材料保护
第42卷・第2期・2009年2月
35
钼酸钠在常温磷化中的作用
李现涛, 魏 雨
(河北师范大学化学与材料科学学院, 河北石家庄 050016)
[摘 要] 通过硫酸铜点滴试验、膜重分析、扫描电镜(SE M ) 观察和极化曲线测试等方法研究了钼酸钠
对常温磷化中所得磷化膜性能的影响, 同时对钼酸钠在磷化液中的作用机理做了初步探讨。结果表明, 钼酸钠在该磷化液中的最佳含量为3g/L;, 化膜的自腐蚀电位变大, 交换电流密度变小, [关键词] 钼酸钠; 常温磷化; ; [中图分类号]. [][]1001-1560(2009) 02-0035-02
0 前 言
磷化技术已广泛应用于各个领域, 其中用于涂装前的金属磷化最为广泛, 磷化膜能显著提高有机膜与基体的结合力, 增强基体的耐蚀性, 延长产品的使用寿命。家用电器和汽车等工业的飞速发展对表面涂装的防护耐蚀性能提出了更高的要求, 尤其是汽车工业的车体车壳, 要求其具有更好的耐蚀性、结合力和装饰性能; 国内外环保和清洁生产的需要, 促使磷化技术进一步发展
[1]
1. 1 磷化工艺
试样采用规格为35mm ×25mm 的铁片。工艺流程:试片→砂纸打磨→水洗→除油→水洗→除锈→水洗→磷化→自然晾干。
除油液配方及参数
[4]
:40g/LNa 2CO 3, 3g/LNa 4P 2
O 7, 3g/LNa 2Si O 3, 10mL /LOP 乳化剂, 6g/L十二烷基
硫酸钠, 除油时间40m in 。
除锈液配方及参数:150mL /LH 3P O 4, 10mL /LOP 乳化剂, 2g/L硫脲, 2g/L十二烷基硫酸钠, 除锈时间40m in 。
。
磷化是一个吸热过程, 而且磷酸盐的溶解度随温度的升高而降低, 单纯靠提高温度来促进磷化成膜, 将引起能源、药品的浪费和生产环境的恶化。在磷化液中添加成膜促进剂, 可使磷化过程顺利进行, 有利于形成更好的膜层
[2]
磷化液基础配方及参数
[5]
:30mL /LH 3P O 4, 15
g/LZnO , 3. 5mL /L硝酸, 1mL /LOP 乳化剂, 4g/LN i (NO 3) 2, 1. 5g/L柠檬酸, 1. 0g/LNaF, 0. 05g/LCu (NO 3) 2, 磷化时间20m in 。1. 2 性能测试
CuS O 4点滴试验 点滴液组成:41g/LCuS O 4, 35g/LNaCl, 13mL /L0. 1mol/L盐酸, 其余为蒸馏水。温
。目前, 常用的促进剂有亚硝酸盐、氯酸盐等, 但
亚硝酸盐有毒, 氯酸盐在磷化过程中产生的氯离子会影响磷化膜的耐蚀性。钼酸钠作为一种新型常温磷化液促进剂, 具有无毒、低污染等优点, 是当前研究的热点
[3]
。
但由于其磷化时间长、磷化效果较差等缺点, 限制了它的广泛应用。为此, 本工作通过硫酸铜点滴试验、膜重分析、扫描电镜(SE M ) 分析及极化曲线测试等方法研究了钼酸钠的加入对磷化膜性能的影响, 并初步探讨了钼酸钠在常温磷化液中的作用机理, 为钼酸钠常温磷化液的进一步研究与应用提供了试验基础。
度15～25℃, 在磷化表面滴一滴硫酸铜溶液, 同时启动秒表, 记录液滴从天蓝色变为淡红色的时间。
退膜法测膜重 退膜液为50g/L的三氧化铬溶液, 将三氧化铬溶液加热到70～80℃, 把试样放入溶液中, 15m in 后取出干燥称其质量, 如此反复, 直到试样质量不再变化为止。膜重计算方法如下:
m (膜重) =(m 1-m 2) /S
1 试 验
[收稿日期] 2008212215
