磷化液除渣处理用什么办法最简单有效呢
加装板框压滤机,可在生产中连续过滤,设备简单、可靠性高。定期倒槽清理磷化渣也是可以的,一周一次。
一般是打捞,再不就是换个磷化设备,易于过滤沉淀,换槽液更新。
过滤处理
如何控制磷化液中的亚铁离子含量
PH试纸
1、磷化液的构成
磷化是金属与稀磷酸或酸性磷酸盐反应而形成磷酸盐保护膜的过程。磷化液的主要成分是磷酸二氢盐,如Zn(H2PO4)2以及适量的游离磷酸和加速剂等。加速剂主要起降低磷化温度和加快磷化速度的作用。作为化学加速剂用得最多的氧化剂如NO3-、NO2-、CIO3-、H2O2等。
2、磷化的基本原理
原则上说,当金属工件一旦浸入加热的稀磷酸溶液中,就会生成一层膜。但由于这种膜的保护性差,所以通常的磷化在含有Zn、Mn等酸性溶液中进行。
以铁为例,当金属表面与酸性磷化液(以锌为例)接触时,发生如下反应:
首先,钢铁表面被溶解
Fe+2H+→Fe2+ +H2
从而使金属与溶液界面的酸度降低,金属表面的磷酸二氢锌向不溶的磷酸锌转化,并沉积到金属表面形成磷化膜,其反应为:
Zn(H2PO4)2→+ZnHPO4+ H3PO4
3Zn(H2PO4)2→+Zn3(PO4)2+4H3PO4
同时基体金属也可直接与酸性磷酸二氢锌反应
Fe+ Zn(H2PO4)2→+ZnHPO4+FeHPO4+H2
Fe+ Zn(H2PO4)2→+ZnFe(HPO4)2+H2
事实上,磷化膜是含有四个分子结晶水的磷酸叔盐。最终过程可以写成
5Zn(H2PO4)2+Fe(H2PO4)2+8H2O→Zn3(PO4)2・4H2O+ Zn2Fe(PO4)2・4H2O+8H3PO4
3、磷化液中存在的动力学平衡
磷化液的基本平衡方程式
3M(H2PO4)2 M3(PO4)2+4H3PO4
此方程的平衡常数
K=[M3(PO4)2][ H3PO4]4
[M(H2PO4)2]3
M代表Zn、Mn等
由上述议程式可以看出,常数K值越大,磷酸盐沉积的比率越大。而K值随一代和三代金属盐的金属的性质,溶液的温度,PH值及总浓度有关。所以影响磷化液性能的至少有PH值、游离酸度、总酸度、温度和金属性质。
4、磷化液中的各组成的作用及影响
4.1pH值的影响
成膜金属离子浓度越低,所要求的溶液的pH值越大,反之,随着成膜离子浓度的提高,可适当降低溶液的pH值。
4.2游离酸度的影响
游离酸度指磷化液中游离磷酸的含量。酸度太低,不利于金属基体的溶解,因此也就不能成膜。但如果酸度太高,则大大提高了磷化膜的溶解速度,也不利于成膜,甚至根本不会上膜。
4.3总酸度的影响
总酸度主要指磷酸盐、硝酸盐和游离酸的总和,反映磷化内动力的大小。总酸度高,磷化动力大,速度快,结晶细。如果总酸度过高,则产生的沉渣多和粉末附着物多;如果过低,则磷化慢,结晶粗。
4.4酸比值γ的影响
酸比值是磷化必须控制的重要参数。它是总酸和游离酸的比值,以及表示总酸和游离酸的相互关系。酸比小,则意味着游离酸太高,反之,则意味着游离酸低。随温度升高,酸比值变小;随温度降低而增大。一般常温下控制在20―25:1。
4.5加速剂的影响
4.5.1氧化性加速剂
氧化性加速剂有两个十分重要的作用。1)限制甚至停止氢气的释出。这个作用限于金属/溶液界面处,决定磷化膜沉积的速度,是磷化液具有良好性能所必须的。2)使溶液中某些元素,特别是还原性化合物发生化学转化,如把二价铁离子氧化成三价铁,生成不溶性磷酸铁沉渣,从而控制磷化液中亚铁的含量。此外,还可以迅速氧化初生态氢,可大大减少金属发生氢脆的危险。
