关于钢铁氧化处理和磷化处理的实验研究及应用
钢板磷化处理
钢板磷化处理
钢板磷化处理是一种常见的表面处理方法，用于提高钢板的耐腐蚀性能和涂层附着力。本文将介绍钢板磷化处理的原理、工艺和应用。
一、磷化处理的原理
钢板磷化处理是通过在钢板表面形成一层磷化物膜来改善钢板的性能。磷化物膜主要由磷酸盐和金属磷化物组成，具有良好的耐腐蚀性和涂层附着力。磷化处理的原理是在酸性磷酸盐溶液中，通过与钢板表面的金属离子反应，形成磷化物膜。
二、磷化处理的工艺
1. 表面准备：在进行磷化处理之前，需要对钢板表面进行清洗和除油处理，以确保磷化液能够充分接触到钢板表面。
2. 磷化液配制：根据不同的磷化要求，可以选择不同的磷化液配方。常用的磷化液包括酸性磷酸盐溶液和含有磷酸盐的有机溶液。
3. 磷化处理：将钢板浸泡在磷化液中，通过控制温度、浸泡时间和搅拌等条件，使磷酸盐与钢板表面的金属离子发生反应，形成磷化物膜。
4. 清洗和中和：磷化处理后，需要对钢板进行清洗和中和处理，以去除残留的磷酸盐和酸性物质，防止对后续工艺和涂层质量产生影响。
三、磷化处理的应用
1. 防腐蚀：磷化处理后的钢板表面形成的磷化物膜具有良好的耐腐蚀性能，可以有效地防止钢板被氧化、腐蚀和锈蚀。
2. 涂层附着力：磷化处理可以增加钢板表面的粗糙度，提高涂层与钢板的附着力，使涂层更加牢固耐用。
3. 摩擦减少：磷化处理后的钢板表面形成的磷化物膜具有一定的润滑性，可以减少钢板之间的摩擦，提高机械设备的工作效率。
4. 装饰效果：磷化处理可以改变钢板表面的颜色和光泽，使其具有更好的装饰效果，广泛应用于家具、建筑和汽车等领域。
实验六 钢铁的磷化处理
实验六 钢铁的磷化处理
1. 实验目的
(1) 掌握钢铁磷化的基本原理。
(2) 了解磷化处理溶液的配制方法及磷化处理的实验操作。 (3) 了解磷化处理的应用意义。 2. 实验原理
钢铁零件在含有锰、铁、锌的磷酸溶液中进行化学处理，其表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法叫磷化处理，亦成磷酸盐处理。
磷化膜的外观，由于试件材料不同及磷化处理的条件不同可由暗灰到黑灰色。磷化膜的主要成分有磷酸盐M(PO 4)2或磷酸氢盐（MHPO 4）的晶体组成。
磷化膜在通常大气条件下比较稳定，与钢的氧化处理相比，其耐蚀性较高，约高2~10倍。磷化处理之后，进行重铬酸盐填充，浸油涂漆处理，能进一步提高耐蚀性。
磷化处理有高温（90~98℃），中温（50~70℃）和常温（15~30℃）三种处理方法。常用的磷化方法有浸渍法和喷淋法。不管采用哪种方法进行磷化处理，其溶液都含有三种主要成分。
①H 3PO 4（游离态），以维持溶液pH 值。 ②M(H 2PO 4)2,M=Mn 、Zn 等。
③催化剂（即氧化剂）-
3NO 、-3ClO 、H 2O 2等。
钢铁类进行磷化处理时，大致有如下反应历程。 2.1锰、锌系磷酸盐膜化学反应机理
(1) Mn(H 2PO 4)2做磷化液的成膜机理
在97~99℃下加热1h ，在Mn(H 2PO 4)2溶液中发生如下的电离反应： Mn(H 2PO 4)2→MnHPO 4 ↓+H 3PO 4 (a)
在反应平衡后，溶液中存在一定数量的磷酸分子，不溶性的MnHPO 4及未电离的Mn(H 2PO 4)2分子。当把Fe 浸入此溶液之中，则发生以下化学反应；
钢铁磷化检测报告
钢铁磷化检测报告
1. 检测目的
本次检测旨在对钢铁材料的磷化层进行分析和评估，以确定其质量和性能是否
符合标准要求。
2. 检测方法和仪器
本次磷化检测使用了以下方法和仪器：
•厚度测量：使用X射线荧光光谱仪（XRF）测量磷化层的厚度。
•关键元素含量分析：使用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）检测磷化层中的磷含量。
•表面形貌观察：使用扫描电子显微镜（SEM）对磷化层的表面形貌进行观察。
3. 检测结果
3.1 磷化层厚度测量结果
通过X射线荧光光谱仪测量，得到了磷化层的厚度数据如下：
测量点厚度(μm)
1 10.5
2 11.2
3 10.8
平均值10.8
3.2 磷化层关键元素含量分析结果
使用ICP-OES分析仪器进行关键元素含量分析，得到了磷化层中磷的含量如下：
测量点磷含量 (%)
1 0.83
2 0.81
3 0.85
平均值0.83
3.3 表面形貌观察结果
通过扫描电子显微镜对磷化层的表面进行观察，发现磷化层表面光滑且均匀，
无明显的缺陷或凹凸。
