表面處理網(wǎng)

摘要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(tǒng)工藝減縮為四合一磷化工藝著重對(duì)磷化膜層的耐腐蝕性能進(jìn)行了深入的研究試驗(yàn)結(jié)果證明四合一磷化工藝可以在同槽同步進(jìn)行其磷化膜耐蝕性經(jīng)硫酸銅溶液點(diǎn)滴試驗(yàn)檢測(cè)和室內(nèi)掛片觀察和常規(guī)磷化工藝所得磷化膜的耐蝕性相仿達(dá)到涂裝使用要求本工藝不但對(duì)傳統(tǒng)的磷化工藝實(shí)現(xiàn)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(jié)約用水量和廢水的排放量減少了廢水對(duì)環(huán)境的污染同時(shí)還減少了熱能和化學(xué)材料的消耗節(jié)約了磷化處理的成本對(duì)于大型鋼結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)化成磷化層保護(hù)膜這對(duì)提高油漆層的結(jié)合力防腐能力和使用壽命是非常有利的

關(guān)鍵詞稀土納米材料四合一磷化膜耐腐蝕性能

0.前言

洗衣機(jī)電冰箱空調(diào)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(jìn)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(diào)→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(jī)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(duì)環(huán)境的污染更加嚴(yán)重納米稀土四合一磷化工藝的應(yīng)用只要將工件放在同一只磷化槽中處理實(shí)現(xiàn)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(shí)間有效提高了生產(chǎn)效率而且大量節(jié)約了用水和實(shí)現(xiàn)廢水的零排放避免對(duì)環(huán)境的污染

大型鋼結(jié)構(gòu)件如鋼架鋼橋大型機(jī)械機(jī)器在焊接裝配后外表必須涂刷油漆傳統(tǒng)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(huì)生成一層輕銹實(shí)際上鋼鐵件涂刷油漆前始終是帶銹的這樣對(duì)工件表面的油漆層的結(jié)合力和防腐蝕性是有嚴(yán)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(shí)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(duì)提高油漆層的結(jié)合力和防腐蝕能力是很有利的同時(shí)也避免了操作工在噴砂打磨時(shí)的勞累和灰塵對(duì)人體的侵害

1.實(shí)驗(yàn)

1.1.實(shí)驗(yàn)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(yán)重銹蝕的熱軋鋼片

1.2.實(shí)驗(yàn)材料和儀器磷酸濃度85%的工業(yè)級(jí)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(shù)有限公司生產(chǎn);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(jì)等實(shí)驗(yàn)器皿

1.3.樣片耐蝕性檢測(cè)方法按GB/T5936-1986《輕工產(chǎn)品黑色金屬化學(xué)保護(hù)層的測(cè)試方法浸漬點(diǎn)滴法》采用硫酸銅溶液點(diǎn)蝕法試驗(yàn)用硫酸銅點(diǎn)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(cè)試前用臘筆在試樣表面畫一個(gè)小圓圈用滴管吸取試液滴一滴在圓圈內(nèi)然后觀察試樣表面出現(xiàn)紅色斑點(diǎn)的時(shí)間以秒計(jì)算出現(xiàn)斑點(diǎn)秒數(shù)越長耐腐蝕性能越好另外將磷化樣片置于室內(nèi)觀察其出現(xiàn)產(chǎn)生銹點(diǎn)的時(shí)間耐銹蝕時(shí)間以天數(shù)計(jì)算天數(shù)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(yù)備的三種鋼片直接放入1000ml的燒杯中這時(shí)有大量的反應(yīng)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(diǎn)立即用紗布擦去樣片分別標(biāo)號(hào)四以示四合一磷化樣片待檢

1.5.常規(guī)磷化工藝為了便于試片耐腐蝕檢測(cè)的對(duì)比試驗(yàn)采用兩種常規(guī)磷化工藝分別獲取相應(yīng)的樣片進(jìn)行對(duì)比只有通過對(duì)比才能得出好壞高低的結(jié)果

1.5.1.鋅系磷化工藝流程試片→除油→水洗→除銹→水洗→表調(diào)→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(jìn)劑2g/L溫度45-50℃時(shí)間10分鐘取出樣片清洗二次自然干燥試片標(biāo)號(hào)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(jìn)劑3g/L溫度45-50℃時(shí)間10分鐘取出試片清洗自然干燥試片標(biāo)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(fā)生乳化除油靠表面活性劑的潤濕擴(kuò)散滲透乳化作用降低油膜的表面張力與此同時(shí)滲透于油膜下的磷化液與銹作用同時(shí)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(jié)成膜高酸度浸蝕溶解鋼上的銹和氧化皮同時(shí)生成磷酸二氫鐵當(dāng)油銹除凈后取出零件暴露于空氣中不經(jīng)水洗溶液的磷酸與鐵基繼續(xù)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(qiáng)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(gòu)成的磷化膜更加致密組合更加優(yōu)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(shí)結(jié)合力和耐磨性也得到了明顯的改善這對(duì)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(yīng)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(duì)人體皮膚無嚴(yán)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(shí)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(shí)磷化液是對(duì)流過濾流動(dòng)動(dòng)態(tài)狀況所以必須選擇低泡型的乳化劑這一點(diǎn)很重要以往四合一磷化工藝不能很好進(jìn)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(gòu)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(guān)鍵材料要獲得耐腐蝕穩(wěn)定性好的磷化膜必須選擇好的磷化膜構(gòu)成元素并且有效發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)使其形成優(yōu)質(zhì)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(chǎn)中推廣應(yīng)用主要是磷化膜不能達(dá)到涂裝磷化膜的耐腐蝕要求

