福建分析测试Ｆｕｊｉａｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ＆Ｔｅｓｔｉｎｇ ６７ 磷化过程沉渣产生原因分析研究 叶 菁 Ｌ （福建省卫生职业技术学院，福建福州３５０１０１） 摘要：本义对钢铁磷化过程产生沉渣的原因进行分析，探索钢铁表面与磷化液中主要成分的化学反应与沉渣量之 间的规律．提出了降低磷化沉渣量的最佳措施，使钢铁磷化过程的沉渣量比原来减少了约５０％。 关键词：钢铁；磷化；沉渣 中图分类号：０６５２；０６５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—８１４３（２００８）０４—００６７—０３ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｉｎ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇ Ｙｅ Ｊｉｎｇ （Ｆｕｊｉａｎ Ｈｅｌａｔｈ ＣｏＵｅｇｅ，Ｆｕｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ ３５０１０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｆｏｒｍｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅ— ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｌｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｒｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｓｉＭ＇ｆａｅｅ ｗｅｌ＂ｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｄｅ— ｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｉｎ ｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ ５０％． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｒｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ；ｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇ；ｓｅｄｉｍｅｎｔ 随着我国机械制造业的飞速发展，在机械制造 在磷化液中，其主要化学成分是磷酸二氢锌，磷 领域由于防锈涂装的需要而普遍采用锌系磷化工 酸二氢锌在室温条件下和一定ｐＨ值环境下，在磷化 艺。钢铁的磷化是钢铁表面处理中的一道重要工序， 液中电离产生游离的磷酸，化学方程式如下： 磷化过程中主要是在钢铁表面形成磷酸盐膜层，同 ３Ｚｎ（Ｈ２Ｐ０４）２＝Ｚｎ３（ＰＯ４）２上＋４Ｈ３ＰＯ４ 时也产生磷化沉渣。虽然生成沉渣时所释放的氢离 不溶解的Ｚｎ，（Ｐ０４）：和钢铁工件溶解的铁离子产 子有利于维持磷化液的游离酸度，起到保持磷化槽 生不溶解的Ｆｅ（ＰＯ ） 沉积在钢铁工件表面上形成磷 液的平衡作用，但目前情况是这种化学反应的沉渣 化膜。