钢铁磷化学习.pptx
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1、磷化液:生产中大多采用在含有Zn、Mn、Fe的磷酸盐的磷酸盐的溶液中进行处理适用范围:黑色金属黑色金属(包括铸铁、碳钢、合金钢等)有色金属有色金属(包括锌、铝、镁、铜、锡及其合金等)第2页/共95页第1页/共95页磷化膜的主要成分磷酸盐磷酸盐和磷酸氢盐磷酸氢盐磷化膜的颜色随着基体材料及磷化工艺的不同由浅灰到黑灰浅灰到黑灰色有光泽、光滑、彩色膜磷酸铁结晶细致、色浅灰发白磷酸锌钙结晶由细至粗,色浅灰至深灰磷酸锌膜粗而深灰,且发黑磷酸锰第3页/共95页第2页/共95页在金属的冷变形加工中能较好地改善摩擦表面的润滑性能润滑性能,减少加工裂纹减少加工裂纹和表面拉伤和表面拉伤,延长延长工具和模具的使用使用
2、寿命寿命第4页/共95页第3页/共95页大气条件下稳定,本身耐蚀性耐蚀性不高,但经封闭填充、浸油或涂漆处理后耐蚀性提高第5页/共95页第4页/共95页具有微孔微孔,占膜体积的1.5左右,因毛细吸附现象和化学吸附作用决定了磷化膜对油类、漆类有良好的吸附性对油类、漆类有良好的吸附性能能第6页/共95页第5页/共95页对熔融金属对熔融金属(锡、铝、锌)的附着的附着力差力差,可用来防止零件粘附低熔点的熔融金属应用:钢铁零件渗氮时,采用镀锡保护不需要渗氮的部分,为防止锡在高温时流入渗氮面,在准备渗氮的表面可进行磷化处理38CrMoAl(38CrMoAl(调质后气体渗氮)氮化层形貌图含氮马氏体和颗粒状氮化
3、物,黑色为晶界区域第7页/共95页第6页/共95页锌系浸渍磷化第8页/共95页第7页/共95页具有较高的电绝缘电绝缘性能,厚度10m的磷酸盐膜的电阻约为5107经浸油或涂漆后绝缘性能将会更高应用:制造电动机和变压器铁芯的各个铁片上,覆盖一层合适的磷化膜,能遏制涡流电流的扩展,将功率损失减至最小程度第9页/共95页第8页/共95页机械强度不高,有一定的脆性脆性磷化过程伴随析氢,被处理的是受力件或对氢脆敏感的材料,磷化时要考虑氢脆第10页/共95页第9页/共95页耐蚀防护用耐蚀防护用磷化膜防护防护用磷化膜。常用于钢铁件耐蚀防护处理,磷化膜类型可选用锌系或锰系,磷化后需涂防锈油、脂、腊等油漆底层油漆
4、底层用磷化膜。用于增强漆膜与钢铁工件的附着力及防护性,提高涂层质量,可选用锌系或锌钙系磷化第11页/共95页第10页/共95页耐蚀性好耐蚀性中耐蚀性差25Cr2Ni4WA合金钢高温锰系磷化工艺 材料保护,2010第12页/共95页第11页/共95页冷加工润滑用冷加工润滑用磷化膜。采用锌系磷化膜,单位面积上膜层重量依使用场合而定钢丝、焊接钢管的拉拔,磷化膜的质量为110 g/m2精密钢管拉拔,磷化膜的质量为410 g/m2钢铁工件冷挤压成型,磷化膜的质量为10 g/m2深冲成型,磷化膜质量为110 g/m2第13页/共95页第12页/共95页减磨用减磨用磷化膜。起润滑作用,降低摩擦系数。选用锰系
5、、锌系磷化膜电绝缘用电绝缘用磷化膜。电机及变压器用的硅钢片经磷化处理可提高电绝缘性能,选用锌系磷化膜第14页/共95页第13页/共95页锌系锌系磷化锌钙系锌钙系磷化锌锰系锌锰系磷化锰系锰系磷化铁系铁系磷化按磷化膜种类第15页/共95页第14页/共95页类型磷化液主要成分磷化膜主要组成膜层外观膜厚(g/m2)锌系Zn(H2PO4)2Zn2(PO4)24H2OZn2Fe(PO4)24H2O浅灰深灰结晶状160锰系Mn(H2PO4)2Fe(H2PO4)2Mn2 Fe(PO4)24H2O灰深灰结晶状160铁系Fe(H2PO4)2Fe3(PO4)28H2O深灰结晶状510锌钙系Zn(H2PO4)2 Ca
