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磷化液成分分析
微谱分析指通过微观谱图（气相色谱、液相色谱、热谱、能谱、核磁共振谱等）对产品所含有的成分进行定性和定量的一种配方分析方法。配方分析在日本，欧美应用比较广泛，而在国内，目前处于起步阶段。该技术甚至是很多国家的成长途径。二战之后的日本，就走的引进技术，分析还原，消化吸收，然后技术创新的道路。韩国等国家也是如此，从欧美获取技术，学习，实践，赶超。
磷化处理是指金属在酸性磷化液中经过化学与电化学反应在金属表面形成一层难溶致密磷酸盐膜的过程, 用以提高金属表面涂膜的附着力和耐蚀性。常温快速磷化具有低能耗、低成本、快速等优点, 因而受到普遍关注。
磷化液几乎都是由主液、促进剂、中和剂组成,其中主液中多含有铬盐, 而促进剂则主要由亚硝酸钠等组成, 目前磷化技术的发展方向是提高质量、降低污染、节约能源、低渣、低成本和无毒环保。
本研究旨在研究出一种使用温度低、污染低、工艺简单、膜层质量符合要求的锌系磷化液。
实验材料与方法
实验药品及材料
药品: 磷酸、磷酸二氢钠、钼酸钠、氯酸钾、氧化锌、硫酸铜、酒石酸、氟化钠, 均为分析纯。试片为100mm@50mm@2mm的钢片。
磷化工艺过程
碱洗除油y 清水漂洗y酸洗除锈y 清水漂洗y吹干y磷化3miny 清水冲洗y吹干。
磷化膜性能的测定
用CuSO4 点滴测定法, 测定三次, 求平均值。
CuSO4点滴液的成分:硫酸铜41g/L,氯化钠35g/L,0.lmol/L盐酸13mL/L,用蒸馏水配制。
评价指标:点滴试验时间大于30s为合格。
结果与讨论
磷酸对磷化膜性能的影响
磷酸是基本的成膜物质,而且它提供了一定的酸性环境,保证磷化的顺利进行。在磷酸二氢钠15g/L;氧化锌18g/L;硫酸铜1g/L;氯酸钾3g/L;钼酸钠1g/L;氟化钠1g/L;酒石酸1g/L的条件下,只改变磷酸的含量,磷化膜的耐蚀性能变化如表1。

从表1可以看出,随着磷酸用量增加磷化膜的耐蚀性上升,达到一定量时,磷化膜耐腐蚀性反而随着磷酸用量的增加而下降。那是因为磷酸主要用于保持磷化液的游离酸度,以促使磷化过程中金属基体的溶解,使磷化液能稳定的工作。溶液中的磷酸根离子有加快磷化速度,促使磷化膜致密的作用。当磷酸加入量过多时,磷化液的稳定性降低,膜厚降低,膜的质量下降;当磷酸加入量过少时,反应不充分,磷化膜不完整,耐蚀性降低,易产生沉淀。
磷酸二氢钠对磷化膜性能的影响
磷酸二氢钠是磷化膜成膜组分的重要来源之一,而且它在很大程度上保证磷化液体系pH的稳定,在磷酸80ml/L;氧化锌15g/L;硫酸铜1.5g/L;氯酸钾5g/L;钼酸钠1g/L;氟化钠1g/L;酒石酸1g/L的条件下,只改变磷酸二氢钠的用量,磷化膜性能变化如表2。

从表2可以看出,随着磷酸二氢钠的用量增加,磷化膜的耐蚀性上升;达到一定量时,磷化膜耐腐蚀性反而随磷酸二氢钠的用量的增加而下降。那是因为磷酸二氢钠主要起到调节总酸度的作用,含量过高时,成膜速度快,膜层粗糙、疏松、附着力差,表面有浮灰;含量过低时,溶液成份变化快,调整困难,且磷化能力较弱,膜薄甚至不成膜。
氧化锌对磷化膜性能的影响
氧化锌是成膜的组分之一,在磷酸150ml/L;磷酸二氢钠30g/L;硫酸铜1g/L;氯酸钾2g/L;钼酸钠0.5g/L;氟化钠0.5g/L;酒石酸1g/L的条件下,只改变氧化锌的用量,磷化膜的耐蚀性能变化如表3。

