钢铁磷化及羟胺对磷化反应催化机理的研究

摘要

本文研究了常温锌系和中温锌钙系的磷化工艺及其促进剂羟胺的促进机理,研制了两种新型磷化处理液,并确定了磷化液的配制和使用方法。讨论了磷化的工艺条件以及各组分的用量和工艺参数对磷化膜的影响,并测定了磷化膜组分及形貌。
　　在常温锌系磷化液的研究中通过测定磷化过程的φ-t曲线研究了温度、游离酸度、硫酸羟胺用量等工艺参数对磷化速度和磷化膜性能的影响。利用EDS、SEM和XRD等对磷化膜组成形貌和物相进行了表征。采用量子化学密度泛函方法进行量子化学从头计算,阐释了羟胺(NH2OH)在酸性溶液中对钢铁锌系磷化成膜的催化作用机理。实验结果表明,该磷化工艺的最佳温度范围为25-30℃,最佳的游离酸度为4.1,硫酸羟胺的最佳浓度为6.5 g/L(工作液)。磷化膜是由单斜Zn3(PO4)2·4H2O和正交Zn2Fe(PO4)2·4H2O组成的针状晶体膜。
　　中温锌钙系磷化液的研究是在锌系磷化液基础上加入Ca2+作为成膜组分和硝酸羟胺作为成膜催化剂的磷化体系。通过测定不同条件下成膜过程的Φ-t曲线(电位-时间曲线),优化出了最佳成膜条件,采取SEM、EDS、XRD等测试手段对磷化膜的微观形貌、化学组成和物相进行了表征。采用量子化学密度泛函方法进行量子化学从头计算,阐释了羟胺(NH2OH)在酸性溶液中对钢铁锌钙系磷化成膜的催化作用机理。结果表明:最佳成膜条件为磷化温度70℃,Ca2+含量为52.89 g/L,羟胺用量为3.2 g/L,柠檬酸用量为6.0 g/L,游离酸度为7.0(点)。该条件下形成的磷化膜是由Zn2Ca(PO4)2·2H2O构成的均匀致密石块状晶体膜。
　　研究的两种磷化液均可在钢铁表面上生成浅灰色、均匀、致密的磷化膜。通过对磷化过程电位随时间的变化及磷化膜层形貌及组分的分析,对磷化工艺进行优化,可使磷化膜质量显著提高。而且磷化液溶液稳定、沉渣减少,并能获得耐蚀性好、表面平整光滑的磷化膜,克服了一般磷化中膜层发黄、挂灰和耐蚀性差等缺点。

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第1章 绪 论

1.1 钢铁及钢铁腐蚀

1.2 磷化的简介

1.2.1 磷化机理 [7-9]

1.2.2 磷化基本分类

1.2.3 磷化的主要工序[11]

1.2.4 影响磷化膜质量的因素

1.3 国内外磷化技术的发展

1.4 磷化技术面临的问题及当前的解决方法

1.5 磷化工艺未来的发展方向

1.6 本文研究的主要内容及创新

第2章 硫酸羟胺对锌系磷化促进机理及膜的微观结构

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验仪器

2.2.3 实验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1羟胺对磷化成膜的促进作用及成膜机理分析

2.3.2 温度对磷化成膜的影响

2.3.3 游离酸度对磷化成膜的影响

2.3.4 磷化膜EDS能谱分析

2.3.5 磷化膜的微观形貌和物相

2.4 小结

第3章 钢铁表面制备磷酸锌钙晶体膜及羟胺催化作用机理

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验仪器

3.2.3 实验方法

3.2.4 磷化膜SEM形貌分析、EDS能谱分析和X射线衍射分析

3.3 结果与讨论

3.3.1 羟胺对磷化成膜的促进作用及成膜机理分析

3.3.2 游离酸度对磷化膜的影响

3.3.3 柠檬酸含量对磷化膜的影响

3.3.4 温度对磷化膜的影响

3.3.5 不同Ca2+浓度对磷化膜的影响

3.3.6 磷化膜SEM形貌分析、EDS能谱分析和X射线衍射分析

3.4 小结

参考文献

致谢

研究生期间发表的论文及待发表论文