因此磷化膜的主要成分是Ｚｎ （ＰＯ ・４Ｈ ０、 量过多，则消耗磷化槽液中大量的有效成膜物质，其 Ｚｎ Ｆｅ（Ｐ０４）２＂４Ｈ ０。按照磷化钢铁工件时的阳极反应， 结果是极大地缩短了磷化液的使用寿命，增加了磷 工件表面单质Ｆｅ在｝Ｉ＋的作用下溶解，放出氢气，生成 化成本；此外磷化沉渣极易粘附在钢铁工件表面，使 的Ｆｅ 进入磷化槽液。 得工件表面难于清洗干净，影响磷化膜的外观质量， Ｆｅ＋２Ｈ３Ｐ０４＝Ｆｅ（Ｈ２Ｐ０４）２＋Ｈ２ Ｔ 进而影响涂转陛能。再者，大量的沉渣还会引起喷淋 型磷化设备的管道和喷嘴堵塞，影响磷化生产的正 Ｆｅ～在氧化促进剂亚盐的作用下，会逐步被 常进行，增加清除沉渣的工作量，所以必须努力减少 氧化成Ｆｅ一，生成Ｆｅ 进人沉渣，反应式为： 磷化沉渣量。而沉渣量较大一直是磷化生产过程中 Ｆｅ“＋ＰＯ４３－－－，ＦｅＰＯ 较难解决的问题【 。 反应消耗了氢离子，加速了磷酸二氢锌的电离， 从而使得磷化膜继续生成，磷化反应的总方程式为： １磷化原理 ４Ｆｅ＋３Ｚｎ（Ｈ２ＰＯ４）２＋６ＮＯ２＝４ＦｅＰＯ４』ｒ＋Ｚｎ３（ＰＯ４）２ 收稿日期：２００８—７—７ 作者简介：叶菁（１９６４～），女，高级讲师，从事化学分析的教学和科研工作。Ｅｍａｉｌ：ｗｗｑ＠ｆｚｕ．ｅｄｕ．ｅｎ 福建分析测试 技术交流 ＋６ＮＯ ｔ＋６Ｈ，０ 由此可以得出：钢铁表面在磷化过程中将生成 一定量的沉渣。 ２ 实验部分 ２．１仪器与设备 ２．１．１试样的制备试样采用宝钢产冷轧铁板，剪裁尺 寸为１００ｒａｍ×１００ｍｍ×１．０ｒａｍ。 ２．１．２试验设备试验仪器称重采用ＦＡＩ １０４电子天平 （精确度为０．１ｍｇ）；１００Ｏｒａｌ烧杯２个；５００ｍｌ量筒２个。 ２．２沉渣测定方法 磷化液在磷化过程沉渣量的测定方法：磷化处 理相同面积的钢板后，把磷化液过滤以获取沉渣， 并将沉渣烘干后，用电子分析天平称取质量。 ２．３影响磷化液沉渣的几个因素 ２．３．１ 总酸度对磷化沉渣量的影响 总酸度是磷化液中磷酸二氢锌第一级和第二 级电离出来的Ｈ＋和磷化液中其他盐类水解后电离 出来的Ｉ－ｔ 以及各种金属离子的总和，其中磷酸二氢 锌对总酸度的贡献达９５％以上１３Ｉ。沉渣量与磷化液总 酸度的变化关系是随着总酸度的提高（相对于总酸 度的正常值），磷化膜有粗糙的变化趋势，并伴随着 磷化沉渣增加；总酸度过低（相对于总酸度的正常 短），礴化速 缓慢，磷化膜形成困难。为了加快磷化 膜的生成，必然使用更多的氧化促进剂，因此造成 了沉渣增多的结果。只要保持正常高度的总酸度， 磷化过程所产生的沉渣将达到一个最小值。大量的 买验结果表明，磷化浓缩液（重量比Ｉ．２０）的总酸应为 ６００—７００之间，游离酸度在１ １０～１３０之间，产生的沉 渣量将最小。 ２．３．２络合剂对沉渣量的影响 加入适量的络合剂与Ｆｅ 形成稳定的络合物，能 有效控制沉渣的生成量，以免损失大量的ＰＯ４ ，提 高槽液的稳定性，使磷化膜结晶细化均匀。柠檬酸 通过它的多基配位体与基体金属及溶液中的金属 离子的配位作用，促进钢铁的溶解和减少沉渣的形 成。若用量过多，会使成膜金属离子减少，阻碍正常 成膜，导致溶液游离酸度升高，延长成膜时间；若用 量过少，则又达不到络合目的。