常温锌系磷化工艺研究(4)
1.2.2 常温锌系磷化研究的目的
本课题为常温锌系磷化工艺研究，意在研究一种磷化液配方在室温下，能在钢铁表面生成一锌系磷化工艺，该工艺具有快速、高效、常温、成本低廉、处理过程中沉渣量少、调整方便、工艺简单、环保等特点。
1.4 本课题主要技术要求
当今社会，磷化技术应用广泛，磷化技术的发展也越来越快，为满足人们的生活需求，企业对产品磷化质量的要求也越来越高，常温锌系磷化更是今后的发展方向。因此，综合国内外常温锌系磷化工艺发展的研究文献，本文对磷化技术的要求有如下四点：
（1）．磷化液组成简单调整方便、溶液成本低、处理过程中沉渣量少。
（2）．磷化过程能在常温下进行且快速、高效。
（3）．得到磷化膜为膜薄，膜层均匀。
（4）．工艺的操作条件范围宽，稳定好。
2 技术原理
2.1 磷化机理
2.1.1 磷化成膜机理
磷化过程包括化学与电化学反应。不同磷化体系、不同基材的磷化反应机理比较复杂。虽然科学家在这方面已做过大量的研究，但至今未完全弄清楚。在很早以前，曾以一个化学反应方程式简单表述磷化成膜机理：
8Fe+5Me(H2PO4)2+8H2O+H3PO4→Me2Fe(PO4)2•4H2O(膜)+Me3(PO4)•4H2O(膜)+7FeHPO4(沉渣)+8H2↑
Me为Mn、Zn 等，Machu等认为，钢铁在含有磷酸及磷酸二氢盐的高温溶液中浸泡，将形成以磷酸盐沉淀物组成的晶粒状磷化膜，并产生磷酸一氢铁沉渣和氢气。这个机理解释比较粗糙，不能完整地解释成膜过程。随着对磷化研究逐步深入，当今，各学者比较赞同的观点是磷化成膜过程主要是由如下4个步骤组成：
① 酸的浸蚀使基体金属表面H+浓度降低
Fe – 2e→ Fe2+
2H2+2e→2[H] (1)
② 促进剂（氧化剂）加速
[O]+[H] → [R]+H2O
Fe2++[O] → Fe3++[R] （2）
式中[O]为促进剂（氧化剂），[R]为还原产物，由于促进剂氧化掉第一步反应所产生的氢原子，加快了反应（1）的速度，进一步导致金属表面H+浓度急剧下降。同时也将溶液中的Fe2+氧化成为Fe3+。
③ 磷酸根的多级离解
H3PO4 H2PO4－+H+ HPO42－+2H+ PO43－+3H+ （3）
由于金属表面的H+浓度急剧下降，导致磷酸根各级离解平衡向右移动，最终为PO43-。
④ 磷酸盐沉淀结晶成为磷化膜
当金属表面离解出的PO43－与溶液中（金属界面）的金属离子（如Zn2+、Mn2+、Ca2+、Fe2+）达到溶度积常数Ksp时，就会形成磷酸盐沉淀
Zn2++Fe2++PO43－+H2O→Zn2Fe(PO4)2•4H2O↓ （4）
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