6、(H2PO4)2Zn2Ca(PO4)22H2OZn2Fe(PO4)24H2O浅灰深灰结晶状115锌锰系Zn(H2PO4)2Mn(H2PO4)2 ZnFe Mn(PO4)24H2O灰深灰结晶状160碱金属轻铁系NaH2PO4 NH4H2PO4Fe2O3Fe3(PO4)28H2O暗灰彩红色无定型0.51.0第16页/共95页第15页/共95页按磷化膜厚度类型膜厚(g/m2)膜的主要组成用途薄膜型1.0磷酸铁、磷酸钙或其他金属的磷酸盐较大形变钢铁工件的涂装底层或耐蚀性要求较低的涂装底层中等膜型1.110.0磷酸锌和(或)其他金属的磷酸盐基本不发生形变的钢铁工件的涂装底层厚膜型10.0磷酸锌、磷酸锰和
7、(或)其他金属的磷酸盐防锈用,不宜用作涂装底层第17页/共95页第16页/共95页锌系钢板常温锌系磷化 电镀与环保,2010第18页/共95页第17页/共95页高温高温磷化(8098)中温中温磷化(6075)低温低温磷化(3555)常温常温磷化(不加温)按磷化温度第19页/共95页第18页/共95页硝酸盐型氯酸盐型亚硝酸盐型有机氮化合物型:硝基胍钼酸盐型按促进剂类型第20页/共95页第19页/共95页浸渍浸渍磷化喷淋喷淋磷化刷涂刷涂磷化浸喷组合浸喷组合磷化按磷化方式第21页/共95页第20页/共95页水洗型水洗型磷化不水洗型不水洗型磷化Q235钢铁试片的免水洗彩色锌系磷化膜由Fe3+和Zn2+
8、的磷酸盐及少量的钼酸盐等组成,比传统工艺(磷化后水洗)形成的磷化膜质量更好。钢铁表面免水洗锌系磷化膜的钢铁表面免水洗锌系磷化膜的常温制备与性能表征常温制备与性能表征中南大学学报(自然科学版)2008年第5期按磷化后处理方式第22页/共95页第21页/共95页多渣型多渣型磷化液低渣型低渣型磷化液按磷化液沉渣量第23页/共95页第22页/共95页内含内含促进剂型磷化液促进剂单独补加单独补加型磷化液按促进剂加入方式第24页/共95页第23页/共95页转化型转化型磷化:溶液对金属基体腐蚀,由金属基体提供阳离子与溶液中PO43-的结合成膜的磷化(如铁系膜)伪转化型伪转化型磷化:膜中主要阳离子(锌、锰、铬
9、)由溶液提供的磷化按成膜机制第25页/共95页第24页/共95页基本组成:碱金属或重金属磷酸二氢盐Me(H2PO4)2(Me为Zn2+、Mn2+、Fe2+、Ca2+等)氧化性促进剂游离磷酸第26页/共95页第25页/共95页微阳极区反应:Fe 2e Fe2+Fe+2ZnPO4 FeZn2(PO4)2+2e (Zn(H2PO4)2 ZnPO4 2H+)微阴极区反应:2H+2e H2第27页/共95页第26页/共95页磷化膜成膜的电位-时间曲线示意图Crrosion Science,1972,12(7):583-594Edward GhaliLaval UniversityCanada第28页/共
10、95页第27页/共95页A段:开始的瞬间,电势快速负移,对 应基体金属的溶解 Me+2H3PO4Me(H2PO4)2+H2第29页/共95页第28页/共95页B段:电势变正,形成磷化膜非晶底层 3Me(H2PO4)2 Me3(PO4)2+4H3PO4Metal grainsAmorphous precipitation第30页/共95页第29页/共95页 a 段:基体金属还在继续溶解 Fe+2H3PO4Fe(H2PO4)2+H2第31页/共95页第30页/共95页Iron phosphateC段:电势缓慢变正,对应磷化膜的形成过程 Me(H2PO4)2 MeHPO4 +H3PO4 3MeHPO
11、4 Me3(PO4)2+H3PO4 2Zn2+Fe2+2PO43-+4H2O Zn2Fe(PO4)24H2O 3Zn2+2PO43-+4H2O Zn3(PO4)24H2O 第32页/共95页第31页/共95页(Zn,Fe)3(PO4)24H2OZn3(PO4)24H2OD段:对应磷化膜重结晶,结构重组第33页/共95页第32页/共95页【思考】如何利用磷化机理指导磷化配方与磷化工艺的设如何利用磷化机理指导磷化配方与磷化工艺的设计计(1)如何提高磷化反应速度?(2)如何控制磷化沉渣?第34页/共95页第33页/共95页提高磷化反应速度适当的氧化性促进剂较低的H+浓度较多的成核活性点第35页/共9
