CN109097809A

CN109097809A - 一种高耐蚀厚磷化膜层的制备工艺

Info

Publication number: CN109097809A
Application number: CN201810883824.6A
Authority: CN
Inventors: 周琼宇; 陈东初
Original assignee: Foshan University
Current assignee: Foshan University
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2018-12-28

Abstract

本发明所述一种高耐蚀厚磷化膜层的制备工艺，包括以下步骤：a.采用阴极电解磷化的方法制备磷化层，首先配制基础磷化液；磷化液配制过程中，用氢氧化钠和磷酸调节磷化液的pH值，陈化，将活化后的碳材料加入基础磷化液中，碳材料加入后依次通过机械搅拌和超声分散；b.将分散后的磷化液倒入电解槽中，并将除锈去油后的金属基体置于电解槽的阴极部位进行电解磷化，采用脉冲电流进行电解磷化，磷化层为含导电碳材料的复合磷化层，厚度可达到40μm以上。采用电解磷化的工艺在金属表面进行磷化处理，导电碳材料在磷化过程中起到提供磷酸盐形核活性点、减小磷化膜孔隙，提高磷化膜厚度的作用。该磷化膜层具有孔隙率低，厚度可控的特点。

Description

一种高耐蚀厚磷化膜层的制备工艺

技术领域

本发明属于金属表面处理领域，具体地说，涉及一种高耐蚀厚磷化膜层的制备工艺。

背景技术

磷化是一种常见的金属表面处理技术。通过磷化所制备的表面磷化膜层是由不溶性磷酸盐所组成，它可充当腐蚀阻挡层有效隔绝腐蚀介质与金属的接触。但是，目前磷化膜层仅作为预处理涂层为金属提供短期的腐蚀防护，其主要原因是因为磷化膜层在晶体长大过程中不可避免存有大量的大量孔隙(孔隙度约为0.5～1.5％)，在长期的使用过程中腐蚀介质能通过这些孔隙渗入基体表面。增大磷化膜层的厚度能有效降低孔隙的联通性，从而提高膜层的保护作用。

但是，使用传统的磷化工艺磷酸盐晶体的生长动力学曲线在后期区域平缓，即磷化膜层的厚度受到了制约。例如常见的锌系磷化层厚度通常不超过20μm。因此，磷化膜层致密的和厚度一直是评价磷化膜层质量的两个重要指标。

发明内容

针对现有磷化层及其磷化工艺存在的致密度和厚度不足的问题，本发明提出了一种高耐蚀厚磷化膜层的制备工艺，这种磷化膜层晶粒更为细小，致密的更高并且厚度可控，能成为金属表面中长期的耐蚀防护涂层的潜力。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高耐蚀厚磷化膜层的制备工艺，包括以下步骤：

a.采用阴极电解磷化的方法制备磷化层，首先配制基础磷化液；磷化液配制过程中，用氢氧化钠和磷酸调节磷化液的pH值，使其pH的范围控制在4～7之间，上述基础磷化液配制完成后，需先将其陈化24～72小时，随后将活化后的碳材料加入上述基础磷化液中，碳材料加入后依次通过机械搅拌和超声分散；

b.将分散后的磷化液倒入电解槽中，并将除锈去油后的金属基体置于电解槽的阴极部位进行电解磷化，采用脉冲电流进行电解磷化，所制备的磷化层为含导电碳材料的复合磷化层，厚度可达到40μm以上，磷化处理后必须及时对所制备的工件用清水冲洗干净，并冷风吹干。

采用电解磷化的工艺在金属表面进行磷化处理，导电碳材料在磷化过程中起到提供磷酸盐形核活性点、减小磷化膜孔隙，提高磷化膜厚度的作用。该磷化膜层具有孔隙率低，厚度可控的特点，磷化膜层结构见图1。

进一步，所述磷化液的主要成分为：氧化镁：0～20g/L；氧化锌：0～50g/L；硝酸钙：0～50g/L；硝酸锰：0～60g/L；钨酸钠：0～10g/L；钼酸钠：0～10g/L；亚硝酸钠：0～5g/L；磷酸：2～100mL/L；氢氧化钠：0.2～10g/L。

