一、实验目的
2、 了解磷化工艺的基本流程。
3、 认识磷化温度和时间对磷化膜孔隙率的影响。
4、 掌握用CuSO4点滴法检验磷化膜的空隙率的方法。 5、 掌握磷化膜重测定方法。
二、实验原理
1、钢铁表面脱脂机理
⑴ 脱脂液组成
NaOH 20～40g/L
Na 2CO 3 20～30 g/L
Na 3PO 4•12H 2O 5～10 g/L
Na 2SiO 3 5～15 g/L
OP-10 1～3 g/L
温度 80～90℃
时间 5分钟
(RCOO)3C 3H 5 + 3NaOH
═ 3RCOONa+C 3H 5(OH)3⑶ 乳化作用
脱脂液中的Na 2SiO 3和OP-10及皂化作用产生的肥皂均可起到对脱脂的乳化作用。 ⑷ Na 2PO 4和Na 2CO 3的作用
保证除油液中的pH 值维持在一定的范围内，当皂化反应进行时，氢氧化钠将不断消耗掉，此时Na 3PO 4和Na 2CO 3将发生水解，以补充其消耗，即
O H CO Na 232+ ═
↓+22CO NaOH
O H PO Na 2423+ ═ 433PO H NaOH +
碳酸钠除具有缓冲作用外，还有一定的乳化作用。但其水洗去性不好，不宜单独使用磷酸钠除具有缓冲作用外，还可以使水玻璃容易被水洗去。
2、钢铁表面酸洗机理
⑴ 酸洗液组成：20% H 2SO 4
温度：60℃
时间：10～20分钟至锈除尽为止。
⑵ 酸洗机理
铁的各种氧化物和硫酸发生如下反应：
Fe 2O 3 + 3H 2SO 4 ═ Fe 2(SO 4)3 + 3H 2O
Fe 3O 4 + 4H 2SO 4 ═ Fe 2(SO 4)3 + FeSO 4 + 4H 2O
FeO + H 2SO 4 ═ FeSO 4 + H 2O
硫酸还可以穿过氧化皮的空隙与氧化皮中的铁屑或铁基体发生反应
Fe + H 2SO 4 ═ FeSO 4 + H 2
其析出的氢对氧化皮的去除起着机械剥离作用，但该反应同时也会造成零件表面局部腐蚀。
3、磷化的基本原理
磷化的基本原理：首先，将磷化二氢锌加水溶解，使盐水解。
Zn(H 2PO)4
ZnHPO 4 + H 3PO 4
然后将此溶液加温，使盐继续水解。
3ZnHPO 4
Zn 3(PO 4)2 + H 3PO 4
3Zn(H 2PO 4)2 Zn 3(PO 4)2 +4 H 3PO 4 再将经过表面处理的钢铁零件放入磷化液中，使金属铁与磷酸相互作用，并产生溶解。这一溶解在游离酸的作用下形成下述反应：
↑+→+224243)(2H PO H Fe PO H Fe
↑+→+242422)(2H FeHPO PO H Fe Fe
↑+→+22434)(2H PO Fe FeHPO Fe
↑+•→+2242422)(22)(H PO Fe Zn Fe PO H Zn
在零件与溶液接触面上，磷化氢盐与磷酸盐浓度不断增加，当其过饱和时即结晶析出在零件表面上。晶粒不断生长直到生成磷化膜。
4、磷化工艺
A 液 84.6ml/L
硝酸钙 25.2g/L
硝酸镍 0.88g/L
促进剂A 0.1256g/L
促进剂B 0.0288g/L
总酸度： 35-45
5、总酸度和游离度的测定方法
⑴ 总酸度
取磷化工作液10ml 于250ml 锥形瓶中，滴加3滴酚酞指示剂，用洗瓶中的蒸馏水冲洗瓶壁(约50ml)，然后用0.1M 的NaOH 滴定至溶液由无变为粉红，30秒不腿去为终点，此时所用的NaOH 毫升数即为总酸度的点数。
