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1.5 磷化工艺及应用. 6
1.5.1 磷化液生产工艺过程.6
1.5.2 常温磷化液的应用. 6
1.6 课题研究目的及意义.7
1.7 课题研究内容和目标.7
1.7.1 研究内容..7
1.7.2 研究目标..7
2 实验..8
2.1 实验材料..8
2.2 实验仪器及设备. 8
2.3 实验方案..8
2.4 实验过程10
2.4.1 磷化液的制备10
2.4.2 磷化液性能检测... 11
3 实验结果及分析讨论.. 13
3.1 磷化膜的外观表现.. 13
3.2 磷化膜耐腐蚀性能测试结果. 14
3.3 正交试验分析结果.. 15
3.3.1 点滴测试正交试验分析结果.. 15
3.3.2 3%盐水浸泡测试正交试验分析结果. 17
3.3.3 5%盐雾测试正交分析结果..19
3.4 磷化液最佳配方的确定.. 21
4 结论23
致谢24
参考文献25
前言1.1 常温磷化液技术简介随着磷化技术的发展，常温磷化技术逐渐成为主流，成为现阶段研究比较前沿的磷化技术。常温磷化技术跟高中温磷化技术相比，具有很大的优势，从经济上节约了成本，从环保方面实现了低能耗、低污染，在生产应用中提高了效率。因而随着常温磷化的快速发展，其在实际生产中的应用越来越广泛，受到的关注也越来越多。近几年来，很多学者在常温磷化研究方面做出了重大贡献，但是依然还没有克服常温磷化存在的诸多问题，仍然难以成规模的推广使用。常温磷化技术主要存在的问题，还是磷化液配方复杂、磷化过程管理困难、磷化膜质量不高、性能达不到要求等问题。本文研究的常温磷化液，主要针对上述的缺点进行了完善，是一种新型的的常温磷化处理方法[1]。本文主要研究锌系磷化液的配方。锌系磷化液一般用来涂漆前打底或金属表面的防腐处理。它稳定性高、沉渣少、无毒、使用寿命长，形成磷化膜的晶体成分主要是：Zn3(PO4)2·4H2O、Zn2Fe(PO4)2·4H2O。由于磷化晶粒形状偏细长状，排布多为交叉相连，所以磷化膜孔隙较多[2]。本文主要研究常温锌系磷化液的配方，寻求合适的促进剂，以提高锌系磷化液的成膜效果。磷酸盐膜能较好地改善金属表面摩擦的润滑性能，能更好的延长工具和膜具的寿命，能有效减少金属的冷变形加工的磨损(如拉关、拉丝、挤压成型等)。磷酸盐膜也可以作为油漆和涂料的底层，在油漆还是电泳涂漆使用前，磷酸盐膜的使用是必不可少的。因此，磷化的应用，被广泛的使用在船舶、汽车、机械制造以及航空航天工业中。源Y自Z751W.论~文'网·www.751com.cn
1.2 磷化的基本原理磷化是指金属工件跟含有磷酸二氢盐的酸性溶液发生化学反应，在表面生成一层可溶性低的磷酸盐的过程， 通常的磷化工艺， 一般都在含有Zn、 Mn等的酸性溶液中进行[3-4]。磷化液的基本平衡方程式：3M(H2PO4)2=M3(PO4)2+4H3PO4 （1.1）此方程的平衡常数：K=[M3(PO4)2][H3PO4]4/[M(H2PO4)2]3（1.2）M 代表 Zn、Mn 等。磷化成膜过程可以分成 4 个步骤完成：第一步，酸对金属表面的浸蚀与促进剂的氧化过程(1)酸浸蚀使金属表面氢离子浓度降低[6]：Fe－2e‾→Fe2+ （1.3）2H++2e‾→2[H] （1.4）(2)促进剂(氧化剂)加速：[O]+[H]→[R]+H2O （1.5）Fe2++[O]→Fe3++[R] （1.6）式中[O]表示促进剂，[R]代替还原产物，促进剂会消耗掉氢原子，使（1）反应向右偏移，进一步导致金属表面氢离子浓度下降。同时也将溶液中的 二价铁离子氧化成为三价铁离子。第二步，磷酸根的多级离解过程[7]：H3PO4⇌ H2PO4‾+H+ K1=7.52×10-3（1.7）H2PO4‾⇌ HPO42‾+H+ K2=6.23×10-8（1.8）HPO42‾⇌ PO43‾+H+ K3=2.2×10-13（1.9）由于金属表面的氢离子浓度急剧减少，导致磷酸根各级离解平衡向右移动，最终得到磷酸根离子。第三步，磷化成膜过程磷酸盐在金属表面沉淀结晶得到磷化膜：当金属表面离解出的磷酸根离子与溶液中的金属离子(如 Zn2+， Mn2+，Ca2+，Fe+)达到溶液溶度积常数 Ksp 时，就会形成磷酸盐沉淀：2Zn2++Fe2++2PO43‾+4H2O=Zn2Fe(PO4)·4H2O↓ （1.10）3Zn2++2PO43‾+4H2O=Zn3(PO4)2·4H2O↓ （1.11）磷酸盐沉淀与水分子一起形成磷化晶核，晶核继续长大成为磷化晶粒，无数个晶粒紧密堆积成磷化膜。第四步，终止反应磷酸盐沉淀的副产品将形成磷化沉渣：Fe3++PO43‾=Fe PO4 （1.12）以上机理就是整个锌系磷化成膜的过程，根据以上机理可以确定磷化配方与磷化工艺的设计。综上机理可以看出，氧化剂过多会导致沉渣较多，而适当的氧化剂可提高第一步反应的速度；氢离子浓度较高，会使第二步的磷酸根离解反应减慢，则会导致PO43‾的产生量不足，较低的氢离子浓度，则可使第二步的磷酸根离解反应加快，离解出磷酸根离子增多；金属表面金属离子较为活跃时，可使第三步的沉淀反应速度加快，适当的过饱和度即可形成磷酸盐沉淀晶核；而磷化沉渣的产生跟第一步的反应有直接的关系，溶液H+浓度高，促进剂强都会使沉渣增多。 因此在实际磷化配方与工艺实施中，选择较强的氧化剂、较高的酸比、使金属表面调整到具备活性点都能提高磷化反应速度，能在常温下快速成膜。所以一般参考上述机理来设计是常温磷化配方，选择促进剂可以较强、提高溶液的酸比、做好金属表面调整等。 而减少沉渣量必须先降低 Fe3+的产生量，通过上述机理，可直观得出两种两个方法：适当控制磷化液的 H+浓度；减少 Fe2+氧化成为Fe3+。因此在磷化液制备的过程中，要合理的控制H+浓度。