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磷化处理_图文_百度文库

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来源:admin    发布日期:2020-01-02

  材料表面处理 技术 Generalization of material surface treatment technique 一、磷化处理 二、电泳 汽车涂装工艺 汽车涂装工艺,一般可分为两大部分:一是涂装 前金属的表面处理,也叫前处理技术;二是涂装的 施工工艺。表面处理主要包括清除工件表面的油污、 尘土、锈蚀、以及进行修补作业时旧涂料层的清除 等,以改善工件的表面状态。包括根据各种具体情 况对工件表面进行机械加工和化学处理,如磷化、 氧化和钝化处理。 工程机械防锈涂装工艺一般可分为涂装前表面 处理工艺和防锈底漆涂装工艺。 09:46:57 汽车涂装工艺 涂装前表面处理工艺 表面处理是防锈涂装的重要工序之一。工程机械防锈涂 装质量在很大程度上取决于表面处理的方式好坏。 据英国帝 国化学公司介绍 , 涂层寿命受 3 方面因素制约 : 表面处理 , 占 60%; 涂装施工 , 占 25%; 涂料本身质量 , 占 15% 。 工程机械行 业 , 不同零部件的表面处理方式。 机械清理可有效去除工件 上的铁锈、焊渣、氧化皮 , 消除焊接应力 , 增加防锈涂膜与金 属基体的结合力 , 从而大大提高工程机械零部件的防锈质量。 机械清理标准要求达到的Sa2 . 5 级。表面粗糙度要达到防锈 涂层厚度的 1 /3 。喷、抛丸所用钢丸要达到 GB6484 要求。 薄板冲压件的表面处理称一般用化学表面处理。 09:46:57 汽车涂装工艺 工艺流程为 : 预脱脂→脱脂→热水洗→冷水 洗→酸洗→冷水洗→中和→冷水洗→表面调 整→磷化→冷水洗→热水洗→纯水洗→干燥 脱脂和磷化是化学处理工艺中的关键工序 , 这两道工序直接影响工件化学处理的质量和 防锈涂层的质量。 09:46:57 2、涂装工艺 汽车涂装工艺根据汽车类型的不同而各有特点和 侧重点。 载重汽车的主要涂装件是前部驾驶室,涂装要 求最高;其他部件如车厢、车架等涂装要求比驾驶 室低。 客车的涂装与载货汽车的涂装有较大区别。客 车车身包括大梁、骨架、车厢内部、车身外表面, 其中以车身外表面要求较高。车身外表面不但要求 具有良好的保护性和装饰性,而且喷涂面积大、平 面多,有两种以上的颜色,有时还有汽车色带。因 此,施工周期比载货汽车长,施工要求比载货汽车 高,施工过程比载货汽车复杂。 09:46:57 2、涂装工艺 轿车和小型旅行车,不论在表面装饰性或底层保 护性都比大型客车和载货汽车的要求高。它的表面 涂层属于一级装饰精度,具有美丽的外观,光亮如 镜或光滑的表面,无细微的杂质、擦伤、裂纹、起 皱、起泡及肉眼可见的缺陷,并应有足够的机械强 度。底面涂层属于优良保护层,应有优良的防锈性 和防腐蚀性,很强的附着力;局部或全部刮涂附着 力好、机械强度高的腻子,使用数年也不会出现锈 蚀或脱落等现象。 09:46:57 车身涂装 结构 罩光涂层 约40微米 高固体分涂料 粉末涂料; 底色涂层 约15微米 高固体分涂料; 中涂层 约35微米高固体分涂料水性涂料粉末涂料; 电泳底漆层 约20微米 电泳涂料 磷化处理 钢板 09:46:57 汽车涂装汽车涂装-磷化处理 磷化的目的 为了使汽车涂层的耐久性、耐腐蚀性,采用磷化处理 作为涂装的前处理。