鋼鐵磷化實(shí)驗(yàn)報(bào)告

鋼鐵的磷化摘要：本文簡要介紹鋼鐵磷化的原理與工藝，主要根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，以及對成品的檢測，闡述了這一機(jī)理，論證了磷化對鋼鐵表面的改性作用，得出了磷化對鋼鐵性能改進(jìn)的重要性。關(guān)鍵詞：原理工藝除銹磷化膜引言：磷化處理工藝應(yīng)用于工業(yè)己有90多年的歷史，大致可以分為三個時(shí)期:奠定磷化技術(shù)基礎(chǔ)時(shí)期、磷化技術(shù)迅速發(fā)展時(shí)期和廣泛應(yīng)用時(shí)期。磷化膜用作鋼鐵的防腐蝕保護(hù)膜，最早的可靠記載是英國CharlesRoss于1869年獲得的專利(B.P.No.3119)。從此，磷化處理工藝應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。在近一個世紀(jì)的漫長歲月中，磷化處理技術(shù)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，有了許多重大的發(fā)現(xiàn)。磷化廣泛應(yīng)用于防蝕技術(shù)，金屬冷變形加工工業(yè)。二戰(zhàn)前后時(shí)期磷化處理技術(shù)重要改進(jìn)主要有:低溫磷化、各種控制磷化膜膜重的方法、連續(xù)鋼帶高速磷化。當(dāng)前，磷化技術(shù)領(lǐng)域的研究方向主要是圍繞提高質(zhì)量、減少環(huán)境污染、節(jié)省能源進(jìn)行。磷化原理工件（鋼鐵或鋁、鋅件）進(jìn)入磷化液（某些酸式磷酸鹽為主的溶液），在表面沉積形成一層不溶于水的結(jié)晶型磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的過程，稱為磷化。也就是說，磷化處理是在錳、鐵、鋅的磷酸二氫鹽與磷酸組成的溶液中進(jìn)行的。金屬的磷酸二氫鹽可用通式表示。在磷化過程中發(fā)生如下反應(yīng)：或者以離子反應(yīng)方程式表示：當(dāng)金屬與溶液接觸時(shí)，在金屬/溶液界面液層中離子濃度增高或離子濃度降低,都將促使以上反應(yīng)在一定溫度下向生成難溶磷酸鹽的方向移動。由于鐵在磷酸里溶解，氫離子被中和同時(shí)放出氫氣：反應(yīng)生成的不溶于水的磷酸鹽在金屬表面沉積稱為磷酸鹽保護(hù)膜，因?yàn)樗鼈兙褪窃诜磻?yīng)處生成的，所以與基體表面結(jié)合得很牢固。從電化學(xué)的觀點(diǎn)來看，磷化膜的形成可認(rèn)為是微電池作用的結(jié)果。在微電池的陰極上，發(fā)生氫離子的還原反應(yīng)，有氫氣析出：在微電池的陽極上，鐵被氧化為離子進(jìn)入溶液，并與發(fā)生反應(yīng)。由于的數(shù)量不斷增加，值逐漸升高，促使反應(yīng)向右進(jìn)行，最終生成不溶性的正磷酸鹽晶核，并逐漸長大。下面是陽極反應(yīng)：與此同時(shí)，陽極區(qū)溶液中的也發(fā)生如下反應(yīng)：式中的為和。陽極區(qū)的反應(yīng)產(chǎn)物一起結(jié)晶，形成磷化膜。磷化工藝磷化工藝流程如下：化學(xué)除油→熱水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→磷化處理→冷水洗→磷化后處理→冷水洗→去離子水洗→干燥。1.