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磷化液中磷化渣的控制及其對磷化膜的影響

2020-06-21 10:34:15 來源：本站點擊：1691 作者：管理員

磷化處理是在金屬表面通過化學反應生成一層不溶于水的結晶型多孔磷酸鹽轉化膜，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，但磷化過程會伴隨磷化渣的產生。大量磷化渣的存在，會影響磷化膜的質量，降低工件的耐腐蝕性能，從而增加不合格品的比率，嚴重時甚至會影響生產的正常進行；磷化液中的磷化碴會導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；磷化渣的增加還會增加磷化倒槽及清洗頻次，增加污水處理的負荷和成本；磷化渣的增加也會影響設備的正常運轉，加大循環泵的負荷，阻塞噴嘴、管道和閥門等設備，造成設備維護及維修成本的增加。
磷化渣的形成主要在磷化反應過程中發生，沉淀反應一般發生在基體與溶液接觸界面。在該區域，反應向生成沉淀的方向進行，主要表現為以下三類：**類*終在基體表面以結晶的形式析出而形成磷化膜；第二類由于反應速度快，且沉淀主要表現為無定型，此類沉淀物難以參加成膜而*終以沉渣的形式存在；第三類反應的沉淀一般只在瞬間形成，只要離開界面馬上會被溶解，一般不參加成膜，也不會在沉渣中出現。在遠離界面區域，磷化液也會發生沉淀反應，所形成的沉淀均以沉渣的形式存在。
本文針對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工藝溫度要求（50℃），通過實驗對磷化液加熱水浴溫度與磷化液產渣量的關系進行了驗證；采用稱重和讀數的方式對磷化渣體積濃度與質量濃度間的換算關系進行了分析；還采用SEM電鏡對磷化渣與磷化膜的成膜質量關系進行了對比。
2 實驗
2.1磷化液加熱水浴對產渣量的影響
磷化液溫度及磷化液參數是影響磷化產渣量的主要因素，在生產過程中應該控制磷化液的工藝溫度及磷化液的促進劑、游離酸及總酸的指標，確保磷化膜致密的同時磷化產渣少，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熱交換的方式進行加熱，本文針對加熱所使用的熱水溫度對磷化升溫過程產渣的影響這一問題進行了實驗對比。
對于間歇生產的汽車生產線，為了更高效的使磷化槽液溫度升至工藝范圍，磷化升溫過程一般采用溫度較高的熱水對其進行換熱，通常情況認為高溫會產生更多的磷化渣，同時還會損耗更多的能源；為了驗證熱水溫度對磷化液產渣量和換熱效率是否有影響，本文采用實驗方法為：根據磷化液現場工藝的溫度，設定兩種水浴溫度（分別為65℃和80℃）對磷化液進行升溫，升溫及恒溫過程均對磷化液進行攪拌；升溫至工藝溫度（50℃）后在50℃水浴中恒溫4小時，恒溫結束后對磷化液產渣量測量；根據測量結果判定不同水浴溫度對磷化液產渣量的影響。
現場取磷化液6L，將磷化渣過濾，均分過濾后磷化液為六杯待用（1L/杯）；恒溫水浴箱升溫至設定溫度后，將冷卻至室溫并過濾后的磷化液進行水浴加熱至50℃，并記錄升溫段時間；采用加冷水的方式對水浴箱降溫至50℃，設定水浴箱溫度為50℃，對50℃磷化液恒溫4小時；恒溫結束后對磷化液含渣量進行測量并記錄
根據表1中數據可知，水浴溫度越高，升溫段耗時越短，磷化液產渣量越少，根據實驗結果表明，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，升溫段時間越短，因此，升溫段磷化液產渣量更低，而整個實驗過程產渣量主要集中在升溫段。在80℃條件下*終產渣量低于65℃條件時的渣量，產渣量比65℃時的渣量低25.77%。
根據以上數據，可以結合生產線的能量消耗、生產節拍以及換熱器換熱效率，可對磷化液升溫使用的熱水溫度進行合理的調整，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，同時也能減少換熱器的清洗頻次。
2.2磷化渣體積濃度與質量濃度的關系
為了解槽液中的含渣量，需要定時進行監測。目前對磷化液含渣量的監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，在規定的時間內對磷化渣進行讀數，從而判定磷化液中的含渣量。該方法監控磷化渣含量操作簡單，但只粗略的估算了磷化渣的體積濃度，對磷化渣的真實含量存在較大偏差，為了避免判斷誤差，我們采用對磷化液含渣量同時進行體積濃度與質量濃度的檢測，得出二者對應的數據值，建立磷化渣體積濃度與質量濃度的關系圖及關系式，根據關系式我們可以通過體積濃度得出真實的質量濃度，從而更準確的監控磷化液含渣量。
2.3磷化渣對磷化膜的影響
大量磷化渣的存在，會影響磷化膜的質量，降低工件的耐蝕性能，為了更直觀的磷化渣對反應磷化膜形成的影響，采用在不同渣量狀態下制作磷化板，并對磷化板進行SEM分析。
采用JEOL-JSM6390LA型掃描電子顯微鏡對磷化后的試樣進行表面形貌分析，加速電壓為15kV；分別在X500和X1500的倍數下對磷化膜狀態進行分析。比較相同倍數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，支晶長度在8-20μm，明顯高于含渣量少時磷化液中磷化膜的支晶長度（3-9μm）。
3 結論
1、磷化加熱水浴對磷化產渣量的影響為：磷化液加熱水浴溫度高，磷化液產渣量低，換熱效率高；磷化液加熱水浴溫度低，磷化液產渣量高，換熱效率低；
2、磷化渣體積濃度與質量濃度的關系驗證實驗得出，磷化渣體積濃度與質量濃度的關系為：y=1232.7x-61.745；
3、通過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系。