建筑用16Mn钢表面制备锌系复合磷化膜及其耐腐蚀与抗污染性能

在建筑常用的16Mn钢表面制备锌系复合磷化膜,研究了磷化液中TiO_(2)颗粒分散液添加量对锌系复合磷化膜的结合力、表面形貌、TiO_(2)颗粒含量、厚度、耐腐蚀性能及表面抗污染性能的影响。结果表明:锌系复合磷化膜与16Mn钢基体结合紧密,晶体间空隙被TiO_(2)颗粒不同程度填充。TiO_(2)颗粒分散液添加量为15 mL/L时制备的锌系复合磷化膜晶体表面附着很多TiO_(2)颗粒并呈良好分散状态,厚度约为9.2μm,静态接触角接近125.0°,其电荷转移电阻和低频阻抗值较16Mn钢分别提高了约2.7倍、2.4倍,对亚甲基蓝的降解率达到26.1%。原因归结为该锌系复合磷化膜表面具有较强的疏水作用,TiO_(2)颗粒填充晶体间空隙有效地抑制了电化学腐蚀且吸收紫外光能力增强,从而表现出良好的耐腐蚀与抗污染性能,能够为16Mn钢基体提供更好的保护作用,同时有效防止16Mn钢表面污染。

耐磨复合磷化膜的研制

按磷化的成膜机理 ,设计了复合磷化液配方 ,进行了多种实验 ,研究了多种金属离子如K+、NH4 +、Na+、Fe2 +、Mn2 +、Zn2 +、Ca2 +、Sb3 +、Cu2 +、Ni2 +的含量、温度、酸比等工艺参数对磷化成膜的影响。结果表明 ,复合磷化克服了常规磷化的不足 ,磷化膜耐磨性能好。

齿轮用45钢锰系磷化膜和锰系复合磷化膜的性能比较

在含有聚四氟乙烯(PTFE)颗粒的磷化液中,通过共沉积在齿轮用45钢表面制备了锰系复合磷化膜,比较了锰系磷化膜和锰系复合磷化膜的微观形貌、成分、膜重、结合力、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明,锰系复合磷化膜中含有Mn、P、Fe、O、C和F六种元素,与锰系磷化膜相比多了F元素,证实了一定量的PTFE颗粒通过共沉积进入磷化膜中。锰系磷化膜和锰系复合磷化膜的膜重接近,均为16 g/m2左右,且锰系磷化膜和锰系复合磷化膜均与基体结合良好。与锰系磷化膜相比,锰系复合磷化膜的硬度略有提高,硬度值约为253.4 HV,耐磨性能和耐腐蚀性能都明显改善。PTFE颗粒主要填充在磷化膜晶粒间隙处,形成固体润滑膜起到减轻摩擦的作用,同时有效阻止了腐蚀溶液的渗透,故锰系复合磷化膜表现出相对较高的硬度以及更好的耐磨性能和耐腐蚀性能。

SiO2颗粒分散液浓度对建筑结构钢锌系复合磷化膜耐蚀性的影响

通过硫酸铜点滴实验、静态浸泡实验以及电化学阻抗谱测试,以变色时间、电荷转移电阻、低频阻抗模值等作为指标,研究了SiO2颗粒分散液浓度对锌系复合磷化膜耐蚀性的影响。结果表明:SiO2颗粒分散液浓度对磷化膜的耐蚀性有较显著的影响,随着SiO2颗粒分散液浓度从10 mL/L增加到60 mL/L,磷化膜变色时间从116 s逐渐延长到170 s,电荷转移电阻从1.170 kΩ·cm2逐渐增大到4.580 kΩ·cm2,低频阻抗模值从0.635 kΩ·cm2逐渐增大到3.845 kΩ·cm2,说明磷化膜的耐蚀性有较大幅度提高。随着SiO2颗粒分散液浓度从60 mL/L继续增加到80 mL/L,磷化膜变色时间、电荷转移电阻和低频阻抗模值都变化不大,其耐蚀性未进一步提高。但SiO2颗粒分散液浓度超过80 mL/L后,磷化膜的耐蚀性明显变差。

