磷化表面處理

1、材料表面處理技術(shù),一、磷化處理 二、電泳,Generalization of material surface treatment technique,14:22:19,汽車涂裝工藝,汽車涂裝工藝，一般可分為兩大部分：一是涂裝前金屬的表面處理，也叫前處理技術(shù)；二是涂裝的施工工藝。表面處理主要包括清除工件表面的油污、塵土、銹蝕、以及進(jìn)行修補(bǔ)作業(yè)時舊涂料層的清除等，以改善工件的表面狀態(tài)。包括根據(jù)各種具體情況對工件表面進(jìn)行機(jī)械加工和化學(xué)處理，如磷化、氧化和鈍化處理。 工程機(jī)械防銹涂裝工藝一般可分為涂裝前表面處理工藝和防銹底漆涂裝工藝。,14:22:19,汽車涂裝工藝,涂裝前表面處理工藝 表面處理是防

2、銹涂裝的重要工序之一。工程機(jī)械防銹涂裝質(zhì)量在很大程度上取決于表面處理的方式好壞。 據(jù)英國帝國化學(xué)公司介紹 , 涂層壽命受 3 方面因素制約 : 表面處理 , 占 60%; 涂裝施工 , 占 25%; 涂料本身質(zhì)量 , 占 15% 。 工程機(jī)械行業(yè) , 不同零部件的表面處理方式。 機(jī)械清理可有效去除工件上的鐵銹、焊渣、氧化皮 , 消除焊接應(yīng)力 , 增加防銹涂膜與金屬基體的結(jié)合力 , 從而大大提高工程機(jī)械零部件的防銹質(zhì)量。機(jī)械清理標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到的Sa2 . 5 級。表面粗糙度要達(dá)到防銹涂層厚度的 1 /3 。噴、拋丸所用鋼丸要達(dá)到 GB6484 要求。 薄板沖壓件的表面處理稱一般用化學(xué)表面處理。,1

3、4:22:19,汽車涂裝工藝,工藝流程為 : 預(yù)脫脂脫脂熱水洗冷水洗酸洗冷水洗中和冷水洗表面調(diào)整磷化冷水洗熱水洗純水洗干燥 脫脂和磷化是化學(xué)處理工藝中的關(guān)鍵工序 , 這兩道工序直接影響工件化學(xué)處理的質(zhì)量和防銹涂層的質(zhì)量。,14:22:19,2、涂裝工藝,汽車涂裝工藝根據(jù)汽車類型的不同而各有特點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)。 載重汽車的主要涂裝件是前部駕駛室，涂裝要求最高；其他部件如車廂、車架等涂裝要求比駕駛室低。 客車的涂裝與載貨汽車的涂裝有較大區(qū)別?？蛙囓嚿戆ù罅?、骨架、車廂內(nèi)部、車身外表面，其中以車身外表面要求較高。車身外表面不但要求具有良好的保護(hù)性和裝飾性，而且噴涂面積大、平面多，有兩種以上的顏色，有時還

4、有汽車色帶。因此，施工周期比載貨汽車長，施工要求比載貨汽車高，施工過程比載貨汽車復(fù)雜。,14:22:19,2、涂裝工藝,轎車和小型旅行車，不論在表面裝飾性或底層保護(hù)性都比大型客車和載貨汽車的要求高。它的表面涂層屬于一級裝飾精度，具有美麗的外觀，光亮如鏡或光滑的表面，無細(xì)微的雜質(zhì)、擦傷、裂紋、起皺、起泡及肉眼可見的缺陷，并應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。底面涂層屬于優(yōu)良保護(hù)層，應(yīng)有優(yōu)良的防銹性和防腐蝕性，很強(qiáng)的附著力；局部或全部刮涂附著力好、機(jī)械強(qiáng)度高的膩?zhàn)?，使用?shù)年也不會出現(xiàn)銹蝕或脫落等現(xiàn)象。,14:22:19,車身涂裝,結(jié)構(gòu) 罩光涂層 約40微米 高固體分涂料 粉末涂料； 底色涂層 約15微米 高固體分

5、涂料； 中涂層 約35微米高固體分涂料水性涂料粉末涂料； 電泳底漆層 約20微米 電泳涂料 磷化處理 鋼板,14:22:19,汽車涂裝-磷化處理,磷化的目的 為了使汽車涂層的耐久性、耐腐蝕性，采用磷化處理作為涂裝的前處理。磷化磨的功能是提高涂布在其上的涂膜（電泳涂膜）的附著力和耐蝕性。 優(yōu)異的結(jié)合力 磷化膜結(jié)晶微溶入金屬表面，結(jié)晶的附著力良好。磷化膜的表面凹凸，表面積增大，提高了涂膜的附著力。隨著涂膜附著力的提高，防止腐蝕生產(chǎn)物質(zhì)的侵入，從而提高了其耐腐蝕性。 未磷化處理過的短期內(nèi)涂膜就起泡生銹。 磷化膜附著力和化學(xué)穩(wěn)定性好，作為耐久性好的高級防銹涂裝的底材處理。,14:22:19,14:22