磷化磨的功能是提高涂布在其上的涂 膜(电泳涂膜)的附着力和耐蚀性。 优异的结合力 磷化膜结晶微溶入金属表面,结晶的附着力良好。磷化 膜的表面凹凸,表面积增大,提高了涂膜的附着力。随着 涂膜附着力的提高,防止腐蚀生产物质的侵入,从而提高 了其耐腐蚀性。 未磷化处理过的短期内涂膜就起泡生锈。 磷化膜附着力和化学稳定性好,作为耐久性好的高级防 锈涂装的底材处理。 09:46:57 09:46:57 09:46:57 磷化处理 金属的磷酸盐处理简称磷化,把金属放入含有磷酸盐的溶液中进行 化学处理,使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法。 磷化膜主要用作涂料的底层,金属冷加工时润滑剂的吸附层,经过 封闭处理的磷化膜,可以作为金属表面的保护层。 一、磷化膜的形成机理 用含有锰、铁、锌的磷酸二氢盐作磷化剂,在金属与溶 液的界面,发生化学反应 M(H2PO4)2 → MHPO4↓ + H3PO4 MHPO4 → M3(PO4)2↓ + H3PO4 可溶性的磷酸二氢盐水解生成不溶性的磷酸氢盐和磷酸 盐。 3Fe +2H3PO4 =Fe3(PO4)2 +3 H2 ↑ 反应生成的不溶于水磷酸盐在金属表面沉积成为磷酸盐 保护膜。 09:46:57 磷化处理 电化学机理:认为是一种微电池作用的结果 阴极反应:2H-+2e=H2 阳极反应:Fe-2e=Fe2+ Fe2+ +2H2PO4-=Fe(H2PO4)2 Fe(H2PO4)2= FeHPO4+ H3PO4 3FeHPO4= Fe3(PO4)2↓+ H3PO4 阴极反应:2H-+2e=H2 同 样 , 阳 极 反 应 生 成 物 还 有 Mn3(PO4)2 ﹑Zn3(PO4)2一起结晶,形成磷化膜。 09:46:57 磷化处理 二、磷化膜的组成和结构 磷化液种类大致有锌型(以磷化锌为主盐)﹑ 锰型(以磷酸锰铁盐为主盐)。在同一型中,配 比又是多种多样的,所得到的晶粒大小不同。大 小有从几个微米到上百微米。晶粒愈大,膜层愈 厚。在磷化膜中应用最广的有磷酸铁膜﹑磷酸锌 膜﹑磷酸锰膜。 磷酸铁膜 用碱金属磷酸二氢盐为主要成分的 磷化液处理钢材表面时得到的非晶质膜是磷酸铁 膜。外观呈灰色﹑青色乃至黄色。磷化液中的添 加物也可共沉积于膜中,并影响膜的颜色。 09:46:57 磷化处理 磷化锌膜 采用以磷酸和磷酸二氢锌为主要成 分,并含有重金属与氧化剂的磷化液处理钢材时, 形成的膜有两种物质组成:磷酸锌和磷酸锌铁。 当溶液中含有较高二价铁粒子时,就形成一种新 相 Fe5H2(PO4)4·4H2O。Zn3(PO4)2·4H2O 是 白 色 不 透 明的胶体,属斜方晶系;磷酸锌铁是无色或浅蓝 色的晶体,属单斜晶系。锌系磷化膜呈浅灰色至 深灰结晶状。 磷酸锰膜 用磷酸锰为主的磷化液处理钢材时, 得到的膜几乎完全由磷酸锰和磷酸氢锰铁组成。 磷化膜中锰与铁的比例,随磷化液中铁与锰的比 例而变,但铁的含量远低于锰。 09:46:57 磷化处理 三、磷化工艺及方法 磷化工艺主要有:高温﹑中温和常温磷化, 09:46:57 磷化处理 生产中可根据钢铁对表面磷化膜的不同要求选用 不同的工艺。高温磷化优点是膜层较厚,具有耐 蚀性﹑耐热性﹑结合力和硬度都比较好,磷化速 度快;缺点是工作温度高,耗能大,溶液蒸发量 大,成分变化快,常需调整,且结晶粗细不均匀。 中温磷化的优点是膜层的耐蚀性接近高温磷化膜, 溶液稳定,磷化速度快,生产效率高;缺点是溶 液较复杂,调整较麻烦。