磷化温度对齿轮钢表面锰系复合磷化膜性能的影响

以齿轮钢作为基体制备锰系复合磷化膜,研究了磷化温度对锰系复合磷化膜的厚度、微观形貌、硬度和耐磨性能及与基体的结合强度的影响。结果表明:随着磷化温度从74℃升高到94℃,锰系复合磷化膜的厚度呈现先增加后降低的趋势,硬度先升高后降低,致密性和耐磨性能先提高后下降,与基体的结合强度等级先降低后升高,但是都低于2级,满足要求。磷化温度为88℃时制备的锰系复合磷化膜厚度达到11.4μm,致密性较好,且该磷化膜中PTFE颗粒的质量分数达到7.01%,硬度达到260.6 HV,因此表现出良好的耐磨性能,优于其他锰系复合磷化膜。

硝酸镧浓度对齿轮钢表面锰系复合磷化膜性能的影响

为进一步改善锰系复合磷化膜的耐磨性能和耐腐蚀性能,从而为齿轮钢提供更好的抗磨损和腐蚀防护作用,选用硝酸镧作为促进剂添加到磷化液中,在齿轮钢表面制备锰系复合磷化膜。研究了硝酸镧浓度对锰系复合磷化膜的微观形貌、聚四氟乙烯(PTFE)颗粒质量分数、厚度、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:硝酸镧浓度为60 mg/L时制备的锰系复合磷化膜晶粒细化,致密性较好,PTFE颗粒质量分数、厚度和硬度分别达到6.2%、11.8μm、310.4 HV,表现出优良的耐磨性能和耐腐蚀性能。该锰系复合磷化膜的摩擦系数和磨损失重相比于齿轮钢都降低了30%,腐蚀电流密度相比于齿轮钢降低了近两个数量级,可以为齿轮钢提供更好的抗磨损和腐蚀防护作用。在一定范围内硝酸镧浓度增加促使锰系复合磷化膜的晶粒细化,致密性逐步改善,同时促进PTFE颗粒伴随着磷化膜沉积起到自润滑减摩作用,有效地改善锰系复合磷化膜的耐磨性能。另外,PTFE颗粒伴随着磷化膜沉积较好地填充晶粒间空隙,使锰系复合磷化膜发生电化学腐蚀反应的难度增加,腐蚀倾向减弱。

PTFE颗粒对齿轮钢锰系复合磷化膜性能的影响

以齿轮钢作基体制备锰系复合磷化膜,研究磷化液中PTFE颗粒质量浓度对磷化膜的微观形貌、耐蚀性、耐磨性及PTFE颗粒质量分数的影响。结果表明:PTFE颗粒起物理填充作用,对磷化膜的晶粒形态、尺寸及结合状态无影响。随PTFE颗粒质量浓度从0.015 kg/L增至0.09 kg/L,锰系复合磷化膜中PTFE颗粒质量分数先升后降,耐蚀性和耐磨性均明显提高而后下降。当PTFE颗粒的质量浓度为0.06 kg/L时,复合磷化膜中PTFE颗粒质量分数最高,达9.24%,大量PTFE颗粒弥散分布在晶粒表面和晶粒间隙,可有效阻挡腐蚀介质侵蚀,在摩擦界面形成一层固体润滑膜,起较好减摩作用。该锰系复合磷化膜更适合作表面改性层,大幅度提高齿轮钢制件表面的耐蚀性和耐磨性。

Al_2O_3含量对纳米复合磷化膜组织结构及耐磨性的影响

通过在磷化液中加入纳米Al2O3的方法,在碳钢表面形成具有较高硬度和耐磨性的纳米Al2O3复合磷化膜,为需要耐磨性较高的齿轮、活塞环、轴承套、压缩机等运动承载件磷化提供了新的方法。通过电子探针、SEM、显微硬度仪及UMT-2显微磨损实验机等检测仪器对磷化液中纳米Al2O3颗粒含量对复合磷化膜中纳米颗粒复合量、磷化膜表面形貌、膜的显微硬度以及摩擦学性能的影响进行了研究。结果表明:随着磷化液中纳米Al2O3颗粒含量的增加,复合量增加,表面光滑,显微硬度提高,摩擦因数减小,减摩性增强。当磷化液中Al2O3颗粒含量为10g/L时,磷化膜具有最佳的耐磨减摩性,进一步提高磷化液中的纳米颗粒含量,磷化膜性能反而下降。