6、:19,14:22:19,磷化處理,金屬的磷酸鹽處理簡稱磷化，把金屬放入含有磷酸鹽的溶液中進(jìn)行化學(xué)處理，使金屬表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護(hù)膜的方法。 磷化膜主要用作涂料的底層，金屬冷加工時潤滑劑的吸附層，經(jīng)過封閉處理的磷化膜，可以作為金屬表面的保護(hù)層。 一、磷化膜的形成機(jī)理 用含有錳、鐵、鋅的磷酸二氫鹽作磷化劑，在金屬與溶液的界面，發(fā)生化學(xué)反應(yīng) M(H2PO4)2 MHPO4 + H3PO4 MHPO4 M3(PO4)2 + H3PO4 可溶性的磷酸二氫鹽水解生成不溶性的磷酸氫鹽和磷酸鹽。 3Fe +2H3PO4 Fe3(PO4)2 +3 H2 反應(yīng)生成的不溶于水磷酸鹽在金屬表面沉積成為磷

7、酸鹽保護(hù)膜。,14:22:19,磷化處理,電化學(xué)機(jī)理：認(rèn)為是一種微電池作用的結(jié)果 陰極反應(yīng)：2H-+2e=H2 陽極反應(yīng)：Fe-2e=Fe2+ Fe2+ +2H2PO4-=Fe(H2PO4)2 Fe(H2PO4)2= FeHPO4+ H3PO4 3FeHPO4= Fe3(PO4)2+ H3PO4 陰極反應(yīng)：2H-+2e=H2 同樣，陽極反應(yīng)生成物還有Mn3(PO4)2 Zn3(PO4)2一起結(jié)晶，形成磷化膜。,14:22:19,磷化處理,二、磷化膜的組成和結(jié)構(gòu) 磷化液種類大致有鋅型（以磷化鋅為主鹽）錳型（以磷酸錳鐵鹽為主鹽）。在同一型中，配比又是多種多樣的，所得到的晶粒大小不同。大小有從幾個微

8、米到上百微米。晶粒愈大，膜層愈厚。在磷化膜中應(yīng)用最廣的有磷酸鐵膜磷酸鋅膜磷酸錳膜。 磷酸鐵膜 用堿金屬磷酸二氫鹽為主要成分的磷化液處理鋼材表面時得到的非晶質(zhì)膜是磷酸鐵膜。外觀呈灰色青色乃至黃色。磷化液中的添加物也可共沉積于膜中，并影響膜的顏色。,14:22:19,磷化處理,磷化鋅膜 采用以磷酸和磷酸二氫鋅為主要成分，并含有重金屬與氧化劑的磷化液處理鋼材時，形成的膜有兩種物質(zhì)組成：磷酸鋅和磷酸鋅鐵。當(dāng)溶液中含有較高二價鐵粒子時，就形成一種新相 Fe5H2(PO4)44H2O。Zn3(PO4)24H2O是白色不透明的膠體，屬斜方晶系；磷酸鋅鐵是無色或淺藍(lán)色的晶體，屬單斜晶系。鋅系磷化膜呈淺灰色至深

9、灰結(jié)晶狀。 磷酸錳膜 用磷酸錳為主的磷化液處理鋼材時，得到的膜幾乎完全由磷酸錳和磷酸氫錳鐵組成。磷化膜中錳與鐵的比例，隨磷化液中鐵與錳的比例而變，但鐵的含量遠(yuǎn)低于錳。,14:22:19,磷化處理,三、磷化工藝及方法 磷化工藝主要有：高溫中溫和常溫磷化，,14:22:19,磷化處理,生產(chǎn)中可根據(jù)鋼鐵對表面磷化膜的不同要求選用不同的工藝。高溫磷化優(yōu)點(diǎn)是膜層較厚，具有耐蝕性耐熱性結(jié)合力和硬度都比較好，磷化速度快；缺點(diǎn)是工作溫度高，耗能大，溶液蒸發(fā)量大，成分變化快，常需調(diào)整，且結(jié)晶粗細(xì)不均勻。中溫磷化的優(yōu)點(diǎn)是膜層的耐蝕性接近高溫磷化膜，溶液穩(wěn)定，磷化速度快，生產(chǎn)效率高；缺點(diǎn)是溶液較復(fù)雜，調(diào)整較麻煩。常

