表面處理網本工藝采用了稀土和納米材料將鋼鐵件噴塑電泳刷涂油漆前的除油除銹磷化防銹的傳統工藝減縮為四合一磷化工藝著重對磷化膜層的耐腐蝕性能進行了深入的研究試驗結果證明四合一磷化工藝可以在同槽同步進行其磷化膜耐蝕性經硫酸銅溶液點滴試驗檢測和室內掛片觀察和常規磷化工藝所得磷化膜的耐蝕性相仿達到涂裝使用要求本工藝不但對傳統的磷化工藝實現了有效的變革簡化了多步繁瑣的磷化操作工藝而且大量節約用水量和廢水的排放量減少了廢水對環境的污染同時還減少了熱能和化學材料的消耗節約了磷化處理的成本對于大型鋼結構件在刷油漆前將磷化液采用涂抹擦拭的處理辦法除去鋼鐵基體表面的油污和氧化皮鐵銹并將之轉化成磷化層保護膜這對提高油漆層的結合力防腐能力和使用壽命是非常有利的

0.前言

洗衣機電冰箱空調汽車外殼以及其它小型鋼鐵工件在噴塑噴刷涂電泳油漆前都必須進行除油除銹磷化防銹處理工藝流程為工件除油→水洗→除銹→水洗→表調→水洗→磷化→水洗→水洗→干燥→噴塑或噴漆有的甚至使用有毒氣味難聞的有機溶劑清洗工藝因多次水清洗用水量很大清洗污水排放量大磷化槽中的白色沉渣量大特別是磷化后工件清洗水中有害金屬離子的排放對環境的污染更加嚴重納米稀土四合一磷化工藝的應用只要將工件放在同一只磷化槽中處理實現除油除銹磷化防銹處理一步完成磷化后不用清洗干燥后即可噴漆噴塑這樣不但簡化了磷化工藝的管理和時間有效提高了生產效率而且大量節約了用水和實現廢水的零排放避免對環境的污染

大型鋼結構件如鋼架鋼橋大型機械機器在焊接裝配后外表必須涂刷油漆傳統工藝是砂皮打磨噴砂噴丸打磨將工件表面的銹污除盡然后涂刷油漆鋼件基體在涂刷油漆之前沒有防腐蝕膜層而且在除銹后基體表面馬上又會生成一層輕銹實際上鋼鐵件涂刷油漆前始終是帶銹的這樣對工件表面的油漆層的結合力和防腐蝕性是有嚴重危害的納米稀土四合一磷化工藝只要將磷化粉配制成弱酸性的磷化液用擦拭清洗的方法將鋼件表面的油銹和氧化皮清洗的同時鋼基體表面就形成了一層磷化防腐蝕膜待膜干燥后即可刷涂油漆對提高油漆層的結合力和防腐蝕能力是很有利的同時也避免了操作工在噴砂打磨時的勞累和灰塵對人體的侵害

1.實驗

1.1.實驗樣片材料試樣采用100mm×60mm×2mm冷軋鋼片100mm×60mm×5mm熱軋帶氧化皮的鋼片和100mm×60mm×5mm帶有嚴重銹蝕的熱軋鋼片

1.2.實驗材料和儀器磷酸濃度85%的工業級各化工商店均有售CX-20非離子表面活性劑湖北杰棟表面技術有限公司生產納米稀土四合一磷化劑由本所自制1000ml燒杯一只天平量杯電爐溫度計等實驗器皿

1.3.樣片耐蝕性檢測方法按GB/T5936-1986《輕工產品黑色金屬化學保護層的測試方法浸漬點滴法》采用硫酸銅溶液點蝕法試驗用硫酸銅點蝕液的配制為分析純CnSO4.5H2O40g/L分析鈍NaCL36g/L31%濃度的分析純HCL1.2ml/L測試前用臘筆在試樣表面畫一個小圓圈用滴管吸取試液滴一滴在圓圈內然后觀察試樣表面出現紅色斑點的時間以秒計算出現斑點秒數越長耐腐蝕性能越好另外將磷化樣片置于室內觀察其出現產生銹點的時間耐銹蝕時間以天數計算天數越長耐腐蝕性能就越好

1.4."四合一"磷化工藝

磷化液的配方磷酸50ml/L納米稀土磷化劑8g/LCX-20乳化劑5ml/L溫度55-65℃將預備的三種鋼片直接放入1000ml的燒杯中這時有大量的反應氣泡并且油污不斷浮出液面10分鐘后用吸油濾紙將油污吸收完后取出試片不清洗很快自然干燥樣片表面尚有少量油污點立即用紗布擦去樣片分別標號四以示四合一磷化樣片待檢

