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什么是磷酸盐皮膜处理

发布日期:[2009/3/31]    共阅[2766]次
    
什么是磷酸盐皮膜处理
金属制品若能经常保持一定的光泽,是多么美丽的事啊!然而,这仅是一种理想,金属已变色或生锈腐蚀以至变形,不能发挥其原来的机能。因此,对金属所造出来的日用品、机械、建筑物、汽车,甚至高级美术品的表面,必须想办法来处理以防止前述的变化。
那么,防止金属表面的变化有什么方法呢?大致上,有电镀、化学镀、染色法、阳极酸化法、涂装法、化学处理法、喷镀法、表面硬化法、其他等方法。通常,金属产品都采用上述某种方法来处理。
Pallond处理法就是把这些处理法之中化学处理法的一种。是钢铁上产生磷酸盐皮膜方法的总称。
磷酸盐皮膜化成是一种腐蚀反应,将腐蚀成份停留在金属表面,用巧妙的方法利用腐蚀生成物变成一种皮膜。
磷酸盐皮膜药品是由磷酸(H3PO4)与第一磷酸盐[Me(H2PO42…Me是Mn、Zn等二价金属]所组成,其生成机理如下:
⑴Fe(被处理物)+2 H3PO4→ Fe(H2PO42+2H2
⑵Me(H2PO42→Me HPO4+2H3PO4
⑶3Me HPO4→Me3(PO42+H3PO4
           (皮膜主要成分)
首先,被处理品预处理液接触后即引起⑴的反应。然后,产生氢而溶解于液中,因此,处理液全体的H3PO4→减少了,为了要恢复所减少的H3PO4,继续引起⑵及⑶的反应。结果,处理品表面产生不溶性的Me3(PO42、XH2O·Me HPO4、H2O的皮膜。
这样所得的磷酸盐皮膜的性质有:
⑴所造出来的皮膜是无机质的
⑵是由化学反应所造出来的皮膜
⑶皮膜是电气的不良导体
⑷皮膜是多孔性等
妥善利用这些特质而决定磷酸盐皮膜法的价值。
 
金属涂装一定先做好底子防锈处理
新建筑物外面或路侧隔栏,道路表识等,在室外所使用的金属制品以非常漂亮的颜色涂装,不仅增加本身的美观,也增加都市或环境的美观。但是,外观上看起来很坚固的这些金属制品,在世外景日晒雨淋,其原来的金属(特别是铁材)及很容易生锈腐蚀,若果涂装以前,未做好或疏忽底子的防锈处理,那么,不久即发生绣斑,逐渐扩大,以致涂料剥落,变成很难看的样子。
以前,一般人认为一经涂装即发生防锈效果,也许以前所使用的油性防锈涂料,完工后虽不太美观,但也有相当的防锈作用。但是,最近很普遍被使用的合成树脂涂料,外观上较为美观,但底子处理的好否,将影响到防锈效果及涂料的粘固力。这种情形如同女性化妆时使用化妆水来做粉底一样的重要。
 
处理材质
加工目的
皮膜剂
用途
钢铁
防锈
Pallond   880
Pallond   210
Ferricoat   7
Weather Coat   1000
铁骨、铁管、窗框、保弹子、油压机、耐厚性钢板、建筑外装
 
窗框、三角拱膜、建筑内外装、镶扳
底成涂装
Pallond   880
Ferricoat   7
Pallond   137
棚材、照明器具、镶板、装饰架
耐磨耗性
Palfos  M
(Palfos M处理后+Deric
各种齿轮、金属活塞、油压、高压、折动零件
冷间锻造
延伸润滑
(Pallond 181X或Pallond   421WD+Palube235或Palube  4601)
冷间锻造、高电压螺丝帽、洗衣机、伸线管材
着色防锈
Palblack(染黑处理)
弹簧类、精密机器工具
铝及合金
底层涂装
Palchrom 713
Palcoat 3751 Albond  A
窗框、三角拱膜、金属板、镶板类
耐磨损
Palchrom+Defric
活塞类、照相机零件、轴、螺钉
锌及合金
底层涂装
Pallond3308  Ferricoat 7
导向轨、警报机、电脑零件
铜及合金
着色
Brusbond
精密机器
钢铁
防锈
Dacrotized
汽车零件、螺栓、螺丝帽、座金弹簧、其他零件
 
 
磷酸盐皮膜的用途
·磷酸及非铁金属的防锈。
·磷酸及非铁金属的质地涂装。
·钢铁制折动零件的耐磨损。
·钢铁、铝等的变形加工是的润滑助剂。
·矽素钢板的电气绝缘。
 
