CN102899649A - 非结晶型磷化膜剂组合物溶液 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种非结晶型磷化膜剂组合物溶液，旨在提供一种耐腐，耐盐雾，抗冲击性能好，结合牢固，减摩耐磨，能够在钢铁材料表面上制备非结晶型磷化膜的磷化剂组合物溶液。本发明通过下述技术方案予以实现：该组合物含有：硝酸钡：20～50g/l，硝酸锌：10～30g/l，磷酸二氢锌：5～15g/l，其余量为水。所述方法可以是：（1）针对构件特点采用有机溶剂除油；（2）将待制膜构件放入浓度为5wt%～10wt%的盐酸溶液中浸泡5～30分钟，然后在浓度为5wt%～10wt%的碳酸钠溶液中浸泡5～30分钟；（3）再将上述构件放入温度为80℃～90℃的上述非结晶型磷化膜剂组合物溶液中10～50分钟，再用温度为70℃～90℃，含量为5wt%～10wt%的重铬酸钾溶液对上述非结晶型磷化膜孔隙进行填充。

Description

非结晶型磷化膜剂组合物溶液

技术领域

本发明涉及一种在钢铁材料表面上制备非结晶型磷化膜（膜层呈无定型）剂组合物溶液。

背景技术

磷化是一种化学与电化学反应，在表面沉积形成一层不溶于水的结晶型磷酸盐化学转换膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的主要目的是给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。

磷化处理工艺应用于工业己有90多年的历史，它是一种最有前途的无铬化学转化膜处理工艺之一。由于集经济、无污染、膜层均匀、耐蚀等多种功能于一身，一直吸引着人们的注意力。磷化膜按其主要组成分类、以阳离子元素为主，分为锌系、锰系、铁系三大类。在过去的几十年里，锌系磷化膜已广泛用于钢铁和铝合金的耐蚀膜层和作为其它涂层的底层，以增强涂层的结合力。在冷加工行业如：接管、拉丝、挤压、深拉延等工序，要求磷化膜提供减摩润滑性能，一般采用锌系磷化，一是锌系磷化膜皂化后形成润滑性很好的硬脂酸锌层，二是锌系磷化操作温度比较低，可在40、60或90℃条件下进行磷化处理，磷化时间4～10min，有时甚至几十秒钟即可，磷化膜重量要求≥3g/m2。锌系磷化膜层（Znph、ZnCaph）的主成分是磷酸锌和磷酸锌钙。磷化处理常采用浸、喷、浸喷组合或涂等方式进行，成膜温度依不同产品和工艺要求可以从室温到沸腾温度。根据基体材料工件的表面状态和机械加工及化学处理情况、磷化液的不同组成以及磷化时采用的不同工艺，可得到不同组成 、不同厚度和不同表现密度的磷化膜。对于钢板的磷化膜方法是将磷化板浸在60-70度5%的铬酸溶液中5min以去除磷化膜,然后除去膜层前后的重量差求膜重。

现有技术为提高航空发动机液压系统部份零件润滑、防卡死和抗油料高温腐蚀性能，往往采用对液压系统部份零件进行磷化处理的方法，而常规磷化处理方法得到的都是结晶态粗糙的磷化膜，结晶大部分为磷酸锌，小部分为磷酸氢铁，锌铁比例取决于溶液成分、磷化时间和温度。而目前使用的结晶磷化膜时常导致液压控制系统精密零件磷化膜容易脱落，造成油路堵塞。虽然现有技术结晶磷化膜在在大气、矿物油、植物油、苯、甲苯中均有很好的耐蚀性，但在碱、酸、水蒸气中耐蚀性较差，而且耐盐雾性能差。在200-300℃时仍具有一定的耐蚀性，当温度达到450℃时膜层的耐蚀性显著下降。如果游离酸度过高，则与铁作用加快，会大量析出氢，令界面层磷酸盐不易饱和，导致晶核形成困难，膜层结构疏松，多孔，耐蚀性下降，令磷化时间延长。游离酸或总酸度偏高，导致结晶颗粒大，膜层稀松，不致密。游离酸度是指游离的磷酸，其作用是促使铁的溶解，以形成较多的晶核，使膜结晶致密。由于溶液中Fe2+极易氧化成Fe3+，导致不易成膜。溶液中Fe2+浓度过高会形成的膜晶粒粗大，膜表面有白色浮灰，耐蚀性及耐热性下降。当Zn2+浓度过高，磷化膜晶粒粗大，脆性增大，表面呈白色浮灰；当Zn2+浓度过低，膜层疏松变暗。因此现有技术磷化膜薄难以满足航空发动机液压系统零件耐腐蚀性能强、抗冲击性能好的特殊要求。到目前为止，能满足航空发动机液压系统要求磷化膜薄、耐腐蚀性能强的非结晶型磷化膜的磷化剂组合物溶液和方法少有文献报道。非晶态磷化膜较好的解决了这一难题。

发明内容

本发明的任务是针对现有技术存在的不足之处，提供一种耐腐蚀性能强，耐盐雾，抗冲击性能好，结合牢固，附着力强，减摩耐磨，能够在钢铁材料表面上制备非结晶型磷化膜的磷化剂组合物溶液。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种非结晶型磷化膜剂组合物溶液，按体积浓度，该组合物含有如下组分：

硝酸钡：20～50g/l，硝酸锌：10～30g/l，磷酸二氢锌：5～15g/l，其余量为水。

本发明提供的一种使用上述组合物溶液在钢铁材料表面上制备非结晶型磷化膜的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）除油，首先针对构件特点采用有机溶剂除油、化学除油或电化学除油；

