CN103668149A - 常温快速磷化液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种常温快速磷化液及其制备方法，以质量百分比计，常温快速磷化液由以下原料制成：磷酸10-20%，氧化锌6-10%，硝酸锌20-25%，间硝基苯磺酸钠1-5%，柠檬酸钠0.5-2%，余量为水。本发明的常温快速磷化液磷化膜硫酸铜点滴试验时间可达45秒，中性盐雾试验时间达4小时，漆膜附着力达0级，同时具有磷化时间短，使用温度低的特点，不仅提高生产效率，而且节约大量能源。

Description

常温快速磷化液及其制备方法
技术领域
    本发明涉及磷化液技术领域，更具体的说，涉及一种常温快速磷化液及其制备方法。
背景技术
随着金属加工业的迅速发展，磷化工艺在金属表面处理，尤其是涂漆（或喷漆）前处理等方面的应用日益广泛。目前所用磷化液多为中、高温磷化液（使用温度55℃-95℃），这类磷化液制得的磷化膜，具有结晶粗大，膜层较厚，磷化时间长，磷化设备投资大、能耗高、酸雾大、溶液稳定性差、沉渣多、调整繁琐、环保压力大等不利因素。
中国专利CN 102703889A公开了一种低温单组份锌系磷化液及其制备方法，低温单组份锌系磷化液中各组分及其含量为：氧化锌5~9g/L、磷酸12.5~30g/L、硝酸3~6.2g/L、硝酸镍0.3~1g/L、间硝基苯磺酸钠0.5~1.5g/L、氯酸钠1.5~2.5g/L、硫酸羟胺1~2.5g/L、柠檬酸1~2g/L、余量为水。该专利以氯酸钠，硫酸羟胺和间硝基苯磺酸钠作为复合促进剂，充分发挥三种促进剂的特点，从而使磷化液稳定，沉渣量小，磷化膜性能优异。但该专利存在如下缺点：（1）在制备该低温单组份锌系磷化液时，加入的硝酸产生大量黄色有毒有害烟雾，极大地危害了生产人员身体健康。同时硝酸具有强腐蚀性，增加了生产人员的危险系数。（2）该专利配方中的氯酸钠为强氧化性物质，而硫酸羟胺为强还原性物质，两者会产生剧烈爆炸性反应。同时大大降低了复合促进剂的效能，甚至可能引起因促进剂不够导致磷化膜发黄、不均匀等现象。
中国专利CN102817026公开了一种常温磷化液，由以下原料按重量份配置而成：磷酸170-180、氧化锌48-52、钼酸钠2-3、柠檬酸4-6、铬酸0.8-1.2、水1700-1800。该磷化液，工作温度低，时间短，能耗小，能在钢铁表面生成一种性能优良的致密磷化结晶膜。缺点是体系中存在的钼酸根离子、铬酸根离子为重金属离子，严重污染环境，已被国家禁止使用，人与之长时间接触，甚至可能有致癌的风险。     
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术的不足，提供一种常温快速磷化液，本磷化液磷化时间短，大大提高了工作效率，并且使用温度低，降低了能耗。
本发明的目的之二在于提供上述常温快速磷化液的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种常温快速磷化液，以质量百分比计，由以下原料制成：
磷酸10-20%，氧化锌6-10%，硝酸锌20-25%，间硝基苯磺酸钠1-5%，柠檬酸钠0.5-2%，余量为水。
本发明优选的技术方案为：一种常温快速磷化液，以质量百分比计，由以下原料制成：
磷酸15-18%，氧化锌7-9%，硝酸锌20-22%，间硝基苯磺酸钠1-2%，柠檬酸钠0.5-1%，余量为水。
本发明更优选的技术方案为：一种常温快速磷化液，以质量百分比计，由以下原料制成：
磷酸15%，氧化锌9%，硝酸锌22%，间硝基苯磺酸钠1%，柠檬酸钠1%，水52%。
本发明常温快速磷化液的制备方法依次包括如下步骤：
（1）在反应釜中加入磷酸，开启反应釜进行搅拌；
（2）往反应釜中加入所需水总用量40%-60%的水；
（3）往反应釜中加入氧化锌；
（4）反应完全并溶液澄清后往反应釜中加入剩余的水；
