電化學(xué)磷化

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　第一節(jié)工藝流程圖------------------------------------------------------------1</p><p>　　第二節(jié)工藝說明--------------------

2、------------------------------------------2</p><p>　　工藝操作步驟----------------------------------------------------------5</p><p>　　溶液配制--------------------------------------------------------------

3、--5</p><p>　　實驗步驟----------------------------------------------------------------5</p><p>　　第四節(jié)實驗結(jié)果--------------------------------------------------------------6</p><p>　　一、實驗結(jié)果--

4、--------------------------------------------------------------6</p><p>　　二、磷化膜表征--------------------------------------------------------------6</p><p>　　第五節(jié)問題討論---------------------------------

5、-----------------------------7</p><p><b>　　電化學(xué)磷化</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　磷化處理是將金屬表面（主要是鋼鐵）通過化學(xué)反應(yīng)生成一層非金屬、不導(dǎo)電、多空的</p><p>　　磷化膜，通常稱為轉(zhuǎn)化涂層。電化

6、學(xué)磷化是一種在金屬表面通過外加電壓的方式將電能高效地應(yīng)用于電化學(xué)反應(yīng)而形成磷化膜的工藝過程。</p><p>　　磷化處理工藝在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，用作涂層的基底是主要用途之一。磷化膜具有多孔性，涂料可以滲透到這些空隙中，提高涂層的附著力。此外，磷化膜又能使金屬表面由優(yōu)良導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)椴涣紝?dǎo)體，從而抑制了金屬表面微電荷的形成，有效地阻礙了涂層腐蝕，成倍地提高涂層的耐蝕性和耐水性，所以磷化膜是涂層最好的基底。對薄板金屬

7、件涂裝，100%地采用磷化處理，甚至鑄件在涂裝前也采用磷化處理。為此，磷化處理已成為表面處理工藝不可缺少的一個環(huán)節(jié)。本文介紹了電化學(xué)方法應(yīng)用與金屬的磷化處理，通過外加電壓，使磷化液中的陰離子H2PO4-、PO3-向陽極移動，而且通過陽極的析氧，氧化了氫氣，抑制了氫氣的生成，起到封鎖陽極區(qū)的作用如同緩蝕劑的作用，促使磷化速度加快同時獲得致密磷化層。</p><p>　　磷化的目的主要是：給基體金屬提供保護，在一定程

8、度上防止金屬被腐蝕；用于涂漆前打底，提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力；在金屬冷加工工藝中起減摩潤滑使用。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期：奠定磷化技術(shù)基礎(chǔ)時期、磷化技術(shù)迅速發(fā)展時期和廣泛應(yīng)用時期。磷化按磷化液成分分類可分為鋅系磷化、鋅鈣系磷化、鐵系磷化、錳系磷化、復(fù)合磷化。該工藝過程中選用鋅系磷化。</p><p><b>　　工藝流程圖</b></p>

9、;<p><b>　　第二節(jié) 工藝說明</b></p><p><b>　　1、化學(xué)除油</b></p><p>　　化學(xué)除油是利用熱堿溶液對油脂的皂化和乳化作用，將零件表面油污除去的過程。堿性溶液包括兩部分：一部分是堿性物質(zhì)，如氫氧化鈉、碳酸鈉等；另一部分是硅酸鈉、乳化劑等表面活性物質(zhì)。堿性物質(zhì)的皂化作用除去可皂化油，表面活性劑的

10、乳化作用除去不可皂化油?；瘜W(xué)除油具有工藝簡單、操作容易、成本低廉、除油液無毒、不易燃等特點。</p><p><b>　　工藝配方及條件：</b></p><p>　　NaOH 60～80g/L溫度80 ～90℃</p><p>　　Na2CO3 20～60g/L時間2～10min</p

11、><p>　　Na3PO4 15～30g/LpH12～14</p><p>　　Na2SiO4 5～10g/L</p><p><b>　　2、熱水洗</b></p><p>　　流動熱水 </p><p>　　溫度

12、 60～70℃</p><p>　　時間 20～30s</p><p>　　pH 8～9</p><p><b>　　3、冷水洗</b></p><p><b>　　流動冷水 </b></p><p><b>　　溫度 常溫</b

