金属表面处理剂概要

1、金屬表面處理劑概要1）前處理的定義作為被處理物塗塗料的準備過程，是除去附着在被處理物上的油及形成磷酸鹽磷化膜的過程。

2）前處理的目的在鐵、鋅等的金屬表面形成磷酸鹽磷化膜，給塗裝提供優秀的耐腐蝕性和附著性。

3）前處理工程2、對前處理工程藥品的說明1）脫脂在鋼鐵的表面，為了防止鋼鐵表面生鏽塗有礦物性或植物性等各種油，而這些很難完全除去。

除去這些鋼鐵表面的油脂有很多方法，而通常使用如下方法。

（1）溶劑脫脂是使用汽油或溶劑石腦油等溶劑洗條或用水浸漬除油的方法，可以出去大概的油。

但是浸漬的方法用溶劑只能使污垢或油變薄而很難使其完全除去。

但是使用溶劑蒸汽除油的方法代替浸泡法得到了普及。

蒸汽法使用的溶劑代表性的有氯丙烯。

可以用乾淨的熱蒸汽完全除去油。

只是由於不能出去污垢、氣體等附著物，在適用於小型配件。

使用時必須注意的是氯丙烯蒸汽具有麻醉性，所以稍微感覺到被麻醉的感覺最好立即到外面呼吸新鮮的空氣。

（2）ENULSION脫脂往煤油、石腦油等溶劑加入乳化活性劑或溶解在水里形成乳化液並加熱使用。

脫脂能力一般，所以油垢多時脫脂比較困難。

特別是附著油脂的地方，使用溶劑輕輕擦拭之後進行脫脂。

為了提高脫脂能力，有時也加入少許鹼。

脫脂以後必須用溫水洗條，以除去附著的乳化劑及污垢。

（3）電解洗條法陰極及陽極產生的氫氣及氧氣破壞附著在金屬表面的油脂膜，並通過攪拌溶液以機械方式除去油脂。

（4）鹼性洗條法附著在金屬表面的油可分為植物油和礦物油。

甲）植物油的脫脂植物油的成分為脂肪酸丙酯（甘油酯），和NaOH一起加熱時被皂化分解為肥皂和甘油。

由於都是水溶性（溶於水）物質，所以可以充分的水洗方法予以除去。

O‖CH2ONaCH2-O-C-R1 R2COONaO 3NaOH CH2ONa ＋ R2COONa‖CH2-O-C-R2 CH2ONa R2COONaO‖CH2-O-C-R2[皂化（肥皂的反應式）]已）礦物油的脫脂1階段：用界面活性乳化劑及分散油（乳化）2階段：與鹼性中的SiO2結合並沉澱。

丙）不使用強鹼的理由使用強鹼時，在已清洗的鋼鐵表面生成氧化鐵或氫氧化鐵，從而產生惰性阻礙磷化膜的形成。

從而這方面考慮，以Emuision Cleaner 或最弱酸鹽為主要成分的Nonsilicate Type 弱Alkali Cleaner(磷酸鈉)最適合。

還有，強鹼和中強鹼Type的脫脂劑會使磷化重量增大和結晶粒子粗大。

所以在使用中強鹼脫脂劑時，為了得到緻密的結晶，有必要使用表面處理劑（XQ）。

因為XQ可以使由於生成氫氧化鐵而產生惰性失去的活性點增多，從而產生緻密的磷化膜。

下面的圖表為不同脫脂液的磷化重量差異。

丁）鹼性脫脂劑分類○強鹼：主要使用氫氧化鈉，把油脂分解為溶於水的甘油和肥皂。

（PH 12以上）○中強鹼：主要使用矽（gui）酸鹽類、吸附、分解礦物油。

主要使用酸式鹽類（PH 12以上），具有分散、乳化礦物油的作用。

磷酸鹽類也廣泛使用（PH 8.3-9.0）.戊）鹼性脫脂劑的條件○必須能夠溶解油脂，而且PH 8.3以上。

○腐蝕性不強。

○表面張力小。

○必須升高溫度。

○必須持續維持的含量。

○水洗條性良好。

己）脫脂液使用水的水質○氫離子濃度（PH）：6.0-8.0○ Conduct ：5，000Ωcm以上○蒸發殘留分：150 ppm 以下○ Cl- ：20 ppm 以下○ SO42- ：20 ppm 以下○ Cl- + SO42- ：35 ppm 以下○全硬度Ca2+：100 ppm 以下庚）脫脂液的更新○油份濃度達到3，000-20，000ppm時進行更新。