2.3.磷化膜耐蝕性的檢測(cè)和評(píng)價(jià)

磷化膜耐蝕性按不同磷化方法經(jīng)浸漬處理得樣片作試片根據(jù)室內(nèi)掛片觀察開始出現(xiàn)銹點(diǎn)的天數(shù)長短和耐硫酸銅溶液點(diǎn)蝕出現(xiàn)紅色時(shí)間秒數(shù)的長短進(jìn)行比較如表

磷化體系室內(nèi)掛片觀察天耐CuSO4溶液點(diǎn)蝕時(shí)間秒

四3820

鋅4020

鈣4121

經(jīng)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(jié)合力根據(jù)筆者多年來對(duì)于其它鍍膜層研究的試驗(yàn)由稀土元素構(gòu)成的鍍膜層和下道工序的結(jié)合力都是很協(xié)調(diào)和優(yōu)良的從實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用情況也是十分良好所以設(shè)作檢測(cè)試驗(yàn)｜

2.4."四合一"磷化劑實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)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(shí)加溫至50-65℃對(duì)于輕油輕銹的工件時(shí)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(yù)先用堿性處理掉由于工件除油除銹磷化在同一槽中進(jìn)行工件磷化好后又不經(jīng)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(diǎn)因此須用棉紗布輕輕擦去粘污物在實(shí)際生產(chǎn)中為了使磷化工作液始終保持在比較清潔的狀態(tài)在磷化槽外加裝一臺(tái)自動(dòng)過濾機(jī)將磷化液中的油污物連續(xù)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(shí)由于磷化液的回流作用使其保持在動(dòng)態(tài)狀況下有利于納米材料處于懸浮狀態(tài)不沉淀由于納米材料顆粒極其細(xì)不會(huì)被過濾掉以利于納米材料顆粒充分發(fā)揮吸附作用同時(shí)還有助于油銹從工件表面剝離去除實(shí)為一舉三得定時(shí)清洗過濾機(jī)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(nèi)并用φ6-8mm塑料導(dǎo)管將濃縮液源源不斷導(dǎo)入磷化槽使磷化工作液不斷得到有效補(bǔ)充避免造成磷化材料加料時(shí)過多用到后來過少的現(xiàn)象產(chǎn)生流量的控制可視實(shí)際生產(chǎn)情況憑經(jīng)驗(yàn)控制或加裝流量計(jì)控制

以上二項(xiàng)配套設(shè)施的應(yīng)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(wěn)定純凈的良好狀態(tài)這樣十分有利于優(yōu)良磷化膜的形成同時(shí)也減少了磷化材料的帶出損耗和浪費(fèi)此舉措經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用對(duì)四合一磷化工藝的有效實(shí)施是非常有利的是本工藝關(guān)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(fù)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(shí)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(chǎn)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(tái)過濾機(jī)2000多元對(duì)整個(gè)生產(chǎn)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(fèi)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(fèi)和多次水洗的水費(fèi)和廢水的處理費(fèi)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(guī)磷化工藝的綜合成本大約節(jié)約60%-70%

3.結(jié)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(shí)間10-15分鐘磷化后工件不用水洗自然干燥后進(jìn)行刷噴電泳漆塑磷化膜耐蝕性經(jīng)檢測(cè)和常規(guī)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(qiáng)大量節(jié)約用水減少廢水四溢對(duì)環(huán)境的污染和廢水處理成本和常規(guī)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(duì)大型帶重銹的鋼鐵工件基體進(jìn)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(yōu)于無磷化膜層的油漆層工藝簡單操作方便對(duì)操作工無氣味無灰塵無嚴(yán)重腐蝕皮膚的危害

⑶"四合一"磷化工藝早就有相關(guān)資料記載都認(rèn)為這是具有很多優(yōu)點(diǎn)和好處的工藝技術(shù)但是至今從來沒有形成商品化在生產(chǎn)中應(yīng)用其主要原因是其磷化膜的而腐蝕性和常規(guī)磷化工藝鋅系鋅鈣鋅錳系相比相差甚遠(yuǎn)達(dá)不到涂裝產(chǎn)品對(duì)耐蝕性的要求隨著科技的發(fā)展優(yōu)異性能的科技材料特別是納米材料和稀土材料的應(yīng)用加上磷化工藝環(huán)節(jié)上的合理而有效的改進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)磷化工藝技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化改善和創(chuàng)新四合一磷化技術(shù)是很有研究和推廣應(yīng)用價(jià)值的

參考文獻(xiàn)

張?jiān)收\胡如南向榮《電鍍手冊(cè)》第3版[M]北京國防工業(yè)出版社2007622頁