（2）将待制膜构件放入浓度为5wt%～10wt%的盐酸溶液中浸泡5～30分钟，然后在浓度为5wt%～10wt%的碳酸钠溶液中浸泡5～30分钟；

（3）再将上述构件放入温度为80℃～90℃的上述非结晶型磷化膜剂组合物溶液中浸泡10～50分钟，再用温度为70℃～90℃，含量为5 wt%～10wt%的重铬酸钾溶液，对上述非结晶型磷化膜孔隙进行填充，进行浸泡时充分封闭，10～30分钟。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

采用本发明，可以在构件表面沉积形成一层不溶于水的结非晶型磷化转换膜。在磷化后的样板浸入3﹪的氯化钠溶液中，经两小时后取出观察，表面无锈渍，外观均匀灰白色、完整细密、无金属亮点、无挂灰。在金相显微镜或电子显微镜下将形成的磷化膜放大到1000-2000倍,观察磷化转换膜为无定型的非结晶形状，涂层均匀。用硫酸铜点滴实验法进行漆膜后盐雾试验，点滴液5分钟内不变色，证明耐腐蚀性能强，耐盐雾性能高。用49N·cm对涂装后制膜构件进行冲击实验表明,冲击后的制膜样板的反面冲击点不产生放射性裂纹，抗冲击性能好。在涂装后的样板上，用划格法作附着力测定,以胶带剥离后观察涂膜脱落，证明膜层与基体金属结合牢固，附着力强。用落砂试验进行耐磨性评价，500秒内未露基本，证明耐磨性良好。在钢铁材料上制备非结晶型磷化膜，渗氢量少，磷化时间短，易掌握，生产效率高，膜层薄、致密、耐蚀性与高温、耐盐雾、润滑性好。上述试验充分证明，本发明解决了液压控制系统精密零件磷化膜容易脱落造成油路堵塞的问题。

具体实施例方式

下面通过实施例和比较例一步说明本发明。在以下实施例和对比例中，用硝酸钡：20～50g/l，硝酸锌：10～30g/l，磷酸二氢锌：5～15g/l，其余是水中任取一具体数值，配制非结晶型磷化膜剂组合物溶液。配液方法：使用玻璃钢、不锈钢、PVC或陶瓷等耐蚀材料制作液槽；先将规定量磷酸二氢锌用一半计算量的水进行溶解，然后在搅拌下依次加入规定量的硝酸锌和硝酸钡，再静置一小时以上后使用。

然后，根据本发明提供的方法，按磷化工艺流程：除油除锈→水洗→磷化→水洗→磷化后处理，对钢铁零部件进行非结晶型磷化。用有机溶剂浸泡去除零件表面油污；将上述零件浸入5wt%～10wt%的盐酸溶液中浸泡5～30分钟，然后在浓度为5wt%～10wt%的碳酸钠溶液中浸泡5～30分钟；再将经处理的零件放入含有上述硝酸钡、硝酸锌、磷酸二氢锌和水组成的的磷化剂组合物溶液中，采用温度80℃～90℃对构件进行非结晶型磷化,处理15～50min。用温度70～90℃，含量为5～10wt%的重铬酸钾溶液对磷化膜孔隙进行填充，进行浸泡时充分封闭，然后将零件取出，清洗干净。

为达到长期耐蚀的目的，在磷化后进行适当浸涂防锈油、防锈脂、防锈腊、清漆或其他有机涂料的后处理。

在常温常压下，分别按表1中指定的各组分，将上述硝酸钡、硝酸锌和磷酸二氢锌加入适量的水中搅拌，得到均匀的磷化剂组合物溶液。此后，按上述方法制备非结晶型磷化膜。在表1中列出了实施例和比较例的测试结果。表1

各组分含量（体积浓度）	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2
						酸钡 (g/l)	20	30	50	55	15
硝酸锌(g/l)	10	20	30	35	5
						磷酸二氢锌(g/l)	5	10	15	20	3
效果	得到均匀的非结晶型磷化膜	得到均匀的非结晶型磷化膜	得到均匀的非结晶型磷化膜	不能得到非结晶型磷化膜	不能得到非结晶型磷化膜

Claims (3)

1.一种非结晶型磷化膜剂组合物溶液，按体积浓度，该组合物含有如下组分：

硝酸钡：20～50g/l，硝酸锌：10～30g/l，磷酸二氢锌：5～15g/l，其余量为水。

2.一种使用上述组合物溶液在钢铁材料表面上制备非结晶型磷化膜的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）除油，首先针对构件特点采用有机溶剂除油、化学除油或电化学除油；

（2）将待制膜构件放入浓度为5wt%～10wt%的盐酸溶液中浸泡5～30分钟，然后在浓度为5wt%～10wt%的碳酸钠溶液中浸泡5～30分钟；

（3）再将上述构件放入温度为80℃～90℃的上述非结晶型磷化膜剂组合物溶液中10～50浸泡分钟，再用温度为70℃～90℃，含量为5 wt%～10wt%的重铬酸钾溶液，对上述非结晶型磷化膜孔隙进行填充，进行浸泡时充分封闭，10～30分钟。

3.如权利要求2所述的在钢铁材料表面上制备非结晶型磷化膜的方法，其特征在于，配制非结晶型磷化膜剂组合物溶液的配液方法是：使用玻璃钢、不锈钢、PVC或陶瓷耐蚀材料制作液槽；先将规定量磷酸二氢锌用一半计算量的水进行溶解，然后在搅拌下依次加入规定量的硝酸锌和硝酸钡，再静置一小时以上后使用。