化學(xué)處理廣泛應用于金屬防腐、涂裝前處理、表面潤滑以及表面精飾等領(lǐng)域。它作為其中一種重要的表面處理技術(shù),常用的化學(xué)處理方法有三種:氧化、鈍化和磷化。
磷化即金屬鐵、鋅、鋁及其合金在酸性磷酸鹽溶液中進(jìn)行化學(xué)反應,形成非金屬或非導體轉化膜的一個(gè)過(guò)程,這種轉化膜的作用:①用于金屬表層的預調整,方便金屬成型加工;②用于金屬表面的預處理,以便涂裝,且可以防止涂層下的腐蝕;③提高防腐性能,為蠟和防銹油提供良好的底層;④用于金屬表層的預處理,以便噴塑。
迄今為止,磷化層應用Z廣泛的是作為涂裝底層以及和各種涂料的配合使用,以延長(cháng)涂層的使用壽命。此外,磷化處理技術(shù)在涂裝行業(yè)起著(zhù)巨大的推動(dòng)作用。
傳統磷化工藝迄今已有近140年的歷史,磷化在整個(gè)金屬表面處理中起著(zhù)關(guān)鍵作用。英國人Coslett于1906年申請了diyi個(gè)鐵鹽磷化專(zhuān)利,將鐵屑溶于磷酸中制得磷化劑。接著(zhù),又有了錳系和鋅系磷化等。
我國的磷化技術(shù)起步較晚,但經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展與不懈努力,在磷化技術(shù)的配方、工作機理等方面亦取得了較大進(jìn)展,但技術(shù)含量較高、難度較大的表面處理技術(shù)仍然采用國際產(chǎn)品。
有學(xué)者對品粒細化劑的研究表明:加入欽鹽進(jìn)行表面調整,可加快磷化速度,減少磷化時(shí)間,對晶粒的細化有一定作用。重金屬離子加入到磷化液本體后,可提供磷化過(guò)程的成核結晶點(diǎn),可提高磷化速度并細化晶粒,
有學(xué)者的研究表明:磷化時(shí)間達到30s時(shí),浸蝕后暴露出了原始組織中的缺陷和無(wú)定形沉淀。延長(cháng)磷化時(shí)間,無(wú)定形沉淀加倍增加,進(jìn)而形成膜層。
有學(xué)者的實(shí)驗結果表明:磷化膜結晶形貌中鋅的含量是有影響的,發(fā)現低鋅含量磷化膜的形態(tài)并不具有像針一樣的精細結構,而是球狀或顆粒狀結構。
磷化處理材料的主要成分為磷酸二氫鹽(鋅、錳、鐵等金屬),磷化過(guò)程通常在磷酸二氫鹽的水溶液中進(jìn)行。磷酸二氫鹽的水溶液發(fā)生水解,將產(chǎn)生游離磷酸:
3Me(H2PO4)2=Me3(PO4)2+4H3PO4
游離磷酸同被磷化金屬表面的金屬反應,并放出氫氣,以鋼鐵為例,反應為:
Fe+2H3PO4=Fe(H2PO4)2+H2↑
反應釋放出來(lái)的氫氣被吸附在金屬表面,從而阻止磷化膜結晶的形成。為加快反應速度,磷化液中一般都要加入氧化劑和催化劑以去除氫氣。以亞硝酸鈉為催化劑為例,亞硝酸鹽分解產(chǎn)生NO2,NO2可使金屬表面的氫氣氧化生成水,同時(shí)將部分亞鐵離子Fe2+氧化為Fe3+,鐵離子和磷酸根反應生成FePO4瘀渣沉淀,反應為:
Fe+H2PO4+NO2=FePO4+H2O+NO↑
上述反應降低了溶液的酸度,當PO43-與溶液中的金屬離子(Zn2+、Mn2+、Ca2+、Fe2+等)的濃度達到溶度積常數時(shí),就會(huì )在金屬表面形成磷酸鹽沉淀,即磷化膜,反應式為:
3Fe2++2PO43-→Fe3(PO4)2↓
隨著(zhù)金屬表面上磷酸鹽的沉淀,磷化反應也隨之減慢,當整個(gè)表面被磷化膜全部覆蓋后,磷化過(guò)程結束。磷化瘀渣的主要成分FePO4,磷化膜的主要成分是Me3(PO4)2、H2O,也有少量的氧化鐵和FePO4。
以上是磷化處理技術(shù)在國內工業(yè)行業(yè)的前景分析及磷化化學(xué)反應處理原理,希望對大家有幫助。