4. 结果分析
根据磷化层厚度测量结果，可以确定磷化层的平均厚度为10.8μm。根据国家
标准要求，磷化层的最小厚度应为10μm，因此该磷化层的厚度符合标准要求。
通过磷化层关键元素含量分析结果可知，磷的含量平均为0.83%，也符合国家
标准对磷化层中磷含量的要求。
通过表面形貌观察结果可得知，磷化层表面光滑均匀，没有明显的缺陷或凹凸，符合质量要求。
综上所述，本次测试样品的磷化层质量和性能符合国家标准要求。
5. 结论
本次钢铁磷化检测的结果表明，磷化层的厚度、磷含量和表面形貌均符合国家
钢铁的磷化处理
钢铁的磷化处理
一、概述
钢铁零件在含有锰、铁锌、钙的磷酸盐溶液中，进行化学处理，使其表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法，叫做磷化处理（或称磷酸盐处理）。
二、磷化膜的外观及组成
1、外观：由于基体材料及磷化工艺的不同可由深灰到黑灰色，特殊工艺可实现
纯黑色、红色及彩色。
2、组成：磷酸盐[Me3(PO4)2]或磷酸氢盐(MeHPO4)晶体组成。
三、特点
1、大气条件下稳定，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，能进一步提高其耐腐蚀性。
2、具有微孔隙结构，对油类、漆类有良好的吸附能力。
3、对熔融金属无附着力。
4、磷化膜有教高的电绝缘性能。
5、厚度一般为10-20μm，因为磷化膜在形成过程中相应地伴随着铁进行溶解，
所以尺寸改变较小。
四、用途
1、防腐。
2、涂装底层，润滑性，再冷变形加工工艺中，能氧化摩擦，减少加工裂纹和表
面拉伤。
3、要用来防止粘附低熔点的熔融金属。
4、变压器、电机的转子、定子及其他电磁装置的硅钢片均用磷化处理，而原金
属的机械性能、强度、磁性等基本不变。
五、小结
所需用的设备简单，操作方便，成本低，生产效率高，保护膜又有不少优点，因此在汽车、船舶、机器制造及航空工业都得到广泛的应用。
六、磷化种类
用于生产的磷化处理方法有：高温、中温、低温的磷化处理，四合一磷化处理及黑色磷化处理等。
1、高温磷化处理：在90-98℃的温度下进行，溶液的游离酸度于总酸度的比值
为1∶6-9，处理时间为15-20分钟。
特点：耐腐蚀性、结合力、硬度和耐热性都比较高，速度快，磷化膜粗细均
钢铁的锌系磷化
钢铁的锌系磷化
介绍
钢铁的锌系磷化是一种常用的防腐涂层技术。通过在钢铁
表面形成一层锌系磷化膜，可以有效地提高钢铁的耐腐蚀性能。本文将介绍钢铁的锌系磷化的原理、应用场景以及制备方法。
原理
钢铁的锌系磷化是一种化学转化涂层技术，通过在钢铁表
面形成一层磷酸盐的膜，可以降低钢铁表面的电极电位，形成一种阴极保护的效果。同时，在磷化膜的表面还可形成一层锌层，进一步提高防腐性能。
钢铁的锌系磷化的防腐机理主要有以下几个方面：
1.阴极保护：磷酸盐膜具有一定的电阻性，可以降低
钢铁表面的电极电位，从而形成一种阴极保护的效果，延
缓钢铁表面的腐蚀速度。
2.锌层保护：在磷化膜的表面形成一层锌层，可以进
一步提高防腐性能。锌具有较高的阳极溶解电位，可以起
到防腐的作用。
3.磷酸盐膜的吸附能力：磷酸盐膜具有良好的吸附能
力，可以与钢铁表面的氧化铁发生反应，形成一个致密的磷酸盐膜。这种膜具有很好的附着力和耐腐蚀性能。
应用场景
钢铁的锌系磷化技术广泛应用于钢结构、汽车零部件、船舶、建筑材料等领域。主要用于提高钢铁材料的耐腐蚀性能，延长使用寿命。具体应用场景包括：
1.钢结构：钢结构在室内外环境下易受到腐蚀，通过
施加锌系磷化涂层可以有效延缓腐蚀速度，提高钢结构的耐久性。
2.汽车零部件：汽车零部件常暴露在潮湿、多灰尘的
环境中，易受到腐蚀影响。通过施加锌系磷化涂层可以提高零部件的耐腐蚀性能，延长使用寿命。
3.船舶：船舶在海洋环境中容易受到海水腐蚀。通过
施加锌系磷化涂层可以提高船舶的耐腐蚀性能，延长使用寿命。
4.建筑材料：建筑材料在室外环境下易受到大气环境
钢铁的磷化处理
钢铁的磷化处理
钢铁件在含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中经化学处理表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜，这种化学处理方法称为磷化。
磷化膜呈暗灰色或黑色，具有微孔结构，经填充、浸油或涂漆处理具有较好的抗腐蚀性。由于它具有良好的吸附能力和润滑性，磷化膜广泛用作涂料底层和零件冷墩、冷挤时的润滑层，减少表面的拉伤和裂纹。磷化膜还可作为矽钢片的电绝缘层，防止零件粘附低熔点的熔融金属，避免压铸零件与模具粘结。
