环保型单组分低温磷化液的研制

1、环保型单组分低温磷化液的研制曾德芳, 刘志明, 卓海华(武汉交通科技大学 动力与环境工程学院,湖北武汉430063)摘要:常规磷化液中通常含有亚硝酸钠、重铬酸钾、氟化钠或硝酸镍等对人体和环境有害的物质。为改善环保,选用污染小的促进剂A和B,研制出环保型单组分低温磷化液,包括锌锰系彩膜磷化液和锌钙系灰膜磷化液。介绍了其配方、配制及处理工艺,测定了磷化液及磷化膜的性能。促进剂A能提高磷化膜的耐蚀性和彩膜附着力,促进剂B能加快磷化速度。该环保型磷化液应用范围广,是常规磷化液的理想替代品。关键词:磷化; 环保; 单组分; 低温中图分类号:TG176 文献标识码:ADevelopmentofenviro

2、nmental friendlymonocomponentphosphatingsolutionatlowtemperatureZENGDe-fang, LIUZhi-ming, ZHUOHai-hua(AcademyofPower&EnvironmentalEngineering,WuhanTrafficUniv.ofSci,andTechnol.,Wuhan430063,China)Keywords:phosphating;environmentprotection;monocomponent;lowtemperature1 前言钢铁表面在涂漆或喷型前,都必须进行收稿日期:2000

3、-09-28作者简介:曾德芳(1945-),男,1982年毕业于华中师范大学化学系,现任武汉交通科技大学副教授,在国内外,3磷化处理,以提高涂膜的耐蚀性和附着1力。目前工业上使用的传统磷化液分为两类:一类是中高温(5090 )双组分磷化处理液(约占目前使用量的70%左右2);另一类是常温或低温单组分磷化处理液(约占目前使用量的30%左右)。前者耐蚀性好,磷化速度快,但存在能耗大、成本高、操32000年8月4电镀与涂饰 第19卷第4期 29多、稳定性差等缺点。后者使用方便、成本低、磷化膜薄而致密,但耐蚀性差、磷化速度慢。这两类磷化液中一般都含有亚硝酸钠、重铬酸钾5氟化钠或硝酸镍等对环境和人体污染

4、、危害严重的物质。因此,如何研究出一种环保型单组分低温(3545 )磷化液,已成为当今磷化领域中亟待解决的重要课题,我们通过几年的努力,成功地研制出原料名称磷酸硝酸氧化锌氟化锰洒石酸钾钠促进剂A促进剂B水本磷化液原料规格工业一级(85%)工业一级(99%)工业一级(99%)工业一级(95%)工业一级(98%)自制自制自来水自制一种环保型单组分低温磷化液,应用效果良好。2 磷化液的最佳配方及配制2 1 锌锰系彩膜磷化液的最佳配方及成本锌锰系彩膜磷化液的最佳配方及成本见表1。单价(元/公斤) 3.10单耗成本(元/公斤) 0.04960.2236表1 彩膜磷化液最佳配方及成本质量分数(%) 1 6

5、0其中促进剂A是由EDTA,含氮有机物,硫酸亚铁,硝酸铜和水按一定比例配制而成;促进剂B由草酸钠、十二烷基磺酸钠、浸透剂T和水按一定比例配制而成。2 2 1 锌锰系彩膜磷化液的配制先用50%配方量的水与硝酸混合均匀后,在搅拌下依次加入氧化锌和氧化锰,继续搅拌20min后再加入磷酸,搅拌20min后依次加入酒石酸钾钠和余下的50%水,升温至4050 ,在搅拌下慢慢加入促进剂A和促进剂B,继续搅拌30min后便可得到Zn-Mn系单组分彩膜磷化液,该磷化液为淡绿色透明液体。2 2 锌钙系灰膜磷化液最佳配方及成本锌钙系灰膜磷化液最佳配方及成本见表2。表2 锌钙系灰膜磷化液最佳配方及成本原料名称磷酸硝酸

6、锌磷酸二氢钙酒石酸HEDP焦磷酸钠促进剂A促进剂B水本磷化液原料规格工业一级(85%)工业一级(95%)工业一级(95%)工业一级(99%)工业一级(98%)工业一级(98%)自制自制自来水自制质量分数(%) 1 2单价(元/公斤) 3.10单耗成本(元/公斤) 0.03720.216其中促进剂A由氯酸钾、钨酸钠、碳酸钠和水按一定比例配制而成;促进剂B由二乙醇胺、Tx-10非离子表面活性剂、胶体钛和水按一定比例配制而成。2 2 1 锌钙系灰膜磷化液的配制先将水注入反应釜中,然后在搅拌下依次加入促进剂A、促进剂B、酒石酸、HEDP,搅拌20min至溶解完全,再依次加入磷酸、硝酸锌和磷酸二氧钙、继