常温磷化的优点是节约 能源,成本低,溶液稳定;缺点是耐蚀性较差﹑ 结合力欠佳,处理时间较长,效率低。 磷化方法:浸渍法(耐腐蚀性能较好)和喷淋法 09:46:57 09:46:57 09:46:57 磷化后处理 磷化后处理 为了提高磷化膜的防护能力,磷化后应对磷化 膜进行填充和封闭处理。填充处理的工艺是: 重铬酸钾 30~50 g/L 碳酸钠 2~4 g/L 温度 90~98 ℃ 时间 5~10 min 填充后,可以根据需要在锭子油、防锈油或润 滑油中进行封闭。如需涂漆,应在钝化处理干燥 后进行,工序间隔不超过24小时。 09:46:57 磷化处理 四 影响磷化的因素 1 游离酸度 游离酸度是指溶液中磷酸二氢盐水解后产生游离磷酸的 浓度。游离酸度过高时,氢气析出量大,晶核生成困难, 膜的晶粒粗大,疏松多孔,耐蚀性差;反之,生成的磷化 膜较薄,甚至得不到磷化膜。游离酸度高时,可加氧化锌 或氧化锰调整;当低时,可加磷酸二氢锰铁盐,磷酸二氢 锌或磷酸来调整。 2 总酸度 总酸度来源于磷酸盐,硝酸盐和酸的总和。总酸度高时 磷化反应快,获得的膜层晶粒细致,但膜层较薄,耐蚀性 降低;总酸度低时,磷化速度慢,膜层厚且粗糙。总酸度 高时可加水稀释,低时可加磷酸二氢锰铁盐,磷酸二氢锌 或硝酸锌,硝酸锰来调整。 09:46:57 磷化处理 3 金属离子的影响 Mn2+的存在可以使磷化膜结晶均匀,颜色较深, 提高膜的耐磨性,耐蚀性和吸附性。含量过高则 膜的晶粒粗大,耐蚀性较差;含量低则使晶粒太 细,有磷化不上的趋势。二价铁离子能增加磷化 膜的厚度,提高力学强度和耐蚀性能。但二价铁 在高温时很容易被氧化,并转化为磷酸铁沉淀, 使游离酸度升高,造成磷化结晶几乎不能进行; 亚铁离子的含量过高,还会使磷化膜结晶粗大, 表面产生白色浮灰。锌离子存在可以加快磷化速 度,生成的磷化膜结晶致密,闪烁有光。当含量 过高时磷化膜晶粒粗大,排列紊乱,磷化膜发脆; 过低时膜层疏松发暗。 09:46:57 磷化处理 4 P2O5的影响 它来自磷酸二氢盐,它能提高磷化速度,使磷化膜致密, 晶粒闪烁有光。他含量过高,膜的结合力下降,表面白色 浮灰较多;含量较少时膜的致密性和耐蚀性均差,甚至不 产生磷化膜。 5 NO-3 ,NO-2和F-的影响 NO-3 和NO-2 在溶液中作催化剂,可以加快磷化速度,使 磷化膜致密均匀,NO-2还可以提高磷化膜的耐蚀性。NO-3 含量过高会使磷化膜变薄,并易产生白色或黄色斑点。F是一种活化剂,可以加快磷化膜晶核的生成速度,使结晶 致密,耐蚀性高,尤其是在常温磷化时,氟化物的作用非 常突出。 09:46:57 磷化处理 6 杂质的影响 除磷酸、硝酸和硼酸以外的酸,如硫酸根、氯离子以 及金属离子砷、铝、铬、铜都被认为是有害杂质,其中硫 酸根和氯离子的影响更为严重。硫酸根和氯离子会降低磷 化速度,并使磷化膜层疏松多孔易生锈。金属离子砷和铝 使膜层的耐蚀性下降,大量的铜离子会使磷化膜发红,耐 蚀性下降。 7 温度的影响 温度对磷化过程影响很大,提高温度可以加快磷化速 度,提高磷化膜的附着力、耐蚀性、耐热性和硬度。但不 能使溶液沸腾,否则膜变得多孔,表面粗糙,且容易将二 价铁离子氧化成三价而沉淀析出,使溶液不稳定。 09:46:57 磷化处理 8 基体金属的影响 不同成分的金属基体对磷化膜有明显的不同影响。低碳钢磷化容易, 结晶致密,颜色较浅;中高碳钢和低合金钢磷化较容易,但结晶有变粗 的倾向,磷化膜颜色深而厚;最不利于进行磷化的是含有较多铬、钼、 钨、矾、硅等合金元素的钢。