表面調(diào)整工程簡要介紹

促使磷化皮膜致密且均一性良好，皮膜結(jié)晶大小維持在10μ以下。

鋅系磷化的表面調(diào)整液為膠體狀的鈦分散在溶媒堿性溶液中，能吸附OH￣或其它陰離子而成帶電狀，正負電形成二層粒子，時日一久，膠體狀會互相結(jié)合而變得粗大，無法達成原來目的，必須采取定期更新、自動排放等方法，維持表面調(diào)整劑的活化性。

純水建浴較不安定，水中含有鈣、鎂離子較安定，通常使用水質(zhì)的電導度（EC）在200μs/㎝效果較佳。

1、管理條件

pH值　8．5～9．5

TAL　2．0～3．5　pt

2、重新建浴

膠鈦表面調(diào)整液的有效期可連續(xù)使用5～6日，其間若停滯1日以上未使用，則必須重新建浴

表面調(diào)整劑的制備這里主要以粉末狀鈦鹽表面調(diào)整劑為例進行描述。鈦鹽表面調(diào)整劑由磷酸鹽和硫酸氧鈦等材料在專用設(shè)備中加熱反應(yīng)，再經(jīng)烘干，粉碎等工序制成粉末狀的成品表面調(diào)整劑。

成品鈦鹽表面調(diào)整劑的技術(shù)指標

外觀：白色、粉末狀；

鈦含量：≥4%；

總堿度：（0.1%一0.2%的水溶液)為3點一4點；

PH值：(0.1%一0.2%的水溶液)8一9。

此種表面調(diào)整工作液，使用壽命長，只需要按耗量補加原劑，保持工作液pH值即可，一般不需要定期補加新劑。工件經(jīng)過鈦鹽表面調(diào)整后，不用水洗即可直接進人磷化工序。有時，由于設(shè)備有限，沒有表面調(diào)整槽子，將表面調(diào)整劑加入脫脂槽也可以起到表面調(diào)整作用，但效果沒有單獨使用表面調(diào)整好。

粉末膠體鈦鹽表面調(diào)整劑（膠鈦調(diào)整劑）制備方法(一)

35.2份水與12.6份的三聚磷酸鈉在65–80℃下，在混合器中以5800r/min轉(zhuǎn)速混合，5min后加入2.6份氟化鈦鉀，混合物在70℃加熱5min。然后加入49.6份磷酸氫二鈉，在75℃一80℃保持15min，然后慢慢升溫至88℃。淤泥狀的混合物慢慢加人到100份的無水磷酸氫二鈉中，充分混合冷卻，固態(tài)產(chǎn)品被壓制成干性粉末，將此固態(tài)粉末與水配制成磷化表面調(diào)整液。膠體鈦鹽表面調(diào)整劑可使用于黑色金屬、鋅或鋁及其合金的磷化處理。

磷化表面調(diào)整劑粉末可通過研磨獲得，最好用球磨。一般制備方法為：將100ml/Llmol/LZnS04與l00mL，1mo1/LNa2HP04加入到1L0.5rnol/LFeS04溶液中，加熱到50℃，然后將含有沉淀的水溶液在90℃加熱1h，目的是熟化沉淀粒子。通過傾倒提純后，過濾，沉淀干燥。，X射線衍射分析主成分為Zn2Fe(P04)及Fe3(PO4)2。每1kg添加50g促進劑，加到含少量異丙醇的水中，調(diào)至10%，在球磨機中研磨大約1h。通過儀器分析，確定微粒尺寸為5μm，研磨后，用自來水稀釋至1g/L，得到的懸浮液為磷化表面調(diào)整液。為了螯合陽離子及保持膠體鈦的穩(wěn)定性，添加焦磷鹽類、聚磷酸鹽。當表面調(diào)整劑中添加一定量聚磷酸鹽時，聚磷酸鹽與金屬表面反應(yīng)形成膜層，在后續(xù)的磷化處理過程中，可導致磷化膜出現(xiàn)缺陷。

粉末表面調(diào)整劑（表調(diào)劑）制備方法(二)

硫酸氧鈦混合液15.2，氫氧化鈉(工業(yè)級)22.4%，磷酸：（工業(yè)級)38%，碳酸鈉(工業(yè)級)18.8%，焦磷酸鈉(工業(yè)級)5.2%。

