锌-铁合金层的磷化工艺

2010-12-28曾祥德

电镀与环保 2010年1期

关键词：磷化成膜酸度

曾祥德

(成都市新都高新电镀环保工程研究所,四川成都 610500）

锌-铁合金层的磷化工艺

曾祥德

(成都市新都高新电镀环保工程研究所,四川成都 610500）

0 前言

锌-铁合金镀层不仅防护性能优于普通镀锌与热浸镀锌层[1],而且还能提高对漆膜的结合力,具有良好的焊接加工性、抗蠕变性、易磷化性及抗蚀性[2]。锌-铁合金镀层的磷化处理,能生成一种稳定的保护膜,提高涂层与基体镀层的结合力。

1 磷化

1.1 表面调整

表面调整是常温磷化不可缺少的重要工序。胶体钛盐表面调整剂的p H值8.0～9.5,对镀层基本不溶解,适用于锌-铁合金的磷化。表面调整后不清洗,直接磷化,能加速磷化成膜速率。

工艺参数:胶体钛盐表面调整剂1～3 g/L,p H值8.0～9.5,室温,30～60 s,表面调整液呈乳白浑浊状态。

1.2 磷化液组成及工艺参数

1.3 溶液配制

(1）磷化槽洗净后,加入2/3体积、30～40℃的热水。

(2）依次将计量磷酸二氢锌、硝酸锌、硝酸镍、亚硝酸钠、磷酸二氢锰加入槽内,充分搅拌,使其溶解完全。

(3）在另一容器内将计量氟化钠用热水溶解后,搅拌中加入。

(4）将计量十二烷基硫酸钠用少量温水调成糊状,加适量水加温至沸腾5 min后,以2～3倍水稀释后加入槽内,搅拌均匀。

(5）将计量添加剂适量稀释后加入槽内,将水补加至所需体积,充分搅拌均匀。

(6）取样分析,调整酸度后试生产。

1.4 酸度的调整

1.4.1 游离酸度的调整

游离酸度(FA）主要指游离的磷酸。如果高于上限(1.5点）,加入碳酸钠0.53 g/L,能降低游离酸1点;低于下限(0.5点）,加入磷酸二氢锌 5～6 g/L,游离酸度升高1点,而总酸度则升高5点左右。

1.4.2 总酸度的调整

总酸度(TA）是指溶液中磷酸盐、硝酸盐和酸的总和。如高于30点,可用水稀释;低于15点,可加入硝酸锌20～22 g/L或磷酸二氢锰40～45 g/L,总酸度升高10点。如果前者加2 g/L或后者加4 g/L,则升高5点左右[3]。

1.4.3 酸比的控制

酸比(TA/FA）是总酸度和游离酸度的比值,是磷化必须控制的主要参数。酸比小,意味着游离酸太高;反之,则意味着游离酸太低。以本工艺为例,总酸度为15～30点为标准,随温度变化游离酸在变,酸比在变,p H值也在变。在30℃以上,游离酸1.0～1.5 点 ,酸比 20～30,p H 值 2.8～3.0;在25～30 ℃时,游离酸0.5～1.0点,酸比 30～40,p H值3.1～3.4;在 20 ℃以下,游离酸 0.5点,酸比大于50,p H值3.5以上。这就是说,酸比随磷化液温度升高而变小,随温度降低而升高。本工艺磷化液温度15～30℃,能保持p H值在3.5～4.5,以减少磷化液对锌-铁镀层的溶解。高于或低于此温度,酸比值均需及时调整,这是不能忽视的。

1.5 清洗

磷化后的清洗至关重要。由于磷化膜多孔,容易吸附盐类,如果金属盐类清洗不净,渗透膜孔,便会导致膜层起泡而影响磷化膜的质量。因此,工件出磷化槽后,经60℃左右的热水清洗,将残留孔隙中的金属盐洗去,再经冷水漂洗,即可清洗干净。

1.6 钝化封闭处理

为减少膜层孔隙率,提高磷化膜的耐蚀性,使用稀铬酐溶液,加热至90℃,将钝化、封闭与干燥融为一体。工艺规范:CrO30.3 g/L,80～90℃,3～5 min。

2 影响磷化膜质量的因素

2.1 表面调整

磷化前的表面调整能缩短成膜时间,细化膜的结晶,降低磷化过程中对锌-铁合金镀层的腐蚀溶解。以胶体钛盐作表面调整剂,效果很明显。因胶体钛盐表面调整剂为弱碱性(p H值8.0～9.5）,不仅对锌-铁镀层基本不溶解,而且表面调整液中的钛粒能均匀分散在溶液中,利于镀层表面均匀沉积钛微粒,产生活性点,易于磷化进行。p H值高时,导致胶体钛盐分解而失去活性;p H值低时,增加钛微粒凝聚的可能性。此外,表面调整剂一次不宜多配,每次以10天计,每天更换10%,10天为一周期。配制的表面调整液,呈乳白混浊状态,若为透明状则失效。在生产中若每天不按10%更换新液,很快变成透明状,表明已失效,必须全部更换新液。

2.2 成膜物质

基本成膜物质主要指磷酸二氢锌、硝酸锌和磷酸。Zn2+的质量浓度对磷化成膜过程和磷化膜结构有重要影响。提高Zn2+的质量浓度,可增加磷化反应速率,可控制在1.5～10 g/L。过高,磷化膜结晶粗大,性脆;过低,磷化速率慢,磷化膜疏松发暗。直接参与成膜,在磷化反应时转变为,并与Zn2+在表面反应成膜。磷化液中维持一定质量浓度的H2PO-4,以保证磷化速率及磷化膜质量。可以加快磷化速率,促进合金镀层溶解,形成致密的磷化膜,防护性能相应提高。

2.3 辅助成膜物质

辅助成膜物质主要指Ni2+,Mn2+和亚硝酸盐等,起促进磷化反应、稳定磷化液、细化晶粒、提高磷化膜性能等作用。这些物质也称促进剂,可以增加磷化活性点,提高成膜速率,同时细化晶粒,提高膜层耐蚀性。Mn2+可提高磷化膜硬度,降低处理温度。与亚硝酸盐复合使用效果更好,对膜的形成有特殊作用。NaNO2的质量浓度要控制在工艺范围内,其质量浓度低,促进作用弱,磷化速率慢;过高,磷化速率快,影响膜层结合力,在镀层表面形成阻碍磷化膜生长的厚钝化层,出现彩色磷化,膜层泛黄。所以,应控制在0.5～1.5 g/L为宜。