[基金项目] 河北省自然科学基金(E2006000167) [通信作者] 李现涛, lix_xiam_tao@163. com
式中 m 1———磷化膜试件质量, g
m 2———退膜后试件质量, g
极化曲线测试验仪器采用660B 电化学工作站, 辅助电极为Pt 电极, 参比电极为饱和甘汞电极(SCE ) , 以
Vol . 42No . 2Feb . 200936
5%NaCl盐溶液作电解液, 磷化完成的试样作阳极, 铂电
Materials Pr otecti on
从图中可以看出, 添加3g/LNa 2MoO 4制得磷化膜结晶为颗粒状, 且晶粒均匀连续。2. 3 极化曲线测试
极作阴极, 扫描速度为1mV /s, 测试其极化曲线。
2 结果与讨论
2. 1 耐蚀性及膜重测试
未添加Na 2MoO 4与添加3g/LNa 2MoO 4后试样极化曲线见图4。从图中可以看出, 磷化后自腐蚀电位变大, 交换电流密度变小, 耐腐蚀性明显增强。
以正交试验所得配方为基础, 改变钼酸的添加量, 所得磷化膜的耐蚀性及膜重随钼酸的浓度变化结果见图1, 图2。
图4 未添加与添加3g/LNa MoO 4试样极化曲线
图1 Na 2MoO 4含量对磷化膜耐蚀性的影响
2. 4 作用机理初探
MoO 4是较为理想的常温磷化促进剂, 同时具有钝
2-
由图1可以看出, Na 2MoO 4含量小于3g /L时, CuS O 4点滴时间随着Na 2MoO 4含量的增加而增大; 当Na 2MoO 4的含量为3. 0～3. 5g/L时, CuS O 4点滴时间较
化和净化作用
[6]
。其电极电位比铁高, 可以通过电化
学反应沉积在钢铁表面, 在新构成的铁2钼金属微电池中起微阴极作用, 增加阴极表面积。在磷化体系中, 钼酸盐与磷酸盐又能转化为以P (V ) 为中心原子, 钼酸酐
3-为配位体的磷钼杂多酸离子[P (Mo 3O 10) 4]或[P (Mo 2O 7) 6]等。这种杂多酸的氧化能力比MoO 4
7-2-
好; 当其含量超过3. 5g/L时, CuS O 4点滴时间又呈现下降趋势。故Na 2MoO 4含量为3g/L为宜。
从图2可以看出, 膜重随钼酸钠含量的变化趋势与耐蚀性相似, 最佳配比也为3g/L。
强得多
[7]
, 能促使阴极表面去极化, 提高微电池电流密
度, 使阳极表面大部分被封闭, 从而增加阴、阳极面积比, 加快常温下磷化膜的形成速度。
钼酸盐虽然具有显著的氧化加速和缓蚀成膜的双重作用, 但其浓度并非越高越好, 有一个最佳范围
[8]
:
加入过量, 磷化反应会产生大量的“钼篮”, 使溶液变蓝
图2 Na 2MoO 4含量对磷化膜膜重的影响
色。虽然“钼篮”是一个体积较大的阴离子, 配位能力强, 能保持溶液的清澈透明, 但过量的氧化剂会使钢铁表面发生钝化而得不到理想磷化膜, 反而造成浪费。
2. 2 显微形貌观察
未添加Na 2MoO 4与添加3g/LNa 2MoO 4所得磷化膜的表面SE M 形貌见图3
。
3 结 论
(1) 试验结果表明, 钼酸钠能提高磷化膜的耐蚀性
和膜重, 其最佳用量为3g/L。
(2) 钼酸钠添加量为3g/L时, 所得磷化膜结晶为颗粒状, 且晶粒均匀连续; 试样自腐蚀电位变大, 交换电流密度变小, 耐腐蚀性明显增强。
[参
图3 磷化膜SE M 形貌
考文献]
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(下转第42页)
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