涂装前的耐蚀性
    5%盐水喷雾试验HS-Z-2371相片是Expand metal(铁制)在未涂装情形下,施行耐蚀性试验(JIS-Z-2371)经过6小时后的结果。
 
2小时后
4小时后
6小时后
铁    原      材
50%红锈
80%红锈
100%红锈
铁上面由磷酸盐皮膜处理
无变化
1%红锈
3%红锈
只    镀      锌
5%白锈
30%白锈
60%白锈
镀锌上面由磷酸盐皮膜处理
无变化
无变化
1%白锈
 
磷酸盐皮膜处理的标准工艺
脱脂
水洗
除锈
水洗
中和
水洗
表面调整
皮膜化成
水洗
汤洗
干燥
 
用浸渍法的磷酸盐皮膜处理
·以防锈目的所做原膜形态
·涂装质地用薄膜形态
·回转折动零件的润滑皮膜
 
磷酸锰皮膜处理
磷酸锰皮膜处理是什么?
用浸渍法是钢铁表面生成厚度5~15μ较薄的磷酸锰系的不溶解性皮膜,为钢铁的防锈,耐磨损等目的所做化成皮膜法之一。特别是这种磷酸锰系皮膜较各种化成皮膜(磷酸锌、磷酸铁皮膜)更硬,耐磨性也强。不同于电镀,或被覆层等,本处理容易浸透到原材料,表面上产生均匀的皮膜,所以皮膜全部不会玻璃,对钢铁产品的回转、折动——例如活塞、活塞环、气缸衬涛、轴轮等需要耐磨损的产品,处理上颇有功效。经过这种处理,在金属的磨损量,产品的寿命,为润滑所使用的油量等问题上也较为经济。
 
磷酸盐皮膜的特色
·磷酸锰皮膜的耐磨性较磷酸锌皮膜为优。使皮膜因压力减少应力,增加润滑作用。润滑剂使用石墨,或二硫化钼,则其效果更为显著。
皮膜由多孔质的结晶体所组成,所以有的吸收性,保持性良好,帮助回转,折动部位的润滑。
·皮膜是回转、折动部位不易接触,能预防烧焦,咬缠等现象。(为防止运转初期的烧焦,咬缠现象,经显微镜观察,表面上稍微粗糙较有利。)
·皮膜能消除机械作业后所留下的削痕,并使回转,折动部位的初期运转良好。
·具有防蚀性,不虑内燃瓦斯的受害。
 
MIL-16232E  Type  M
条件   皮膜重量1500mg/ft2(16.15g/m2)以上
盐水喷雾试验,1.5小时以内不生锈
依据(ASTM-B117-54T…20%盐水喷雾)
                   试验项目                          
                                   
 试验片                 
皮膜重量
盐水喷雾试验
(1.5小时)
g/m2
mg/ft2
SK-4  碳工具钢(JIS-G-4401)
18.4
1710
无变化
S45C 机械构造用碳钢8种(JIS-G-3102)
18.4
1710
无变化
SNCM8  镍铬钼钢8种(JIS-G-4103)
22.6
2100
无变化
SCM-4  铬钼钢(JIS-G-4105)
24.6
2190
无变化
 

Palfos  M  皮膜是一种磷酸锰系的化学反应生成皮膜,所以处理前后的尺寸变化,重量变化极少,依其材质保持一定的量。处理温度在100℃以下,几乎没有物理变化。
 
Palfos  M-1A 加工条件给余生成皮膜的影响(例)      CL:PALKALIN
 
 
项目
时间
5分
10分
脱脂
CL-110
Trichloroethylene
CL-110
Trichloroethylene
总酸
30
40
50
30
40
50
30
40
50
30
40
50
皮膜厚度μ
8
8
8
13
14
15
8
8
9
13
14
16
皮膜重量(g/m2)
13.2
14.0
15.6
18.8
20.3
22.5
12.9
15.6
17.6
18.8
20.3
24.2
结晶比重
1.65
1.75
1.95
1.45
1.45
1.50
1.61
1.83
1.96
1.45
1.45
1.51
 