低温磷化
配方1
组分g/L 组分g/L
xMn(H2PO4)2·yFe(H2PO4)240～65 ZnO 4～8
Zn(NO3)2·6H2O 50～100 游离酸度“点”3～4
NaF 3～4.5 总酸度“点”50～90
温度为20～30℃；时间为30～45min。
配方2
组分g/L 组分g/L
Zn(H2PO4)2·2H2O 50～70 游离酸度4～6
Zn(NO3)2·6H2O 80～100 总酸度75～95
NaNO20.2～1
温度为15～35℃；时间为20～40min。
中温磷化
配方1
组分g/L 组分g/L
xMn(H2PO4)2·yFe(H2PO4)230～40 Zn2+ 5.5～8
Zn(NO3)2·6H2O 1～2 Mn2+0.5～2
Mn(NO3)2·6H2O 80～100 总铁18～22
游离酸度4～7 P2O514～20
总酸度60～80 NO3-34～42
温度为55～70℃；时间为10～15min。
配方2
组分g/L 组分g/L
xMn(H2PO4)2·yFe(H2PO4)230～40 游离酸度5～8
Zn(NO3)2·6H2O 70～100 总酸度60～100
钢铁的磷化处理
一、钢铁的磷化处理
把金属放入含有锰、铁、锌的磷酸溶液中进行化学处理，使金属表面生成一层难溶于谁的磷酸保护膜的方法、叫做金属的磷酸盐处理、简称磷化。磷化膜层为微孔结构，与基体结合牢固，具有良好的吸附性、润滑性、耐蚀性、不粘附熔融金属（Sn、Al、Zn）性及较高的电绝缘性等。磷化膜主要用作涂料的底层、金属冷加工时的润滑层、金属表面保护层以及用做电机硅钢片得绝缘处理、亚模具的防粘处理等。磷化膜厚度一般为5~20微米。磷化处理所需设备简单，操作方便，成本低，生产效率高，被广泛应用于汽车、船舶、航空航天、机械制造及家电等工业生产中。
（1）磷化膜的形成机理
磷化处理是在含有锰、铁、锌的磷酸二氢盐与磷酸组成的溶液中进行的，金属的磷酸二氢盐可用通式M(H2PO4)2表示。在磷化过程中发生如下反应：
M(H2PO4)2→MHPO4↓+H3PO4
3MHPO4→M3(PO4)2↓+H3PO4
或者以离子反应方程式表示：
4M+3H2PO4→MHPO4+M3(PO4)+5H
当金属与溶液接触是，在金属、溶液界面液层中Me离子浓度的增高或氢离子浓度降低，都将促使以上反应在一定温度下向生成难溶磷酸盐的方向移动。由于铁在磷酸里溶解，氢离子被中和同时放出氢气：
Fe+2H=Fe+H2
反应生成的不溶于水的磷酸盐在金属表面沉积为磷酸盐保护膜，因为它们就是在反应处生成的，所以与集体表面结合的很牢固。
从电化学的观点看，磷化膜的形成可以认为是微电池作用的结果。在微电池的阴极上，发生氢离子的还原反应，有氢气析出：
2H+2e=H2
在微电池的阳极上铁被氧化微离子进入溶液，并与H2PO4发生反应。由于铁离子的数量不断增加，pH值逐渐升高，促使反应向右进行，最终生成不溶性的正磷酸盐晶核，并逐渐长大。下面的阳极反应：
钢铁磷化处理技术的发展和应用
谢谢观看
1、开发新型环保的磷化处理技术。针对现有磷化处理过程中存在的环境污 染问题，开发新型环保的磷化处理技术是未来的重要研究方向之一。例如，探索 更加环保的磷化剂、优化磷化工艺参数等。
2、提高磷化膜的综合性能。针对现有磷化膜耐高温性能较差的问题，未来 可以研究新型的磷化膜材料和制备方法，以提高其综合性能。例如，采用高分子 材料制备磷化膜、开发新型的磷化液配方等。
1、提高钢铁表面的耐腐蚀性。经过磷化处理的钢铁表面形成了一层致密的 磷化膜，可以有效地阻止腐蚀性物质的侵入，从而提高其耐腐蚀性。
2、提高钢铁表面的耐磨性。磷化处理后的钢铁表面形成了一层硬质耐磨层， 可以有效地提高其耐磨性，延长使用寿命。
3、提高钢铁表面的装饰性。磷化处理后的钢铁表面呈现出美丽的金属光泽， 可以用于各种装饰领域。
2、绿色环保
绿色环保是当前和未来磷化处理技术发展的重要方向。采用环保型磷化处理 工艺，减少对环境的污染和对人体健康的影响，同时开发绿色环保的磷化添加剂 和无污染的表面处理技术，是未来研究的重要方向。
3、智能化
智能化是当前和未来磷化处理技术的发展趋势。通过引入新型的传感器、自 动化设备和人工智能技术，实现对磷化处理过程的实时监控和智能控制，提高磷 化处理效果和产品质量的同时，降低生产成本和能源消耗。
