉管等冷加工行业广泛应用,用以提高拉丝拉管速度、减少模具损伤。
用于涂漆底层。作为涂漆底层是磷化的最大工业应用,约占磷化总的工业应用的60-70%。磷化膜作为涂漆前的底层,提高漆膜附着力和涂漆层的耐腐蚀能力。选用适当的磷化甚至可使漆膜附着力提高2-3倍,耐腐蚀性提高1-2倍。在世界范围内金属的表面装饰与保护手段约有三分之二是通过涂装实现的,只要生产条件许可,涂装前都要进行磷化处理。
其它应用。磷化还可作为其它用途如电绝缘、表面装饰等。
磷化技术主要工业用途
磷化过程包含了化学与电化学反应。不同磷化体系、不同基材的磷化反应机理较复杂。虽然科学家在这方面已做过大量的研究,但至今未完全弄清楚。在很早以前,曾以一个化学反应方程式简单表述磷化成膜机理:
8Fe+5Me(H2PO4)2+8H2O+H3PO4→Me2Fe(PO4)2·4H2O(膜)+Me3(PO4)·4H2O(膜)+7FeHPO4(沉渣)+8H2↑
Me为Mn、Zn 、Fe等。钢铁在含有磷酸及磷酸二氢盐的高温溶液中浸泡,将形成以磷酸盐沉淀物组成的晶粒状磷化膜,并产生磷酸一氢铁沉渣和氢气。这个机理解释比较粗糙,不能完整地解释成膜过程。随着对磷化研究逐步深入,当今,各学者比较赞同的观点是磷化成膜过程主要是由四个步聚组成:
+浓度降低
Fe – 2e→ Fe2+
2H++2e→2[H] → H2↑………………………………………(1)
(氧化剂)加速界面的H+ 浓度进一步快速降低
[氧化剂]+[H] →[还原产物]+H2O
Fe2++[氧化剂] → Fe3++[还原产物] ………………………(2)
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+
H3PO4 →H2PO4-+H+→ HPO42-+2H+→ PO43-+3H+ …………………….….(3)
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,最终会离解出PO43-。
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,磷酸盐沉淀结晶成为磷化膜。
2Zn2++Fe2++2PO43-+H2O→Zn2Fe(PO4)2·4H2O↓……………………(4)
3Zn2++2PO43-+4H2O→Zn3(PO4)2·4H2O↓…………………………(5)
磷酸盐沉淀与水分子一起形成