一種制備碳鋼表面磷化膜的優化工藝
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磷化是一種化學或電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程。鋼鐵材料磷化的目的主要是:給基體提供保護,在一定程度上防止基體被腐蝕;用于涂漆前打底,提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力;在冷加…
磷化是一種化學或電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程。鋼鐵材料磷化的目的主要是:給基體提供保護,在一定程度上防止基體被腐蝕;用于涂漆前打底,提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力;在冷加工工藝中起減摩潤滑使用。目前比較常用的磷化工藝普遍存在一些缺點,如磷化時間長,磷化過程存在沉渣,磷化促進劑有毒以及污染嚴重等,因此需要開發一種新型無毒高效磷化工藝。相比起來,電解磷化工藝具有反應溫度低,耗能少,成膜速度快,無沉渣,成本低,無有毒促進劑,環境污染小和反應容易控制等優點,因此越來越受到重視。
合肥工業大學采用正交試驗方法探究了一種基于普通磷化液的電解磷化工藝參數,取得了良好的效果。他們采用的電解磷化裝置中,陰極電極是待磷化處理鋼鐵基體(樣品在磷化處理之前已經經過除氧化皮處理),陽極是惰性電極。磷化液以一定配比的硝酸與磷酸為主,加入氧化鋅等輔料。由于外加電場的作用促使陰極區域H+濃度減少,從而破壞了溶液中離子的平衡,使陰極區域Zn2+與PO43-離子濃度增加,并沉積在陰極金屬表面活性區域形成晶核Zn3(PO4)2•4H2O,隨著磷酸鹽晶粒的不斷聚集長大,最終在鋼基體表面形成了連續均勻的電解磷化膜。他們從正交試驗結果中獲得了電解磷化工藝的最優參數:電解時間為60秒,總酸度為110點,溫度為20℃,電流密度為0.4A/dm2。在此工藝下獲得的磷化膜表面呈灰色到深灰色,外觀連續、均勻、致密,沒有發花現象,且無金屬亮點;平均膜厚為13μm,且耐蝕性能良好。電解磷化膜中呈顆粒狀晶粒,且晶粒分布均勻、致密。電解磷化膜由Zn3(PO4)2•4H2O單相組成。
他們在試驗中發現,電解磷化時間以及電解磷化液的總酸度對磷化膜的外觀、膜厚以及耐蝕性能影響比較大。從磷化時間的影響看,隨著電解磷化時間的增加,磷化膜的厚度也呈增加趨勢。當時間過短時,形成的磷化膜較薄且不均勻,而隨著時間的增加,磷化膜會逐漸變厚而且致密、均勻、完整,說明此時晶核正在大量形成,磷酸鹽晶體逐漸長大;但電解磷化時間過長會使磷化膜中磷酸鹽晶粒粗糙、致密性變差以及耐蝕性下降。當時間達到60秒時磷化膜的致密度和均勻性均達到最優,因此可以將電解磷化時間確定為60秒。從電解磷化液的總酸度的影響看,總酸度的增加不僅可以加快磷化速度,而且還可以使晶粒細化、均勻、致密;但總酸度過高會使磷化效果不佳,甚至出現不能形成磷化膜的現象。試驗表明,在總酸度為110點的條件下得到的磷化膜具有最大的自腐蝕電位(Ecorr=-313mV)及最小的自腐蝕電流密度(Icorr=4.47×10-6A/cm2)。這說明,經總酸度為110點的磷化液電解處理得到的磷化膜的耐蝕性最佳。
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