塑性加工用润滑处理
金属再化成处理上,磷酸盐皮膜主要是被用于防锈,但其中约15~20%石碑用于伸线、伸管、冷间断造等钢铁的塑性润滑剂。塑性加工用润滑处理法是经磷酸盐皮膜处理后,配合肥皂系润滑,在中间层使其产生金属皂处理的方法。这种金属皂具有低的摩擦系数,耐热性,与化成皮膜合组时的耐压力(约有100~300kg/mm2),所以润滑性非常良好,使用于伸线时有减少钢型磨损及机械转动率的上升,增加加工速度。用于压榨加工时可防止因皮膜润滑而引起损伤等很多优点。
塑性加工用润滑处理断面构成
·肥皂(硬脂酸纳)  2~3μ
·金属皂           0.2~2μ
·磷酸盐皮膜       3~10μ
·金属素材
 
化成皮膜的特长
·化成皮膜润滑剂的特性,在于所形成的润滑层是由化学的结合而来的。同时一般的润滑油在塑性加工时,材料与工具间的润滑膜会变成数Angstrom层,若果增加加工速度,则在金属表面的凸出部位产生金属的结合,但利用化成皮膜就是经过相当的加工,在金属表面却残留数micron的润滑层。
伸线前后的润滑层重量变化(例)
引拔加工前
引   拔   加   工   後
磷酸盐皮膜
润滑剂
磷酸盐皮膜
1.8g/m2
<0.1g/m2
0.4g/m2
5.5
0.2
2.0
8.8
0.3
2.4
伸线到2.6mm→1. 0mm
 
·化成皮膜本身的摩擦系数并不低。(例lek≒0.5)但与润滑剂混合后(本法使用肥皂系润滑剂)则显出非常低的摩擦系数,通常,钢铁用的化成处理剂都使用摩擦系数低的磷酸锌皮膜。
有否皮膜而产生摩擦系数的差异(例)
荷重
有否皮膜
摩擦系数
0.9kg/mm2
无  处  理
磷酸盐皮膜
1.8
0.6
1.8
无  处  理
磷酸盐皮膜
0.4
0.25
3.6
无  处  理
磷酸盐皮膜
1.8
0.55
9.0
无  处  理
磷酸盐皮膜
0.9
0.25
润滑剂是硬脂酸钠
 
·化成皮膜是多孔性,所以具有幼稚的保持性,加工使耐高压。经本法的施行,在中间层会产生金属皂的摩擦系数极低,而且与皮膜很坚固的结合,塑性加工时受得住极压,可保持其润滑性。
 
·磷酸盐皮膜既有前述特色,广被利用,尤其与涂装,防锈油混合使用时,因具有保持性,所以显出其优良的耐蚀性。
磷酸盐皮膜的耐蚀性
 
皮膜重量
耐蚀性
磷酸锌系
10~20g/m2
4~20小时
磷酸锌系
5~8g/m2
1~4小时
磷酸锌系
2~5g/m2
0.5~4小时
磷酸锌系—金属皂
10g/m2+3g/m2
24~48小时
浸渍与3%NaCl溶液到生锈的时间
 
·化成皮膜以处理剂的种类,前处理,材质等之别,皮膜状况会发生变化,但作为塑性加工用以3~15 g/m2之重量最为适当。对磷酸锌皮膜不能使用的材质如不锈钢硬先施行草酸盐皮膜,铝合金用磷酸盐或氟化铝皮膜等做化成处理后施行塑性加工用润滑处理。
模型寿命试验结果
 
素材材质
型材质
型寿命数
收缩率
塑性加工用润滑处理

S45C

SKD11
HRC60
2500支
约15%
不用润滑剂
S45C
SKD11
HRC60
5000支
约15%
润滑剂是硬脂酸钠
 
塑性加工润滑处理工程
脱脂
水洗
酸洗
水洗
中和
水洗
表面调整
水洗
化成处理
水洗
中和
润滑处理
干燥
 
 
锈安定化处理
锈安定化处理法是在耐候性钢的表面,用化学方法,使其产生锈安定化的皮膜,是一种抑制钢铁使用初期所流出的锈,使之安定化,是由日本帕卡濑精株式会社(Nihon Parkerizing  Co.Ltd)所研究开发的技术。虽然外观上与一般的涂装很相似,其实,一般的涂装是以遮断外气与钢的外面来抑制生锈,而锈安定化处理法则是促进锈的安定化。机能上有很大差异。因为施行涂装后若果涂装恶化,即引起涂料剥脱现象,由此生锈,为维持美观不得不再涂装。然而,锈安定化处理法是将皮膜慢慢溶化,使所产生的锈安定,逐渐扩大到全部,在钢表面覆盖一层皮膜, 不须在保养。
 
