中温锌钙系黑色磷化膜的耐蚀性能.doc

中温锌钙系HYPERLINK"http://www.cqchangyu.com"黑色磷化膜的耐蚀性能
仝晓刚,陈
琳,罗
宏,赵
蛟
(四川理工学院材料与化学工程系,四川自贡
643000)
[摘
要]黑色磷化膜的耐蚀性、微观结构和组成成分的系统研究相对较少。为了获得耐蚀性能较好的中温锌
钙系黑色磷化膜,从游离酸度(FA)、温度、时间等方面考察了黑色磷化膜的耐蚀性,通过扫描电镜﹑X射线衍射分析对膜层的性能进行了表征,测试了黑色磷化膜层的电化学极化性能。结果表明:当黑磷化液的游离酸度为4~10点,温度为60~75,时间为10~20min时,黑色磷化膜层的耐腐蚀性较好;黑色磷化膜的腐蚀电位比Q235钢基体高0.2313V。
[关键词]
黑色磷化;锌
钙系;中温;耐蚀性
[中图分类号]TG1748[文献标识码]A
[文章编号]1001-1560(2009)03-0039-05


[收稿日期]
20081009



前
言
现代工业的飞速发展,对磷化技术的要求越来越高,不仅要具有高耐蚀性能,而且还要具有其他性能,如膜的颜色要求越来越黑,中温膜和高温膜颜色的一致等,尤其是出口产品要求更高
[1]近年来,这方面的研究很多,但对黑色磷化膜的耐腐蚀性能、微观结构和组成成分的系统研究相对很少
[2~6]
本工作讨论了黑HYPERLINK"http://www.cqchangyu.com"http://www.cqchangyu.com色磷化膜的工艺条件对膜层耐腐蚀性能的影响,并对其微观组织、结构及成分进行了研究。
1
试
验
1.1
材
料
试验材料为Q235钢,试样尺寸25mm50mm。试样表面经砂轮打磨光滑,再用120目砂纸打磨。
1.2
工艺流程及黑色磷化液配方脱脂!水洗!除锈!水洗!预浸!黑磷化!水洗!干燥。中温Zn
Ca系黑色磷化液配方见表1。表1
Zn
Ca系黑色磷化液配方药品
用量
磷酸56~60mL/L
硝酸50mL/L
氧化锌20~30g/L
氧化钙26~28g/L
硝酸钠10g/L
钼酸钠0.4g/L
TZ系列复合添加剂(自行研制)6.0g/L
1.3
性能测试
1.3.1
耐蚀性
按GB6807-86,进行CuSO4点滴试验。检验方法:用脱脂棉沾酒精擦去试样表面的油污,表面干燥后,在黑磷化膜上滴1滴硫酸铜溶液,观察并记录出现砖红色的时间。
1.3.2
膜层厚度
按GB4956-85,采用德国ElektroPhysik磁性测厚仪测试。
1.3.3
表面形貌及成分
采用扫描电镜(SEM,JSM
6301F,JEOL)表征黑色化学转化膜外观形貌;X射线衍射分析仪(XRD,D/max2500PC,CuK
)测试黑色化学转化膜的成分。
1.3.4
电化学极化性能
采用LK2005型电化学工作站测试黑色磷化膜层的电化学极化曲线。采用三电极系统,所制的电极为工作电极,试验介质为3.5%的NaCl溶液,工作面积为1cm
2
,非工作面用环氧树脂封装,辅助电极为铂电极,参比电极为饱和甘汞电极。在室温下进行试验,试样在试验介质中稳定30min后,开始测试。
2
结果与讨论
2.1
游离酸度对黑色磷化膜耐蚀性的影响
在温度65,时间12min,不同游离酸度下获得的磷化膜的耐蚀性见表2。从表2可以看出,当黑磷化液的游离酸度为4~10点时,黑色磷化膜层的耐腐蚀40
性较好。
表2游离酸度对黑色磷化膜层耐蚀性的影响
游离酸度/点147101316t(耐CuSO4点滴)/s301381627385膜层颜色黑黑黑较黑较黑发白
图1是游离酸度分别为7和10点时获得的黑色磷化膜的电镜扫描形貌。从图1可以看出,黑色磷化膜微观上呈短棒状的颗粒密堆积形貌,而且膜层明显为片层状结构。由此可以推断,黑色磷化膜的生长机制是平面状长大,磷化开始时晶核首先在试样的活性点处形核,然后迅速长大成晶粒,但很快就停止生长,新的晶核在这些刚形成的晶粒上形成并长大,如此不断重复生成大量的磷酸盐薄层,从而形成黑色磷化膜的片层状结构。图1a膜的晶粒粒径为100~150m,图1b的晶粒粒径为150~200m。可以看出,游离酸度为7点时所得膜层晶粒的缺陷明显比游离酸度为10点时少,后者晶粒由众多细小的条状物组成,细条之间有较明显的沟缝,这将造成游离酸度不同时黑色磷化膜耐蚀性的显著差异。
图1
游离酸度对黑色磷化膜SEM形貌的影响
图2是游离酸度为7点时黑色磷化膜的XRD谱。
可以看出,膜层中含有Fe2O3,Fe5(PO4)3(OH)5∀2H2O。由此可以推断试样与黑色磷化液接触的瞬间,由于钝化使试样表面生成一层很薄的钝化膜,然后磷化膜
就在这层钝化膜上生长。
图2
黑色磷化膜的XRD谱
试验发现,当游离酸度超过16点时,磷化膜的附着力很差,用去离子水洗掉后基体上残留一