曾祥德

(成都市新都高新電鍍環(huán)保工程研究所,四川成都 610500）

鋅-鐵合金層的磷化工藝

曾祥德

(成都市新都高新電鍍環(huán)保工程研究所,四川成都 610500）

0 前言

鋅-鐵合金鍍層不僅防護(hù)性能優(yōu)于普通鍍鋅與熱浸鍍鋅層[1],而且還能提高對漆膜的結(jié)合力,具有良好的焊接加工性、抗蠕變性、易磷化性及抗蝕性[2]。鋅-鐵合金鍍層的磷化處理,能生成一種穩(wěn)定的保護(hù)膜,提高涂層與基體鍍層的結(jié)合力。

1 磷化

1.1 表面調(diào)整

表面調(diào)整是常溫磷化不可缺少的重要工序。膠體鈦鹽表面調(diào)整劑的p H值8.0～9.5,對鍍層基本不溶解,適用于鋅-鐵合金的磷化。表面調(diào)整后不清洗,直接磷化,能加速磷化成膜速率。

工藝參數(shù):膠體鈦鹽表面調(diào)整劑1～3 g/L,p H值8.0～9.5,室溫,30～60 s,表面調(diào)整液呈乳白渾濁狀態(tài)。

1.2 磷化液組成及工藝參數(shù)

1.3 溶液配制

(1）磷化槽洗凈后,加入2/3體積、30～40℃的熱水。

(2）依次將計量磷酸二氫鋅、硝酸鋅、硝酸鎳、亞硝酸鈉、磷酸二氫錳加入槽內(nèi),充分?jǐn)嚢?使其溶解完全。

(3）在另一容器內(nèi)將計量氟化鈉用熱水溶解后,攪拌中加入。

(4）將計量十二烷基硫酸鈉用少量溫水調(diào)成糊狀,加適量水加溫至沸騰5 min后,以2～3倍水稀釋后加入槽內(nèi),攪拌均勻。

(5）將計量添加劑適量稀釋后加入槽內(nèi),將水補加至所需體積,充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

(6）取樣分析,調(diào)整酸度后試生產(chǎn)。

1.4 酸度的調(diào)整

1.4.1 游離酸度的調(diào)整

游離酸度(FA）主要指游離的磷酸。如果高于上限(1.5點）,加入碳酸鈉0.53 g/L,能降低游離酸1點;低于下限(0.5點）,加入磷酸二氫鋅 5～6 g/L,游離酸度升高1點,而總酸度則升高5點左右。

1.4.2 總酸度的調(diào)整

總酸度(TA）是指溶液中磷酸鹽、硝酸鹽和酸的總和。如高于30點,可用水稀釋;低于15點,可加入硝酸鋅20～22 g/L或磷酸二氫錳40～45 g/L,總酸度升高10點。如果前者加2 g/L或后者加4 g/L,則升高5點左右[3]。

1.4.3 酸比的控制

酸比(TA/FA）是總酸度和游離酸度的比值,是磷化必須控制的主要參數(shù)。酸比小,意味著游離酸太高;反之,則意味著游離酸太低。以本工藝為例,總酸度為15～30點為標(biāo)準(zhǔn),隨溫度變化游離酸在變,酸比在變,p H值也在變。在30℃以上,游離酸1.0～1.5 點 ,酸比 20～30,p H 值 2.8～3.0;在25～30 ℃時,游離酸0.5～1.0點,酸比 30～40,p H值3.1～3.4;在 20 ℃以下,游離酸 0.5點,酸比大于50,p H值3.5以上。這就是說,酸比隨磷化液溫度升高而變小,隨溫度降低而升高。本工藝磷化液溫度15～30℃,能保持p H值在3.5～4.5,以減少磷化液對鋅-鐵鍍層的溶解。高于或低于此溫度,酸比值均需及時調(diào)整,這是不能忽視的。

1.5 清洗

磷化后的清洗至關(guān)重要。由于磷化膜多孔,容易吸附鹽類,如果金屬鹽類清洗不凈,滲透膜孔,便會導(dǎo)致膜層起泡而影響磷化膜的質(zhì)量。因此,工件出磷化槽后,經(jīng)60℃左右的熱水清洗,將殘留孔隙中的金屬鹽洗去,再經(jīng)冷水漂洗,即可清洗干凈。

1.6 鈍化封閉處理

為減少膜層孔隙率,提高磷化膜的耐蝕性,使用稀鉻酐溶液,加熱至90℃,將鈍化、封閉與干燥融為一體。工藝規(guī)范:CrO30.3 g/L,80～90℃,3～5 min。

