磷化条件对金属表面磷化膜性能及着色的研究

摘 要：传统的着色剂一般能耗比较大，污染相当严重，而且要求设备精良。近些年来，国外开发了一系列磷化着色的新工艺，提高了样品的装饰性能和抗蚀性能，降低污染，设备简单易操作，有着广泛的应用前景。本文通过制备水溶性丙烯酸树脂应用在金属表面磷化膜的着色，以此制备彩色磷化膜，提高制品的光洁度，耐腐蚀性能。并探究色料含量、浸渍着色时间、烘干温度等因素与着色膜性能的影响。

关键词：水溶性丙烯酸树脂 表面处理 着色 磷化膜

一、前言

近年来，磷化法已经应用在各种防腐蚀工艺中，采用磷化的方法，使金属表面生成磷化膜，以此提高材料的抗腐蚀性，提高光亮度，提高耐老化性。常规的磷化工艺生成的磷化膜只是起到了防腐蚀的作用。制备水溶性丙烯酸树脂应用在金属表面磷化膜的着色，探究其对金属样品性能的影响。

水溶性丙烯酸树脂为水性涂料，与传统的溶剂型涂料相比较而言，水性涂料价格低、使用安全，节省能源和资源，对环境的污染小，已经成为当前发展涂料工业的主要方向。水溶性丙烯酸树脂涂料是水性涂料中发展速度最快、品种最齐全的无污染型涂料。丙烯酸类水溶性树脂是水性油墨的连接料 ， 在水性油墨制备过程中影响水性油墨性能，应用比较广泛。选用水溶性丙烯酸树脂具有较高的光泽度、耐化学性、耐水性、耐热性、耐候性和耐污染性，因此以此作水性油墨的连接料，无论在合成高分子乳液时还是在直接分散溶解时都能表现出优良的性能。

本实验首先制备出水溶性较好的丙烯酸树脂，然后以此为原料，将其应用在金属表面磷化膜的着色，以此制备彩色磷化膜，提高制品的光洁度，耐腐蚀性能。并探究色料含量、浸渍着色时间、烘干温度等因素与着色膜性能的影响。

二、实验部分

1.水溶性丙烯酸树脂的制备

1.1 原料规格

1.2 实验步骤

2.磷化膜的制备

2.1原料规格

化学分析纯为丙酮 、盐酸、草酸、硝酸锌、碳酸钠、氧化铬；着色剂用上一步制备的水溶性的丙烯酸树脂；色浆；金属制品是离合器片（08F钢）

2.2磷化膜的制备及测试

金属试样首先用丙酮除去表面油脂，然后用碳酸钠溶液洗涤，再用水清洗一遍，清洗完毕后将试样放入磷化液中磷化一定的时间，然后将样品拿出在去离子水中冲洗。磷化后的样品在氧化铬中退膜处理20分钟，然后水洗干燥，称量磷化膜的重量，测算磷化膜的厚度，硬度。用盐雾试验机对其抗蚀性进行测定。磷化膜的牢固程度通过洗涤的方法来判定，如果水洗30分钟，磷化膜掉色，表示磷化膜不牢固，如果水洗后不掉色，再用洗涤剂洗，能洗掉表示比较牢固，如果洗涤剂30分钟内都没有洗掉，其磷化膜就为牢固。

三、实验结果与讨论

从表 1中可以看出温度对磷化膜的影响 ，随着温度的升高，膜重不断增加，磷化膜的厚度也不断增加，磷化膜的硬度不随温度的变化而变化，因为磷酸盐的硬度由其本身晶粒决定，随着温度升高，晶粒运动加剧，同时加快沉积，但对其硬度不会产生影响。同时随着磷化温度的增加，磷化膜的抗蚀性能不断增强，当温度高于60°C以后，磷化膜的抗蚀性能达到最大，随着温度的升高，硬度保持不变。在磷化温度为60°C时，磷化膜表面有光泽，且磷化均匀，有比较牢固的色彩度。所以最适合的磷化温度应该在60°C左右。

从表2可知 ，在60°C的磷化条件下，随着磷化时间的延长，磷化膜的厚度逐渐增加，增加速率开始比较快，磷化时间 在5分钟以后，磷化膜厚度增加的速度比较慢，因为金属制品内部对洁净的颗粒有较强的吸附作用。由表2可以得出结论，为了得到较大的磷化厚度，磷化时间应该为7到8分钟。

从表3可以看出，磷化液种类对磷化膜的影响。将硝酸锌替换为磷酸二氢化纳，在游离酸度为500mmol-1的条件下，制备出的磷化膜性能可以从表3中看出。锰系磷化膜比锌系磷化膜的颗粒比较均匀，比较容易着色，而且有光泽，锰系磷化膜比较致密。由此可以看出，

金属制品的离合片用锰系磷化膜比较好，防腐蚀性能高，致密有光泽，磷化膜比较牢固。其磷化液的组成为：

磷化膜不仅要有较强的耐蚀性，较高的光泽度，还有一定的装饰性，所以，通过对磷化膜进行着色处理，可以形成各种不同色彩的磷化膜，单色、双色、多色。通过对样品进行C，N共渗，以及进行盐雾试验，控制水浸抗锈时间，可以制备出不同色彩的磷化膜，不仅具有较强的抗蚀能力，而且美观，装饰性能好。

四、结论

丙烯酸树脂的转化率在92.2%以上，而且具有较好的水溶性，制备丙烯酸树脂过程中，溶剂为异丙醇，这样所制的的树脂粘度比较适中，而且气味比较小，制品清澈透明。活性交联单体丙烯酸的引入，对增强丙烯酸树脂的附着性起着重要的作用。而且将所制成的树脂胺化，得到的丙烯酸树脂水溶性更好。

磷化条件对磷化膜的性能有着重要的影响，随着磷化温度的升高，磷化膜的重量、厚度、抗蚀行等都有提升；磷化时间的延长能够增加磷化膜的厚度，并且磷化膜增加的速率由大到小，当温度达到一定的值以后磷化膜的厚度增加缓慢；锰系磷化膜相比锌系磷化膜颗粒均匀，有光泽，并且着色比较牢固。