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水泥熟料在铝系常温磷化中的应用

信息来源:paintkey.com  时间:2009-08-19  浏览次数:232

  [摘要]为了改善磷化膜的性能,利用磷化工艺,将磷化与溶胶-凝胶技术相结合,在钢铁表面上制备了一种含无机非金属铝酸三钙、硅酸二钙等颗粒物的磷化膜。通过扫描电子显微分析技术,观察了保护膜表面的形貌,并与常规磷化膜的表面形貌进行了比较。硫酸铜点滴试验和擦拭试验的结果表明:用这种方法制备的保护膜表面颜色均匀一致,致密性高,结合力好。

[关键词]磷化;铝系;水泥熟料;保护膜

[中图分类号]TGl74.45 [文献标识码]A [文章编号]1001-3660(2009)02-0083-02

  0 引言

  磷化方法作为制备无机保护膜的主要方法,拥有许多优点,例如:磷化膜可以大幅度提高金属表面的耐腐蚀性、耐磨性、减摩性,其费用低廉,操作方便,被广泛应用在实际生产中。同时它还可以用作涂装底层、生物材料的表面膜层[1]。溶胶-凝胶作为制备薄膜的方法,如今也已被应用到生产中,并且取得了很好的效果。

  常温磷化是当前研究最活跃、技术进步最快的磷化技术[2],目前研究的主要是磷化促进剂的开发和利用[3-4]。促进剂的开发必须满足清洁生产和环境保护的要求,所以如果将磷化与溶胶-凝胶技术[5]很好地结合在一起来制备无机非金属保护膜,不仅是一次新的尝试。还可能会对提高金属表面的性能,满足环保要求有所帮助。本研究探讨了在铝系磷化液中添加水泥熟料、明胶、明矾等物质对常温磷化及其形成的磷化膜的表面

形态的影响。

  l 试验

  试验在Q235钢表面进行。磷化工艺流程为:预处理→除油→水洗→除锈→水洗→磷化→水洗→干燥。磷化成膜液组成见表l。

表l 成膜溶液组成(质量分数,%)

Table1 Compositionofforminglayersolution



  磷化成膜处理液的配制:考虑到如果一次性配制成成膜液,那么里面的磷化成分和溶胶-凝胶成分互溶情况不理想。所以首先在量筒中根据常温磷化液的制备方法配制磷化成膜处理液Ⅰ。然后在另一只量筒中将明胶和明矾充分溶于适量的水中,加热至溶胶状态,冷却后加入高铝水泥熟料,搅拌均匀最终获得成膜处理液Ⅱ。将2种处理液混合,充分搅拌,使其混合均匀。获得待用的磷化成膜处理液。

  磷化成膜处理:将处理好的试件悬挂浸入到磷化成膜处理

液中,磷化成膜一定时间后,将试件缓慢向上提拉取出,让膜中的水分在空气中蒸发干燥,最终获得理想的保护膜。

  对试验所获得的磷化膜进行膜厚测定和硫酸铜点滴等试验,并采用SEM观察分析磷化膜的表面形貌。

  2 试验结果

  膜厚的测定采用TMI200F涂层测量仪,选择5个点,每个点测量3次,计算其平均值。

  将硫酸铜溶液点滴到磷化膜上,当保护膜表面有褐色铜析出时,记下从点滴开始到铜析出的时间。选择5个点,计算其平均值。

  Q235钢表面形成的磷化膜干透后(24h),对其进行膜厚测定和硫酸铜点滴等试验,结果见表2。

表2 膜厚和硫酸铜点滴结果及表面状态

Table2 TheresultsofgaugingthicknessandCuSO4solutiondrippingandstateofsurface




  试样干透后(24h),用棉纱用力擦拭膜层的表面,擦拭400次不露金属基体,表明磷化膜与基体的结合非常好。

磷化膜的表面形貌通过扫描电子显微镜观察,在添加了高铝水泥熟料的铝系磷化液中所获得的磷化膜层的扫描图片见图l,在锌系磷化液中所获得的普通磷化膜层的扫描照片见图2。

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从图l中可以清晰地看见保护膜表面有许多直径为2~5μm的颗粒物。说明磷化成膜过程中所添加的高铝水泥熟料颗粒被复合在金属的磷化膜中,形成了由磷酸铝铁和铝酸三钙、硅酸二钙等组成的无机非金属复合保护膜。

  3 结果分析

  从图l可以看出,膜层中颗粒物的分布比较均匀,颗粒物与磷酸盐的结合也比较紧密。磷化膜的主要组成物应该是Al(Fe)PO4,高铝水泥熟料的主要组成物是铝酸三钙、硅酸二钙等[6]。由于组成物中都含有Al元素.这有利于成膜过程中的相互吸附[7]。明胶能显著提高由高铝水泥熟料形成的胶体的稳定性,在磷化过程中,胶体粒子可均匀聚沉于磷化膜中。明矾在水中水解出带正电的胶体,能在磷化膜干燥过程中促使凝胶的形成。明胶、明矾包裹着熟料粉的颗粒同时还能填充到磷化膜的孔洞中,增加了磷化膜的致密性。但同时由于颗粒与磷酸盐的膨胀系数小同,膜层中出现了裂纹。

  图2为在锌系磷化液中所获得的磷化膜层的扫描照片。磷化膜较厚,约为10μm,磷化膜中磷酸盐晶粒粗大。且呈分枝针叶状。比较图l、图2可以看出,铝酸三钙、硅酸二钙等颗粒物阻碍了针叶状磷酸盐品粒的生长,所以磷酸盐晶粒细小。

  4 结论

  1)利用磷化工艺,配合溶胶-凝胶技术,常温条件下在钢铁零件表面制备出了一种含无机非金属铝酸三钙、硅酸二钙等颗粒物的保护膜。保护膜表面颜色均匀一致,耐腐蚀性较高,结合力较好。

  2)保护膜中颗粒物分布均匀,与磷酸盐的结合也比较好。
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