磷化處(chù)理是在(zài)金屬表麵通過化學反應生成一層不溶於水的(de)結晶型多孔(kǒng)磷酸鹽(yán)轉化膜,磷化膜作為塗層的基底,可以有效(xiào)地提高(gāo)塗層(céng)的耐腐蝕性能,但磷化(huà)過程會伴隨磷化渣的產生。大量磷化渣的存在,會影響磷化膜的質量,降低(dī)工件的耐腐蝕性能,從而增加不合格品的比率,嚴重時甚至會影響生產的正常進行;磷化液(yè)中的(de)磷化碴(chá)會導致磷化液使用(yòng)壽命的縮短,直接增加了磷化工序的加工成本(běn);磷化渣的增加還會增加磷化倒槽及清洗(xǐ)頻次,增(zēng)加(jiā)汙水處理的負荷和成本;磷化渣的增加也(yě)會(huì)影(yǐng)響設備的正常運轉,加大循環泵的負荷,阻塞噴嘴、管道和閥門等設備,造成設備維護及維(wéi)修成本的增加[1-4]。
磷化渣的形成主要在磷化反應過程中發生,沉澱反應一般發(fā)生在基體與溶液接觸界麵。在該區域,反應向生成沉澱的方向進(jìn)行,主要表現為(wéi)以下三類:第一類最終在(zài)基體表麵以結晶的形式析出而形成磷化膜;第二類由於反應速度快,且(qiě)沉澱主要表現為無定型,此(cǐ)類沉澱物難以參加成(chéng)膜而最終(zhōng)以沉(chén)渣的形式存在;第三(sān)類反應的沉澱一般隻在瞬間(jiān)形成,隻要離開界麵馬上會被溶解,一般不參加成膜,也不會在沉(chén)渣中出現。在(zài)遠離界麵區域,磷化液也會發生(shēng)沉澱反應,所形成的沉澱均以沉渣的形式存在。
本文針對(duì)上汽依維柯紅岩商用車有限公(gōng)司塗裝磷化線所使用的漢高鋅-鎳-錳三元磷化體係(xì)(Granodine®1994 E)及磷化液生產工藝溫度要求(50℃),通過實驗對磷化液加熱水浴溫度與磷化液產渣量的關係進行(háng)了驗證;采用稱(chēng)重和讀數的方式對磷化渣體積濃度與質量濃(nóng)度間的換算關係進(jìn)行了分析;還采用(yòng)SEM電鏡(jìng)對磷化渣與磷化膜的成膜質量(liàng)關係進行了對比。
2 實驗
2.1 磷化液加熱水浴對產渣量的影響(xiǎng)
磷化液溫度(dù)及磷化液參數是影響磷(lín)化(huà)產渣量的主要因素,在生產過程中應該控製磷化液的工藝溫度及磷化(huà)液的促進(jìn)劑、遊離酸及總酸的指標,確保(bǎo)磷(lín)化膜致密的同(tóng)時磷化產(chǎn)渣少,磷化液中含渣量一般要(yào)求控製在300-400ppm以下[3];而磷化液溫度的控製主要通過熱交(jiāo)換的方(fāng)式進行加熱,本文針對加熱(rè)所使用的熱水溫度對磷(lín)化升溫過程產渣的影響這一問題進行了實驗對比。
對於間歇生產的(de)汽車生產線,為了更高效的使磷化槽液溫(wēn)度升至工藝範圍,磷化升溫過程一般采用溫(wēn)度較高(gāo)的熱水對(duì)其進行換熱(rè),通常情況認為高溫會產生更多的磷化渣,同時還會損耗更(gèng)多的能源;為了驗證熱水溫度對磷(lín)化液產渣(zhā)量和換熱效率是(shì)否有影響,本文(wén)采用實驗方法(fǎ)為:根據磷化液(yè)現場工(gōng)藝的溫度(dù),設定(dìng)兩種水浴溫度(分別為65℃和80℃)對磷化(huà)液(yè)進行(háng)升溫,升溫及恒溫過程(chéng)均對磷化液(yè)進行攪拌;升溫(wēn)至工(gōng)藝溫度(50℃)後(hòu)在50℃水浴中恒溫4小時(shí),恒溫結束後對磷化液產渣量測量;根據測量結果判定不同水(shuǐ)浴溫度對磷化液產渣(zhā)量的影響。
現場取磷化液6L,將磷化渣過濾,均分過濾後磷(lín)化液為六杯待用(yòng)(1L/杯(bēi));恒溫水(shuǐ)浴箱升溫至設定溫度後,將冷卻至室溫(wēn)並過濾後的磷化液進行水浴加熱至50℃,並記錄升溫段(duàn)時間;采用(yòng)加冷水的方式對水浴(yù)箱降溫(wēn)至50℃,設定水(shuǐ)浴箱溫度為50℃,對50℃磷化(huà)液恒溫(wēn)4小時;恒(héng)溫結束後(hòu)對磷化液含渣量進行(háng)測量並記錄,記錄結果如表1所示:
表1 水浴溫度對磷化(huà)液升溫過程影響
水(shuǐ)浴(yù)箱升(shēng)溫段溫度(℃) | 水浴箱(xiāng)恒溫段溫度(℃) | 室溫溫度(℃) | 水浴箱恒溫時間 | 升溫耗時 | 升溫平均時間 | 靜置後磷化渣量 | 磷化渣量平均值 |
65℃ | 50℃ | 16℃ | 4h | 13分45秒 | 13分42秒 | 6450ppm | 6390ppm |
