磷化液中磷化渣的控制及其對(duì)磷化膜的影響
2020-06-21 10:34:15 來(lái)源：本站 點(diǎn)擊：1074 作者：管理員
磷化處理是在金屬表面通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成一層不溶于水的結(jié)晶型多孔磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，磷化膜作為涂層的基底，可以有效地提高涂層的耐腐蝕性能，但磷化過(guò)程會(huì)伴隨磷化渣的產(chǎn)生。大量磷化渣的存在，會(huì)影響磷化膜的質(zhì)量，降低工件的耐腐蝕性能，從而增加不合格品的比率，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懮a(chǎn)的正常進(jìn)行；磷化液中的磷化碴會(huì)導(dǎo)致磷化液使用壽命的縮短，直接增加了磷化工序的加工成本；磷化渣的增加還會(huì)增加磷化倒槽及清洗頻次，增加污水處理的負(fù)荷和成本；磷化渣的增加也會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，加大循環(huán)泵的負(fù)荷，阻塞噴嘴、管道和閥門等設(shè)備，造成設(shè)備維護(hù)及維修成本的增加。
磷化渣的形成主要在磷化反應(yīng)過(guò)程中發(fā)生，沉淀反應(yīng)一般發(fā)生在基體與溶液接觸界面。在該區(qū)域，反應(yīng)向生成沉淀的方向進(jìn)行，主要表現(xiàn)為以下三類：**類*終在基體表面以結(jié)晶的形式析出而形成磷化膜；第二類由于反應(yīng)速度快，且沉淀主要表現(xiàn)為無(wú)定型，此類沉淀物難以參加成膜而*終以沉渣的形式存在；第三類反應(yīng)的沉淀一般只在瞬間形成，只要離開(kāi)界面馬上會(huì)被溶解，一般不參加成膜，也不會(huì)在沉渣中出現(xiàn)。在遠(yuǎn)離界面區(qū)域，磷化液也會(huì)發(fā)生沉淀反應(yīng)，所形成的沉淀均以沉渣的形式存在。
本文針對(duì)上汽依維柯紅巖商用車有限公司涂裝磷化線所使用的漢高鋅-鎳-錳三元磷化體系及磷化液生產(chǎn)工藝溫度要求（50℃），通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)磷化液加熱水浴溫度與磷化液產(chǎn)渣量的關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證；采用稱重和讀數(shù)的方式對(duì)磷化渣體積濃度與質(zhì)量濃度間的換算關(guān)系進(jìn)行了分析；還采用SEM電鏡對(duì)磷化渣與磷化膜的成膜質(zhì)量關(guān)系進(jìn)行了對(duì)比。
2 實(shí)驗(yàn)
2.1磷化液加熱水浴對(duì)產(chǎn)渣量的影響
磷化液溫度及磷化液參數(shù)是影響磷化產(chǎn)渣量的主要因素，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該控制磷化液的工藝溫度及磷化液的促進(jìn)劑、游離酸及總酸的指標(biāo)，確保磷化膜致密的同時(shí)磷化產(chǎn)渣少，磷化液中含渣量一般要求控制在300-400ppm以下[3]；而磷化液溫度的控制主要通過(guò)熱交換的方式進(jìn)行加熱，本文針對(duì)加熱所使用的熱水溫度對(duì)磷化升溫過(guò)程產(chǎn)渣的影響這一問(wèn)題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比。
對(duì)于間歇生產(chǎn)的汽車生產(chǎn)線，為了更高效的使磷化槽液溫度升至工藝范圍，磷化升溫過(guò)程一般采用溫度較高的熱水對(duì)其進(jìn)行換熱，通常情況認(rèn)為高溫會(huì)產(chǎn)生更多的磷化渣，同時(shí)還會(huì)損耗更多的能源；為了驗(yàn)證熱水溫度對(duì)磷化液產(chǎn)渣量和換熱效率是否有影響，本文采用實(shí)驗(yàn)方法為：根據(jù)磷化液現(xiàn)場(chǎng)工藝的溫度，設(shè)定兩種水浴溫度（分別為65℃和80℃）對(duì)磷化液進(jìn)行升溫，升溫及恒溫過(guò)程均對(duì)磷化液進(jìn)行攪拌；升溫至工藝溫度（50℃）后在50℃水浴中恒溫4小時(shí)，恒溫結(jié)束后對(duì)磷化液產(chǎn)渣量測(cè)量；根據(jù)測(cè)量結(jié)果判定不同水浴溫度對(duì)磷化液產(chǎn)渣量的影響。