制備方法

由于硫酸氧鈦是以氫氧化鈉、磷酸反應(yīng)生成磷酸鈦鈉，是一種劇烈的放熱反應(yīng)，因此，配制時必須注意中和，使pH值達到9-11，鈦離子的濃度為0.01g/L配制工藝流程如下。

氫氧化鈉硫酸氧鈦混合液一磷酸一焦磷酸一中和一粉碎一檢驗

配制注意

硫酸氧鈦是較難溶物質(zhì)，配制混合料的時間必須要在24小時以上，同時還要不斷攪拌使其充分溶解。

在加人磷酸時，硫酸鈦鈉生成磷酸鈦鈉是劇烈的放熱反應(yīng)，加料時要緩慢傾斜攪拌，使其充分反應(yīng)，同時要注意安全。

中和作用是整個配制中的關(guān)鍵之一，必須緩慢地將pH值調(diào)至9-11。

表面調(diào)整劑是一種膠體鈦物質(zhì)，操作者在加料時不應(yīng)操之過急，應(yīng)緩慢均勻地加人槽液中。處理工件時，料框應(yīng)上下攪動2次一3次，以便鈦物質(zhì)的吸附。

分析方法

稱取“樣品”精確至0.1g，放人250mL燒杯中加蒸餾水溶解，冷卻后放入500mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，混合均勻，用pH試紙或pH計方法測定。

3.表面調(diào)整劑制備(三)

成分 原料級別 質(zhì)量濃度g/kg 成分 原料級別 質(zhì)量濃度g/kg

多聚磷酸鹽 工業(yè)級 180-190 硼酸鹽 工業(yè)級 30

硫酸氧鈦混合液 工業(yè)級 150 85%磷酸 工業(yè)級 45-60

磷酸二鈉鹽 工業(yè)級 420 ST10混合物 工業(yè)級 20

在制造過程中，按配方在反應(yīng)釜內(nèi)先加水，然后加入多聚磷酸鹽，在高溫熔融狀態(tài)下，加入預(yù)溶的硫酸氧鈦混合液，在120℃反應(yīng)生成膠體磷酸氧鈦四鈉，此過程為劇烈的放熱反應(yīng)，生產(chǎn)時要嚴格控制溫度在120℃，PH值在11-13及反應(yīng)時間48h。為了改進表面調(diào)整劑的性能，加人磷酸二鈉鹽起到分散和抗絮凝的作用，加人ST10以提高表面調(diào)整的熱穩(wěn)定性和磷化速度，硼酸鹽則主要預(yù)防磷化膜過度反應(yīng)造成發(fā)彩。冷卻后的塊表面調(diào)整劑經(jīng)粉碎成為成品，粉碎得越細，單位面積上吸附的膠體鈦越多，磷化時產(chǎn)生的磷化膜結(jié)晶就越細致越緊密。

表面調(diào)整劑的組成

組分含量

組分名稱 純度 含量（g/L）

多聚磷酸鈉化學純 3

氟鈦酸鉀化學純 X

磷酸氫二鈉 化學純 1

技術(shù)指標

溶液外觀 PH 處理方式 處理溫度 處理時間min

無色透明 4-5 浸漬 55-65 0.5-1.5

表調(diào)與非表調(diào)處理效果對比

處理方式 磷化前外觀 磷化膜外觀 磷化膜耐蝕性

非表調(diào) 鋼灰色 呈黑色，結(jié)晶粗糙 抗硫酸銅點滴約1min

表調(diào) 淡暗紅色 呈黑色，結(jié)晶細密 抗硫酸銅點滴大于2min

適用范圍

膠鈦磷酸鈦金屬表面調(diào)整劑(膠鈦表調(diào)劑)適用于鋼鐵、鋁、鋅等金屬磷化前的活化處理。如果采用鋅系磷化，這種溶液的活化效果十分顯著；如果采用鋅鈣系或錳系磷化，則這種溶液的活化效果較差；如果采用鐵系磷化，一般不需表面調(diào)整處理。膠鈦表調(diào)劑適用于黑色金屬、鋁、鋅等金屬的鋅系磷化前的活化處理。它的應(yīng)用對于提高成膜速度和磷化膜的細密度與抗蝕性方面具有十分明顯的作用。