7、续搅拌20min后即得到一无色透明的磷化液。值降至pH=78时,应及时补加适量新的纯碱使碱洗池的pH值为10左右,这样既可节约宝贵的水资源,同时也保证了处理质量和工件效率。3 2 2 磷化处理磷化处理条件应控制在3545 和35min。因为,若低于35 或3min,磷化速度明显减慢,磷化膜变薄,耐蚀性变差10;若大于45 或5min,则能耗、成本增加。同时磷化膜的致密性和附着力下降11。若采用喷淋,则只需23min,而且磷化效果更佳。3 2 3 磷化的后处理磷化后的处理包括水洗和干燥两个步骤。工件从磷化槽取出后必须先经过水洗然后再进行干燥,否则容易挂灰,影响涂膜的附着力。水洗时只用干净流水漂洗

8、一下即可,千万不可久冲久洗,否则易使磷化膜变薄甚至出现返锈,水洗后的干燥可采取凉干,风干或烘干,但风干、烘干比凉干更好,因为干得越快,磷化膜致密性和耐蚀性越好。3 处理工艺及说明3 1 处理工艺流程处理工艺流程为:钢铁工件 除油 水洗 除锈 水洗 磷化 水洗 干燥 涂装3 2 处理工艺的几点说明3 2 1 磷化前的预处理在磷化前必须对钢铁件进行除油除锈,否则磷化时无法成膜6。除油多采用弱碱性常温除油剂7,它不仅有利于工件的清4 结果及讨论4 1 磷化液及磷化膜的主要性能磷化液及磷化膜的主要性能测试结果见表3。4 2 磷化液的维护与调整为了确保磷化槽液的质量和工作的连续性必须定期或不定期地对槽液

9、进行除渣和调整酸度12洗,而且可大大提高钢铁表面的活化能和活化点数量,从而提高了磷化速度和磷化膜的附着力。我们采用的除锈剂是用有机酸、无机酸、表面活性剂、缓蚀剂等复配而成的以除锈为主兼顾除油的二合一除锈液8,可在常温下510min内迅速将工件表面锈迹除掉,对无锈工件能起到活化表面、提高磷化膜附着力之作用。因为对于无锈工件,若除油后直接磷化,势必使钢铁表面活性点大大减少,从而使磷化速度、磷化膜的耐蚀性和附着力大大下降9。具体做法是:当沉渣增多时,用吸管及时吸去槽底的沉渣,然后通过添加一定量的5倍浓缩磷化液及水使之在新液正常的酸度范围内(游离酸度35,总酸度2835)。例如在一吨工作液中加入45k

10、g的5倍浓缩液可提高总酸度1点,提高游离酸度0 2点,反之若总酸度偏高,可用。酸洗除锈后的水洗一般采用二池法,即酸洗出来后首先进入5%的Na2CO3水池进行中行,然后进入流水池,清洗至工件表面水膜呈中性(pH=7 0.5),然;2000年8月 电镀与涂饰 第19卷第4期 31用适量的氢氧化锌进行中和,如一吨磷化工作液中加入0 51kg的氢氧化锌可降低游离酸度1点,以此来保证磷化液的质量和工作的连续稳定性。表3 磷化液及磷化膜主要性能测试结果测试 项目 磷化液外观pH值游离酸度(点)总酸度(点)比重(g/cm3)磷化温度( )磷化时间(min)膜外观膜厚( m)硫酸铜点滴试验(s)3%NaCl浸

11、泡(h)室内挂片(天)彩膜磷化液测试结果2.53528331.04354535彩虹色3>150>3>90灰膜磷化液测试结果3.02430351.06354535灰色5>120>2>60进剂的正确选择与应用是该产品的技术关键所在。5 结束语综上所述,环保型单组分低温磷化液具有污染小、成本低、使用方便、磷化性能好、耐蚀性高和附着力强等优点,可广泛应用于汽车、自行车、电冰箱、洗衣机、金属构件和五金电器等金属制品涂装前的表面预处理,是传统磷化液的理想换代产品,具有明显的经济效益和环境效益,值得大力推广。参考文献:1 许强龄.现代表面处理新技术M.上海:上海科技文献出

12、版社,1994.2 龚 敏.钢铁的中温磷化工艺J.材料保护,1994,(4):27-28.3 郭良生.SL-6A型常温锌系磷化液的研制J.材料保护,1996,(12):10-11.4 张 虹.新型室温少渣磷化液的应用J.材料保护,1995,(4):36-38.5 夏正斌.常温磷化技术J.材料保护,1999(8):16-18.6 RajagopalanKSetalJ.MetalFinishing,1997,77(5):99-104.7 欧洲专利,04032411990-12-19.8 Oharolson,MOW,FneemanDB,BrounKetal.J.TnansInstituteMetalFinishing,1989,(61):155.9 欧洲专利261597,1995,10-10.10GabeDR,JohnhalCPS.AndicAccelerationofPhosphatingProcessesJ.MetalFinishing,1985,183(4):41-44.11吴纯素.化学转化膜M.北京:化学工业出版社(第一版),1988.淡绿色透明液体无色透明液体4 3 环保型磷化促进剂的选择与作用传统的磷化液中常用的促进剂有5:亚硝酸钠、氟化钠、硝酸镍和重铬酸钾等强致癌物和重金