13、></p><p>　　時間 20～30s</p><p>　　PH 7</p><p><b>　　4、酸洗</b></p><p>　　利用酸溶液去除鋼鐵表面上的氧化皮和銹蝕物的方法稱為酸洗。是清潔金屬表面的一種方法。氧化皮、鐵銹等鐵的氧化物(Fe3O4，F(xiàn)e2O3，F(xiàn)eO等)與酸溶液發(fā)生化

14、學(xué)反應(yīng)，形成鹽類溶于酸溶液中而被除去。</p><p><b>　　工藝配方及條件：</b></p><p>　　H2SO480～160 g/L</p><p><b>　　溫度 常溫</b></p><p>　　時間 1min</p><p><b>

15、;　　5、冷水洗</b></p><p><b>　　流動冷水 </b></p><p><b>　　溫度 常溫</b></p><p>　　時間 20～30s</p><p>　　PH 7</p><p><b>　　6、中

16、和</b></p><p>　　相當(dāng)量的酸和堿互相作用生成鹽和水。所生成的物質(zhì)失去酸和漸的性質(zhì)。這種反應(yīng)是所有的酸和堿的特征。中和反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)中復(fù)分解反應(yīng)的一種，是指酸和堿互相交換組分，生成鹽和水的反應(yīng)，在中和的過程中，酸里的氫離子和堿中的氫氧根離子會結(jié)合成水。中和反應(yīng)的過程會釋放熱量，屬于放熱反應(yīng)，其中酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol水時的反應(yīng)熱叫做中和熱。該工序的中和是為了除去酸洗中的硫酸溶液，

17、避免對后續(xù)的磷化處理造成影響，從而提高磷化膜的質(zhì)量。</p><p><b>　　工藝配方及條件：</b></p><p>　　Na2CO310～20g/L</p><p>　　溫度40～50℃</p><p><b>　　時間1min</b></p><p>&

18、lt;b>　　PH9～11</b></p><p><b>　　7、冷水洗</b></p><p><b>　　流動蒸餾水</b></p><p><b>　　溫度 常溫</b></p><p><b>　　時間20～30s</

19、b></p><p><b>　　8、磷化</b></p><p>　　磷酸鋅系處理液通常含有游離磷酸、磷酸二氫鋅、氧化劑等成分。將鋼鐵件浸入上述磷化液中，磷化過程中所起的化學(xué)反應(yīng)如下：</p><p>　　3Zn(H2PO4)2====Zn3(PO4)2↓+4H3PO4</p><p>　　在一定溫度下，如熱水解

20、，溶液中的Zn2+、H2PO4-、Zn3(PO4)2、H+和PO3-處于化學(xué)平衡狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)鋼鐵件浸入磷化液中，接電源負(fù)極，鉛板接電源正極，鋼鐵表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)：</p><p>　　Fe+H3PO4 = Fe(H2PO4)2+H2↑</p><p>　　當(dāng)溶液中Fe2+離子濃度不斷增加，H2PO4-、PO43-離子濃度大于磷酸鹽的濃度積時，就產(chǎn)生

21、沉淀，在鋼鐵件上產(chǎn)生磷化膜。即：</p><p>　　Fe(H2PO4)2====FeHPO4↓+H3PO4</p><p>　　Fe+Fe(H2PO4)2====2FeHPO4↓+H2↑</p><p>　　3FeHPO4====Fe3(PO4)2↓+H3PO4</p><p>　　Fe+2FeHPO4====Fe3(PO4)2 ↓+H2↑

22、</p><p>　　因鋼鐵件不是純鐵而是鐵合金，含有少量Fe3C。其電極電位較負(fù)，所以在磷酸作用下，F(xiàn)e與Fe3C形成了原電池陽極區(qū)，鐵溶解成為Fe2+。</p><p>　　Fe==== Fe2++2e</p><p>　　鋼鐵表面陰極區(qū)產(chǎn)生下列反應(yīng)：</p><p>　　2H++2e==== H2↑</p><p&g

23、t;　　O2+2H2O+4e====4OH-</p><p><b>　　總反應(yīng)：</b></p><p>　　Fe+3Zn(H2PO4)2====Zn3(PO4)2↓+FeHPO4+3H3PO4+H2↑</p><p><b>　　工藝配方及條件：</b></p><p>　　Zn(NO3)2