4、家电行业：在家电行业中，钢铁是用于制造各种电器产品的主要材料。 通过磷化处理技术，可以提高其耐腐蚀性和装饰性，从而提高电器产品的质量和 可靠性。
实验19 钢铁的磷化处理
实验17 钢铁的磷化处理
一. 实验目的；
1.掌握钢铁磷化的基本原理。
2.了解磷化处理溶液的配制方法及磷化处理的实验操作。
2.了解磷化处理的应用意义。
二.实验原理：
钢铁零件在含有锰，铁，锌的磷酸溶液中，进行化学处理，其表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法叫磷化处理，亦称磷酸盐处理。
磷化膜的外观，由于试件材料不同及磷化处理的条件不同可由暗灰到黑灰色。磷化膜的主要成分由磷酸盐Me3（PO4）2或磷酸氢盐（MeHPO4）的晶体组成。
氧化膜在通常大气条件下较稳定，与钢的氧化处理相比，其耐蚀性较高，约高2 ～10倍。磷化处理之后，进行重铬酸盐填充，浸油涂漆处理，能进一步提高耐蚀性。
磷化处理有高温（90～98℃），中温（50～70℃）和常温（15～30℃）三种处理方法。常用的磷化方法有浸渍法和喷淋法。不管采用哪种方法进行磷化处理，其溶液都含有三种主要成分：
1.H3PO4（游离态），以维持溶液pH值。
2.Me（H2PO4）2，Me= Mn、Zn，等
3.催化剂（即氧化剂）NO3—，ClO3—，H2O2等。
钢铁进行磷化处理时，大致有如下反应历程：
锰、锌系磷酸盐膜化学反应机理
在97～99℃下加热1h，在Mn(H2PO4)2溶液中发生如下的电离反应：
Mn(H2PO4)2→MnHPO4↓＋H3PO4
在反应平衡后，溶液中存在一定数量的磷酸分子、不溶性的MnHPO4及未电离的Mn(H2PO4)2分子。当把Fe浸入此溶液之中，则发生以下化学反应：
H3PO4 + Fe = Fe(H2PO4)2+ H2
Fe(H2PO4)2 = FeHPO4 + H3PO4
钢铁磷化实验报告
钢铁的磷化
摘要：本文简要介绍钢铁磷化的原理与工艺，主要根据化学实验的结果，以及对成品的检测，阐述了这一机理，论证了磷化对钢铁表面的改性作用，得出了磷化对钢铁性能改进的重要性。 关键词：原理 工艺 除锈 磷化膜
引言 ：磷化处理工艺应用于工业己有90多年的历史，大致可以分为三个时期:奠定磷化技术基础时期、磷化技术迅速发展时期和广泛应用时期。
磷化膜用作钢铁的防腐蚀保护膜，最早的可靠记载是英国Charles Ross 于1869年获得的专利(B.P.No.3119)。从此，磷化处理工艺应用于工业生产。在近一个世纪的漫长岁月中，磷化处理技术积累了丰富的经验，有了许多重大的发现。磷化广泛应用于防蚀技术，金属冷变形加工工业。二战前后时期磷化处理技术重要改进主要有:低温磷化、各种控制磷化膜膜重的方法、连续钢带高速磷化。当前，磷化技术领域的研究方向主要是围绕提高质量、减少环境污染、节省 能源进行。
一、 磷化原理
工件（钢铁或铝、锌件）进入磷化液（某些酸式磷酸盐为主的溶液），在表面沉积形成一层不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程，称为磷化。也就是说，磷化处理是在锰、铁、锌的磷酸二氢盐与磷酸组成的溶液中进行的。金属的磷酸二氢盐可用通式242)(PO H M 表示。在磷化过程中发生如下反应：
434
242)(PO H MHPO
PO H M +↓→
432434
)(3PO H PO M MHPO
+→
或者以离子反应方程式表示：
+
-
+
+↓+↓→+H PO M MHPO
PO H M
5)(342434
422
当金属与溶液接触时，在金属/溶液界面液层中+
实验19 钢铁的磷化处理
实验17 钢铁的磷化处理
一. 实验目的；
1.掌握钢铁磷化的基本原理。
2.了解磷化处理溶液的配制方法及磷化处理的实验操作。
2.了解磷化处理的应用意义。
二.实验原理：
钢铁零件在含有锰，铁，锌的磷酸溶液中，进行化学处理，其表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法叫磷化处理，亦称磷酸盐处理。
磷化膜的外观，由于试件材料不同及磷化处理的条件不同可由暗灰到黑灰色。磷化膜的主要成分由磷酸盐Me3（PO4）2或磷酸氢盐（MeHPO4）的晶体组成。
氧化膜在通常大气条件下较稳定，与钢的氧化处理相比，其耐蚀性较高，约高2 ～10倍。磷化处理之后，进行重铬酸盐填充，浸油涂漆处理，能进一步提高耐蚀性。
磷化处理有高温（90～98℃），中温（50～70℃）和常温（15～30℃）三种处理方法。常用的磷化方法有浸渍法和喷淋法。不管采用哪种方法进行磷化处理，其溶液都含有三种主要成分：