（n-Hexane油份測定法）○現場條件下，脫脂時間增加1.5倍時進行更新。

○定期沒5天—1個月更新一次。

2）表面調整有強鹼或中強鹼脫脂工程及酸洗工程時，金屬表面在結構上幾乎失去活性點，從而形成粗糙粗大的磷化膜。

由於這些原因，有必要在金屬表面賦予自由能量增加活性點。

隨著活性點的增加，由於自由能量的增加，在磷化處理時結晶核數也增加，從而形成細小而均勻的磷化膜。

起這種作用的我們稱之為表面調整劑。

像這樣提高表面活性劑，一般使用草酸或XQ等藥品。

使用草酸時，用2-3%溶液在常溫下處理1分鐘左右，Etching後形成薄的氫氧化鐵膜，從而可以在磷化處理時作為核。

使用XQ時，用特殊方法把磷酸鈉和TiO2 Colloid化合物吸附在鋼鐵表面上，起到生成磷化膜的核的作用。

（1）表面活性能量的增加要素○：反應面積的增加×：反應面積的減小（2）表面调整剂XQ的作用隨著重金屬鹽水溶液處理後的活性點（陰極面積）的增加生成均勻而緻密的磷酸鋅結晶。

甲）活性點少時的磷酸鋅磷化結晶（表面調整劑處理無）乙）活性點多時的磷酸鋅磷化結晶（表面調整劑處理有）2）表面調整（1）目的以化學方法處理金屬表面時，表面生成磷化膜。

其主要作用是提高防銹性、耐腐蝕性、耐高溫氧化性等化學物質，同時增加硬度及耐磨性。

（2）種類氧化磷化有1）鉻酸鹽磷化2）磷酸鹽磷化等。

其中，最廣泛應用於工業上的是磷酸鹽磷化。

（3）磷酸鹽磷化劑的反應鋼鐵製品浸泡以前磷化劑的反應為3 Zn(H2PO4)2 <=> 3 H3PO4+3 ZnHPO4----------(1)+3 ZnHPO4 <=> H3PO4 + 3 Zn3(PO4)2----------(2)3 Zn(H2PO4)2 <=>4 H3PO4+ Zn3(PO4)2---------(3)把鋼鐵製品浸泡在磷酸鹽水溶液加熱時Fe+2 H3PO4 <=>Fe(H2PO4)2 +H2↑(鐵) （磷酸）（磷酸二氫亞鐵）（氫氣）鋼鐵製品與方程式（1）和（2）中的磷酸反應，鐵被腐蝕，而其中一部分溶解以後生成鐵離子。

同時產生的氫離子，放電以後生成氫氣。

2H ++2e -<=> H 2↑由於消耗游離磷酸，鋼鐵表面附近氫離子濃度降低，方程式（3）的平衡向右側移動，從而磷酸氫鹽及磷酸鹽的結晶沉澱在鋼鐵表面。

這些沉澱在鋼鐵表面的沉澱成為結晶核，進而成長成全覆蓋的磷化膜。

* 磷化劑的反應3 Zn(H 2PO 4)2 .4 H 20 → 4 H 3PO 4+ Zn 3(PO 4)2 . 4 H 20* 磷酸鋅磷化膜結晶的結構第一層：Zn 3(PO 4)2 . 4 H 20 ----Hopeit 層：5%第二層：Zn 3Fe(PO 4)2 . 4 H 20 ----Phosphophyllitet 層：95% 第三層：Zn 3(PO 4)2 . 4 H 20 ----Vivanite 層第四層：Fe 3H 2(PO 4)2 . 4 H 20 ----lron-Hreaulite 層Fe 2+溶解 H+產生Etching 反應游離 H 3PO 4被NO 3-氧化Fe 2+溶解 H + 產生 陽極部 陰極部(4)影響磷化處理的因素甲）總酸度表示處理液中含有的酸性成分的總量。