24、90g/L溫度60℃</p><p>　　Zn(H2PO4)270g/L時間3min</p><p>　　酒石酸1 g/L電流密度1A/dm2</p><p>　　檸檬酸5 g/L</p><p>　　三乙醇胺2 g/L</p><p>　　溶液各組成成份的作用：

25、</p><p>　?。?）硝酸鋅[Zn(NO3)2]是無色晶體，相對分子質(zhì)量297.47。最常用作磷化促進劑(可單獨用于中溫磷化)，提供Zn2+和NO3-。其作用如下:</p><p>　　加速磷化速率，使磷化膜結(jié)晶細(xì)致。 </p><p>　　穩(wěn)定槽液。NO3-電離NO與Fe2+形成[Fe(NO2 )]2+淡綠色物質(zhì)，控制Fe2+濃度升高。</p>

26、<p>　?。?）磷酸二氫鋅[Zn(H2PO4)2] 相對分子質(zhì)量295.2。是白色結(jié)晶或白色凝固狀物，有潮解性。在水中能分解，并有腐蝕性。磷酸二氫鋅作為磷化液的優(yōu)良基鹽。其優(yōu)點如下。 </p><p>　　成膜速度較快，磷化膜的耐蝕性隨著磷酸二氫鋅濃度的增大而提高。濃度過高時，雖然成膜速度加快，膜變厚，沉渣多，易掛灰，耐蝕性反而降低；反之，濃度過低，成膜速度慢，膜變薄，疏松，耐蝕性差。 </p

27、><p>　　在溶液酸度較高的條件下，磷酸鋅仍較容易從液相中析出。</p><p><b>　?。?）檸檬酸 </b></p><p>　　相對分子質(zhì)量210.11，密度1.542g/cm3。無色半透明結(jié)晶或白色粉末。溶于水、醇和醚，溶液呈酸性。檸檬酸用途如下：①降低磷化沉渣。由于檸檬酸分子中存在著梭基 (-COON)和羥基(-OH)兩種活性基團(

28、含兩個梭基和羥基較理想)，可與Fe2+形成亞穩(wěn)態(tài)的溶性絡(luò)合物，減少Fe2+氧化成Fe 3+，可降低工件與溶液界面處鐵離子濃度，延緩初期磷化渣出現(xiàn)的時間，但后期降渣效果不明顯。檸檬酸1.5-2.0g/L 加人鋅系磷化液中后，可望將沉渣降至2.0-2. 5g/m；②加快磷化速度。檸檬酸可視為一種絡(luò)合型促進劑，加快鐵的溶解，導(dǎo)致微電池的電流密度增大，鋼鐵表面陽極區(qū)有較大部分“封鎖”，使得陰陽面積比增大，保護 膜生成后，鐵的溶解被阻止；③細(xì)化結(jié)

29、晶，降低膜重；④除銹能力較好。它與表面活性劑、緩蝕劑等配制“二 合一”除油除銹劑，疏松垢物，除凈銹物，工件除銹后表面光潔、平整，槽液污染少，使用壽命長，綜合成本低。 選擇檸檬酸作絡(luò)合劑的顯著特點是它與Zn2+絡(luò)合能力差，不會影響成膜性能，同時價格較便宜，成本較低。除檸檬酸外，檸檬酸鈉也能起到相似作用，其濃度在 0.5-2.5g/L，可以提高磷化膜的</p><p><b>　?。?）酒石酸</b&

30、gt;</p><p>　　又名二羧基丁二酸，分子式C4H6O6。是最好的絡(luò)合劑，加入酒石酸磷化膜細(xì)致，抗蝕性高，減少磷化渣，使磷化液澄清透明。</p><p><b>　?。?）三乙醇胺</b></p><p>　　與鋅絡(luò)合，提高磷化液陰極極化作用，使磷化膜結(jié)晶細(xì)致，含量偏高會降低沉積速度，偏低則會使磷化膜發(fā)灰粗糙，分散力差，一般含量在2g/

31、L。</p><p><b>　　9、冷水洗</b></p><p><b>　　流動蒸餾水</b></p><p><b>　　溫度 常溫</b></p><p>　　時間 20～30s</p><p><b>　　10、干燥