⑵ 游离酸度
取磷化工作液10ml 于250ml 锥形瓶中，滴加3滴溴酚蓝指示剂，用洗瓶中的蒸馏水冲洗瓶壁(约50ml)，然后用0.1M 的NaOH 滴定至溶液由黄变为兰绿，此时所用的NaOH 毫升数即为游离酸度的点数。
6、CuSO 4点滴法检验磷化膜的空隙率的方法
(1)CuSO 4点滴法检验磷化膜的空隙率的基本原理
有加速金属腐蚀的作用。当硫酸根离子浓度很高时，容易引起基体的过腐蚀：
−
24SO Fe + CuSO 4 → FeSO 4 +Cu ↓
形成红沉淀。
(2)点滴液组成
①CuSO 4(0.1M)40ml ②NaCl(10%)20ml ③HCl(0.1M) 0.8ml
(3)检验方法
取1滴点滴液滴在磷化膜上，观察由兰、浅绿、黄至浅红的时间，时间越长说明磷化膜的空隙率越低。
7、 磷化膜重测定方法
⑴脱膜液组成(1-2升)
三氧化铬50 g/L
⑵测定方法
将磷化后的试片冲洗、吹干后放入干燥器中冷至室温、称重；然后放入75℃脱膜液中浸泡15分钟，取出后冲洗、吹干后放入干燥器中冷至室温、称重；两者之差为膜重。
三、实验仪器设备及流程
1、实验用药品：
氢氧化钠、二乙醇胺、OP、碳酸钠、磷酸钠、硅酸钠、硫酸、硫酸铜、氧化锌、氯化钠。(用化学纯药品即可)
2、实验用指示剂：
酚酞指示剂，溴酚蓝指示剂。
3、实验用仪器设备：
玻璃恒温水浴、超声波清洗器、电子天平、电吹风等设备；烧杯、移液管、碱式滴定管、滴管等玻璃器皿；镊子、玻璃棒、洗瓶、干燥器、砂布、酒精棉球等辅助工具与消耗材料。
4、实验用试片：
普通碳钢试片。
四、实验操作步骤
1、溶液配制与调整：取50ml浓缩液加450ml水配成工作液，按总酸度和游离酸度的测定方法测定配好
的工作液的总酸度和游离酸度，调整总酸度和游离酸度至工艺范围之内。
2、打磨：用砂布将钢铁表面的锈打磨干净为止。
3、脱脂：将试片放入脱脂液中5分钟。
4、酸洗：将有锈的钢铁试片放入酸洗中酸洗10分钟至锈全部去除为止。
5、表调：将处理过的片子放入表调液中浸1分钟。
6、研究磷化温度对磷化膜的孔隙率的影响：
50℃、65℃时磷化10分钟后用CuSO4点滴液点滴，记录下点滴变红的时间。
7、研究磷化时间对磷化膜孔隙率的影响(绘图)
在65℃时，磷化2分钟、5分钟、8分钟、12分钟、16分钟后用CuSO4点滴液点滴，记录下点滴变红的时间。
8、研究磷化时间对磷化膜厚的影响(绘图)
在65℃时，磷化2分钟、5分钟、8分钟、10分钟、12分钟、16分钟后检验磷化膜的厚度。
五、数据处理
1、将实验数据填入实验报告，分析数据的可靠性。
2、分析温度对磷化膜的孔隙率的影响。
3、分析时间对磷化膜孔隙率的影响。
4、分析时间对磷化膜厚的影响。
5、简述磷化工艺对磷化膜质量的影响。
六、分析讨论题
1、磷化工艺是如何影响磷化膜质量的？
2、简单分析说明磷化工艺对磷化膜质量影响的原因？
七、注意事项
1、表面前处理一定要干净彻底。
2、测游离酸度时，要注意刚开始变篮即马上停止滴定，否则易滴过。
3、一定要调整总酸度和游离酸度至工艺范围之内。
4、用CuSO4点滴测孔隙率时要注意在点滴液刚刚明显变红时记录下时间。
(执笔人：赵芳霞)金属磷化
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