12、5页第34页/共95页控制磷化沉渣避免H+浓度太高避免促进剂氧化能力过强第36页/共95页第35页/共95页磷化膜:磷化膜:基体材料工件的表面状态磷化液组成工艺条件种类厚度表面密度结构颜色条件:第37页/共95页第36页/共95页分类分类磷化液主要磷化液主要成分成分磷化膜主要组成磷化膜主要组成膜层外观膜层外观膜层形貌膜层形貌锌系锌系Zn(H2PO4)2Zn3(PO4)24H2OZn2Fe(PO4)24H2O浅灰至深浅灰至深灰色灰色树枝状,针状树枝状,针状孔隙较多孔隙较多锌钙系锌钙系Zn(H2PO4)2Ca(H2PO4)2Zn2Ca(PO4)22H2OZn2Fe(PO4)24H2OZn3(PO4
13、)24H2O浅灰至深浅灰至深灰色灰色紧密颗粒状,紧密颗粒状,孔隙较少孔隙较少锰系锰系Mn(H2PO4)2Fe(H2PO4)2Mn2Fe(PO4)24H2O(Mn,Fe)5H2(PO4)44H2O灰色至深灰色至深灰色灰色晶粒呈密集颗晶粒呈密集颗粒状粒状锰锌系锰锌系Mn(H2PO4)2Zn(H2PO4)2Zn2FeMn(PO4)24H2OZn3(PO4)24H2O(Mn,Fe)5H2(PO4)4 4H2O灰色至深灰色至深灰色灰色颗粒颗粒-针状针状-块块状混合晶型,状混合晶型,孔隙较少孔隙较少铁系铁系Fe(H2PO4)2Fe3(PO4)28H2OFe5H2(PO4)4 4H2O深灰色深灰色晶粒呈密集
14、颗晶粒呈密集颗粒状粒状第38页/共95页第37页/共95页第39页/共95页第38页/共95页PZn2Fe(PO4)24H2O (磷叶石,Phosphophyllite,fsfufilait)HZn3(PO4)24H2O (磷锌矿,Hopeite,hupait)P比越高的磷化膜,其耐酸碱、防腐蚀性能越好P+H磷化膜总量HZn3(PO4)24H2OP除Zn3(PO4)24H2O以外的物质第40页/共95页第39页/共95页磷化膜由一系列大小不同的晶体晶体所组成在晶体的连结点上形成具有细小裂缝的多孔多孔结构多孔的晶体结构使钢铁件表面的耐蚀耐蚀性、吸附性、减摩性性、吸附性、减摩性等得以改善(a)锌系
15、钼酸盐复合磷化膜 (b)锌系钒酸盐复合磷化膜第41页/共95页第40页/共95页磷化膜的厚度一般在150mm 第42页/共95页第41页/共95页具有良好的高温高温耐蚀性,在200300 仍具有一定的耐蚀性温度过高过高(达450),膜层防蚀能力显著下降大气大气及矿物油、动植物油、苯、甲苯等有机气氛有机气氛中均具有很好的抗蚀能力在酸、碱、雨水及水蒸气酸、碱、雨水及水蒸气中耐蚀性能差第43页/共95页第42页/共95页磷化处理后,其基体金属的硬度、磁性等均保持不变对高强度钢,在磷化处理后必须进行除氢处理(温度130200,时间14h)氢脆是溶于钢中的氢,聚合为氢分子,造成应力集中,超过钢的强度极限
16、,在钢内部形成细小的裂纹,又称白点。氢脆只可防,不可治。氢脆一经产生,就消除不了。在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(10-6量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热到200以上数小时,可使内氢减少)恢复钢材的性能。第44页/共95页第43页/共95页第45页/共95页第44页/共95页磷酸二氢锌。由氧化锌和磷酸反应制得碱金属或重金属的磷酸二氢盐磷酸促进剂促进剂其他成分其他成分第46页/共95页第45页/共95页常见促进剂促进剂优点缺点亚硝酸盐除去磷化液中的铁和氢,作用大在磷化液中不稳定
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