10、溫磷化的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約能源，成本低，溶液穩(wěn)定；缺點(diǎn)是耐蝕性較差結(jié)合力欠佳，處理時間較長，效率低。 磷化方法：浸漬法（耐腐蝕性能較好）和噴淋法,14:22:19,14:22:19,14:22:19,磷化后處理,為了提高磷化膜的防護(hù)能力，磷化后應(yīng)對磷化膜進(jìn)行填充和封閉處理。填充處理的工藝是： 重鉻酸鉀 3050 g/L 碳酸鈉 24 g/L 溫度 9098 時間 510 min 填充后，可以根據(jù)需要在錠子油、防銹油或潤滑油中進(jìn)行封閉。如需涂漆，應(yīng)在鈍化處理干燥后進(jìn)行，工序間隔不超過24小時。,14:22:19,磷化處理,四 影響磷化的因素 1 游離酸度 游離酸度是指溶液中磷酸二氫鹽水解后產(chǎn)生游離磷酸的

11、濃度。游離酸度過高時，氫氣析出量大，晶核生成困難，膜的晶粒粗大，疏松多孔，耐蝕性差；反之，生成的磷化膜較薄，甚至得不到磷化膜。游離酸度高時，可加氧化鋅或氧化錳調(diào)整；當(dāng)?shù)蜁r，可加磷酸二氫錳鐵鹽，磷酸二氫鋅或磷酸來調(diào)整。 2 總酸度 總酸度來源于磷酸鹽，硝酸鹽和酸的總和。總酸度高時磷化反應(yīng)快，獲得的膜層晶粒細(xì)致，但膜層較薄，耐蝕性降低；總酸度低時，磷化速度慢，膜層厚且粗糙?？偹岫雀邥r可加水稀釋，低時可加磷酸二氫錳鐵鹽，磷酸二氫鋅或硝酸鋅，硝酸錳來調(diào)整。,14:22:19,磷化處理,3 金屬離子的影響 Mn2+的存在可以使磷化膜結(jié)晶均勻，顏色較深，提高膜的耐磨性，耐蝕性和吸附性。含量過高則膜的晶粒粗

12、大，耐蝕性較差；含量低則使晶粒太細(xì)，有磷化不上的趨勢。二價鐵離子能增加磷化膜的厚度，提高力學(xué)強(qiáng)度和耐蝕性能。但二價鐵在高溫時很容易被氧化，并轉(zhuǎn)化為磷酸鐵沉淀，使游離酸度升高，造成磷化結(jié)晶幾乎不能進(jìn)行；亞鐵離子的含量過高，還會使磷化膜結(jié)晶粗大，表面產(chǎn)生白色浮灰。鋅離子存在可以加快磷化速度，生成的磷化膜結(jié)晶致密，閃爍有光。當(dāng)含量過高時磷化膜晶粒粗大，排列紊亂，磷化膜發(fā)脆；過低時膜層疏松發(fā)暗。,14:22:19,磷化處理,4 P2O5的影響 它來自磷酸二氫鹽，它能提高磷化速度，使磷化膜致密，晶粒閃爍有光。他含量過高，膜的結(jié)合力下降，表面白色浮灰較多；含量較少時膜的致密性和耐蝕性均差，甚至不產(chǎn)生磷化膜

13、。 5 NO-3 ，NO-2和F-的影響 NO-3 和NO-2在溶液中作催化劑，可以加快磷化速度，使磷化膜致密均勻，NO-2還可以提高磷化膜的耐蝕性。NO-3含量過高會使磷化膜變薄，并易產(chǎn)生白色或黃色斑點(diǎn)。F-是一種活化劑，可以加快磷化膜晶核的生成速度，使結(jié)晶致密，耐蝕性高，尤其是在常溫磷化時，氟化物的作用非常突出。,14:22:19,磷化處理,6 雜質(zhì)的影響 除磷酸、硝酸和硼酸以外的酸，如硫酸根、氯離子以及金屬離子砷、鋁、鉻、銅都被認(rèn)為是有害雜質(zhì)，其中硫酸根和氯離子的影響更為嚴(yán)重。硫酸根和氯離子會降低磷化速度，并使磷化膜層疏松多孔易生銹。金屬離子砷和鋁使膜層的耐蝕性下降，大量的銅離子會使磷化

14、膜發(fā)紅，耐蝕性下降。 7 溫度的影響 溫度對磷化過程影響很大，提高溫度可以加快磷化速度，提高磷化膜的附著力、耐蝕性、耐熱性和硬度。但不能使溶液沸騰，否則膜變得多孔，表面粗糙，且容易將二價鐵離子氧化成三價而沉淀析出，使溶液不穩(wěn)定。,14:22:19,磷化處理,8 基體金屬的影響 不同成分的金屬基體對磷化膜有明顯的不同影響。低碳鋼磷化容易，結(jié)晶致密，顏色較淺；中高碳鋼和低合金鋼磷化較容易，但結(jié)晶有變粗的傾向，磷化膜顏色深而厚；最不利于進(jìn)行磷化的是含有較多鉻、鉬、鎢、礬、硅等合金元素的鋼。磷化膜隨鋼中碳化物含量和分布的不同而有較大的差異，因此對于不同剛才 應(yīng)選用不同的磷化工藝，才能獲得較理想的效果。 9 預(yù)處理的影響 預(yù)