液體表面調(diào)整劑的制法

該表面調(diào)整劑由活化成份（磷酸鈦）、穩(wěn)定劑(磷酸一聚磷酸鹽體系)和堿金屬陽離子(K,Na)三部分組成。雖然用浸潰鋇、銀或鈣的磷酸鹽溶液也能改善磷化膜的質(zhì)量，且存在各種制備方法如鈦鹽、磷酸鈉、動物膠或堿金屬多糖醛酸鹽溶液；膠體鈦鹽、原硅酸鹽、三聚磷酸鹽或焦磷酸鹽等，但用本方法制備的表面調(diào)整劑可同時處理鋼、鋁和鋅，通用性較好。目前國外使用得最多的也是采用三聚磷酸鹽 酸式磷酸鹽 鈦鹽體系。通過試驗考察K,Na,Ti的配比，三聚磷酸鹽與Ti的配比，確定以下試驗配方(B組):

去離子水：240份;

磷酸氫二鈉：80份;

三聚磷酸鈉：50份;

氟鈦酸鉀：5份;

氫氧化鈉：2份;

穩(wěn)定劑：150份;

阻垢分散劑：10份。

膠體鈦濃度對磷化膜的影響：

一般來說，作為活性物質(zhì)的膠體鈦濃度越高，膠體鈦吸附在金屬基體表面的機率就越大，形成的活性中心點就越多，成膜就越致密。但并不是濃度越高越好。一般鈦含量不超過100mg/L，過高的鈦濃度會導致膠體鈦粒子間相互碰撞的機率增加，從而使膠鈦表調(diào)劑發(fā)生聚沉，不僅得不到致密的磷化膜，還會減少表面調(diào)整工作液的使用壽命。使用B組配方得到的液體表面調(diào)整劑，可以將鈦濃度控制在較低的范圍內(nèi)且能得到良好的磷化膜。

存放的穩(wěn)定性及活性：試驗主要針對表面調(diào)整劑的外觀及成膜性能。經(jīng)過4個月的室溫存放后再對其進行低鋅磷化試驗，工藝仍然采用前面所述，與國內(nèi)常用商品固態(tài)表面調(diào)整劑比較工作液的處理能力。試驗表明，磷化效果良好。表面調(diào)整工作液(含Ti10mg/L一12mg/L)在活化面積達到10m2/L后，仍然能夠形成完整的磷化膜層，而固態(tài)表面調(diào)整劑工作液一般只能連續(xù)處理3m2/L。

合成方法

液體表面調(diào)整劑也屬于Jern–ledL鹽體系，但克服了制備時對溫度和pH值要求苛刻的缺點。先將去離子水加熱到60℃一70℃，依次加人磷酸氧二鈉、三聚磷酸鈉及氫氧化鈉，升溫到100℃左右。然后加人鈦鹽和阻垢分散劑，保持20min~30min，再加人穩(wěn)定劑，形成均勻的混合物后取出冷卻即可。合成過程中，應(yīng)當注意所有操作是在不斷攪拌下進行，同時氫氧化鈉的加人量可根據(jù)需要適當增加，使最終溶液的pH值在9---9.5之間。穩(wěn)定劑為高濃度磷酸鹽和多聚磷酸鹽水溶液，阻垢分散劑為多羰基環(huán)狀化臺物與有機膦酸的復(fù)合物。主要是為了消除水中鈣鎂離子的影響。

在制備表面調(diào)整劑時節(jié)省了長時間的加溫過程，且無需進行干燥，控制合成過程中的溫度和pH值是合成成功的關(guān)鍵。

本表面調(diào)整劑晶粒細化效果顯著，使低鋅磷化液的使用范圍擴大。對需要進行酸洗的工件也能處理，且能形成更均勻、更薄的磷化膜。

本表面調(diào)整劑較目前使用的固體表面調(diào)整劑處理能力更強，每升工作液(含l0mg/L---12mg/LTi4 )可以處理鋼鐵約10m2，而固態(tài)表面調(diào)整劑工作液的處理能力一般在3m2左右。

本表面調(diào)整劑活性保持也較好，當室溫放置時間超過4個月時，依然保持較好的表面調(diào)整活性。

表面調(diào)整劑的核心成分是膠體磷酸氧鈦四鈉，吸附在金屬表面的Ti4十(結(jié)晶原點)越多，覆蓋率就越高，大量的結(jié)晶原點形成網(wǎng)狀結(jié)晶核，晶核的數(shù)量決定了磷化膜的細化程度，而高的覆蓋率會使磷化膜更加細致緊密且連續(xù)，并且膜重也會降低。通過試驗得知，高鈦的磷化膜灰色、均勻、致密，低鈦的磷化膜稀疏、發(fā)黃。

pH值的影響

表面調(diào)整液的pH值直接影響表面調(diào)整劑的活性，表面調(diào)整液最穩(wěn)定、有效的pH值范圍在8.2-9.5。在使用過程中，pH值除了正常消耗而降低外，由于表面調(diào)整液屬弱堿性，容易吸收空氣中的CO2形成碳酸，pH值還會因中和作用而降低。另外，酸洗后水洗不盡的殘酸易帶入表面調(diào)整槽，也會降低表面調(diào)整劑的pH值。pH值低時，膠體磷酸鈦會沉降，磷化膜會稀疏、發(fā)黃和生銹。