4.5.1.1硝酸盐的影响
硝酸盐是常用的氧化剂,可直接加入到磷化液中。NO3-/PO43-比值越高,磷化膜形成越快。但过高会导致膜泛黄。单一使用NO3-会使磷化膜结晶粗大。
4.5.1.2亚硝酸盐的影响
亚硝酸盐是常用的促进剂,常与NO3-配合的使用,以亚硝酸钠的形式加入到磷化液中。但亚硝酸盐不稳定,易分解,用亚硝酸盐做促进剂的磷化液都采用双包装,使用时定量混合,并定期补加。含量少,促进作用弱;含量过高,则沉渣过多,且形成的膜粗厚,易泛黄。一般含量在0.7-1克/升。
4.5.2金属离子促进剂的影响
磷化剂中添加金属盐(一般灵硝酸盐),如Cu2+、Ni2+、Mn2+等电位较正的金属盐,有利于晶核的形成和晶粒细化,加速常温磷化的进程。
4.5.2.1铜离子影响
极少量的铜盐会大幅度提高磷化速度。工作液中含Cu2+在0.002-0.004%时,使磷化速度提高6倍以上。但铜离子的添加量一定要适度,否则铜膜会代替磷化膜,其性能下降。
4.5.2.2镍离子的影响
Ni2+是最有效、最常用的磷化促进剂。它不仅能加速磷化,细化结晶,而且能提高膜的耐腐蚀性能。Ni2+含量不能过低,否则膜层薄;与铜盐不同的是,大量添加镍盐时,并无不良影响,但会增加成本。一般控制Ni2+含量在1.0-5.0克/升。
5、磷化液配方设计实例
如设计总酸度为40点,NO3:PO4为1:1的磷化剂时,其过程如下:
5.1物料的计算
5.1.1磷化液中酸浓度的计算
0.1×40=C(磷化液中酸浓度)×10
C(磷化液中酸浓度)=0.1×40/10=0.4(mol/l)
5.1.2磷酸和硝酸浓度的计算
3C1(磷酸浓度)+C2(硝酸浓度)=0.4(mol/l)
而NO3:PO4为1:1
所以C1(磷酸浓度)=0.1(mol/l)C2(硝酸浓度)=0.1(mol/l)
5.1.3氧化锌的计算
ZnO+2H3PO4= Zn(H2PO4)2+ H2O
1 2
C1(zno):0.1=1:2
所以C1(zno)=0.05(mol/l)
ZnO+2HNO3= Zn(NO3)2+H2O
1 2
C2(zno):0.1=1:2
所以C2(zno)=0.05(mol/l)
C(zno)= C1+ C2=0.05+0.05=0.1(mol/l)
由上述计算可以知道,要配制NO3:PO4为1:1,总酸度为40点的磷化溶液时,需要HNO3 0.1(mol/l) H3PO4 0.1(mol/l)ZnO 0.1(mol/l)
5.2浓缩液的配制
5.2.1按上述的计算物料和所要求的浓缩倍数及磷化液的配制量,计算HNO3 H3PO4 ZnO的用量,并根据实际使用物质的浓度换算成其质量和体积。
5.2.2将氧化锌用水调成糊状,并在不断的搅拌中依次加入H3PO4、HNO3,并控制反应温度在50-60℃。
5.2.3加入各种复配成分(促进剂:Cu(NO3)2Ni(NO3)2;降渣络合剂:柠檬酸)
5.2.4为保持配制好的磷化液不出现析渣,加入适度过量的磷酸。
5.2.5将配制好的磷化液过滤。
5.3磷化液的使用
5.3.1按照适当的倍数将浓缩液稀释至使用条件。
5.3.2按照使用条件及工件状况,调整工艺参数至最佳范围。