32、</b></p><p><b>　　電吹風(fēng)吹干為止。</b></p><p>　　第三節(jié) 工藝操作步驟</p><p><b>　　溶液配制</b></p><p><b>　　1、化學(xué)除油液</b></p><p>　　用托盤天平分別稱取

33、NaOH、Na2CO3、Na3PO4、Na2SiO4各40g、30g、15g、5g于500mL燒杯中，加入500mL蒸餾水，用玻璃棒攪拌溶解，并用電爐加熱至90℃。</p><p><b>　　2、酸洗液</b></p><p>　　用量筒量取44mL98%的濃硫酸，將濃硫酸沿?zé)诰徛谷胧⒂?00mL的燒杯中，并</p><p><

34、b>　　用玻璃棒不斷攪拌。</b></p><p><b>　　3、中和液</b></p><p>　　用托盤天平稱取Na2CO310g于燒杯中，加入500mL蒸餾水，用玻璃棒攪拌溶解，并用電</p><p><b>　　爐加熱至50℃。</b></p><p><b>

35、;　　4、磷化液</b></p><p>　　用托盤天平分別稱取Zn(NO3)2、Zn(H2PO4)2、檸檬酸各36g、28g、2g于三個不同燒</p><p>　　杯中，用分析天平稱取酒石酸、三乙醇胺各0.4g、0.8g于兩個不同燒杯中；用少量蒸餾水分別溶解五個燒杯中的藥品；先將Zn(NO3)2 、Zn(H2PO4)2 、轉(zhuǎn)移至500mL燒杯中，攪拌；然后再將檸檬酸、酒石

36、酸、三乙醇依次轉(zhuǎn)移至上述燒杯中，攪拌；隨后用蒸餾水沖洗各個燒杯、玻璃棒；最后加入蒸餾水至500mL于燒杯中。</p><p><b>　　5、熱水</b></p><p>　　在500mL燒杯中盛滿蒸餾水，用電爐加熱至60℃。</p><p><b>　　實驗步驟</b></p><p>　　1、將

37、4×5cm2的鋼鐵件放入除油液中進行除油10min；</p><p>　　2、將鋼鐵片放入60℃的蒸餾水中浸泡20～30s；</p><p>　　3、用流動冷水沖洗20～30s；</p><p>　　4、將鋼鐵片放入酸洗液中進行除銹1min；</p><p>　　5、用流動冷水沖洗20～30s；</p><p&g

38、t;　　6、將鋼鐵片放入中和液中浸泡1min；</p><p>　　7、用流動蒸餾水沖洗20～30s；</p><p>　　8、將配制好的磷化液倒入電鍍槽中，電源的正極接陽極（鉛塊），負(fù)極接陰極（鋼鐵件），開啟電源開關(guān)，電源電流大小調(diào)至0.2A，磷化3min；</p><p>　　9、斷開電源開關(guān)，取出鋼鐵片，用流動蒸餾水沖洗20～30s；</p>&

39、lt;p>　　10、用吹風(fēng)機吹干。</p><p><b>　　第四節(jié) 實驗結(jié)果</b></p><p><b>　　實驗結(jié)果</b></p><p>　　在鋼鐵件表面形成一層薄的結(jié)晶細(xì)致的灰色磷化膜。</p><p><b>　　磷化膜表征</b></p>

40、<p>　?。?）磷化膜外觀目視</p><p>　　好的磷化膜外觀均勻完整細(xì)密、無金屬亮點、無白灰。鋅系磷化膜為灰色膜。</p><p>　　（2）磷化膜重量測定</p><p>　　于鋼板的磷化膜方法是將磷化板浸在鉻酸溶液中以去除磷化膜，然后除去膜層前后的重量差求的膜重。</p><p>　?、僦亓考墸ê衲ち谆?膜重7.5

41、g/m2以上。</p><p>　　②次重量級（中膜磷化）膜重4.6-7.5 g/m2。</p><p>　　③輕量級（薄膜磷化）膜重1.1-4.5 g/m2。</p><p>　　④次輕量級（特薄膜磷化）膜重0.2-1.0 g/m2。</p><p><b>　　工藝配方及條件：</b></p><

