锌钙系常温磷化液的研究

论文摘要

本文研究了常温磷化的工艺和磷化机理，研制了一种新型常温磷化处理液，研究了该磷化液的配制和使用方法。讨论了磷化的工艺条件以及磷化液中各组分的作用以及各组分的用量和工艺参数对磷化膜的影响，并对磷化膜进行了检测。对磷化机理进行了初步的探讨和分析。本研究工作通过在锌系磷化液中引入Ca2+，大大改善了磷化膜的性能，其耐蚀性能大幅度提高，磷化膜晶粒迅速细化，沉渣量大幅度减少等。改进后的磷化液称为锌钙系磷化液。我们在实验的基础上，不断地改进锌钙系磷化液的组成和配比，对传统磷化工艺加以改进，研究出了一种新型磷化工艺，而且通过正交实验优选了常温锌钙系磷化液的配方，得到一种配制简单、成本低廉、并且能快速成膜的磷化液配方。本文通过改变磷化液组成和工艺条件，观察其对磷化膜耐蚀性和膜重的影响，得到锌钙系磷化的主要控制因素。结果表明，影响锌钙系磷化膜成膜速率及质量的主要因素有Zn2+／Ca2+、PO43-／NO3-、Ca（NO3）2、Zn（H2PO4）2、磷化温度和时间等。将钢铁试片在以磷酸、氧化锌、硝酸钙、钼酸钠等组成的锌钙系磷化液中常温磷化，利用正交试验法得到了磷化液的最佳配比。此配方为：7g／L氧化锌；22mL／L磷酸；10g/L硝酸钙；0．5g／L硝酸镍；2g／L柠檬酸；1．5g／L亚硝酸钠；2．0g／L氯酸钠；2．5g/L钼酸钠。此锌钙系磷化液在常温下，10-15min即可在钢铁表面上生成一层浅灰色、均匀、致密的磷化膜，耐CuSO4点滴时间为90s，耐3％氯化钠溶液浸泡时间为3h，都超过了国家标准GB／T 6807-2001的要求。且温度、酸度、磷化时间、前处理等因素影响常温磷化膜的形成、外观、膜重以及耐蚀性等。通过对磷化膜层性能及形貌的研究得知，对常温磷化工艺进行优化，可使覆膜质量明显提高。技术性能测试表明，该磷化液溶液稳定、沉渣少，并且能获得具有较好耐蚀性、极佳表面状况的磷化膜。实验证明，该磷化液克服了一般常温磷化泛黄、挂灰和耐蚀性差的缺点。推广应用前景广阔。本文从化学角度、电化学角度以及热力学角度分析研究了磷化机理，其中用热力学计算的方法讨论了常温磷化的可行性，发现若无氧化剂的加入，磷化难以自发进行，也就是说磷化过程中放热反应所释放的热量能够满足吸热反应所需求的热量，这样常温下的磷化才能自发进行。因此实现常温磷化的关键在于开发出高效促进剂。一些氧化性物质、重金属盐化合物和有机化合物均可作为磷化促进剂，文中选择了NaNO2、KClO3为氧化剂促进剂。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 磷化
• 1.2 磷化的分类
• 1.2.1 按磷化温度分类
• 1.2.2 按磷化膜体系分类
• 1.2.3 按磷化膜重分类
• 1.2.4 按促进剂类型分类
• 1.2.5 按磷化方式分类
• 1.3 磷化促进剂
• 1.3.1 氧化促进剂
• 1.3.2 金属离子促进剂
• 1.3.3 复合促进剂
• 1.4 磷化助剂
• 1.5 磷化技术的发展概况
• 1.5.1 国内磷化技术的现状与发展趋势
• 1.5.2 国外磷化技术的情况
• 1.5.3 展望
• 1.6 本论文研究的意义和内容
• 1.6.1 本论文研究的背景及意义
• 1.6.2 本论文研究的内容及创新之处
• 2.实验部分
• 2.1 磷化液组成及工艺条件
• 2.1.1 磷化液的配方
• 2.1.2 实验仪器与设备
• 2.2 磷化液的制备
• 2.2.1 磷化液的配制方法
• 2.2.2 游离酸度和总酸度的测定
• 2.3 常温磷化工艺流程
• 2.4 性能检测
• 2.4.1 外观
• 2.4.2 膜重
• 2.4.3 耐蚀性实验
• 3 结果与讨论
• 3.1 正交试验
• 3.1.1 正交因素与水平的确定
• 3.1.2 正交实验各组磷化液性能参数
• 3.1.3 综合评定
• 3.1.4 验证试验结果
• 3.2 磷化膜的影响因素
• 3.2.1 预处理工艺的影响
• 3.2.2 磷化方式的影响
• 3.2.3 磷化膜干燥
• 3.2.4 磷化工艺参数的影响
• 3.2.5 游离酸度和总酸度的影响
• 3.2.6 溶液成分的影响
• 3.3 磷化机理的研究
• 3.3.1 从化学角度分析
• 3.3.2 从电化学角度分析
• 3.3.3 从热力学角度分析
• 3.4 加速剂的作用及其原理
• 4 结论
• 4.1 主要结论
• 4.2 需要进一步研究的内容
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 学位论文评阅及答辩情况