磷化膜随钢中碳化物含量和分布的不同而 有较大的差异,因此对于不同刚才 应选用不同的磷化工艺,才能获得 较理想的效果。 9 预处理的影响 预处理对磷化膜外观颜色和膜的质量有很大的影响。经喷砂处理的钢 铁表面粗糙,有利于形成大量晶核,获得致密的磷化膜。用有机溶剂清 洗过的金属表面,磷化后所获得的膜结晶细而致密,磷化过程进行的较 快。用强碱脱脂,磷化膜结晶粗大,磷化时间长。经强酸腐蚀的金属表 面,磷化膜结晶粗大,膜层重,金属基体侵蚀量大,磷化过程析氢较多。 09:46:57 汽车涂装汽车涂装-磷化处理 涂装前锌盐磷化处理中添加Ni和Mn。添加Ni 能使磷化膜结晶细化,提高附着力,提高耐腐蚀 性能。 09:46:57 二、电泳 20世纪的后半个世纪,金属件的涂装涌现了新的 技术。这些技术解决了人们要求的降低或完全消除 涂料释放易燃有毒有机溶剂的问题。解决这些问题 的途径之一是水性涂料的开发。为了防止金属的腐 蚀,主要使用以水溶性的离子型聚合物为成膜物的 水性涂料。这种体系中电泳涂料就是一种在浸槽中 直流电场中涂装物品的特殊涂料。这种方法与目前 采用的方法十分接近。只有这种方法才可以赋予复 杂工件以均匀的涂膜。 电泳涂装必须使用电泳漆,电泳漆通常又称水溶 性涂料,电泳漆与蒸馏水必须按一定比例进行稀释, 才能使用。 09:46:57 二、电泳 这主要是因为是以水为溶剂,由于水的特殊物化性,很高 的表面张力。会使涂膜在工件的边缘部位产生流挂,释放 困难,造成涂膜在干燥的过程中表面起皱等。但是,这些 缺点在通电的漆槽中就得到了克服。电泳涂装的机理,在 于离子型聚合物的水溶性会随着pH值的变化而变化。 电沉积过程中,最先发生的电化学反应是水的电解。这样 在阳极的周围,呈现很强的酸性,而阴极的周围呈现碱性, 阳极电泳是含有-COOA+多元酸聚合物的胺盐。-COO-基是以 阴离子形式在阳极发生沉淀反应的基团,A+是NH4+。含 羧酸聚合物在阳极形成涂膜。另外由于阳极以及金属件的 电化学溶解,在沉积涂膜中含有一部分的阳极金属离子。 同时会发生金属阳极的电化学溶解和树脂基料的氧化等副 反应。 09:46:57 二、电泳 在阴极电泳涂料里,基料中含有胺基团,通过加入酸中 和成盐而水溶,形成带有RnX+Z-的聚合物,其中Z-为相应 的有机酸(多为醋酸和甲酸)基团,RnX+为聚合物离子。 阳离子型基料(环氧、丙烯酸、聚酯、聚氨酯或其他树脂) 含有氨基或叔胺基团,在碱性条件下,阴极周围的阳离子 基团由于与OH-相互作用,而失去水溶性,并在阴极上以 R3N的形式沉积下来。有很多综述及专论对这种涂料及涂 装方法进行了详细的论述,这种涂装方法与电泳过程有一 定的相似性,但仍存在着差别,电泳过程针对的是一种憎 液胶体的运动,而电沉积发生在聚合物溶液的热动态平衡。 涂料中的颜填料也通过电沉积过程沉积在电极上,电沉积 涂膜是一种高度集中的胶体结构,并含有少量的有机溶剂。 现在,有一些关于电泳涂料的新观点,有不少专刊及文献 阐述了这个领域的技术进展。 09:46:57 二、电泳 电泳漆涂装金属表面是近年来发展起来的新工艺,其制 作工艺方法基本上和电镀相似。 电泳漆的好处是透明度 高,没有漆膜感﹐但又可加入颜料造成油漆的效果。 电 泳涂装一般包括四个同时进行的过程: 1. 电离电泳漆涂装时,油漆在水的作用下,离解成带 正电荷的正离子和带负电荷的负离子。 2. 电泳正离子和负离子在电场的作用下产生泳动,正 离子泳向阴极,负离子泳向阳极。 3. 电沉积负离子在阳极被吸附,发生电化反应,沉积 成膜,不再溶于水。 4. 