42、p>　　CrO350g/L</p><p><b>　　溫度80℃</b></p><p>　　時間10～15min</p><p><b>　　實驗數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　實驗結(jié)論：由以上數(shù)據(jù)可知，該磷化膜屬于次重量級（中膜磷化）。</p><p

43、>　　（3）磷化膜腐蝕性能測定</p><p>　　室溫下，將硫酸銅試劑滴在磷化膜上，觀察其變色時間。磷化膜厚度不同，變色時間不同。厚膜﹥5分鐘，中等膜﹥2分鐘，薄膜﹥1分鐘。</p><p><b>　　工藝配方及條件：</b></p><p>　　CuSO4·5H2O(0.25mol/L)40mL</p>

44、<p>　　HCl(0.1mol/L)0.8mL</p><p>　　NaCl(10%)20mL</p><p><b>　　實驗數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　實驗結(jié)論：三片試樣的變色時間大于1分鐘，小于2分鐘，磷化膜屬于薄膜。</p><p><b>　　第五節(jié) 問題討論&l

45、t;/b></p><p>　　電化學(xué)磷化與化學(xué)磷化有什么區(qū)別？</p><p>　　電化學(xué)磷化是一種在金屬表面通過外加電壓的方式將電能高效地應(yīng)用于電化學(xué)反應(yīng)而</p><p>　　形成磷化膜的工藝過程。化學(xué)磷化是將工件浸入磷化液中，依靠化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)磷化。</p><p>　　磷化膜耐蝕性差，在干燥過程中出現(xiàn)返銹現(xiàn)象的原因有哪些？如何

46、解決這些問題？</p><p>　　磷化膜結(jié)晶過粗，用中和劑降低游離酸度；</p><p>　　工件表面有殘酸，加強除銹后的水洗；</p><p>　　磷化溫度低，適當(dāng)提高磷化溫度；</p><p>　　磷化時間短，適當(dāng)延長磷化時間；</p><p>　　工件局部有積水現(xiàn)象，用吹風(fēng)機吹干。</p><

47、;p>　　磷化膜結(jié)晶粗糙多孔的原因是什么？如何解決這些問題？</p><p>　　游離酸含量高，用中和劑降低游離酸度；</p><p>　　硝酸根不足，補充磷化A液；</p><p>　　工件表面過腐蝕，控制酸洗濃度和時間，補加添加劑；</p><p>　　亞鐵離子含量過高，加雙氧水消除過剩的亞鐵離子。</p><p

48、>　　除銹液酸霧太大或工件經(jīng)除銹液處理后有氫脆或過腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是什么？</p><p>　　酸的濃度太高，加水稀釋調(diào)整酸的濃度，使其保持在技術(shù)要求的濃度范圍；</p><p>　　處理時間過長，縮短處理時間。</p><p><b>　　【參考文獻】</b></p><p>　　【1】李寧,徐翔春.電化學(xué)磷化

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50、<p>　　【4】蔡立新.磷化膜干燥方式的選擇,客車技術(shù)與研究,2003年第25卷第1期：33～38.</p><p>　　【5】王家安,趙振鋒,王麗君.中溫鋅系磷化膜及皂化膜的組織結(jié)構(gòu)研究,材料保護,</p><p>　　2007年1月第40卷第1期：</p><p>　　【6】王建勝,劉力拓.中溫黑色磷化的研究,表面技術(shù),2008年2月第37卷第1期：

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52、　　【9】林碧藍,盧錦堂,孔綱.磷化膜電化學(xué)測試技術(shù)的研究進展,腐蝕科學(xué)與防護技術(shù),</p><p>　　2006年11月第18卷第6期：430～432.</p><p>　　【10】何德良,王名浩,崔正丹.高耐蝕性鋅錳系磷化液的研究及磷化膜電化學(xué)分析,湖南大學(xué)學(xué)報,2009年4月第36卷第4期：65～69.</p><p>　　【11】余取民,李榮喜,盧紅梅.鋼鐵

53、表面免水洗鋅系磷化膜的常溫制備與性能表征, 湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報,2008年10月第39卷第5期：741～743.</p><p>　　【12】張圣麟,陳升輝,李紅玲.常溫磷化處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀及展望,材料保護,</p><p>　　2006年7月第39卷第7期：42～47.</p><p>　　【13】唐進軍.低溫鋅錳系磷化工藝,2008年7月第36卷第7期：