《钢铁的磷化》PPT课件.ppt
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1、第三章 钢铁的磷化2014秋季学期 磷化:磷化:将金属零件浸入含有磷酸盐磷酸盐的溶液中进行化学处理化学处理,在零件表面零件表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜磷酸盐保护膜的方法。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)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,且发黑磷酸锰在金属的冷变形加工中能
2、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寿命寿命大气条件下稳定,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对熔融金属对熔融金属(锡、铝、锌)的附着力的附着力差差,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(调质后气体渗氮调质后气体渗氮)氮化
3、层形貌图氮化层形貌图含氮马氏体和颗粒状氮化物,黑色为晶界区域锌系浸渍磷化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
4、化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减磨用减磨用磷化膜。起润滑作用,降低摩擦系数。选用锰系、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类型类型磷化液主
5、要成分磷化液主要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厚膜厚(g/m2)锌系锌系Zn(H2PO4)2Zn2(PO4)24H2OZn2Fe(PO4)24H2O浅灰深灰结晶状160锰系锰系Mn(H2PO4)2Fe(H2PO4)2Mn2 Fe(PO4)24H2O灰深灰结晶状160铁系铁系Fe(H2PO4)2Fe3(PO4)28H2O深灰结晶状510锌钙系锌钙系Zn(H2PO4)2 Ca(H2PO4)2Zn2Ca(PO4)22H2OZn2Fe(PO4)24H2O浅灰深灰结晶状115锌锰系锌锰系Zn(H2PO4)2Mn(H2PO4)2 ZnFe Mn(PO4)24H2O灰深灰结晶状160碱金
6、属轻铁系碱金属轻铁系NaH2PO4 NH4H2PO4Fe2O3Fe3(PO4)28H2O暗灰彩红色无定型0.51.0按磷化膜厚度类型类型膜厚膜厚(g/m2)膜的主要组成膜的主要组成用途用途薄膜型薄膜型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厚膜型10.0磷酸锌、磷酸锰和(或)其他金属的磷酸盐防锈用,不宜用作涂装底层锌系钢板常温锌系磷化钢板常温锌系磷化 电镀与环保,电镀与环保,2010高温高温磷化(8098)中温中温磷化(6075)低温低温磷化(3
7、555)常温常温磷化(不加温)按磷化温度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+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
8、加入方式转化型转化型磷化: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)由溶液提供的磷化按成膜机制基本组成: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磷化膜成膜的电位-时间曲线示意图Edward L.Ghali,R.J.A.Potvin.The mechanism of phos
9、phating of steel.Crrosion Science,1972,12(7):583-594Edward GhaliLaval UniversityCanadaA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+H2B段:电势变正,形成磷化膜非晶底层 3Me(H2PO4)2 Me3(PO4)2+4H3PO4Metal grainsAmorphous precipitation a 段:基体金属还在继续溶解 Fe+2H3PO4Fe(H2PO4)2+H2Iron phosphateC段:电势缓慢变正,对应磷化膜的形成过程 Me(H2PO4)2
10、MeHPO4 +H3PO4 3MeHPO4 Me3(PO4)2+H3PO4 2Zn2+Fe2+2PO43-+4H2O Zn2Fe(PO4)24H2O 3Zn2+2PO43-+4H2O Zn3(PO4)24H2O(Zn,Fe)3(PO4)24H2OZn3(PO4)24H2OD段:对应磷化膜重结晶,结构重组【思考】【思考】如何利用磷化机理指导磷化配方与磷如何利用磷化机理指导磷化配方与磷化工艺的设计化工艺的设计(1)如何提高磷化反应速度?(2)如何控制磷化沉渣?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控制磷化沉渣避免H+浓度太高避免促进剂氧化能力过强磷化膜:基体材料工件的表面
11、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:分分类类磷化液主要磷化液主要成分成分磷化膜主要磷化膜主要组组成成膜膜层层外外观观膜层形貌膜层形貌锌锌系系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锌钙系系Zn(H2PO4)2Ca(H2PO4)2Zn2Ca(PO4)22H2OZn2Fe(PO4)24H2OZn3(PO4)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锰系系Mn(H2PO4)2Fe(H2PO4)2Mn2Fe(PO4)24H2O(Mn,Fe)5H2(P
12、O4)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锰锌系系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铁系系Fe(H2PO4)2Fe3(PO4)28H2OFe5H2(PO4)4 4H2O深灰色深灰色晶粒呈密集颗晶粒呈密集颗粒状粒状PZn2Fe(PO4)24H2O (磷叶石,Phosphophyllite,fsfufilait)HZn3(PO4)24H2O (磷锌矿,Hopeite,h
13、upait)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)锌系钼酸盐复合磷化膜 (b)锌系钒酸盐复合磷化膜磷化膜的厚度一般在150mm 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、
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