現(xiàn)場(chǎng)取磷化液6L，將磷化渣過(guò)濾，均分過(guò)濾后磷化液為六杯待用（1L/杯）；恒溫水浴箱升溫至設(shè)定溫度后，將冷卻至室溫并過(guò)濾后的磷化液進(jìn)行水浴加熱至50℃，并記錄升溫段時(shí)間；采用加冷水的方式對(duì)水浴箱降溫至50℃，設(shè)定水浴箱溫度為50℃，對(duì)50℃磷化液恒溫4小時(shí)；恒溫結(jié)束后對(duì)磷化液含渣量進(jìn)行測(cè)量并記錄
根據(jù)表1中數(shù)據(jù)可知，水浴溫度越高，升溫段耗時(shí)越短，磷化液產(chǎn)渣量越少，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在升溫段使用加熱水浴溫度高越高，熱水與磷化液間換熱效率越高，升溫段時(shí)間越短，因此，升溫段磷化液產(chǎn)渣量更低，而整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)渣量主要集中在升溫段。在80℃條件下*終產(chǎn)渣量低于65℃條件時(shí)的渣量，產(chǎn)渣量比65℃時(shí)的渣量低25.77%。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以結(jié)合生產(chǎn)線的能量消耗、生產(chǎn)節(jié)拍以及換熱器換熱效率，可對(duì)磷化液升溫使用的熱水溫度進(jìn)行合理的調(diào)整，從而減少換熱器累積磷化渣量，減輕磷化渣在換熱器上的堆積，可以提高了換熱器的換熱效率，同時(shí)也能減少換熱器的清洗頻次。
2.2磷化渣體積濃度與質(zhì)量濃度的關(guān)系
為了解槽液中的含渣量，需要定時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。目前對(duì)磷化液含渣量的監(jiān)控主要采用的方式為：用一種特別的帶有刻度的1000ml錐形量筒，取1000ml槽液于錐形量筒，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)磷化渣進(jìn)行讀數(shù)，從而判定磷化液中的含渣量。該方法監(jiān)控磷化渣含量操作簡(jiǎn)單，但只粗略的估算了磷化渣的體積濃度，對(duì)磷化渣的真實(shí)含量存在較大偏差，為了避免判斷誤差，我們采用對(duì)磷化液含渣量同時(shí)進(jìn)行體積濃度與質(zhì)量濃度的檢測(cè)，得出二者對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值，建立磷化渣體積濃度與質(zhì)量濃度的關(guān)系圖及關(guān)系式，根據(jù)關(guān)系式我們可以通過(guò)體積濃度得出真實(shí)的質(zhì)量濃度，從而更準(zhǔn)確的監(jiān)控磷化液含渣量。
2.3磷化渣對(duì)磷化膜的影響
大量磷化渣的存在，會(huì)影響磷化膜的質(zhì)量，降低工件的耐蝕性能，為了更直觀的磷化渣對(duì)反應(yīng)磷化膜形成的影響，采用在不同渣量狀態(tài)下制作磷化板，并對(duì)磷化板進(jìn)行SEM分析。
采用JEOL-JSM6390LA型掃描電子顯微鏡對(duì)磷化后的試樣進(jìn)行表面形貌分析，加速電壓為15kV；分別在X500和X1500的倍數(shù)下對(duì)磷化膜狀態(tài)進(jìn)行分析。比較相同倍數(shù)下的磷化膜掃描電鏡照片，冷軋板在含渣量少的磷化液中形成的磷化膜較致密，而含渣量多的磷化液中形成的磷化膜松散而且磷化膜呈支晶狀，支晶長(zhǎng)度在8-20μm，明顯高于含渣量少時(shí)磷化液中磷化膜的支晶長(zhǎng)度（3-9μm）。
3 結(jié)論
1、磷化加熱水浴對(duì)磷化產(chǎn)渣量的影響為：磷化液加熱水浴溫度高，磷化液產(chǎn)渣量低，換熱效率高；磷化液加熱水浴溫度低，磷化液產(chǎn)渣量高，換熱效率低；
2、磷化渣體積濃度與質(zhì)量濃度的關(guān)系驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得出，磷化渣體積濃度與質(zhì)量濃度的關(guān)系為：y=1232.7x-61.745；
3、通過(guò)SEM金相照片得出，磷化膜的致密程度與磷化液含渣量成反比關(guān)系。
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