磷化处理对涂敷工艺的影响
摘要
本文主要介绍了马口铁片经锌系磷化前,中,后期的磷化过程以及锌系磷化与其他种类磷化的对比。铁片经磷化处理后的各项性能与未经处理的铁片进行性能实验对比，得出马口铁片前处理的必要性。
目录
第一章引言 -3-
1.1磷化膜主要有以下三个优点： -3-
1.2常见的磷化方法有锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系五大类。 -3-
1.2.2锌钙系 -3-
1.2.3锰系磷化优点： -4-
1.2.4锌锰系磷化处理优点: -4-
1.2.5常温铁系磷化优点:铁3Fe+2O2=Fe3O4；②Fe、O2、H2O等共同作用[1]。
1.1磷化膜主要有以下三个优点：
提高耐蚀性
提高基体与涂层间或其他有机精饰层间的附着力
提供清洁表面
常见的磷化方法和优缺点如下：
1.2常见的磷化方法有锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系五大类。
1.2.1锌系磷化优点：防锈处理,其结构以针状,片状或雪花状为主,结构一般比较疏松,所以一般涂装前处理应用比较多,其防锈效果相对于锰系磷化有较大的差距.一般锌系磷化用于涂装前处理,防锈,冷挤压拉拔.
2高温蒸发造成液位降低时,要补加清水和磷化液,最大限度保持药液的稳定,最好采用连续滴加补水的方法保持液位稳定.
1.2.4锌锰系磷化处理优点:
1、是一种先进的常温型锌猛镍多元磷化处理,是金属涂装前处理的理想选择。广泛用于汽车、铁路、电动车、自行车制造,机械制造,钢门钢窗、仪器仪表外壳,高低压电器设备,箱柜壳体及其它钢结构工件进行喷涂、烤漆、喷塑、防锈、电泳浸漆等涂装前的磷化处理。?
2、形成的磷化膜结晶致密、均匀。膜层质量好,外观呈灰色,磷化膜表面无挂灰、返白现象。?
3、因为锰盐的存在,具有耐腐蚀性能较好的特点,因此本品形成的磷化膜与基体附着力强,耐腐蚀性和耐冲击性能显著。?
4、常温使用,磷化时间短,沉渣少,使用性能稳定,操作简便。
5、成膜速度快,用量少,处理面积大,成本低,可反复调整使用。
6、常温型锌锰镍多元磷化是金属前处理行业的发展趋势。
7、本品无腐蚀,不燃、不爆、便于使用,运输和储存。
8、节省能源。
因无需加热,消耗少,调整不频繁。
缺点
??1、经常需要监视磷化液。??2、需要掌握磷化液的技术指标，掌握工作流体的调节的方法。
??3、应用槽体较多。（7-9个槽体）
1、又称彩色磷化,适用于对涂装质量要求不高或受客户生产条件限制的厂家(槽体要求较少)。
2、在使用过程中不需经常调整,不含亚硝酸盐,不需经常检测化验等,操作使用简便。
3、本品形成的磷化膜属磷酸铁系磷化膜,外观为蓝色伴有彩色,磷化膜薄而致密,表面无挂灰、留痕、返白等现象的产生,膜层本身无脆性。
4、应用槽体较少。(4-6个槽体)
5、本产品用量少,成本低,消耗少,处理面积大。
6、本品无腐蚀,不燃、不爆、便于使用,运输和储存。
常温铁系磷化缺点:
1、是简易磷化,膜层属钝化膜。
2、膜的外观颜色不稳定,呈多彩系列。
3、膜薄,吸附性、耐蚀性较弱。
4、工作液难调整,一旦疲劳只能废槽重新配槽。
涂装前的磷化是金属涂装前处理中的一个不可缺少的主要工序，也是涂装前处理质量的关键[]。一般可认为，磷化膜的形成包括电离、水解、氧化、结晶等至少四步反应过程。磷化开始前，磷化工作液中存在游离磷酸的三级电离平衡以及可溶性重金属磷酸盐的水解平衡：
H3PO4H2PO4-+H+K1=7.5×10-3