（5）往反应釜中加入硝酸锌，搅拌均匀并使溶液澄清；
（6）往反应釜中加入间硝基苯磺酸钠，搅拌均匀并使溶液澄清；
（7）最后往反应釜中加入柠檬酸钠，搅拌均匀并溶液澄清。
本发明的主要工作原理如下：
钢铁件浸入磷化液（由Zn(H2PO4）2 组成的酸性稀水溶液，PH值为1-3）中，磷化膜的生成反应如下：
3Zn(H2PO4）2 =Zn3(PO4）2↓+4H3PO4
钢铁工件是钢铁合金，在磷酸作用下，Fe和FeC3形成无数原电池，在阳极区，铁开始溶解为Fe2+，同时放出电子。
Fe+2H3PO4 =Fe (H2PO4）2+H2↑
Fe =Fe2+ +2e-
在钢铁工件表面附近的溶液中Fe2+不断增加，当Fe2+与HPO4 2-，PO4 3-浓度大于磷酸盐的溶度积时，产生沉淀，在工件表面形成磷化膜：
Fe(H2PO4）2= FeHPO4↓+ H3PO4
Fe+ Fe(H2PO4）2= 2FeHPO4↓+ H2↑
3FeHPO4= Fe3(PO4）2↓+ H3PO4
Fe+ 2FeHPO4 =Fe3(PO4）2↓+H2↑
阴极区放出大量的氢：
2H+ +2e- =H2↑
O2 + 2H20 + 4e- =4OH-
总反应式：
3Zn(H2PO4）2= Zn3(PO4）2↓+4H3PO4
2Fe+3Zn(H2PO4）2= Zn3(PO4）2↓+2FeHPO4↓+2H3PO4+ 2H2↑
其中Zn3(PO4）2、FeHPO4为磷化膜的成份；配方中间硝基苯磺酸钠为内加促进剂，而外加促进剂应在配槽时才使用，促进剂能缩短磷化膜形成的时间；配方中柠檬酸钠起到细化磷化结晶、降低膜厚的作用。
本发明磷化液的使用方法为（以配制lm3为例）：在槽内盛1/2体积的水，加50-100公斤该磷化液，加水至总体积lm3（使用前才加入磷化液外加促进剂3-6公斤）搅拌均匀，测试总酸度在18-30pt之间和游离酸度0.6-2pt之间即可。
槽液维护：工件在处理过程中，总酸度低于18点，游离酸度低于0.6点时应添加一定量的磷化液，每m3槽液中加入25kg磷化液总酸度提高2点左右，游离酸度提高0.2点左右，要特别注意，外加促进剂在使用过程中发生分解反应，根据磷化膜的情况，应连续滴加外加促进剂，保证槽液长期稳定。
本发明的磷化膜硫酸铜点滴试验时间达45秒，中性盐雾试验时间达4小时，漆膜附着力达0级，在同类产品中应属佼佼者；同时该发明具有磷化时间短，使用温度低的特点，不仅提高了生产效率，而且节约了大量能源，符合国家相关产业政策。
具体实施方式
   实施例1
每1000Kg常温快速磷化液，由以下原料制成：
磷酸150Kg，氧化锌90 Kg，硝酸锌220 Kg，间硝基苯磺酸钠10 Kg，柠檬酸钠10 Kg，水520 Kg。
其制备方法依次包括如下步骤：
（1）在反应釜中加入磷酸，开启反应釜进行搅拌；
（2）往反应釜中加入所需水总用量50%的水； 
（3）往反应釜中加入氧化锌，待反应完全并溶液澄清（4小时左右）；
（4）往反应釜中加入剩余50%的水；
（5）往反应釜中加入硝酸锌，待搅拌均匀并溶液澄清（2小时左右）；
（6） 往反应釜中加入间硝基苯磺酸钠，待搅拌均匀并溶液澄清（1小时左右）；
（7）往反应釜中加入柠檬酸钠，待搅拌均匀并溶液澄清（1小时左右）；
（8）将产品进行理化指标检测，包装入库。
实施例2
每1000Kg常温快速磷化液，由以下原料制成：
磷酸180Kg，氧化锌70Kg，硝酸锌200Kg，间硝基苯磺酸钠15Kg，柠檬酸钠5Kg，水530Kg。
制备方法同实施例1。
实施例3
每1000Kg常温快速磷化液，由以下原料制成：
 磷酸170Kg，氧化锌80 Kg，硝酸锌210 Kg，间硝基苯磺酸钠20 Kg，柠檬酸钠10 Kg，水510 Kg。
制备方法同实施例1。
实施例4
每1000Kg常温快速磷化液，由以下原料制成：
磷酸160Kg，氧化锌70 Kg，硝酸锌200 Kg，间硝基苯磺酸钠10 Kg，柠檬酸钠5 Kg，水555 Kg。