1.5.常規磷化工藝為了便于試片耐腐蝕檢測的對比試驗采用兩種常規磷化工藝分別獲取相應的樣片進行對比只有通過對比才能得出好壞高低的結果

1.5.1.鋅系磷化工藝流程試片→除油→水洗→除銹→水洗→表調→磷化→水洗→自然晾干磷化液配方氧化鋅（99%）30g/L磷酸60ml/L硝酸鋅80g/L硝酸鎳1g/L檸檬酸2g/L促進劑2g/L溫度45-50℃時間10分鐘取出樣片清洗二次自然干燥試片標號鋅字以示鋅系磷化試片待檢

1.5.2.鋅鈣系磷化前處理工序同1.5.1.磷化液配方氧化鋅50g/L磷酸60ml/L硝酸鈣80g/L硝酸鎳1g/L檸檬酸2g/L促進劑3g/L溫度45-50℃時間10分鐘取出試片清洗自然干燥試片標記鈣字以示鋅鈣系磷化試片待檢

2.分析和討論

2.1."四合一"磷化基本原理

帶油和銹的零件與四合一磷化處理劑接觸首先發生乳化除油靠表面活性劑的潤濕擴散滲透乳化作用降低油膜的表面張力與此同時滲透于油膜下的磷化液與銹作用同時也加速油膜的剝離脫離鋼件的油珠被表面活性劑乳化防止其重新聚結成膜高酸度浸蝕溶解鋼上的銹和氧化皮同時生成磷酸二氫鐵當油銹除凈后取出零件暴露于空氣中不經水洗溶液的磷酸與鐵基繼續作用酸度降低鐵的一代磷酸鹽和殘留成膜劑起水解沉積鈍化劑填充于孔隙中即形成一層致密的磷化膜[1]稀土和納米材料的加入利用稀土元素的特異性能和納米材料極強的吸附能力使之形成由稀土納米材料磷酸二氫鐵等多元素構成的磷化膜更加致密組合更加優化和完美磷化膜層的封閉性和耐腐蝕性得到更好的提高同時結合力和耐磨性也得到了明顯的改善這對提高磷化膜的綜合性能是十分有利的

2.2.磷化液各種材料的應用分析

2.2.1.磷酸不但是形成磷化膜磷酸根離子的主材料也是除銹的材料呈弱酸性無氣味對人體皮膚無嚴重腐蝕性在磷化液中含量為50ml/L左右磷化液的PH值1.5-2

2.2.2.CX-20乳化劑非離子表面活性劑在磷化液中一方面是除油的主材料同時也是納米材料懸浮分散的載體一般用量5ml/L如工件表面油多可以增加0.5ml/L由于工藝操作時磷化液是對流（過濾流動）動態狀況所以必須選擇低泡型的乳化劑這一點很重要以往四合一磷化工藝不能很好進行其中氣泡過多是主要原因之一

2.2.3.納米稀土四合一磷化粉

由稀土納米材料和其它磷化膜構成材料混合而成白色粉末很容易溶解在磷化液中它是形成磷化膜的主材料也是本工藝的關鍵材料要獲得耐腐蝕穩定性好的磷化膜必須選擇好的磷化膜構成元素并且有效發揮協同效應使其形成優質的磷化膜整體以往很多研究者研究的四合一磷化工藝不能很好在生產中推廣應用主要是磷化膜不能達到涂裝磷化膜的耐腐蝕要求

2.3.磷化膜耐蝕性的檢測和評價

磷化膜耐蝕性按不同磷化方法經浸漬處理得樣片作試片根據室內掛片觀察開始出現銹點的天數長短和耐硫酸銅溶液點蝕出現紅色時間秒數的長短進行比較如表

磷化體系 室內掛片觀察（天） 耐CuSO4溶液點蝕時間（秒）

四 3820

鋅 4020

鈣 4121

經比較四合一磷化膜的耐蝕性和鋅系磷化膜接近略差于鋅鈣系磷化膜的耐蝕性但都適用于磷化后的涂裝處理的耐腐蝕要求另外磷化膜和漆塑的結合力根據筆者多年來對于其它鍍膜層研究的試驗由稀土元素構成的鍍膜層和下道工序的結合力都是很協調和優良的從實際生產應用情況也是十分良好所以設作檢測試驗