65℃ | 50℃ | 16℃ | 4h | 13分39秒(miǎo) | 6350ppm | ||
65℃ | 50℃ | 16℃ | 4h | 13分42秒 | 6370ppm | ||
80℃ | 50℃ | 16℃ | 4h | 9分51秒 | 4750ppm | 4743ppm | |
80℃ | 50℃ | 16℃ | 4h | 9分45秒 | 9分48秒 | 4640ppm | |
80℃ | 50℃ | 16℃ | 4h | 9分48秒 | 4840ppm |
根據表1中數據可知,水浴溫度越高,升溫段(duàn)耗時越(yuè)短,磷化液產渣量越少,根(gēn)據實驗結果表明,在升溫段(duàn)使(shǐ)用加熱水浴溫度高越(yuè)高,熱水與磷化(huà)液間換(huàn)熱效率越高,升溫段時間越短,因此,升溫段磷化液產(chǎn)渣(zhā)量更低,而整個實驗過程產渣量主要集(jí)中在升溫段。在(zài)80℃條件下最終產渣量低於65℃條(tiáo)件時的渣量,產渣量比(bǐ)65℃時的渣量低25.77%。
根據以上數據,可以結(jié)合生產線的能(néng)量消(xiāo)耗、生產節拍以及換熱器換熱效率,可對磷化液升溫使用的熱水溫(wēn)度進行合理(lǐ)的調整,從而減少換(huàn)熱器累積磷化渣(zhā)量,減輕磷化渣在換熱器上的堆積,可以提高(gāo)了換熱(rè)器的換熱效率,同時也能減少換熱(rè)器的清洗頻次。
2.2 磷化渣體積濃度與質量濃度的關係(xì)
為了解槽液中的(de)含渣量,需要定時進行監測。目前對磷化液含渣量(liàng)的監控主要采用的方式為:用一種特別的帶有刻度的1000ml錐形量筒,取(qǔ)1000ml槽液於錐(zhuī)形量筒,在(zài)規定的時間內對磷化渣進行讀數,從而判定磷化液中的含渣量[5]。該方(fāng)法監控磷化渣含量操作簡單,但隻粗略的估算了磷化渣的體積濃度,對磷化渣的真實含量存(cún)在較大偏差,為了避免(miǎn)判斷誤(wù)差(chà),我們采用對磷化液含(hán)渣量(liàng)同時進行體積濃(nóng)度與(yǔ)質量濃(nóng)度的檢測,得出(chū)二(èr)者對應的數據值,建立磷(lín)化渣體積濃度與質量濃度的關係圖及關係式,根據(jù)關係式我們可以通過體積濃度(dù)得出真實的質量濃度,從而更準確(què)的監控磷化液含渣量。
每天現場取磷化液2杯,每杯體積均為1L。其(qí)中一杯采(cǎi)用錐形杯靜置4h後讀取磷化渣體積的方式讀數並(bìng)記錄;另一杯將其分別過濾,過濾前後對濾紙烘幹稱重並記(jì)錄,通過每天過濾前後稱重求其磷化渣含量的(de)方式;連續記錄一段時間後,兩種方式得到磷化渣對應數(shù)據如圖1。
根據圖1可知,磷化渣體積與質量相關(guān)係數達(dá)到0.9972,認(rèn)為通過該(gāi)方法所得到的(de)磷化渣對應值是具(jù)有可靠度的。因此(cǐ),根據y=1232.7x-61.745該關係式,我們可(kě)以便捷的對磷(lín)化渣體積與質量之間的(de)關係進(jìn)行換算,從而更準確的得知磷化液中含渣量。
2.3 磷化渣對磷(lín)化膜的影響
大量磷化渣的存在,會影響磷化膜的質量,降(jiàng)低工件的(de)耐蝕性(xìng)能,為了更直觀的磷化渣對反(fǎn)應磷化膜形成的影(yǐng)響,采用在不同(tóng)渣量狀態下製作磷化板,並(bìng)對磷化板進行SEM分(fèn)析。
采用JEOL-JSM 6390LA型掃描電(diàn)子顯(xiǎn)微鏡對磷化後的試樣進行表麵形貌(mào)分析,加速電壓為(wéi)15kV;分別在X500和X1500的倍數下對磷化膜(mó)狀態(tài)進(jìn)行分析。比較相同倍數下的磷化膜掃(sǎo)描電鏡照片(圖2),由圖可知,冷軋板在含渣量少的磷化液中形(xíng)成的磷化膜較致密,而含渣(zhā)量多的磷化液中(zhōng)形成的磷化膜鬆散而且磷化膜呈支晶(jīng)狀,支晶長度在8-20μm,明顯高於含渣量少時磷化液中磷化膜的支晶長度(3-9μm)。
3 結論
1、磷化加熱(rè)水浴對(duì)磷化產渣量的影響為(wéi):磷化(huà)液加熱水浴溫度高,磷化液產渣量低(dī),換熱效率高;磷化液加(jiā)熱水浴溫度低,磷化液產渣量高,換熱效率低;
2、磷化(huà)渣體積濃度與質量濃度的關係驗證實驗得出,磷化(huà)渣(zhā)體(tǐ)積濃度與質量濃度的(de)關係為:y=1232.7x-61.745;
3、通過SEM金相照(zhào)片得出,磷化膜的致(zhì)密程度與磷化液含渣(zhā)量成反比關係。