1.H3PO4（游离态），以维持溶液pH值。
2.Me（H2PO4）2，Me= Mn、Zn，等
3.催化剂（即氧化剂）NO3—，ClO3—，H2O2等。
钢铁进行磷化处理时，大致有如下反应历程：
锰、锌系磷酸盐膜化学反应机理
在97～99℃下加热1h，在Mn(H2PO4)2溶液中发生如下的电离反应：
Mn(H2PO4)2→MnHPO4↓＋H3PO4
在反应平衡后，溶液中存在一定数量的磷酸分子、不溶性的MnHPO4及未电离的Mn(H2PO4)2分子。当把Fe浸入此溶液之中，则发生以下化学反应：
H3PO4 + Fe = Fe(H2PO4)2+ H2
Fe(H2PO4)2 = FeHPO4 + H3PO4
钢铁的氧化和磷化
硝酸 盐为氧化剂时，膜层色泽偏黑，略暗。
膜层色泽与钢铁的成分也有较大关系，含碳量低，较难成 黑色，反之容易成黑色。
碱性氧化的后处理 皂化处理： 肥皂 30－50
温度 85－90℃ 时间 3－5 钝化处理： 重铬酸钾 50－80 温度 80－90℃ 时间 3－5
3＋5＋2→322＋H2O＋3↑
亚铁酸钠盐在溶液中被氧化剂继续氧化,生成高铁酸钠盐：
622＋2＋5N2O → 322O4＋7＋3↑
有人认为，亚铁酸盐被氧化成高铁酸盐是通过形成一种铁 的亚硝基中间化合物()m，过渡完成的，氧化的速度受制于 ()m生成的速度，氧化剂含量高，则()m，的生成速度加快。 通常亚铁酸盐只能部份的被氧化成高铁酸盐。
磷化适用于处理钢铁件，也适用于处理锌、
(1) 磷化膜广泛wenku.baidu.com作油漆、电泳漆、粉末涂层及其他有机涂 层的底层。磷化能够大幅度提高金属表面上有机涂层的附 着力和耐腐蚀性。它是一种工艺稳定可靠、成本相对低廉、 操作简单的表面处理方法。汽车涂装，几乎100％都采用磷 化膜层作为底层。磷化膜之所以能够为涂层提供良好底层， 主要的原因在于：金属零件经过磷化处理以后，可以提供 一个清洁、均匀、无油脂、无锈蚀的表面；由于磷化膜的 多孔性结构，增加了零件的表面积，使涂层与磷化膜之间 产生了互相的渗透，从而增强了涂层在零件上的附着力； 磷化膜提供了一层稳定的不导电隔离层，一旦涂层破损， 它具有抑止涂层下金属继续腐蚀的作用，从而大大提高了 被保护金属的耐蚀性。
钢铁的氧化和磷化
高铁酸钠一方面会与亚铁酸钠反应生成磁性氧化铁，同时也 会通过水解生成三价铁的氧化物，通常称为红色氧化物：
Na2Fe2O4 + (m+1)H2O → Fe2O3mH2O + 2NaOH
生成的红色氧化物一般都沉于槽底。
2005 FH
电镀工艺学 11－68
8
由于在通常的条件下生成磁性氧化铁的反应速度慢于高 铁酸钠水解生成三氧化二铁红色氧化物的速度，因此生成 红色氧化物是不可避免的。如果高铁酸钠水解的反应控制 不当的话，红色氧化物就可能随磁性氧化铁一起沉积于零 件的表面上，一方面影响了磁性氧化铁膜层的致密性，另 一方面因很难从零件表面上将其擦掉，从而损坏了磁性氧 化铁膜层的外观，造成不合产品。
2005 FH
电镀工艺学 11－68
7
由于零件表面附近的溶液中既含有亚铁酸钠又含有高铁酸 钠，因此二者又通过下列化学反应，相互作用生成磁性氧化铁 (Fe3O4)。
Na2FeO2 + Na2Fe2O4+2H2O → Fe3O4 + 4NaOH
当溶液中的磁性氧化铁达到过饱和状态时，磁性氧化铁晶体 就开始在零件的表面上沉积出来并形成晶核，通过晶核的成长 形成了致密的磁性氧化铁膜层。
3Fe＋5NaOH＋NaNO2→3Na2FeO2＋H2O＋NH3↑
2005 FH
电镀工艺学 11－68
钢铁冶炼过程中氧化脱磷与固磷运用分析
钢铁冶炼过程中氧化脱磷与固磷运用分
析
摘要：在钢铁工业生产中，氧化脱磷与固磷效果对钢铁产品质量、能源消耗具有重要作用。现阶段钢铁冶炼多使用碱性较高的铁渣，不利于钢铁冶炼效率的提升。因此，本文从钢铁冶炼技术现状出发，通过以某钢厂为例，深入分析钢铁冶炼过程造渣控制与铁渣冶炼微相，旨在为降低钢铁冶炼能源消耗、提升钢铁质量提供参考依据。
关键词：钢铁冶炼；氧化脱磷；固磷
引言：钢铁行业在经济发展中占有重要位置，冶炼过程消耗能源也较多，为提高固磷效果，在铁渣中加入低浓度的氧化亚铁，同时其冶炼环境多处于氧化性高且碱性较高的环境中。消耗大量了大量的能源。因此需要采取控制枪位与供气量的方式，对氧化亚铁进行有效控制，进而提高钢铁冶炼的水平。
1钢铁冶炼技术现状
