清洁型常温锌锰系磷化液研究

清洁型常温锌锰系磷化液研究

Ξ

余取民3, 李荣喜, 许第发, 宋　勇

(长沙学院生物工程与环境科学系,湖南长沙410003)[摘要]　为使磷化实现清洁生产,开发了一种用于钢铁表面涂装前处理的清洁型常温锌锰系磷化液,实现了磷化液的所有分子均能参加成膜反应,且产物为磷化膜、水、沉渣或在磷化膜干燥过程中挥发物的设计思想.该磷化液不含亚硝酸盐、重金属,在3～35℃下快速磷化可生成膜重约111g/m 2,耐CuS O 4溶液腐蚀时间达72～145s 的彩色磷化膜.磷化前免表面调整,磷化后免水洗.

关　键　词:锌锰系磷化;表面处理;常温;免水洗

中图分类号:TC174.4 文献标识码:A 文章编号:100025900(2007)022*******

Study on Cleaning Z n -Mn System

Phosphating Solution at R oom Temperature

YU Qu -min 3, LI Rong -xi , XU Di -fa , SONG Yong

(Department of Bioengineering and Environmental Science ,Changsha University ,Changsha 410003China )

【Abstract 】　A cleaning Zn -Mn system phosphating s olution used in surface pretreatment of iron and steel at room tem 2perature was developed in order to perform cleaning phosphating production at room temperature.The design idea that all the m olecules or ions inv olved in the phosphating s olution could react with each other forming phosphating film ,water ,sediments or substances v olatilized in the process of coating dryness was performed.The phosphating s olution contains no nitrite and heavy metals.A colored film weighted 111g/m 2

formed through quickly phosphating at 3～35℃,which could resist to dropping CuS O 4s olution for 72to 135seconds.The surface of this w ork doesn ’t need water washed after phosphating.

K ey w ords :　Zn -Mn system phosphating ;surface pretreatment ;room temperature ;non -washing 钢铁磷化,是钢铁工件表面在磷化液中形成磷化膜的过程,现正朝着节能、低毒、无污染、膜均匀致密、膜薄且耐蚀性能好的方向发展[1].目前,常温磷化存在速度慢、磷化膜薄、膜耐蚀性差,磷化液中含有严重污染环境的NO 2-、F -、Ni 2+等有毒物质[2].工件从磷化液中取出后,工件表面残存磷化液中的Cl -、S O 42-、NO 3-、NO 2-、F -及过量的盐等会造成磷化后的工件锈蚀、挂灰,因此,磷化后的工件一般需要水

洗以清除这些残存磷化液

[3,4].工业生产中轻薄型磷化的工件带出的磷化液为35g/m 2左右,接近或超过磷化成膜的消耗量[5].清洗这些残存磷化液用的洗水量大,废水中含磷、氮、锌等有害物质多,排放前

必须处理.如果磷化后工件免水洗,这些残存磷化液用于成膜,可显著减少污染物排放、节约资源、增加磷化膜的厚度和耐蚀性.锌锰系常温磷化液配方简单,裸态磷化膜具有较好的抗大气腐蚀能力,涂层的附着力达一级[1]

.本文旨在开发一种性能优良、磷化后工件免水洗的清洁型常温锌锰系磷化液.1　试验方法

111　主要仪器和试剂

LRH -250A 生化培养箱(广东医疗器械厂);DC -2006低温恒温槽(宁波天恒仪表厂);JS M -5600LV 扫描电子显微镜(SE M )与能谱仪(E DS )(日本电子公司).

湖南水口山矿务局的9915%的工业氧化锌;安徽江堰第二化工厂的99%的工业七钼酸铵;株洲杉木塘化工厂的85%的工业磷酸、成膜助剂和钢材.

第29卷第2期2007年6月 湘　潭　大　学　自　然　科　学　学　报Natural Science Journal of X iangtan University V ol.29N o.2Jun.2007

Ξ收稿日期:2006201226 基金项目:湖南省科技攻关资助项目(2006GK 3070)

作者简介:余取民(19622),男,湖南平江人,高级工程师.E -mail :qumin @

112　实验方法

工艺流程:常温脱脂→水洗→常温强酸脱脂除锈→水洗→磷化→自然干燥.

钢板按上述工艺处理,磷化在DC -2006低温恒温槽内的烧杯中进行,自然干燥在LRH -250A 生化培养箱中进行.磷化膜干燥2h 后检测磷化膜的外观、膜重和耐蚀时间等性能指标.

113　磷化膜质量评价

1)外观、膜重按G B/T 6807-2001的416、417款的规定检验.

2)耐蚀性能的检测.

耐蚀时间:在15～25℃下,将含CuS O 4・5H 4O 41100g/L 、NaCl 33100g/L 、HCl 0110m ol/L 的溶液滴1滴到磷化膜表面,同时启动秒表,测至液滴变成淡红色的时间[6].

耐蚀能力:将磷化处理后的试样浸入质量百分比浓度为3%的NaCl 溶液中,在20℃下浸泡规定时间,取出后水洗、吹干.目视检查,以表面不出现黄色锈迹(边、孔和角除外)的时间为磷化膜耐蚀NaCl 溶液腐蚀的能力.

3)附着力:磷化膜干燥后,喷涂一层25～30μm 的铁红环氧底漆后按《G B 1720-79漆膜附着力测定法》测定漆膜附着力.2　结果与讨论

211　磷化液配方

结合传统的磷化液开发原则与环境准则设计磷化液,即在磷化液的整个生命周期中考虑功能合理、寿命长、降低材料消耗和能耗、减少废物产生.采用:①薄型常温磷化以降低材料消耗和能耗;②确定磷化液组成材料均参加成膜反应且产物为磷化膜、水、沉渣或在磷化膜干燥过程中挥发物为配方设计思想,达到工件磷化后免水洗的目的.通过筛选,选择七钼酸铵为主加速剂,磷酸、氧化锌和硝酸锰为主要成膜物质,含H 2O 2和钝化剂的成膜助剂稳定磷化液、加快成膜速度.

将选择的材料配制成磷化液,用氨水调节磷化液的pH 值,进行常温磷化试验,直至磷化膜接近合格,再用正交试验方法优化,得到清洁型常温锌锰系磷化液的适宜配方:磷酸2015g/L 、氧化锌516g/L 、50%硝酸锰溶液219g/L 、七钼酸铵018g/L 、成膜助剂316g/L.

212　磷化膜的性能

将Q235钢铁试片放入pH 值为215的磷化液中,在20℃下浸泡7min ,自然干燥2h ,得到外观合格

的彩色磷化膜.该磷化膜的性能指标为:膜重为111g/m 2,耐蚀时间达102s ,耐蚀能力达210h (G B/T

6807-2001规定大于1h ),喷涂一层25～30μm 的铁红环氧底漆后的漆膜附着力达1级

.

图1　磷化膜的SE M 图

Fig.1　The SE M of phosphate film

磷化膜经JS M -5600LV 扫描电子显微镜及能谱仪进行形貌与成分分析,得到彩色磷化膜的形貌见图1,E DS 的能谱见图2,磷化液和磷化膜中重要元素原子数比例见表1.

从图1、图2和表1可知:

1)磷化膜连续均匀,主体是无定型膜,辅以细小晶体,膜晶体≤2μm ,比传统的中低温磷化的磷化2

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