除油本實(shí)驗(yàn)中我們所用的除油配方如下：表1：除油液配方名稱質(zhì)量/16.28316.4201.3612.除銹將工件放入3％的稀鹽酸中活化30s左右。3.磷化磷化按照溫度不同可分為三種低溫磷化，中溫磷化，高溫磷化。本次試驗(yàn)采用中溫磷化和高溫磷化這兩種方法。（1）中溫磷化表2：中溫磷化工藝配方溶液組成與工藝條件g/L硝酸鋅磷酸二氫鋅游離酸度/點(diǎn)總酸度/點(diǎn)溫度/℃時(shí)間/min配方80-10025-404-750-8060-7050具體實(shí)驗(yàn)時(shí)，步驟如下：（1）先稱取磷酸鋅和磷酸二氫鋅，結(jié)果重量分別為44.546和18.040；（2）接著將它們分別用少量水調(diào)和，將調(diào)成糊狀的磷酸二氫鋅在不斷攪拌下融入20磷酸中，然后將硝酸鋅加入，最后加水至500；（3）將配好的溶液加熱至65℃，50min后取出即可。附注：游離酸度是指溶液中磷酸二氫鹽水解后產(chǎn)生的游離磷酸的濃度?？偹岫仁侵缚偹岫仁橇谆褐懈鞣N酸性物質(zhì)的總和。（2）高溫磷化表3：高溫磷化工藝配方溶液組成與工藝條件氧化鋅磷酸溫度/℃時(shí)間/min配方9g/L2385-9520具體實(shí)驗(yàn)時(shí)，步驟如下：（1）先稱取氧化鋅和磷酸，結(jié)果重量分別為4.499和11.5；（2）將氧化鋅用水調(diào)成糊狀，將磷酸加入，最后加水至500；（3）將配好的溶液加熱至90℃,20min后取出即可。4.磷化后處理一般磷化后應(yīng)對磷化膜進(jìn)行填充和封閉處理。實(shí)驗(yàn)時(shí)，填充處理的步驟為：（1）先稱取重鉻酸鉀和碳酸鈉分別是20和1.5；（2）將其混合，加水至500,加熱至溫度為90℃后，15后取出即可。此外，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24h。鉻酸鹽主要用于進(jìn)一步提高磷化的耐腐蝕性。三、試驗(yàn)樣品的參數(shù)測定1.表面形貌觀察對試樣進(jìn)行表面形貌觀察，得到的圖像為：中溫磷化的表面高溫磷化表面2.厚度將樣品鋸斷，進(jìn)行鑲嵌，鑲嵌后用砂磨機(jī)磨平，再在由粗到細(xì)的砂紙上進(jìn)行磨，最后放在拋光機(jī)上拋光，之后用腐蝕劑腐蝕。將上述工序處理后的物件放在顯微鏡下進(jìn)行金相觀察，讀取厚度。圖（1）中溫磷化圖（2）高溫磷化中溫磷化膜厚：3μm高溫磷化膜厚：10μm四常見問題分析：1、磷化膜結(jié)晶粗糙多孔：原因：1）游離酸過高。2）硝酸根不足。3）零件表面有殘酸，加強(qiáng)中和及清洗。4）Fe2+過高，用雙氧水調(diào)整。5）零件表面過腐蝕，控制酸洗濃度和時(shí)間。2、膜層過薄，無明顯結(jié)晶：原因：1）總酸度過高，加水稀釋或加磷酸鹽調(diào)整酸的比值。2）零件表面有硬化層，用強(qiáng)酸腐蝕或噴砂處理。3）亞鐵含量過低，補(bǔ)充磷酸二氫鐵。4）溫度低。3、磷化膜耐腐蝕性差和生銹原因：1）磷化晶粒過粗或過細(xì)，調(diào)整游離酸和總酸度比值。2）游離酸含量過高。3）金屬過腐蝕。4）溶液中磷酸鹽含量不足。5）零件表面有殘酸。6）金屬表面銹沒有出盡。五實(shí)驗(yàn)結(jié)論鋼鐵磷化以后，可以得到良好的防腐蝕性能。表面磷化生成的膜也能夠增加防腐涂料、底漆的附著力但是形成的磷化膜硬度低而且比較脆，對性能有一定影響。例如經(jīng)磷化處理后的鋼片和鋼棒彎曲變形180°時(shí)，往往有細(xì)小裂紋出現(xiàn)。溫