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在磷化過程中產生磷化液沉渣的原因
編輯:開思新材料(蘇州)有限公司  上傳時間:2020-09-14 瀏覽:3549 次

采用高、中、低、常溫磷化工藝,槽液中Fe2+含量過高是形成磷化沉渣的直接原因。磷化過程中產生的Fe2+和Fe2+在磷化液中的含量較高,是產生Fe2+的主要原因。前者易被忽視,一般磷化前有酸洗工序時容易帶入,若酸洗后的洗滌水中Fe2+過量或水洗不干凈則更為嚴重。

在以亞硝酸鹽為主要促進劑的磷化溶液中,NO2-與Fe2+在高溫下進行氧化還原反應,生成Fe3+,與PO43-反應,產生沉淀即沉渣。回應原則如下:

fe2++NO2-+2H+=fe3++NO+H2O(1)

(2)Fe3++PO43-=FePO4↓

注:式(1)為Fe2+與NO2-反應,而非Fe2+與NO3-反應,因為Fe2+與NO3-反應必須在強酸性條件下,如濃硫酸等,才能發生式(1),而Fe2+與NO2-反應只能在弱酸性條件,如磷酸等,才能發生式(1),這正好符合磷化液的工作條件。

2型產生的沉淀磷酸鐵即為磷化沉淀物。磷酸液壓法(2)產生沉渣是正常的,但有些情況下會產生額外的沉渣。過多的沉渣會浪費藥劑,增加生產成本,必須對過多的沉渣進行有效的控制。

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在磷化工藝中,磷化液的配比不合理。

Zn2+、H2PO4-、N03-是鋅系磷化溶液中不可或缺的三種離子,前者用于成膜,后者用于氧化磷化溶液中的Fe2+。

若磷化液中N03-含量不足,則不會促使NO2-及時氧化生成Fe2+,脫除Fe3+,而是導致Fe2+積累,從而形成Fe(NO)2+,使磷化液變黑[3]。盡管NO3-在弱酸性條件下不能氧化Fe2+,但NO3-與NO2-配合使用,可促使NO2+的一部分氧化為Fe3+。若磷化液中的N03-含量過高,將促使NO2-將大部分Fe2+氧化成Fe3+,形成大量沉淀。

若磷化濃縮液中總酸度與游離酸度的比例過高,如酸比過高,則使工作液的游離酸度持續降低,產生額外的沉淀物。

在磷化加工中,磷化液的工作負荷較大。

現代化的磷化線自動化生產,一般在設計上已考慮到單位時間內處理的工件面積和磷化槽液量之間的關系,因此很少出現磷化液變黑的現象。

但在老生產線或半自動、人工操作的生產線上,由于當時對磷化質量的要求不高,工藝、管理等方面不完善,常常會產生大量的沉渣。這樣,單位時間內處理的工件面積太大,磷化液又太少,造成磷化液游離酸度和總酸度大幅度波動,又有大量Fe2+進入磷化液,NO3–和NO2–來不及快速地將Fe2+氧化成Fe3+,使大量Fe2+殘留在磷化液中,從而產生Fe(NO)2+,使磷化液變黑。黑色磷化液恢復正常后,額外消耗磷化液,產生大量沉渣。

在磷化過程中,磷化液的溫度超過上限。

依據磷化反應原理,提高溫度可加速磷化反應,對磷化反應有利。但溫度超過一定限度,副反應升高即磷化液自身消耗,額外產生沉渣。無論磷化液是否有效,都會產生額外的沉渣。其原因是:溫度升高,磷酸離化生成大量的PO43-,在Zn2+含量一定的情況下,當兩種物質的濃度滿足Zn3(PO4)2的溶度積時,便產生Zn3(PO4)2沉淀,即額外的沉渣。回應如下:

h2PO4=2H++PO43-(3)

3Zn2++2PO43-=Zn3(PO4)-2(3)

通常情況下,溫度升高,會產生少量額外的沉渣。在超溫上限條件下,原游離酸、總酸比和總酸比在正常溫度下均被破壞,重新建立新溫度下的槽液平衡,即游離酸平衡增加,總酸比和總酸比降低,即總酸比和總酸比增加產生大量沉渣。

公式(4)對于溫度是不可逆的。即當液態溫度超過上限而產生沉渣時,當液態溫度再下降不能恢復液態原液的游離酸度、總酸度和酸比時,必須加入新鮮磷化液來恢復原液參數。

在磷化過程中,磷化液的游離酸含量較高。

磷酸液的游離酸度和總酸度是與其工作溫度密切相關的參數,可以說,一種組成磷酸液只能在一定的溫度范圍內使用,否則就會產生很多麻煩,甚至無法完成磷化。在溫度不變的情況下,磷化液游離酸和總酸度為定值[4]。若自由酸度過高,則有兩個危害:

第一,腐蝕速度快,使得大量的二氧化二磷進入磷化液;

其次,促進劑消費速度加快,助劑浪費嚴重。

一方面,促凝劑把大量的Fe2+氧化為Fe3+,接著產生FePO4沉淀,

另一種助劑揮發時會產生水分,使磷化液的PH值升高,導致額外的沉渣產生。根據如下:

氮氧化物-+H+=氮氧化物2(5)

2HNO2=H2O+NO++NO2(6)

實際上,在有些企業中,經常看到有“黃煙”現象,當在磷化液中添加促進劑時,會產生這種現象。

五磷化過程中添加的促進劑較多。

催化劑濃度過高,一方面大量氧化Fe2+生成Fe3+,接著生成FePO4沉渣,另一方面催化劑揮發時生成水,使磷化液的PH值升高,產生額外的沉渣。

在6磷化過程中,將中和劑加入工作液中。

若磷化濃縮液中總酸度與游離酸度的比例不適當,如酸比過小,使工作液的游離酸度一直處于或高于游離酸度的高位,則需要加中和劑降低游離酸度,使PO43-進一步與Zn2+結合,產生額外的沉渣。當工件的表面含有堿性物質時,也會產生額外的沉渣。根據如下:

PO4-+2OH-=PO43-+2H2O(7)

七磷化工藝中的工藝用水不合格。

磷化工工藝用水符合宇航部《金屬鍍膜和化學鍍膜工藝用水水質規范》(HB5472-1991)的要求。如水質較好,即鈣、鎂離子含量過多,將導致磷化液游離酸度下降,進一步與Zn2+結合,產生額外的沉渣。根據如下:

2HCO3-+2PO4-=2C02↑+PO43-+2H2O(8)

在磷化過程中,增加8個Fe2+。

一般磷化前有酸洗工序時容易帶入,若酸洗水中Fe2+含量過高或水洗不干凈則情況更嚴重。這樣的環境有兩種危害:

首先,大量二氯甲烷進入磷化液產生沉渣,

另一種是氫離子和酸根離子進入磷化液中,使磷化液的游離酸度增加,加速生成Fe2+。硫酸鹽會使磷化膜的性能下降,甚至不能形成磷化膜;氯離子則會降低磷化膜的耐蝕性。

磷酸化前有中和工序,Fe2+過量時也同樣會進入磷化液。有的企業中和后不經洗滌直接進入表調,使表調迅速失效。這樣的環境有兩種危害:

首先,大量二氯甲烷進入磷化液產生沉渣,

另一方面,磷化液中的游離酸度和總酸度降低,形成額外的沉渣,使磷化液消耗過快,并使晶粒粗大、掛灰、形成顆粒甚至無法生成磷化膜等磷化性能下降。如焊接點多、工件夾縫多,情況更嚴重。

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