2 影響磷化膜質(zhì)量的因素

2.1 表面調(diào)整

磷化前的表面調(diào)整能縮短成膜時間,細(xì)化膜的結(jié)晶,降低磷化過程中對鋅-鐵合金鍍層的腐蝕溶解。以膠體鈦鹽作表面調(diào)整劑,效果很明顯。因膠體鈦鹽表面調(diào)整劑為弱堿性(p H值8.0～9.5）,不僅對鋅-鐵鍍層基本不溶解,而且表面調(diào)整液中的鈦粒能均勻分散在溶液中,利于鍍層表面均勻沉積鈦微粒,產(chǎn)生活性點,易于磷化進(jìn)行。p H值高時,導(dǎo)致膠體鈦鹽分解而失去活性;p H值低時,增加鈦微粒凝聚的可能性。此外,表面調(diào)整劑一次不宜多配,每次以10天計,每天更換10%,10天為一周期。配制的表面調(diào)整液,呈乳白混濁狀態(tài),若為透明狀則失效。在生產(chǎn)中若每天不按10%更換新液,很快變成透明狀,表明已失效,必須全部更換新液。

2.2 成膜物質(zhì)

基本成膜物質(zhì)主要指磷酸二氫鋅、硝酸鋅和磷酸。Zn2+的質(zhì)量濃度對磷化成膜過程和磷化膜結(jié)構(gòu)有重要影響。提高Zn2+的質(zhì)量濃度,可增加磷化反應(yīng)速率,可控制在1.5～10 g/L。過高,磷化膜結(jié)晶粗大,性脆;過低,磷化速率慢,磷化膜疏松發(fā)暗。直接參與成膜,在磷化反應(yīng)時轉(zhuǎn)變?yōu)?并與Zn2+在表面反應(yīng)成膜。磷化液中維持一定質(zhì)量濃度的H2PO-4,以保證磷化速率及磷化膜質(zhì)量?？梢约涌炝谆俾?促進(jìn)合金鍍層溶解,形成致密的磷化膜,防護(hù)性能相應(yīng)提高。

2.3 輔助成膜物質(zhì)

輔助成膜物質(zhì)主要指Ni2+,Mn2+和亞硝酸鹽等,起促進(jìn)磷化反應(yīng)、穩(wěn)定磷化液、細(xì)化晶粒、提高磷化膜性能等作用。這些物質(zhì)也稱促進(jìn)劑,可以增加磷化活性點,提高成膜速率,同時細(xì)化晶粒,提高膜層耐蝕性。Mn2+可提高磷化膜硬度,降低處理溫度。與亞硝酸鹽復(fù)合使用效果更好,對膜的形成有特殊作用。NaNO2的質(zhì)量濃度要控制在工藝范圍內(nèi),其質(zhì)量濃度低,促進(jìn)作用弱,磷化速率慢;過高,磷化速率快,影響膜層結(jié)合力,在鍍層表面形成阻礙磷化膜生長的厚鈍化層,出現(xiàn)彩色磷化,膜層泛黃。所以,應(yīng)控制在0.5～1.5 g/L為宜。

2.4 ZP添加劑

ZP添加劑是由2個以上羧基和羧基有機酸(鹽）組成。在磷化過程中,起著減少沉淀,細(xì)化結(jié)晶,疏松垢物,加速磷化的作用。

2.5 酸度與酸比

2.5.1 游離酸度

游離酸度對磷化成膜及耐蝕性影響極大。游離酸度高,成膜速率慢,且膜層薄,磷化液的穩(wěn)定性與磷化膜的質(zhì)量都相應(yīng)降低;游離酸度低,成膜疏松,未反應(yīng)的磷化晶體將沉積在鍍層表面形成白色斑點,造成后序處理困難,同時也降低了耐蝕性。

2.5.2 總酸度

提高總酸度有助于加速磷化反應(yīng),使膜層薄而細(xì)致、均勻,磷化溫度可相應(yīng)降低?？偹岫雀?成膜離子的質(zhì)量濃度高,有助于成膜;過高,膜層薄,影響抗蝕性?？偹岫鹊?成膜速率慢,膜粗糙且薄,耐蝕性不佳,外觀也較差。由于磷化過程中的消耗、水解,必須將總酸度調(diào)整至工藝范圍內(nèi)。

2.5.3 酸比

酸比比單獨的游離酸度和總酸度更能準(zhǔn)確地反映溶液組成對成膜過程的影響情況,使溶液的基本組成保持平衡。一般以磷化生產(chǎn)上常用的槽液控制方法來控制酸比。

3 結(jié)語

鋼鐵件的電鍍、磷化、涂裝組合工藝是高防護(hù)性涂裝技術(shù)發(fā)展的新方向。本文僅是拋磚引玉,望能引起業(yè)內(nèi)關(guān)注,研究出更多的適用于鍍層的磷化工藝。

[1] 張昭,舒余德.電鍍 Zn-Fe合金發(fā)展現(xiàn)狀[J].電鍍與環(huán)保,1998,18(5）:7-11.

[2] 文斯雄.鋅鈣系中溫磷化工藝[J].電鍍與環(huán)保,2003,23(4）:38-39.

[3] 李建三.鍍鋅鋼板磷化工藝研究[J].電鍍與環(huán)保,2003,23(3）:23-24.

TG 174

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1000-4742(2010）01-0035-02

2009-06-10