电渗涂膜中的水,在电场的作用下被挤到膜外,因 而起脱水作用。 5.电解又称气逸。 当电流通过电解质时,水发生电解反 应,在阴极放出氢气,在阳极放出氧气。 09:46:57 二、电泳 电泳工艺分为阳极电泳和阴极电泳。若涂料粒子带负电, 工件为阳极,涂料粒子在电场力作用下在工件沉积成膜称 为阳极电泳;反之,若涂料粒子带正电,工件为阴极,涂 料粒子在工件上沉积成膜称为阴极电泳。 阳极电泳的特点是:原料价格便宜(一般比阴极电泳便宜 50%);设备较简单,投资少(一般比阴极电泳便宜 30%);技术要求较低;涂层耐蚀性能较阴极电泳差(约 为阴极电泳寿命之1/4)。 阴极电泳涂层耐蚀性高的原因是:工件是阴极,不发生阳 极溶解,工件表面及磷化膜不破坏;电泳涂料(一般为含 氮树脂)对金属有保护作用,且所用漆价高质优。 阳极电泳一般工艺流程为: 工件前处理(除油→热水洗→除锈→冷水洗→磷化→热水 洗→钝化)→阳极电泳→工件后处理(清水洗→烘干)。 09:46:57 二、电泳 09:46:57 二、电泳 09:46:57 二、电泳 模 板 电 泳 涂 装 工 艺 流 程 除油、除锈→水冲→水洗→干燥→电泳上膝→水冲→烘 干→喷商标→包装→出厂。 除油、除锈:采用二合一法,即除油、除锈一步法,溶液本 厂自配。 水冲、水洗:其目的在于去掉模板表面的酸碱 残留物。水洗时,最好采用常流水。 电泳上漆:这是工艺的目的和核心。电泳槽内的电流、 电压、固成份含量、PH值、电泳温度速度以及电泳槽附加设 备的正确使用,是决定电泳上漆成败的关键。 烘干:钢模板电泳上漆后必须烘干。烘干箱工作温度为160180℃,烘烤时间为30分钟。 电泳涂装所需的主要设备。各种水槽,电泳槽,通道式 烘干箱,机械传动系统,电气 控制系统,漆液和漆膜设备, 如电导仪,附着力测定仪等。 09:46:57 钢 09:46:57 二、电泳 3、质量检测与控制 (1)漆液浓度 电泳漆与蒸馏水混合后,其浓度应达到10%-15%,浓度过高,漆膜流 平性欠佳,易出现桔皮等缺陷。浓度过低,漆膜变薄,易出现针孔现象。 (2)电压 电泳电压一般应控制在60V左右。电压升高,沉积量增加,漆膜变的 粗糙,形成桔皮,电压过低,漆膜甚簿,甚至泳不上漆。 (3)电泳时间 电泳漆膜的厚度一般是随着电泳时间的增加而增加的,但是,当电泳 时间到达一定点后,漆膜厚度就不再增加,其原因就是漆膜在达到一定厚 度时产生绝缘。故采用处长电泳时间使漆膜增厚是行不通的,而且由于耗 电增加,在经济上是不合算的。电泳时间一般有3min即可。 09:46:57 二、电泳 3、质量检测与控制 (4)PH值 一般漆液PH值在8-9时均能得到满意的漆膜。PH值过低, 电泳槽内脉冲电流密度降低,从而造成模板局部无漆,形成 花脸,PH值过高,会造成湿膜再溶解,使漆膜变簿,影响涂 装质量。调整槽液的PH值有多种方法,我们选择了阴极罩法。 阴极罩是将阴极板装在一个帆布袋内,袋用钢丝架支撑着, 袋内装满蒸馏水。电泳时,胺的正离子和漆液中带正电荷的 杂质离子(如水中的Ca﹢﹢、Mg﹢﹢)均可通过帆布进入阴极 罩内,并在阴极放电。更换罩内蒸馏水,就可将杂质除去。 (5)电导率 电泳漆工作液的导电能力,通常用电导率表示。漆液的 电导过低,漆膜不易形成;电导过高,造成漆膜外观粗糙。 对同一种涂料而言,对漆液电导影响最大的因素是漆液中杂 质离子的存在。因此,一定要通过控制杂质含量,保持电导 09:46:57 率的正常值。

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