H2PO-4=HPO42-+H+K2=6.3×10-8
HPO2-4=PO4+H+K3=4.4×10-13
Me(H2PO4)2=MeHPO4+H3PO4
3MeHPO4=Me3(PO4)2+H3PO4
其中Me包括Zn2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+等重金属离子。磷化之前上述电离与水解处于一种动态平衡状态，当被磷化金属(例如钢铁)投入磷化液后，随即发生被处理金属表面的阳极氧化过程：
Fe+2H3PO4Fe(H2PO4)2+H2↑
2Fe+2H2PO-4=2FeHPO4+H2↑
由于金属表面氧化过程的产生，从而破坏了磷化液的电离与水解平衡，随着磷化的不断进行，游离H3PO4的不断消耗，促进了原电离反应和水解反应的进行，Fe2+、HPO4-及PO34-浓度不断增大，当磷化反应进行到FeHPO4、MeHPO4、及Me3(PO4)2、Me2Fe(PO4)2或(Me，Fe)5H2(PO4)4等物质浓度分别达到其各自的溶度积时，这些难溶的磷酸盐便在被处理金属表面活性点上形成晶核，并以晶核为中心不断向表面延伸增长而形成晶体；晶体不断经过结晶-溶解-再结晶的过程，直至在被处理表面形成连续均匀的磷化膜[]。 厂家 规格型号 锌系磷化液 Na3PO4 分析纯 NaOH 分析纯 Na2SiO4 分析纯 HCI 分析纯 ZnO 分析纯 HNO3 分析纯 H3PO4 分析纯 去离子水 2.3实验设备
表2实验设备
设备名称 厂家 规格型号 冲击试验仪 上海普申
CJQ－Ⅱ 铁片 胶带 得力 铅笔 上海中华
6B,5B,4B.3B.2B.B.HB.H.2H.3H.4H.5H.6H 空气压缩机 昌盛机械 ZV-3.0/10 烘箱 爱特尔 101-00A 烧杯 环球 100,500.1000ML 高压静电喷枪
弘大喷涂机电 860喷塑枪
铅笔硬度计 上海现代环境 PPH-I
漆膜划格仪 莱试 QFH 反射率测定仪 天津精科
C84-III
2.4工艺流程
工件除油水洗酸洗水洗中和
表调磷化烘干涂装性能检测
表面调整采用胶体钛系表调剂。磷化温度为30~50℃，浸泡3~4min，喷淋1~2min。
2.5工艺参数
表2工艺参数
工艺名称 除油 除锈 磷化 涂装 烘干
工艺条件
NaOH:20~30(g/l)
Na3PO4:30~50(g/l)
Na2SiO4:3~5(g/l)
T=80~90℃
t=10~20min
HCI:15%~20%
OP:0.1~0.5
T=常温
t=2~10min ZnO:23~30(g/l)
HNO3(ml):34~42
H3PO4:14~20(ml)
总酸度:60~80
游离度:5~7.5
T=60~70℃
t=10~15min
压力=0.3MPa
电压=80Kv
T=室温
t=30s
T=80~100℃
t=5min 第三者性能检测
3.1涂膜性能检测项目及其标准
检测项目 检测标准 涂膜外观 日光下肉眼观察，与标准样板对比 光泽 GB/T1743-79(89)漆膜光泽测定法 颜色 GB/T9761-88色漆和清漆的目视比色 硬度 GB/T6739-86涂膜硬度铅笔测定法 冲击强度 GB/T1732-79(88)漆膜耐冲击测定方法 柔韧性 GB/T1731-93漆膜柔韧性测定法 附着力 GB/T9286-88色漆和清漆漆膜的划格试验 厚度 GB/T13452.2-2008漆膜厚度的测定 第四章结果与分析
4.1磷化图500倍，下图显示了片经磷化后的表面形貌，可以看到，在片的表面形成一层粗糙疏松的FeHPO4膜，磷化膜的存在有助于与表面涂层的结合。图磷化表面形貌
