磷化處理技術(shù)教案

磷化是大幅度提高金屬表面耐腐蝕性的一個(gè)簡(jiǎn)單可靠、費(fèi)用低廉、操作方便的工藝方法，因此被廣泛的應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中。 現(xiàn)代磷化工藝流程一般為：脫脂→水洗→除銹→表調(diào)→磷化→水洗→烘干。   1、 脫脂 鋼材及其零件在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中要用防銹油脂保護(hù)，一般合金在壓力加工時(shí)要用到拉延油，林件在切削加工時(shí)要接觸乳化液，熱處理時(shí)可能接觸冷卻油，零件上還經(jīng)常有操作者手上的油跡和汗跡，零件上的油脂還總是和灰塵等雜質(zhì)摻和在一起的。零件上的油脂不僅阻礙了磷化膜的形成，而且在磷化后進(jìn)行涂裝時(shí)會(huì)影響涂層的結(jié)合力、干燥性能、裝飾性能和耐蝕性。 要脫去金屬表面的油脂，首先就要了解油脂的有關(guān)性質(zhì)： 1、 油污的性質(zhì)和組成 在選擇脫脂方法和脫脂劑時(shí)，首先要了解金屬表面所帶的油污的性質(zhì)和組成，只有這樣，才能進(jìn)行正確的選擇，達(dá)到滿意去油效果。 1、1、油污的組成 (1)、礦物油、凡士林 他們是防銹油、防銹脂、潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂及乳化液的主要成分。 （2）皂類動(dòng)植物油脂、脂肪酸等他們是拉延油的主要成分。 （3）防銹添加劑他們是防銹油和防銹脂的主要成分。 此外，金屬屑、灰塵及汗?jié)n等污物也會(huì)混雜在上述的油污中。 1、 2油污的性質(zhì) （1）化學(xué)性質(zhì)根據(jù)油污能否與脫脂劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而分為可皂化油污和不可皂化油污。 植物油脂和動(dòng)物油脂是可皂化的，他們可以依靠皂化、乳化和溶解的作用脫除。礦物油和凡士林是不可皂化的，他們只能依靠乳化或溶解的作用來(lái)脫除。 （2）物理性質(zhì) 根據(jù)油污黏度或滴落點(diǎn)的不同，其形態(tài)有液體和半固體。黏度越大或滴落點(diǎn)越高，清洗越困難。根據(jù)油污對(duì)基體金屬的吸附作用，可分為極性油污和非極性油污。極性油污，如含有脂肪酸和極性添加劑的油污，有強(qiáng)烈的吸附在基體金屬上的傾向，清洗較困難，要靠化學(xué)作用或較強(qiáng)的機(jī)械作用力來(lái)脫除。此外，某些油污，如含有不飽和脂肪酸的拉延油，長(zhǎng)期存放后，氧化聚集形成薄膜，含有固體粉料的拉延油，細(xì)微的粉料吸附在基體金屬表面上，還有當(dāng)油污和金屬腐蝕物等混合在一起，都會(huì)極大的增加清洗的難度  2、脫脂方法及材料 脫脂是依靠脫脂劑對(duì)污物的溶解作用，皂化作用，依靠表面活性劑對(duì)污物的潤(rùn)濕、滲透、分散等物理作用等等，使污物成為可溶解的或可分散的。但還必須使污物離開金屬表面，而讓新的清洗劑占據(jù)表面，這樣金屬表面才能達(dá)到清潔。因固體表面有相對(duì)穩(wěn)定的液膜，溶解后的污物自動(dòng)離開金屬表面以及表面上清洗劑的更新等都不是很容易的。這就要求加以攪拌、擦拭等方式，以完成清洗過(guò)程或提高清洗效果等。 2、1清洗的方式有： （1）機(jī)械攪拌。在液體中加以機(jī)械攪拌，使固體表面之液膜減薄。攪拌越強(qiáng)，液膜越薄，但其作用有一定限度。 （2）擦洗。 （3）加溫清洗，增加熱運(yùn)動(dòng)。 （4）噴洗。用高壓噴洗。 （5）蒸氣清洗。用溶劑蒸氣清洗，溶劑在金屬表面上冷凝成液體，液體流淌時(shí)帶下 污物。 （6）超聲波輔助清洗。利用超聲波振蕩作用，使固體表面被沖擊震動(dòng)，促使污物離開金屬表面。 （7）電解清洗。利用金屬表面電化學(xué)反應(yīng)生成氣體。氣體自表面詣出時(shí)，使污物析出，自表面剝離。 2、2清洗用材料 清洗用材料有幾類：石油系溶劑，鹵代烴溶劑，堿性化學(xué)水溶液，乳化液等。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是溶劑清洗和堿液清洗倆種。 