在经济不断发展的背景下，钢铁工业发展水平不断提高。在传统钢铁工业产业中多指在黑色金属矿中提炼、进行黑色金属冶炼加工的生产过程。整体生产过程主要由加工、提取构成。现阶段，钢铁工业作为重要支柱产业，在经济发展中具有重要意义。钢铁工业的发展离不来钢铁技术的进步，当前我国采用的钢铁技术来说，弊端较为突出。例如，资源浪费严重、能源消耗大等，进而造成一系列的污染问题。钢铁的应用较为广泛，在我国经济发展的各个方面，是社会进步的重要体现。以往的钢铁冶炼工艺多使用大渣量、碱性高且氧化性强的冶炼方式，从而提高脱磷率。但该种冶炼方式存在明显的问题，即冶炼过程所需要的能源消耗高、废气物、残渣等排放量加大，造成了严重的环境污染问题，为生态环境发展带来不利影响，同时与现阶段的工业生产要求不符。在不断的实践与研究，寻找到脱磷与固磷在钢铁冶炼中能够同时存在，利用提高炉渣的固磷率的方式，有
实验19 钢铁的磷化处理
实验17 钢铁的磷化处理
一. 实验目的；
1.掌握钢铁磷化的基本原理。
2.了解磷化处理溶液的配制方法及磷化处理的实验操作。
2.了解磷化处理的应用意义。
二.实验原理：
钢铁零件在含有锰，铁，锌的磷酸溶液中，进行化学处理，其表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法叫磷化处理，亦称磷酸盐处理。
磷化膜的外观，由于试件材料不同及磷化处理的条件不同可由暗灰到黑灰色。磷化膜的主要成分由磷酸盐Me3（PO4）2或磷酸氢盐（MeHPO4）的晶体组成。
氧化膜在通常大气条件下较稳定，与钢的氧化处理相比，其耐蚀性较高，约高2 ～10倍。磷化处理之后，进行重铬酸盐填充，浸油涂漆处理，能进一步提高耐蚀性。
磷化处理有高温（90～98℃），中温（50～70℃）和常温（15～30℃）三种处理方法。常用的磷化方法有浸渍法和喷淋法。不管采用哪种方法进行磷化处理，其溶液都含有三种主要成分：
1.H3PO4（游离态），以维持溶液pH值。
2.Me（H2PO4）2，Me= Mn、Zn，等
3.催化剂（即氧化剂）NO3—，ClO3—，H2O2等。
钢铁进行磷化处理时，大致有如下反应历程：
锰、锌系磷酸盐膜化学反应机理
在97～99℃下加热1h，在Mn(H2PO4)2溶液中发生如下的电离反应：
Mn(H2PO4)2→MnHPO4↓＋H3PO4
在反应平衡后，溶液中存在一定数量的磷酸分子、不溶性的MnHPO4及未电离的Mn(H2PO4)2分子。当把Fe浸入此溶液之中，则发生以下化学反应：
H3PO4 + Fe = Fe(H2PO4)2+ H2
Fe(H2PO4)2 = FeHPO4 + H3PO4
磷化处理的作用和原理
磷化处理的作用和原理
磷化处理是一种金属表面处理工艺，具有增强表面耐磨抗腐蚀、增加表面硬度、改善
表面光洁度以及增加表面润滑性的效果，广泛应用于冶金、机械、家用电器、汽车及航空
航天等行业。
磷化处理的原理：基于工艺腐蚀原理，通过溶解磷化剂中含磷盐或酸和其他复合磷化剂，将磷元素直接均匀地扩散到金属表面，形成化学而又坚韧的亚氧化磷层，形成抗腐蚀、耐磨、防锈的静电屏蔽层，这就是磷化处理的原理。
1、改善表面形貌：磷化处理可以改善表面的粗糙度、细腻度和硬度，使表面变得更
光滑，从而使表面变得更加美观，而且表面颜色也变得更加鲜艳。
2、增强表面耐磨性：磷化处理可以形成致密的、耐磨的磷化层，由于表面的硬度升高，可以增加金属面在磨损作用下的抗磨性。
3、抗腐蚀性：磷化处理能够形成密闭的磷化层，可以阻止外界污染物进入金属表面，从而大大增强金属表面的耐腐蚀性能。
4、改善润滑性能：磷化熔融润滑性能，可以使成形件的表面光滑，增加润滑剂的粘
附力和滑动性，减少零部件之间的相对运动阻力。
此外，磷化处理还可以抑制金属材料表面氧化，延长金属材料的使用寿命，提高表面
的着色能力等。
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第5卷第1期2003年3月 辽宁师专学报
Journal of Liaoning T eachers College
V ol15N o11
Mar12003
【实验技术研究】
关于钢铁氧化处理和磷化处理的实验研究及应用
张玉梅
(辽宁工程技术大学职业技术学院,阜新 123000)
摘 要:根据金属腐蚀的机理,文章主要介绍了钢铁氧化处理和磷化处理的实验技术及应用.实验结果表
明:钢铁表面经氧化处理后所得氧化膜色泽美观、厚度薄、组织致密;经磷化处理后所得磷化膜其耐水、耐
温、耐磨、防锈、防腐蚀等性能良好.