2.4."四合一"磷化劑實際生產應用操作方法

2.4.1.浸漬處理按工藝要求配制好磷化工作液新配槽液須加1-2g/L鐵屑處理或用二塊很銹的大鐵皮放在磷化槽中浸10-15小時加溫至50-65℃對于輕油輕銹的工件時間10分鐘即可重油輕銹或輕油重銹的工件需12-15分鐘如帶有干涸的植物性重油跡工件需預先用堿性處理掉由于工件除油除銹磷化在同一槽中進行工件磷化好后又不經水洗直接自然干燥后即噴刷漆塑工件表面難免粘有少量污物點因此須用棉紗布輕輕擦去粘污物在實際生產中為了使磷化工作液始終保持在比較清潔的狀態在磷化槽外加裝一臺自動過濾機將磷化液中的油污物連續過濾掉又回流到磷化槽這樣不但可以保證磷化工作液的純凈清潔同時由于磷化液的回流作用使其保持在動態狀況下有利于納米材料處于懸浮狀態不沉淀（由于納米材料顆粒極其細不會被過濾掉）以利于納米材料顆粒充分發揮吸附作用同時還有助于油銹從工件表面剝離去除實為一舉三得定時清洗過濾機的濾蕊保持其良好的工作狀況

另外在磷化槽邊需配置一容器（100L左右）將磷化材料配制成濃度為50%的磷化濃縮液置于容器內并用φ6-8mm塑料導管將濃縮液源源不斷導入磷化槽使磷化工作液不斷得到有效補充避免造成磷化材料加料時過多用到后來過少的現象產生流量的控制可視實際生產情況憑經驗控制或加裝流量計控制

以上二項配套設施的應用可以使磷化液中各主體材料的有效元素始終保持平衡穩定純凈的良好狀態這樣十分有利于優良磷化膜的形成同時也減少了磷化材料的帶出損耗和浪費此舉措經實際生產應用對四合一磷化工藝的有效實施是非常有利的是本工藝關鍵和重要的舉措

2.4.2.擦拭磷化

先配制磷化液（和浸漬磷化液略有不同）配方為磷酸55-60ml/L磷化粉10g/LCX-201.5ml/L余量為水常溫擦拭工件用棉紗蘸磷化液涂于工件表面涂二次待8-10分鐘后就可反復擦拭除盡重銹或氧化皮至工件露出金屬基體在避免雨水淋的前提下自然干燥10-24小時后工件表面形成了黑色磷化膜即可刷油漆

2.5."四合一"磷化生產成本核算

2.5.1.按配制1000L"四合一"磷化工作液材料成本約1000-1200元即每升1-1.2元有效材料沒有帶出損失全部作用于有效磷化其它基本沒有支出至于增加一臺過濾機2000多元對整個生產成本支出影響不大

2.5.2.配制1000L鋅系或鋅鈣系磷化工作液所需材料費約為2000-2500元即每升2-2.5元加上前道工序的除油除銹的材料費和多次水洗的水費和廢水的處理費以及磷化后清洗帶出有效材料的損失消耗使用成本還得增加

所以四合一磷化工藝的使用成本比常規磷化工藝的綜合成本大約節約60%-70%

3.結論

⑴"四合一"磷化可用于鋼鐵件的浸漬磷化磷化前工件不用除油除銹和多道水洗磷化液配方磷酸50ml/L納米稀土磷化粉8g/LCX-20乳化劑5ml/L溫度50-65℃時間10-15分鐘磷化后工件不用水洗自然干燥后進行刷噴電泳漆塑磷化膜耐蝕性經檢測和常規鋅系鋅鈣系磷化膜相仿符合涂裝要求工藝簡單方便可操作性強大量節約用水減少廢水四溢對環境的污染和廢水處理成本和常規磷化工藝相比綜合成本約降低50-70%

⑵"四合一"磷化粉配制成含磷酸60ml/L納米稀土磷化粉10g/LCX-20乳化劑1.5ml/L在常溫下對大型帶重銹的鋼鐵工件基體進行擦拭處理磷化膜干燥后作底層刷涂油漆油漆層的耐蝕性能優于無磷化膜層的油漆層工藝簡單操作方便對操作工無氣味無灰塵無嚴重腐蝕皮膚的危害

⑶"四合一"磷化工藝早就有相關資料記載都認為這是具有很多優點和好處的工藝技術但是至今從來沒有形成商品化在生產中應用其主要原因是其磷化膜的而腐蝕性和常規磷化工藝（鋅系鋅鈣鋅錳系）相比相差甚遠達不到涂裝產品對耐蝕性的要求隨著科技的發展優異性能的科技材料特別是納米材料和稀土材料的應用加上磷化工藝環節上的合理而有效的改進磷化膜的耐腐蝕性能和其它性能得到較大的改善和提高完全可以符合工件的涂裝要求實現對磷化工藝技術的進一步優化改善和創新四合一磷化技術是很有研究和推廣應用價值的

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