1）常見的有機(jī)溶劑為： 石油系溶劑有溶劑汽油、煤油、正己烷等；芳香族溶劑有甲苯、二甲苯等；氯系溶劑有三氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、二氯甲烷等。 有機(jī)溶劑的特點(diǎn)是脫脂效率高，特別是清除那些高黏度、高滴落點(diǎn)的油脂具有特殊的效果，而且可以在常溫下用簡(jiǎn)單的器具和石油系溶劑進(jìn)行手工清洗，對(duì)于各種金屬、各種尺寸和形狀的零件都適用，一在產(chǎn)量不大、機(jī)械化水平不高及有特殊要求的工廠中仍然采用。 為了使油污除凈，至少要用有機(jī)溶劑西倆次以上，使用一段時(shí)間后，當(dāng)溶劑中的油污含量增加到一定程度時(shí)，要及時(shí)更換，最后一道清洗要用比較干凈的溶劑。 除了液相有機(jī)溶劑脫脂，還有氣相有機(jī)溶劑脫脂。例如利用三氯乙烯、三氯甲烷等物質(zhì)，他們的沸點(diǎn)低、受熱易汽化，遇冷易液化、蒸氣密度大、蒸氣界面不易擴(kuò)散、不燃燒、溶解能力強(qiáng)（15度時(shí)三氯乙烯的溶解能力比汽油大四倍，50度時(shí)大七倍），因而常用做氣相脫脂，即把零件置于這類有機(jī)溶劑的蒸氣中蒸氣就在冷的零件上冷凝化，零件上的油脂就溶解于液化了的有機(jī)溶劑中而脫離零件，液化了的溶劑又被加熱成蒸氣，這種過(guò)程一直持續(xù)到零件表面的溫度與溶劑的溫度相等，蒸氣不在被液化為止。 雖然氣鄉(xiāng)有機(jī)溶劑去油效率內(nèi)很高，但是不能洗掉無(wú)機(jī)鹽類和堿類物質(zhì)，不能除去零件上的灰塵微粒。把三氯乙烯的浸洗、氣相清洗和噴洗來(lái)聯(lián)合采用，可以獲得極好的清洗效果。由于采用有機(jī)溶劑去油的勞動(dòng)條件差、毒性較大，氣相脫脂必須有良好的封閉式脫脂設(shè)備和通用裝置，大多數(shù)有機(jī)溶劑防火要求嚴(yán)格，而且脫脂費(fèi)用高，現(xiàn)在又有高效賭東道的水基清洗劑的出現(xiàn)，現(xiàn)在一般已不采用有機(jī)溶劑去油。 2）堿性水基清洗 以堿性清洗劑為主的水溶液，對(duì)動(dòng)植物油脂通過(guò)皂化作用使之成為可溶于水的皂類。此皂為表面活性劑，對(duì)非極性的礦物油有乳化作用，使之“增溶”于水相中堿性清洗劑的水溶液也可溶解汗跡等無(wú)機(jī)污物，故也能將其洗去。加入合成洗滌劑的清洗液，對(duì)油脂的清洗作用更有效。 堿性化學(xué)水溶液能清洗各種污物，在下一工序要求親水表面時(shí)特別適用。他有較溶劑經(jīng)濟(jì)、清洗液能用水洗凈，有不燃性，無(wú)毒性。 一般的堿性水溶液不如有機(jī)溶劑清洗快，而且需要加溫，還要有機(jī)械攪拌，并需注意PH值高室隊(duì)銅、鋁、鋅等金屬的腐蝕作用。 各種金屬發(fā)生腐蝕的臨界PH值為： 鋅 鋁 錫 黃銅 鋼鐵 PH 10 10 11 11.5 13 目前隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了表面活性劑，他可以和堿性水溶液一起使用。他即保存了堿性脫脂劑方便廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，又能大大的提高脫脂效率，降低脫脂溫度，與單純用表面活性劑相比，即降低了脫脂費(fèi)用，又有很高的脫脂效果。因此，目前被廣泛的應(yīng)用在前處理工藝上。 含表面活性劑的堿性脫脂劑中常用物質(zhì)及作用簡(jiǎn)介如下： 1、氫氧化鈉 又稱苛性鈉，是一種強(qiáng)堿化合物，他在水中溶解后電離出OH-，提供堿性，與動(dòng)植物油發(fā)生皂化反應(yīng)，生成能溶于水的甘油和脂肪酸鹽，溶解分散在水溶液中。所生成的脂肪酸鈉皂不僅自身有水溶性，而且也起表面活性劑的作用，能使不活性的油污被殘余的堿乳化、分散。當(dāng)?shù)V物油脂中存在羧酸基和磺酸基時(shí)，也能產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象。 2、碳酸鈉 又稱蘇打，是一種價(jià)格低廉的堿，他在水中水解時(shí)生成OH-，,提供堿度。因此，碳酸鈉具有緩沖作用，不象強(qiáng)堿那樣腐蝕某些有色金屬。碳酸鈉在硬水中能生成難溶的碳酸鈣，因此對(duì)應(yīng)水有一定的軟化能力。 