6、结论
综上所述,配制磷化液应遵守的原则如下:
6.1溶液中金属离子(主要指锌、锰离子)含量越高,溶液所要求PH值越底;金属离子含量越低,溶液所要求PH值越高。
6.2喷淋磷化比浸淋磷化可以有更低的温度、浓度、更小的酸比值和更短的时间。
6.3喷淋磷化比浸淋磷要求更低的总酸,高的游离酸,低的促进剂。
6.4磷化液中,磷酸根过量越多,锌沉积越完全。所以要尽可能增加磷酸含量。
亚铁离子容易被空气中的氧气氧化,所以都是现用现配,配制过程要隔绝空气,可以将所用蒸馏水加热煮沸。
钢铁磷化处理
、概 述
钢铁零件含锰、铁锌、钙磷酸盐溶液进行化处理使其表面层难溶于水磷酸盐保护膜叫做磷化处理(或称磷酸盐处理)
二、磷化膜外观及组
1、 外观:由于基体材料及磷化工艺同由深灰黑灰色特殊工艺实现
纯黑色、红色及彩色
2、组:磷酸盐[Me3(PO4)2]或磷酸氢盐(MeHPO4)晶体组
三、特 点
1、 气条件稳定与钢铁氧化处理相比其耐腐蚀性较高约高2-10倍
再进行重铬酸盐填充浸油或涂漆处理能进步提高其耐腐蚀性
2、具微孔隙结构油类、漆类良吸附能力
3、熔融金属附着力
4、磷化膜教高电绝缘性能
5、厚度般10-20μm磷化膜形程相应伴随着铁进行溶解
所尺寸改变较
四、用 途
1、防腐
2、 涂装底层润滑性再冷变形加工工艺能氧化摩擦减少加工裂纹表
面拉伤
3、要用防止粘附低熔点熔融金属
4、变压器、电机转、定及其电磁装置硅钢片均用磷化处理原金
属机械性能、强度、磁性等基本变
五、 结
所需用设备简单操作便本低产效率高保护膜少优点汽车、船舶、机器制造及航空工业都广泛应用
六、磷 化 种 类
用于产磷化处理:高温、温、低温磷化处理四合磷化处理及黑色磷化处理等
1、 高温磷化处理:90-98℃温度进行溶液游离酸度于总酸度比值
1∶6-9处理间15-20钟
特点:耐腐蚀性、结合力、硬度耐热性都比较高速度快磷化膜粗细均
匀溶液加热间挥发量变化快磷化膜易夹杂沉淀沉淀物
难清理
2、 温磷化处理:60-70℃温度进行溶液游离酸度与总酸度比值1∶(10-15)处理间7-15钟
特点:溶液稳定磷化速度快产效率高容易复杂难配制
3、 温磷化处理:室温进行溶液游离酸度与总酸度比值1∶(20-30)处理间10-15钟
特点:需加热消耗少、本低、稳定、耐腐蚀性差、结合力低、耐热性
低
七、各 种 素 影 响
1、 总酸度游离酸度影响:
1) 总酸度:提高总酸能加速磷化反应使膜层薄细致高使膜层
薄低磷化速度缓慢膜层厚粗糙
2) 游离酸度:高使磷化反应间延磷化膜晶粒粗孔耐腐蚀性降
低亚铁离含量容易升溶液沉淀容易增低磷化膜薄甚至
没磷化膜
3) 酸度调整:
游离度底加入磷酸锰铁盐磷酸二氢锌约5-6g/升升高1点
同总酸升高5点左右高用ZnO、ZnCO3、MnCO3或Zn(OH)20.5-1g/
升降低1点加入游离酸没显著降表明溶液磷酸锌盐
含量较高应加水冲淡调整溶液
总酸低加入硝酸锌20-22g/升或硝酸锰约40-45g/升
升高10点高用水稀释降低
2、 Zn+2离:加快磷化速度使磷化膜致密结晶闪硕光低磷化膜
疏松发暗高(特别Fe+2P2O3较高)晶粒粗排列紊乱脆
弱且其白灰较
3、 Mn+2离:提高磷化膜硬度附着力耐腐蚀性颜色加深结晶
均匀高膜易
4、 Fe+2离:高温磷化Fe+2稳定易氧化Fe+3离转变磷