关键词:金属腐蚀;氧化处理;磷化处理;氧化膜;磷化膜
中图分类号:O611162 文献标识码:A 文章编号:1008-5688(2003)01-0103-03
金属腐蚀给国民经济带来的损失是非常惊人的.据统计,全世界每年因腐蚀而报废的钢铁占年产量的30%,我国每年生产的钢铁有20%用于替换那些因腐蚀而丧失用途的产品.在我门周围的废物堆、废汽车厂里都可以见到这种腐蚀的后果.因此,如何提高金属的抗蚀能力,有效地控制金属腐蚀所造成的损失,是摆在我们面前的重大课题.
1 金属腐蚀的机理
金属和周围的气体或液体等介质接触时,由于发生化学或电化学作用而引起的破坏叫做金属的腐蚀.按照金属腐蚀的机理可将其分为化学腐蚀与电化学腐蚀.结合常见的钢铁腐蚀,简单阐明反应机理.
111 化学腐蚀
金属与干燥的气体(如O2、S O2、H2S、Cl2等)接触,发生化学作用而引起的腐蚀叫化学腐蚀.这种腐蚀的特点是只发生在金属的表面,使金属表面形成一层化合物.如钢铁在高温时容易被氧化,生成一层氧化皮,它由FeO、Fe2O3、Fe3O4所组成,主要反应过程为:2Fe+O22FeO;4FeO+O22Fe2O3;FeO+Fe2O3Fe3O41
由于铁的各种氧化物组成的铁锈很疏松,没有保护金属使其不再继续被氧化的能力,也不具有金属原有的高强度和高韧性等优良性能,在金属的锻造及热处理时常见到这种腐蚀.
112 电化学腐蚀
当不纯的金属和电解质溶液相接触形成原电池而引起的腐蚀叫做电化学腐蚀.其腐蚀过程分两种.
11211 析氢腐蚀
当钢铁暴露在潮湿的大气中,由于表面吸附作用,会在钢铁表面形成一层极薄的、为C O2或S O2等气体所饱和的水膜,这种水膜显酸性.这样钢铁中的铁、杂质(C、S i、Mn等)同水膜电解质溶液就形成了原电池.电化学反应如下:负极 (铁) Fe-2e Fe2+;Fe2++2H2O Fe(OH)2+2H+;
正极 (杂质) 2H++2e H2↑;总反应方程式 Fe+2H2O Fe(OH)2+H2↑.
Fe(OH)2进一步被O2氧化 4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3.
在腐蚀过程中因有H2放出,故叫析氢腐蚀.
11212 吸氧腐蚀
一般情况下,水膜中溶解有O2,这时的电化学腐蚀的反应过程是:
负极 (铁) Fe-2e Fe2+;正极 (杂质) O2+2H2O+4e4OH-;
总反应方程式 2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2;进一步发生反应4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3.
在腐蚀过程中,因水膜中的O2参加反应,故叫做吸氧腐蚀.由于O2的氧化能力比H+强,故金属的电化学腐蚀一般是以吸氧腐蚀为主.
析氢腐蚀和吸氧腐蚀最后得到的产物都是Fe(OH)3.Fe(OH)3及其脱水产物Fe2O3・xH2O等是红褐色铁锈的主要成分,由于它是疏松可导电物质,故铁锈产生之后又会形成更多新的微电池,加速了铁的腐蚀.一般情况下,这两种腐蚀往往同时发生,但电化学腐蚀在常温下比化学腐蚀要普遍得多,腐蚀的速度也快得多.
2 用化学处理法提高钢铁的抗蚀能力
了解金属腐蚀的种类和原因,就要采取相应防腐蚀的措施.既然金属的腐蚀是金属与周围介质发生化学反应的结果,因此防止腐蚀的方法要从金属和介质两方面来考虑.一方面改变金属性质,合金化的金属基体电极电位提高了,使其不易失去电子,变成“惰性金属”;另一方面隔离介质,使金属与周围介质隔绝起来.例如在金属表面涂上油漆、塑料、沥青等非金属材料;还有用热镀、喷镀、电镀等方法在金属表面镀一层耐腐蚀的金属.但有些物品如枪支武器、精密仪器等既不能涂漆,也不宜用金属镀层,通常采用化学处理法使金属表面生成一层比较稳定的化合物薄膜,保护内部金属免于继续腐收稿日期:2002—12—10
作者简介:张玉梅(1961-),女,辽宁义县人,高级实验师,主要从事化学教学研究,发表论文5篇.
104辽宁师专学报2003年第1期
蚀,从而提高金属的抗蚀能力.常用的化学处理方法有氧化处理(俗称发蓝处理)和磷化处理两种.
211 氧化处理实验
21111 实验原理
氧化处理就是把钢铁工件放入一定组成的化学试剂中(主要成分NaOH、NaNO3、NaNO2)处理,使工件表面生成一层均匀致密的氧化膜过程.因为氧化膜具有深黑蓝色,所以又称发蓝处理.在一定的温度下,NaOH、NaNO2、NaNO3与金属铁作用,生成亚铁酸钠(Na2FeO2)和铁酸钠(Na2Fe2O4),再由Na2FeO2与Na2Fe2O4相互作用生成磁性氧化铁(Fe3O4),即氧化膜.其主要化学反应如下:
3Fe+NaNO2+5NaOH3Na2FeO2+H2O+NH3↑;8Fe+3NaNO3+5NaOH+2H2O4Na2Fe2O4+3NH3↑
Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O Fe3O4+4NaOH
21112 主要药品
除油液:每升溶液中含NaOH60g,Na2C O340g,Na2S iO330g.