特长
·没有黄锈流出或红锈飞散。
·具有耐候性的重厚感触。
·不同于一般涂膜,是酸化反应型,所以逐渐变化,日经月久即自然消
  失。
·节省保养
 
锈安定化处理法皮膜的构造及性状
·  Prepalen  皮膜(30~Sou)
·  Wether  coat  1000皮膜(4~7μ)
·  耐候性钢材
 
Wether  coat  1000皮膜
有金属氧化物及磷酸盐所组成的复合皮膜,是硬质的微轻石状无机物质(红褐色)。
 
Prepalen  皮膜

异地分子量压克力树脂,有机化合物剂溶剂为主体,是一种含有着色剂压克力树脂皮膜,具有吸水性,热线吸收性。
Wether  coat  处理标准工程
脱脂
黑皮除去
Wether coat 1000
Prepalen 喷涂
 
施工工程
施  工  要  领
第1工程
脱脂  脱脂剂  浓度1~3% ,60~80℃,浸渍10分钟
第2工程
水洗  净水   液面溢流  常温  浸渍摇动30秒
第3工程
酸洗  盐酸  常温  标准浸渍15分(到除锈为止)
第4工程
水洗  净水  液面溢流  常温  浸渍摇动30秒  水洗
第5工程
处理  Wether coat  液 70~80℃  浸渍10分钟
第6工程
汤洗  净水  40℃以上  浸渍摇动30秒以上
第7工程
干燥  常温干燥
第8工程
涂擦里面  Prepalen(指定色)  常温   吹入(防锈涂装)  或指定样式
第9工程
完成  Prepalen(指定色)  常温吹入  常温干燥
 
锌粉铬酸化成皮膜处理
美国的综合化学公司Diamond Shamrock公司所研究开发的新产品,在欧美各国、日本等世界各国获得专利的防锈系统,较过去的表面处理,电镀等更优越的防锈技术,这就是锌粉铬酸化成皮膜处理方法。
这种处理方法是将金属锌用3价的铬化物结合具有耐蚀性很高的锌色皮膜,处理工程上没有公害之虑,可称为具有优越特长,顺应时代要求的新技术。
美国已经将这种技术工业化,在汽车业,家电业的大企业,或其他企业广被采用。最近,在我国已渐普遍使用这种方法,特别是严格的公害规则实施的现势下,这种最适合的表面处理技术,今后的发展是可以拭目以待的。
 
耐蚀性(盐水喷雾试验JIS-Z-2371)
锌粉铬酸化成皮膜的耐蚀性比过去所有的表面处理具有很多特长。例如与施行有色铬酸盐处理的镀锌(JIS2重2级)比较时,特别会发挥极强的防锈力。
 
皮膜的构造及防锈机构
锌粉铬酸化成皮膜处理在烧炉中以约300℃加热处理,则处理液所含有的6价铬还原为3价,同时这种重合物覆盖与质地表面和锌粒子的表面并存在于锌粒子中间,而形成锌粉铬酸化成皮膜。结构如下:
          ①3价铬     ②锌粒子      ③铁材质地
锌粉铬酸化成皮膜虽然位于材质连合,在涂膜剥脱,材质露出的状态下,经盐水喷雾试验也有相当的耐蚀性。
由此可知锌粉铬酸化成皮膜的防锈机构时由锌离子所控制的自己牺牲保护(Controlled  Galvanic  Protection)及因铬酸所产生质地面的不动态化(Passivation)以及氧化铬重合物的障壁作用(Barrier  Effect)三者所混合产生出优秀的耐蚀性。
 
特长:
·耐盐水喷雾型非常优越
·不虑氢脆性
·耐热防锈性优良
·旋转性优良
·与涂料的粘着性良好
·没有公害之虑
 
用途:
⑴汽车零件、螺栓、螺丝帽、小螺丝、螺孔螺丝、座金、弹簧、其他小零件。
⑵家庭电器零件、冷气机、水晶抽水机、洗衣机、电视、天线等各种电器零件。
⑶土木建筑关系、高强度螺栓、五金类、合页等。
 
固体润滑剂
固体润滑剂是二硫化钼、黑铅(石墨)、二硫化钨、金属氧化物、氟树脂(四氟乙烯等)等固体润滑剂的一种或数种,为使之附粘于材料质地,以使用条件的不同,使各种有机树脂分散,作成涂料,经过耐热加工而所得到的干燥皮膜润滑剂的总称。
 