纳米Al_2O_3复合磷化膜分散剂的选择

磷化液中加入纳米颗粒Al2O3能提高其综合性能,但纳米颗粒的团聚影响磷化膜性能的提高;磷化液中加入分散剂可以解决纳米颗粒的团聚问题,可以在碳钢表面形成高硬度和高耐磨性的纳米Al2O3复合磷化膜。测试了9种不同分散剂对磷化液沉降值、磷化膜外观的影响,初步优选出3种分散剂:聚乙二醇20000,三乙醇胺,柠檬酸三铵,并配制了复合分散剂。采用SEM观察了优化分散剂对磷化膜微观形貌的影响,用TT260覆层测厚仪测试了膜厚,用电子能谱仪(EDS)分析了复合膜中铝元素的含量。结果表明:复合分散剂和柠檬酸三铵对磷化液中纳米Al2O3的分散效果比较好,阳离子型分散剂三乙醇胺对纳米Al2O3复合磷化膜有细密化的作用。

建筑结构钢表面锌系复合磷化膜的制备及耐蚀性研究

将纳米SiO2颗粒添加到磷化液中,在建筑结构钢表面制备出锌系复合磷化膜,并与纯锌系磷化膜进行了比对。结果表明:两种磷化膜都完全覆盖了基体,且都呈断层状形貌,锌系复合磷化膜的晶粒空隙被纳米SiO2颗粒填补,其含量约为7.54%。两种磷化膜的耐蚀性都好于建筑结构钢,且锌系复合磷化膜的耐蚀性最好。纳米SiO2颗粒在一定程度上填补了晶粒空隙,有效阻碍了腐蚀介质通过晶粒空隙渗透和扩散,从而保证锌系复合磷化膜具有较好的耐蚀性,使建筑钢构件能更好的满足防腐蚀要求。

黑色复合耐磨磷化膜的摩擦学性能

复合磷化膜耐磨性较好,但研究报道较少,因而其推广应用受到了限制。按磷化的成膜机理,设计优选出了耐磨复合磷化液配方、最佳磷化工艺,制备出复合磷化膜并通过摩擦试验检测磷化膜的摩擦学性能。结果表明:复合磷化膜呈黑色、细密针孔状结构;复合磷化膜能显著提高摩擦副表面的摩擦学性能,摩擦系数从0.8降到0.3;磷化前的表面调整有利于形成细密、性能好的磷化膜;磷化作为喷涂固体润滑剂的前处理,能提高固体润滑涂层的持久性。

耐磨复合磷化的研究

传统的磷化膜主要用于耐腐蚀。主要研究一种耐磨性磷化膜，目的是提高磷化膜的耐磨性，使磷化膜可以作为一种固体润滑膜独立使用。按磷化的成膜机理，设计了耐磨复合磷化液配方。研究了磷化液主要成分的含量、温度、时间、酸比等工艺参数对磷化成膜的影响，并研究了复合磷化膜的耐磨性。结果表明：最佳磷化工艺为20g/L Zn（NO3）2、60g/L马日夫盐、15g/L Mn（NO3）2、2g／LNi（NO3）2、2g／L Ca（NO3）2、1g/L酒石酸，少量添加剂，温度60-70℃，时间10-15min。复合磷化膜为深灰黑色，细密针状结晶，孔隙分布均匀。磷化前的表面调整能提高磷化质量。复合磷化膜能有效降低摩擦副表面的摩擦因数，从原来的0．8降到0．2，提高了耐磨性。

免水洗钡盐改性常温复合磷化研究

钢铁试片在由磷酸、氧化锌、硝酸钙、硝酸钡、钼酸铵等组成的钡盐改性复合磷化液中常温快速磷化后,自然干燥3h以上,即生成免水洗的彩色磷化膜。采用SEM和EDS技术对磷化膜形貌和元素含量进行了分析。结果表明:免水洗的磷化膜由Fe2+、Zn2+、Ca2+、Ni2+、Mn2+、Ba2+的磷酸盐及少量的钼酸盐等组成,膜晶粒尺寸≤2μm,膜连续、致密,膜重约1.5g/m2,耐3%NaCl溶液腐蚀约2h,喷涂铁红环氧底漆后附着力达1级。

清洁型常温复合磷化液研究

Q235钢铁试片在以磷酸、氧化锌、硝酸钙、硝酸锰、钼酸铵等组成的复合磷化液中常温快速磷化后,自然干燥3 h以上,生成免水洗的彩色磷化膜.磷化液的材料均参加成膜反应,产物为磷化膜、沉渣和易挥发物.用SEM和EDS对磷化膜进行形貌和成分分析,结果表明:磷化膜由Fe2+、Zn2+、Ca2+、Ni2+、Mn2+的磷酸盐及少量的钼酸盐等组成,膜晶粒尺寸≤3μm,膜连续、致密,膜重约1.5 g/m2,耐3%的NaCl溶液腐蚀约2 h,喷涂铁红环氧底漆后附着力达到一级.