制备方法同实施例1。
实施例5
每1000Kg常温快速磷化液，由以下原料制成：
磷酸170 Kg，氧化锌90 Kg，硝酸锌210 Kg，间硝基苯磺酸钠20 Kg，柠檬酸钠10 Kg，水500 Kg。
制备方法同实施例1。
实施例6
每1000Kg常温快速磷化液，由以下原料制成：
磷酸100Kg，氧化锌100 Kg，硝酸锌250 Kg，间硝基苯磺酸钠10 Kg，柠檬酸钠20 Kg,水520 Kg。
制备方法同实施例1。
实施例7
每1000Kg常温快速磷化液，由以下原料制成：
磷酸200Kg，氧化锌60 Kg，硝酸锌200 Kg，间硝基苯磺酸钠50 Kg，柠檬酸钠5 Kg，水485 Kg。
制备方法同实施例1。
将本发明实施例1-7的磷化液使用方法如下:以配制lm3为例，在槽内盛1/2体积的水，加 50公斤磷化液，加外加促进剂6公斤，加水至总体积lm3（使用前加入磷化液外加促进剂，外加促进剂配方为40%亚硝酸钠，60%水（质量分数）），搅拌均匀，测试总酸度在18-30pt之间、游离酸度0.6-2pt及促进剂浓度3-5pt之间即可。
本发明实施例1-7的配方见表1（以1000Kg磷化液计算）。
表1实施例1-7的配方
Figure 353192DEST_PATH_IMAGE002
本发明实施例1-7的使用效果见表2。
表2实施例1-7的使用效果
从表2可以看出本发明磷化液磷化时间短，大大提高了工作效率，并且使用温度低，降低了能耗。实施例1的效果最好。
表2中对比项目的测试方法如下:
磷化膜耐硫酸铜点滴试验: 根据国家航空工业HB 5063-1996标准进行测试；
磷化膜中性盐雾试验: 根据GB 10125-1997人造气氛腐蚀试验 盐雾试验标准进行测试；
漆膜附着力等级:根据GB 9286-1998 色漆和清漆 漆膜的划格试验标准进行测试。
以上内容描述了本发明的基本原理和主要特征，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1. 一种常温快速磷化液，其特征在于以质量百分比计，由以下原料制成：
磷酸10-20%，氧化锌6-10%，硝酸锌20-25%，间硝基苯磺酸钠1-5%，柠檬酸钠0.5-2%，余量为水。
2. 根据权利要求1所述的常温快速磷化液，其特征在于以质量百分比计，由以下原料制成：
磷酸15-18%，氧化锌7-9%，硝酸锌20-22%，间硝基苯磺酸钠1-2%，柠檬酸钠0.5-1%，余量为水。
3. 根据权利要求1所述的常温快速磷化液，其特征在于以质量百分比计，由以下原料制成：
磷酸15%，氧化锌9%，硝酸锌22%，间硝基苯磺酸钠1%，柠檬酸钠1%，水52%。
4.根据权利要求1所述的常温快速磷化液的制备方法，其特征在于依次包括如下步骤：
（1）在反应釜中加入磷酸，开启反应釜进行搅拌；
（2）往反应釜中加入所需水总用量40%-60%的水；
（3）往反应釜中加入氧化锌；
（4）反应完全并溶液澄清后往反应釜中加入剩余的水；
（5）往反应釜中加入硝酸锌，搅拌均匀并使溶液澄清；
（6）往反应釜中加入间硝基苯磺酸钠，搅拌均匀并使溶液澄清；
（7）最后往反应釜中加入柠檬酸钠，搅拌均匀并溶液澄清。
5.根据权利要求3所述常温快速磷化液的制备方法，其特征在于依次包括如下步骤：
（1）在反应釜中加入磷酸，开启反应釜进行搅拌；
（2）往反应釜中加入所需水总用量50%的水； 
（3）往反应釜中加入氧化锌，4小时后反应完全并溶液澄清；
（4）往反应釜中加入剩余50%的水；
（5）往反应釜中加入硝酸锌，搅拌均匀，2小时后溶液澄清；
（6）往反应釜中加入间硝基苯磺酸钠，搅拌均匀，1小时后溶液澄清；
（7）往反应釜中加入柠檬酸钠，搅拌均匀，1小时后溶液澄清；
（8）将产品进行理化指标检测，包装入库。
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