从表3可以看出,随着氧化锌用量增加,磷化膜的耐蚀性上升;达到一定量时,氧化锌的用量再增加,磷化膜耐腐蚀性基本不变。那是因为锌离子含量少时成膜不完全;当锌离子达到成膜所需要的含量时,成膜完全;当锌离子含量大于成膜的需要时,锌离子过剩,会造成浪费。
硫酸铜对磷化膜性能的影响
硫酸铜在酸性磷化液中很容易与铁发生置换反应而形成Fe-Cu电偶,扩大了铁表面的阴极范围,加速了电化学反应,因此大大促进了磷化膜的生长速度。在磷酸100ml/L;磷酸二氢钠20g/L;氧化锌10g/L;氯酸钾2g/L;钼酸钠0.5g/L;氟化钠0.5g/L;酒石酸1g/L的条件下,硫酸铜用量对磷化膜性能影响如表4。

从表4可以看出,随着硫酸铜的用量增加,磷化膜的耐蚀性上升;达到一定量时,磷化膜耐腐蚀性反而随硫酸铜用量的增加而下降。当Cu2+的用量过多时,置换铜就取代了磷化膜,性能就会降低。
ClO-3是一种强氧化剂,可以直接氧化磷化时产生的亚铁离子,在磷酸100ml/L;磷酸二氢钠20g/L;氧化锌16g/L;硫酸铜1g/L;钼酸钠0.5g/L;氟化钠0.5g/L;酒石酸1g/L的条件下,氯酸钾用量对磷化膜性能的影响如表5。

从表5可以看出,随着氯酸钾的用量增加,磷化膜的耐蚀性上升;达到一定量时,磷化膜耐腐蚀性反而随氯酸钾用量的增加而下降。这是因为,加入量过多会使磷化液中毒,铁表面局部被钝化,成膜受阻。
钼酸钠对磷化膜性能的影响
钼酸钠是常温磷化的缓蚀成膜剂,能促使常温下快速完成磷化钝化过程,在磷酸100mL/L;磷酸二氢钠20g/L;氧化锌10g/L;氯酸钾2g/L;硫酸铜0.5g/L;氟化钠0.5g/L;酒石酸1g/L的条件下,钼酸钠用量对磷化膜性能影响如表6。

MoO2-4 是较为理想的常温磷化促进剂, 并有钝化和净化作用, 钼酸钠具有显著的氧化加速和缓蚀成膜的双重作用。加入过量, 磷化反应会产生/ 钼蓝0, 使溶液变蓝色。虽然/ 钼蓝0是一个体积较大的阴离子, 络合能力强, 能保持溶液的清澈透明, 但过量的氧化剂会使钢铁表面发生钝化而得不到理想磷化膜。若钼酸钠浓度与各组分配比较合理, 磷化液就不会变蓝色。
氟化钠对磷化膜性能的影响
氟化钠是磷化体系中的有效促进剂,可改善磷化膜结构的均匀性。在磷酸100ml/L;磷酸二氢钠20g/L;氧化锌10g/L;氯酸钾2g/L;硫酸铜0.5g/L;钼酸钠1.5g/L;酒石酸1g/L的条件下,氟化钠用量对磷化膜性能影响如表7。

结论
按该配方配制的磷化液, 其磷化膜的硫酸铜点滴时间可达103s。磷化膜外观平整、光滑、致密、浅灰色, 附着力良好的, 可作为涂漆底层, 也可直接用于钢铁件防锈保护。该磷化液的配制简单, 容易调整与维护。
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