我们研究磷化液配 方时，选用酒石酸与柠檬酸以及ＥＤＴＡ作为络合剂 （含量为５ｇ／Ｌ）作对比试验，数据见表ｌ。 结果表明，ＥＤＴＡ与Ｆｅ 有较强的络合能力，柠 檬酸则比酒石酸更有效，所形成的络合物很稳定。 见表１。 表１对比试验结果 络合剂 沉渣量 ｇ・ｍ－ｚ） ＥＤＴＡ ｌ－’ 酒石酸 Ｉ－３ 柠檬酸 １．６ ２．３．３氧化剂Ｎ０ 含量对沉渣量的影响 ＮＯ 是氧化剂，有利于加速钢铁的阴极溶解［４１，并 能够将Ｆｅｚ 氧化成Ｆｅ 。因此保持磷化槽液中根 的合理含量，是保证磷化质量不可或缺的因素。试 验结果显示，磷化槽液中根含量对沉渣量的影 响见表２。 表２ ＮＯ 含量对沉渣量的影响 ＮＯ￣－－量（ｇ，１） 沉渣量／（ｓ・ｍ Ｏ．５ ６．７ １．５ ５＿３ ２．Ｏ ３．８ ２．５ ４．５ ３．０ ４．８ 从表２可以看出根的合理含量应该是２．Ｏｇ，ｌ 左右。 ２．３．４氟化钠对沉渣量的影响 氟化钠在磷化液中不仅是一种有效的促进剂 和缓冲剂，同时Ｐ与Ｆｅ 容易形成简单的配位化合 物，即形成正八面体结构稳定的铁氟络离子： Ｆｅ￣＋６Ｆ－＝［ＦｅＦ６］ Ｐ是体积小而带负电荷的配位体，配位数比较 高的中心离子能与之形成未饱和络合物，再与其他 络合物结合，形成异配位体。因此，它与ＥＤＴＡ、酒石 酸或柠檬酸联合使用时，便会产生协同作用，优势 互补，使其络合效果大于两者分别使用时络合效果 的总和。试验表明，氟化钠的含量为３—６ｇ／Ｌ时，可以 使磷化沉渣量最小。 ２．３．５亚钠促进剂对沉渣量的影响 促进剂亚钠的主要作用是加速Ｈ 在阴极 的放电速度，促使磷化第一阶段的速度加快，进而形 成沉渣，反应为： ＋ ＋ Ｚ． Ｆｅ＋２Ｈ—｝Ｆｅ＋Ｈ Ｔ 叶菁：磷化过程沉渣产生原因分析研究 ６ ［ｏ１＋Ｆｅ 一 一ＦｅＰＯ Ｉ 磷化浓缩液（重量ＬＬＩ．２０）的总酸应为６００～７００之 磷化液中游离磷酸浸蚀钢铁工件所释放出的 阳离子进人靠近界面区，很快达到饱和状点，一部分 迁移到远离界面区，一部分则被氧化后沉淀为沉渣。 同时会消耗大量的Ｈ ，促使金属工件在磷化槽液的 界面上的ｐＨ值上升，从而促进磷化槽液中的磷酸二 氢盐的三级离解平衡右移，加速磷化成膜，磷化槽液 中的磷酸盐也会起剧烈水解反应，生成磷酸盐沉 淀。 间，游离酸度在ｌ １０￣１３０之间，ＥＤＴＡ含量为１．２ｇ／ｍ ， 氟化钠含量为３～６ｇ／Ｌ，亚钠促进剂含量为ｌｅＣＬ 时，磷化过程产生的沉渣量将最小。 参考文献 ［１】伍泽涌．新型涂装前处理应用手册［Ｍ】．四川：四川科学技术 出版社．１９９８ 在磷化钢铁工件过程中，要尽可能地减少使用 【２】吴纯素．化学转化膜【Ｍ】．北京：化学工业出版社，１９８８ 亚钠促进剂，最好不要超过１ １．５ｇ几。 ［３３李安忠，Ｊ李立新．高速锌系磷化液及磷化工岂［Ｊ］．材料护， １９９４．２７（１２）：ｌ３一ｌ６． ［４】郭贤烙，王惠华．常温锌系磷化工艺【Ｊ］．电镀与涂饰， ４结论 ２０００，ｌ９（６）：２９～３８． １ ａ 。１ 量一 羹 § 《福建分析测试》承办国内外广告业务 欢迎联系刊登！ 广告经营许可证编号：３５００００４０００４５９ 联系人：郭升平 电话：（０８６５９１）８７８３０３７１ ａｎ ｆｊ ｔ ３－ｃｏｍ ｔ ｔ ｔ ｔ ｔ ｔ，／ ，／ｔ ｔ，／ｔ７ ｔ，／ｔ ｔ ｔ ｔ ｔ ■ § § 传真：（０８６５９１）８７８１６５９７ ６ｔ ｔ ｔ ｔ ｔ，／Ｉ／／ｌ ｌ