进一步，步骤a中，所添加的碳材料必须包括至少一种下列碳材料：碳纤维、石墨烯、碳纳米管、超细石墨、鳞片石墨；碳材料的含量应在0.2g～100g/L。

进一步，步骤a中，机械搅拌0.2～1小时、超声分散0.5～2小时。

进一步，步骤a中，超声分散频率需大于20KHZ，每分散10L磷化液所用的功率需大于5KW。

进一步，步骤b中，脉冲电流进行电解磷化的工艺参数为：电流密度控制在0.1～10A/dm²，占空比为0.4～0.8。

进一步，步骤b中，电解磷化时磷化液的温度控制45～90℃的范围内，磷化时间根据目标磷化层的厚度不同设定在0.2～2个小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明开发的磷化膜层为含导电碳材料的复合磷化膜，该膜层中的导电碳材料可作为磷酸盐晶体的形核活性点，并可降低晶粒间的内应力，与传统的磷化膜相比具有晶粒更细小，晶粒间孔隙率低的特点，耐蚀性能更好。

2.本发明开发的磷化膜层为采用阴极电解磷化制备的含导电碳材料的复合磷化膜，该膜层中的导电碳材料在电解沉积过程中可成为传导电子电荷，为磷化膜层的持续沉积提供新的阴极界面，与传统的磷化膜相比，该磷化层具有更厚的厚度，能为基体提供更好的耐蚀保护。

3.本发明所开发的新型磷化膜层所需的设备简单，孔隙率低，厚底可控的特点，可在工业应用中实现大规模生产。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明的磷化膜层结构示意图；

图2为根据实施案例1所制备磷化膜层的微观照片；

图3为根据实施案例2所制备磷化膜层的微观照片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施案例中，将N42型钕铁硼作为基体材料，所使用的磷化液成分为：2g/L氧化镁、16mL/L磷酸，0.5g/L鳞片石墨，磷化液的pH为4.5，温度为70℃。采用直流电解沉积进行磷化的工艺参数为，其阴极电流密度3A/dm²，磷化时间为0.5小时。所制备的磷化层晶粒均匀，鳞片石墨覆盖或掺杂在晶粒间起到减小晶粒间孔隙的作用(见图2)。所制备的磷化膜色泽为灰白色，测厚仪所测的厚度约为60±15μm。耐硫酸铜点滴试验(QB/T3824-1999)时间大于180秒，防锈效果大于18个月。

实施例2

本实施案例中，将N42型钕铁硼作为基体材料，所使用的磷化液成分为：2g/L氧化镁、16mL/L磷酸，0.2g/L碳纳米管，磷化液的pH为4.5，温度为75℃。采用直流电解沉积进行磷化的工艺参数为，其阴极电流密度3A/dm²，磷化时间为0.5小时。所制备的磷化层晶粒间掺杂着碳纳米管，这些碳纳米管可作为新的阴极界面支持磷化层的持续沉积(见图2)。所制备的磷化膜色泽为灰白色，测厚仪所测的厚度约为65±12μm。耐硫酸铜点滴试验(QB/T3824-1999)时间大于160秒，防锈效果大于16个月。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高耐蚀厚磷化膜层的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

b.将分散后的磷化液倒入电解槽中，并将除锈去油后的金属基体置于电解槽的阴极部位进行电解磷化，采用脉冲电流进行电解磷化。

2.根据权利要求1所述一种高耐蚀厚磷化膜层的制备工艺，其特征在于，所述磷化液的主要成分为：氧化镁：0～20g/L；氧化锌：0～50g/L；硝酸钙：0～50g/L；硝酸锰：0～60g/L；钨酸钠：0～10g/L；钼酸钠：0～10g/L；亚硝酸钠：0～5g/L；磷酸：2～100mL/L；氢氧化钠：0.2～10g/L。

3.根据权利要求1所述一种高耐蚀厚磷化膜层的制备工艺，其特征在于，步骤a中，所添加的碳材料必须包括至少一种下列碳材料：碳纤维、石墨烯、碳纳米管、超细石墨、鳞片石墨；碳材料的含量应在0.2g～100g/L。

4.根据权利要求1所述一种高耐蚀厚磷化膜层的制备工艺，其特征在于，步骤a中，机械搅拌0.2～1小时、超声分散0.5～2小时。

5.根据权利要求4所述一种高耐蚀厚磷化膜层的制备工艺，其特征在于，步骤a中，超声分散频率需大于20KHZ，每分散10L磷化液所用的功率需大于5KW。

6.根据权利要求1所述一种高耐蚀厚磷化膜层的制备工艺，其特征在于，步骤b中，脉冲电流进行电解磷化的工艺参数为：电流密度控制在0.1～10A/dm²，占空比为0.4～0.8。

7.根据权利要求1所述一种高耐蚀厚磷化膜层的制备工艺，其特征在于，步骤b中，电解磷化时磷化液的温度控制45～90℃的范围内，磷化时间根据目标磷化层的厚度不同设定在0.2～2个小时。