除锈液:每升溶液中含HCl20%,乌洛托品(CH2)6N45%,水75%.
氧化处理液:每升溶液中含NaOH600g,NaNO2180g,NaNO350g.
21113 实验方法
除油:将小螺丝5只擦光,放入20ml除油液中,加热煮沸5min,取出后冲洗干净.
除锈:将除油后的小螺丝放入20ml除锈液中,加热至60～80℃,5min后取出洗净.
氧化处理:将小螺丝放入30ml氧化处理液中,加热者沸10min后取出冲洗.
浸油:经氧化处理后的小螺丝表面呈现一层蓝黑色的氧化膜,但仍有微孔,将它置于热机油(60℃)中浸泡3min,取出吸干后,其表面呈现一层致密的蓝黑色的氧化膜.
鉴定:将处理过的小螺丝2只浸入3%CuS O4溶液中,1min后取出吸干,观察并比较,结果是氧化膜色泽无变化,无单质铜析出.
21114 结果与讨论
紧密的Fe3O4薄膜,能牢固地与金属表面结合.它对于干燥的气体抵抗力强,但在水中或大气中抵抗力较差.氧化处理工艺在我国已有很长的历史,广泛应用在机器零件、精密仪器和军械制造工业等.
212 磷化处理实验
21211实验原理
钢铁磷化是用特定组成的磷化液[主要成分(锌系):H3PO4、Zn(NO3)2、ZnO]浸泡、喷泡、喷淋或涂抹在钢铁工件上,通过磷酸盐和钢铁相互作用,使得钢铁表面获得一层灰黑色不溶于水的复合磷酸盐薄膜保护层———磷化膜.磷化过程中金属表面发生一系列化学变化,其主要化学反应是:
Fe+2H3PO4Fe(H2PO4)2+H2↑;Fe+Fe(H2PO4)22FeHPO4+H2↑
Fe+2FeHPO4Fe3(PO4)2+H2↑;(氧化皮)FeO+2H3PO4Fe(H2PO4)2+H2O↑
ZnO+2H3PO4Zn(H2PO4)2+H2O.
随着磷酸铁盐和磷酸氢铁盐浓度的不断增加,当它们达到饱和后,即开始沉积在金属表面上,磷化层逐步增厚,且含Zn2+逐渐增多,直到生成了不溶于水的复合磷酸盐(磷酸铁锌)的膜,就是磷化膜.
Fe(H2PO4)2+2Zn(H2PO4)2+H2O Zn2Fe(PO4)2・4H2O+4H3PO4
21212 磷化液的配制原则
磷化液应包括乳化性能优异的各种表面活性剂及洗涤剂等组成的去油剂;对金属锈蚀产物有较强溶解作用的酸液,包括有机酸在内组成的除锈剂;对金属表面垢质有较好分解作用和溶化性能的无机、有机酸和盐类所组成的去垢剂;为确保磷化液在使用中不腐蚀基体金属,加有相应的高效缓蚀剂;为增加对金属表面的保护作用,加入能和金属基体生成钝化膜层的钝化剂;以及在去锈、脱脂、去垢等作用后,能使金属表面生成很强防腐蚀性能的磷化剂等部分.
21213 磷化液的配制方法
主要药品H3PO4、ZnO、浓H NO3、(CH2)6N4、Zn(NO3)2、Cu2(OH)2C O3.
实验所用试剂均为分析纯,溶液用蒸馏水配制.
(1)准确称取ZnO27g、Cu2(OH)2C O33g(先磨碎),放入同一大烧杯中.加蒸馏水200ml搅拌均匀后,再加入25ml的浓
H NO3、45mlH3PO4、均匀搅拌至全部溶解,即得溶液(I).
(2)准确称取(CH2)6N44g、,加蒸馏水100ml搅拌,使全部溶解,即得溶液(Ⅱ).
(3)准确称取Zn(NO3)240g之后,加蒸馏水100ml搅拌,使全部溶解,即得溶解(Ⅲ).
(4)将(Ⅱ)、(Ⅲ)两种溶液混合在一起,立即加入到(Ⅰ)溶液中,同时搅拌均匀.最后将混合溶液倒入1000ml的容量瓶中,加蒸馏水至刻度摇匀,即得到浅蓝色磷化液.
21214 磷化实验及应用
该磷化液在实际生产中得到应用,并收到良好的实验效果.
煤矿井下使用的采掘电气设备,在检修过程中所有的电器防爆面都要进行磷化处理.由于整台防爆电器设备无法采用浸泡的方法进行磷化,因而在实际检修过程中采用化石粉和磷化液混合在一起,搅拌均匀呈浆状,涂抹在防爆面上,涂抹厚度在2～3mm,常温下放置3h左右,然后除去涂层(不得用金属工具,以防划伤防爆面.并用棉布擦净.再涂上30#机械油即得到灰黑色的密质的磷化膜.