3、磷酸三鈉幾縮合磷酸鹽 磷酸三鈉在水解時(shí)生成離解度很小的磷酸，從而獲得堿度。磷酸三鈉具有軟化硬水的作用和較明顯的促進(jìn)污垢粒子的分散（乳化）作用，他還具有較高的堿性，可通過(guò)皂化作用使脂肪類污垢溶解。 其他縮合磷酸鹽，包括焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉，他們都有一個(gè)重要性質(zhì)，就是作為多價(jià)螯合劑使用，所形成的螯合物不會(huì)從水溶液中沉淀出來(lái)，即是說(shuō)，縮合磷酸鹽對(duì)水的軟化作用不會(huì)產(chǎn)生任何沉淀。對(duì)鈣離子的螯合力以六偏磷酸鈉最強(qiáng)，對(duì)鎂離子的螯合力以焦磷酸鈉最強(qiáng)，三聚磷酸鈉對(duì)鈣鎂離子的螯合力介于倆者之間。所有的縮合磷酸鹽尤其是三聚磷酸鈉與十二烷基苯磺酸鈉這類表面活性劑都有明顯的協(xié)和作用，二者復(fù)配比比單用其中一種的清洗效果大幅度提高。此外，他們還具有緩沖、分散、促進(jìn)乳化等作用。4、硅酸鈉 有原硅酸鈉、偏硅酸鈉和水玻璃。水玻璃在水中能形成穩(wěn)定的膠體，形成溶劑化膠束，與表面活性劑一起使用時(shí)，有良好的助洗作用。硅酸鹽在水中會(huì)發(fā)生水解，水解生成的硅酸不溶于水，而以膠束結(jié)構(gòu)懸浮在槽液中，此種溶劑化的膠束對(duì)固體污垢的粒子具有懸浮和分散能力，對(duì)油污有乳化作用，因而有利于防止污垢在工件的表面再沉積。硅酸鹽具有緩沖作用，即在酸性污垢存在時(shí)，其PH值幾乎維持不變。硅酸鹽還可以和水中的高價(jià)金屬離子形成沉淀，可除去水中的鐵鹽，還能絡(luò)合鈣鎂離子，在一定意義上說(shuō)有軟化水的作用。硅酸鹽還具有耐腐蝕作用，是金屬緩蝕劑，因而有色金屬，特別是鋁、鋅、錫等制件用的堿性清洗劑幾乎都含有硅酸鹽。 原  5、表面活性劑 表面活性劑又叫界面活性劑。狹義上講是指在很低含量時(shí)就能顯著的降低水的表面張力的物質(zhì)稱為表面活性劑。廣義上是指凡是能夠使體系的表面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的物質(zhì)，都稱之為表面活性劑。 表面活性劑的分子是由易溶于油的親油基和易溶于水的親水基倆種集團(tuán)所組成。親油基以長(zhǎng)的碳?xì)滏湠榇�表。而親水基團(tuán)是極性的基團(tuán)，如羥基、羧基、氨基、磺酸基和醚基等為代表。這倆種基團(tuán)的不同親和力各自獨(dú)立作用而又同時(shí)發(fā)生。這種特點(diǎn)，使液體表面發(fā)生許多性能上的變化，表現(xiàn)在表面或界面上的吸附，表面力與界面張力的降低及潤(rùn)濕、凈洗、分散增溶、乳化、潤(rùn)滑等性能上。 表面活性劑的親油基結(jié)構(gòu)上的差別較小，一般是由長(zhǎng)鏈烴構(gòu)成，包擴(kuò)下列結(jié)構(gòu)： 1） 直鏈烷基（C8~C20） 2） 支鏈烷基（C8~C20） 3） 烷基苯基（烷基碳原子數(shù)為8~16） 4） 烷基萘基（烷基碳原子數(shù)為3以上） 5） 松香衍生物 6） 高相對(duì)分子質(zhì)量聚氧丙烯基 7） 長(zhǎng)鏈全氟（或氯代）烷基 8） 全氟聚氧丙烯基（低的相對(duì)分子質(zhì)量） 9） 硅氧烷基等 他的親水基部分的基因種類繁多，差別較大。表面活性劑性質(zhì)的差異除與烴基大小、形狀有關(guān)外，還主要與親水基的不同有關(guān)。因而表面活性劑的分類一般是以其親水基團(tuán)的結(jié)構(gòu)為依據(jù)，即按表面活性劑溶于水時(shí)的離子類型來(lái)分類，可分為四大類：陽(yáng)離子型、陰離子型、倆性型和非離子型。在工業(yè)生產(chǎn)中用陰離子型和非離子型倆類。 表面活性劑的親水基親油基的強(qiáng)弱與其潤(rùn)濕、洗滌、乳化性有關(guān)系，主要表現(xiàn)在HLB值上及臨界膠束濃度(CMC)。 臨界膠束濃度是指表面活性劑形成膠束的最低濃度。當(dāng)在水中加入少量表面活性劑時(shí)，為使親油基團(tuán)不被水分子排斥，他的極性基傾向于留在水中，而非極性基傾向于翹出水面，造成表面活性劑分子在水面整

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