酸铁沉淀导致磷化液浑浊游离酸升高温磷化溶液保持
定数量Fe+2能提高磷化层度机械强度防护能力工作范
围比较宽Fe+2易氧化Fe+3离沉淀转变磷酸高铁
溶液呈乳白色结晶几乎能质量十低劣磷化液含少量
(0.01-0.03g/L)氧化氢Fe+2即相稳定溶液少量
Fe(NO)+2络离呈棕绿色稳定Fe(NO)+2条件:
1)溶液温度超70℃
较高硝酸根含量锰含量亚铁离高温磷化膜晶粒粗表面
白色浮灰防护能力降低耐热性所降低温磷化Fe+2(1-3.5g/L)
温0.5-2g/L
2)亚铁离用双氧水除每降低1g约需30%H2O21mlZnO0.5g
5、 P2O5: 能加速磷化速度使膜疏密晶粒闪烁发光低膜致密性耐腐
蚀性均差甚至磷化高膜结晶排列絮乱附着力降低表面灰
白较
6、 NO3根离:硝酸根加快磷化速度提高磷化膜致密性并且降低
磷化槽温度条件进行处理适条件硝酸根与钢铁作用少量
NO,促使亚铁离稳定含量高高温磷化膜变薄使温磷化溶液亚
铁离聚积使温磷化膜易现黄色锈迹
7、 F离:种效化剂加速磷化速度使晶粒致密耐腐蚀性增强
温磷化零件表面易现白色浮灰温寿命缩短
8、 NO2根离:稳溶液加快磷化速度减少膜孔隙使结晶细致提高
膜耐腐蚀性含量膜表面容易现白点
9、 温度影响:温度高加快磷化速度提高附着力硬度、耐腐蚀性高
温Fe易氧化Fe沉淀溶液够稳定
10、零件材料表面状态影响
高、碳钢低合金钢较容易磷化磷化膜黑厚实具磷化膜结
晶粒粗倾向低碳钢零件膜颜色较浅结晶致密磷化前进行
适浸蚀显著提高磷化膜质量冷加工零件表面硬化层磷
化前应进行强度浸蚀化零件表面否则磷化膜薄均匀耐蚀性较
低
磷化零件浸蚀进行皂化处理或钛盐处理提高磷化膜致密
性耐蚀性
皂化处理工艺规范:
肥皂:10-30g/L
Na2CO3:15-30g/L
温度:50-60℃
间:2-5钟
11、SO4 根离:使磷化程延膜孔易锈≤0.5g/升高SO4用硝酸钡
沉淀1gSO4须用2.72gBaNO3钡盐宜量否则磷化结晶粗反
映
12、间延且零件表面白灰较
13、CL-1:危害性与SO4相似≤0.5g/L用硝酸银沉淀用铁屑或铁
板置换残条银离
14、Cu+2:浸蚀或磷化溶液含铜离膜表面发红抗蚀能力降低Cu+2
用铁屑置换除
八、见故障原析
1、磷化膜结晶粗糙孔:
原:1)游离酸高
2)硝酸根足
3)零件表面残酸加强及清洗
4)Fe+2高用双氧水调整
5)零件表面腐蚀控制酸洗浓度间
2、膜层薄明显结晶:
原:1)总酸度高加水稀释或加磷酸盐调整酸比值
2)零件表面硬化层用强酸腐蚀或喷砂处理
3)亚铁含量低补充磷酸二氢铁
4)温度低
3、磷化膜耐腐蚀性差锈
原:1)磷化晶粒粗或细调整游离酸总酸度比值
2)游离酸含量高
3)金属腐蚀
4)溶液磷酸盐含量足
5)零件表面残酸
6)金属表面锈没尽
影响:
1.游离酸度超过l0点以上,磷化膜粗糙多孔,溶液里的沉淀增多,亚铁离子数量易上升;
2.当游离酸度达到l2~18点时,会有不溶解的磷酸盐沉入槽底,造成浪费;
3.游离酸度过低,磷化膜薄,甚至没有磷化膜。
处理方法:
1.游离酸度与总酸度的比值应保持l g(10~15),最好保持l:(10~11)。
2.游离酸度最好保持在4点以上。
3.当游离酸度与总酸度的比值为l:5时(总酸度在40点,游离酸度在8点),中温磷化膜的质量不佳,零件表面生黄锈,耐腐蚀性能降低。