图磷化后表面形貌10000g，由于所要用重锤质量是固定的，所以检验结果是以cm表示。试验后可采用4倍发大镜观察有无裂纹和破损。
表3冲击强度的涂膜测试结果
样品 单位 次数 平均 结果 1 2 3 未处理 Kg·m 40cm40cm40cm 40cm 40cm 已处理 Kg·m 50+cm50+cm50+cm 50+cm 50+cm 4.3磷化对柔韧性的影响
对与柔韧性的测定，我们可以用手工弯曲的方法来检测，作180°弯曲，检查漆膜是否开裂，然后按产品标准要求用正常视力。若涂膜开裂或从底板上剥离，再在一块新的样板，作弯曲度小于前一个试样的试验，重复操作，证明这个结果，记录最先使涂膜开裂或剥离的轴径。
表4柔韧性的涂膜测试结果
样品 单位 次数 平均 结果 1 2 3 未处理 (°) 150°120°160° 143° 143° 已处理 (°) 180°180°180° 180° 180° 4.4磷化对附着力的影响
本试验是在60~120s内拿往胶带没有粘着的一端，并将其翻转到尽可能接近180°角的位置上，迅速地（不要猛然一拉）将胶带撕下，观察划格处漆膜情况。下面的实验结果数据是根据《GB/T9286-88色漆和清漆漆膜的划格试验》规定的评判标准分级，0级最好，5级最差。所以本组漆膜的附着力是最好的。
表5附着力的涂膜测试结果
样品 单位 次数 平均 结果 1 2 3 未处理 （ISO等级） 4级4级4级 4级 4级 已处理 （ISO等级） 3级3级3级 3级 3级 4.5磷化对硬度的影响
本试验采用划痕硬度测定，常用的是铅笔硬度。将未满二道的铅笔硬度标号作为涂膜的铅笔硬度。
表6硬度的涂膜测试结果
样品 单位 次数 平均 结果 1 2 3 未处理 6B-6H 3H3H3H 3H 3H 已处理 6B-6H 4H4H4H 4H 4H 4.6磷化对厚度的影响
测定漆膜的厚度有各种方法和仪器，而本试验是对金属漆膜的测定，会出现平整、粗糙、平面、曲面等表面状况和漆膜的各种状态。
表7厚度的涂膜测试结果
样品 单位 次数 平均 结果 1 2 3 未处理 μm 119122119 120 120 已处理 μm 495063 54 54 4.7磷化对光泽的影响
光线照射在平滑的表面上，一部分反射，一部分透入内部产生折射。漆膜表面反射光的强弱，不但取决于漆膜表面的平整度和粗糙度，还与漆膜表面对投射光的反射量多少有关。而且在同一个漆膜表面上，以不同入射角投射的光，会出现不同的反射强度。所以，需要先固定光的入射角，然后才能测量漆膜的光泽，所以本实验是按《GB-T1743-79（89）1 2 3 未处理 (°) 1.91.81.9 1.87 1.87 已处理 (°) 1.72.01.8 1.83 1.83
第五章结论
锌系磷化有优异的成膜性能和耐蚀性，是涂装的首选处理方法。
磷化膜的结晶细致均匀，膜色为灰色，磷化膜的挂灰甚少。
磷化后处理后的磷化膜厚度显著比未处理铁片的厚度薄，并且在硬度方面优于未处理铁片。
在冲击强度方面，处理后的铁片漆膜在冲击试验仪测试下的结果明显大于未处理的铁片，说明磷化后的铁片冲击强度性能有较大提升。
在本次试验中，对比附着力与柔韧性方面说明，磷化膜具有良好的耐变形，附着强度高，与铁片有良好的结合能力，是涂膜的良好底层，特别适合于作为涂装后尚需进行在成型加工件的底层。
致谢
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