取10cc處理液，加入酚酞（P.P）指示劑，用0.1N-NaOH進行中和，此時所需的NaOH的cc數為總酸度。

乙）游離酸度表示處理液中含有的游離酸度的濃度。

取10CC處理液加入 B.P.B指示劑，用0.1N-NaOH進行中和，此時所需的NaOH的CC數為游離酸度。

(5)游離酸度甲）偏高時Etching時間變長，由此磷化時間也變長，而且磷化膜中的磷酸鹽的含量減小，所以有耐腐蝕性降低的趨勢。

乙）偏低時由於Etching時間不足，所以耐腐蝕性也降低。

而且游離酸度進一步降低時，不僅僅在鋼鐵表面生成沉澱，而是影響全部處理液，生成大量異常產物，從而消耗磷化液。

(6)POINT的影響甲）偏低時稀釋處理液時雖然酸比沒有變化，但是POINT將會下降。

此時平衡迅速移動，不僅在鋼鐵表面生成沉澱，而且容易使全部處理液產生沉澱，造成很大損失。

乙）偏高時Etching加深，相反平衡的移動變慢。

這樣的話，處理時間會變長，耐腐蝕性也會降低。

(7)POINT和磷化的關係甲）偏低時：薄而均勻的灰色結晶。

乙）POINT適合時：緻密而平滑的結晶。

丙）偏高時：黑色及粗糙的結晶。

(8)使用促進劑時Fe + 2 H3PO4→Fe(H2PO4)2 + H2 ↑反應中產生的氫氣會阻礙要處理的鋼鐵表面和處理液之間的反應，使結晶困難或阻礙結晶成長。

促進劑能除去氫氣，使磷化完全、迅速進行。

(9)磷酸鹽磷化的附著量一般情況下2-3g/㎡左右最合适。

膜厚为3-5μm(10)磷酸液的主要成分甲）磷酸二氫鋅：Zn(H2PO4)2。

乙）硝酸鋅：Zn(NO3)2。

丙）磷酸：H3PO4。

丁）氧化劑：亞硝酸鈉（NaNO2）氯酸鈉（NaClO3）→除氢气戊）重金属：Ni,Fe有機酸(11)作業時溶液管理的注意事項(12)磷酸鹽磷化劑按處理方法分類甲）浸泡法（DIPPING）。

乙）SPRAT法。

丙）BRUSHING法。

丁）STEAM GUN法(13)磷酸鹽磷化膜性質及優缺點○磷化膜的顏色Mn及Zn系的與Fe系顏色有所區別。

Mn系：灰黑色Zn系：灰色，灰白色Fe系：金色，青紫色(14)磷化重量磷化膜重量根據藥品的種類、處理溫度、處理前鋼板狀態、前處理條件等有所不同，大致可分為如下。

雖然磷化膜的THICKNESS測定非常困難，但是可以把磷化膜重量（g/㎡）除於1.2的值作為MICRONE(μ)(15)磷化膜的耐腐蝕性磷化膜的耐腐蝕性一般磷化膜越薄越弱。

特別是磷酸鐵系磷化膜不僅薄，而且非常弱，所以盡可能盡快進行塗裝。

(16)磷化膜的耐熱性○ Mn系到160℃幾乎沒有變化，但是在160 - 170℃發生急劇的重量變化，大約有8%的重量變化。

○ Zn系到160℃開始引起重量變化，隨著溫度的上升漸漸穩定160 - 190℃之間，引起8-10%的重量變化。

○ Fe系到250℃完全按沒有變化，而且能耐到500℃。

(17)磷化膜的耐藥品性磷化對有機溶劑來說比較強，但與強鹼接觸時就會溶解。

綜合磷酸鹽磷化膜的性質，有優點如下。

甲）優點①与电镀相比，加工方法简单，而且设备费用也廉价。

②属不需要电流的化学处理，所以可以处理复杂形状及大型物件。

③加工温度为100℃以下，所以在材质上几乎没有物理变化。

④處理前後物件的重量變化極小。

⑤耐磨性良好。

⑥耐腐蝕性良好。

⑦磷化膜為電的不良導體。

這點有利於耐腐蝕性。

乙）缺點①磷化膜容易被外力所傷。

②僅磷化膜不能長時間防銹。

③由於磷化膜的耐彎曲、耐衝擊性不好，所以處理後材料的變形加工困難。

④磷化膜上可以進行氬弧焊及電焊，但是那一部分的磷化膜會被破壞。

⑤不能耐強酸、強鹼。

* 磷酸鹽磷化膜的性質(18)磷酸鹽磷化處理液的管理* 品質管理 POINT3附錄[前處理作業溶液Point測定方法] 1）脫脂劑鹼（Alkali）度測量方法2）表面調整劑（Alkali）度測量方法3）磷化總酸度測量方法當溶液的顏色變為紅色時停止滴定，確認所消耗的標準溶液的刻度。