若非适材适所将得不到好结果
固体润滑剂并不是只有一种。由适用各所的机构,折动部位两边材质的硬度,表面的粗度,镀的状态,有否表面处理,面呀,相对的速度,温度(摩擦部位及周围)清洁等之分而有所差异。本社为应付各种实用目的备有多种的固体润滑剂,以供选用。
固体润滑剂在使用条件上,虽仅有些差异,但作用上却有所不同。所以必须选用合适的种类。以表面处理为业的日本帕卡濑精公司为应付广大消费者的需要,通过广泛的讨论研究,愿与贵社共同创造更完美的表面处理。
 
固体润滑油的优点
⑴保持润滑皮膜的寿命长耐荷重性大
⑵摩擦系数低
⑶ 使用温度范围广 
⑷加工容易 
⑸较其他一般润滑油,机油无污染  
⑹不含有害有毒物质。
本公司备有上列优点的多种固体润滑剂,以应选用。
 
固体润滑油的实用例
⑴初期接触用
在条件特严的场所,一般的固体润滑剂含有脂油或膏油类,效果不十分良好时,最适合用。
例:活塞、凸轮、齿轮、气缸等。
⑵永久润滑
较机械或机构的预测寿命更长时,当永久润滑剂实用。
例:照相机、事务机、计时机、螺线管、音响机器、汽车零件等。
⑶定期修补用
经长时间使用后的机械,需要定期补修或换装零件时所使用之。
例:铁路车辆零件、航空机零件、船舶用零件、事务机等。
⑷防锈及润滑兼用
以所使用环境之别,可选用各种不同的固体润滑剂。
例:桥梁的支柱,火箭机器发射装置等。
⑸离型用及其他
利用固体润滑剂的非粘着性,也可当塑教程形式的离型剂使用。
固体润滑剂虽然有不耐高温的缺点,但既有上列优良的性质,也能使用于高温的场所,如玻璃工业等。
 
固体润滑剂的标准工程,钢铁
脱脂
喷砂器
除锈
防锈处理
干燥
加温
固体润滑剂处理
硬化
 
固体润滑剂的标准工程,铝,铝合金
脱脂
喷砂器
除锈
铬酸盐
处理
干燥
加温
固体润滑剂处理
硬化
 
各种润滑皮膜试验结果(例)

接触:点一面   荷重:3kg    载物:7/32in  钢球
滑速:18m/min   状态:Soft  on  Hard    处理药剂:Palfos  M-1A

接触:线一面   荷重:300kg     滑速:10.6m/min 
 状态:Hard  on  Soft    处理药剂:Palfos  M-1A
 

二硫化钼润滑皮膜的耐摩擦寿命及质地处理的关系
FBT116B  HBX-1   烧焦型      FNG-45  ANH-POT自然干燥型
50  200  120  30  为液体润滑剂兼用
100                   没有化成处理(干燥润滑)
1150          1100  200  磷酸锰处理(干燥润滑)

 
下为没有化成处理(干燥润滑)   上为磷酸锰处理(干燥润滑)
 
固体润滑剂代表性的性质
 
二硫化钼(MoS2)
石墨C
氟树脂(CF2-CF2)n
结晶构造
六方晶系,成性,劈开性
六方晶系,成性,劈开性
具有玻璃转位,复杂
颜色
铅色
灰墨色
乳白色
硬度
1~1.5(moss)
1.5~2(moss)
D55 Shoa
比重
4.6~4.8
2.0~2.3
2.1~2.3
摩擦系数
0.02~0.1
0.05~0.1
0.03~0.1
耐压力
28.00kg/cm2
 
 
PV值
 
 
10kg/cm2·cm/sec
最高使用温度(长时间)
大气中 320℃ 真空中1100℃
大气中 320℃ 真空中不可
260℃ 真空中可
最高使用温度(短时间)
大气中 420℃
大气中540℃
316℃
最低使用温度
-180℃
 
 
酸化生成物
MoO3,SO2
CO,CO2
热分解C2F2,C3F3
分解温度
1098℃
3498℃
727℃
耐药品性
良好
优秀
优秀
因中性子而构造变化
不被破坏
格子破坏
变脆弱
电气体积抵抗
0.4~0.8
50.3×10-4
1017以上
在真空中的摩擦系数
其他参考事项
因吸入瓦斯,摩擦系数变大
因吸入瓦斯,摩擦系数变小
 
上记性质是单体的性质。因合组或兼并其他物质,而会变成优良的润滑剂或更佳润滑性能的性质。
 
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