當pH<8.2且P(Ti4 )L時，鋼板銹蝕甚至無膜；pH>9.5且P(Ti4 )>0.040g/L時，磷化膜粗糙且很厚。pH值最佳范圍是8.2-9.5，汽車生產(chǎn)線上PH值的檢測頻率為1次/班，Ti含量的檢測頻率為1次/天，以保持兩者都在工藝范圍之內(nèi)。

溫度的影響

擺桿懸鏈通過式生產(chǎn)設(shè)備屬半密閉式環(huán)境，散熱不充分，這樣，把部分熱量傳遞到表面調(diào)整槽是無法避免的，一般都可使表面調(diào)整溫度達到30℃以上，甚至高達50℃以上。由于膠體系統(tǒng)屬于高度分散的多相分散系統(tǒng)，具有巨大的表面自由焓，故是熱力學不穩(wěn)定系統(tǒng)，這種溫度狀態(tài)下膠體磷酸鈦會自動產(chǎn)生微粒聚結(jié)，成為大顆粒，使膠體很快產(chǎn)生沉淀而失效，溫度越高，沉降越多。當表面調(diào)整溫度在40℃時，表面調(diào)整的沉降率達18%。對于表面調(diào)整溫度超過30℃的生產(chǎn)線，最佳的散熱方式為在表面調(diào)整槽上加一個送風的裝置，迫使堿性熱量向脫脂方向傳遞，在表面調(diào)整前加新鮮水噴淋也可阻擋部分熱量向表面調(diào)整槽傳遞，如果設(shè)備改進效果不理想，可向槽液中添加0.3g/L-0.5gL的ST10混合物添加劑。在處理汽車表面時，表面調(diào)整溫度高還會造成白車身磷化前水膜變干，易在車身表面留下流痕，建議在進磷化槽前增加加濕工藝。

處理設(shè)備的影響

噴淋設(shè)備靠噴嘴噴淋磷化液到工件表面進行磷化、由于槽間距不夠或噴嘴歪斜極易造成串槽，磷化液飛濺到表面調(diào)整槽會降低表面調(diào)整液的PH值，造成Ti的沉降，影響磷化成膜的狀態(tài)。對于浸泡處理槽，主要注意工件瀝水時間，因為工件形狀復(fù)雜，很容易造成帶出污染，破壞表面調(diào)整性能，但是也要注意工件瀝水時間太長而造成工件銹蝕的問題。槽液循環(huán)的好壞直接影響到表面調(diào)整液的壽命和磷化膜的質(zhì)量，循環(huán)差將造成表面調(diào)整劑的沉降和槽液上層表面調(diào)整液鈦含量低，影響磷化膜的致密程度。循環(huán)的表面調(diào)整液在4h之內(nèi)會沉降10%一15%，生產(chǎn)線上最好將表面調(diào)整液的循環(huán)周期設(shè)計在2次/h

水質(zhì)的影響

表面調(diào)整劑主要成分是膠體磷酸鈦，而配成工作液后呈乳白色膠體狀，高硬度的水極易造成膠體鈦凝聚沉降，一旦沉降后即使攪拌也無法恢復(fù)其表面調(diào)整功能，且不受生產(chǎn)負荷影響，必須定期排放。春、秋、冬三季兩周排放一次，夏天高溫季節(jié)一周排放一次。在表面調(diào)整生產(chǎn)過程中添加抗硬水的成分可減緩膠體鈦凝聚沉降，以添加中等分子量贅合物為主。配制表面調(diào)整液的水硬度不能過高，當水的硬度大于等于100°dH（1dH=0.178mmo1/L)時，或者水的電導大于等于200uS/cm時，可考慮使用部分純凈水，以降低硬度，但太軟的水也會降低表面調(diào)整劑的活性(膠體顆粒太小)。試驗得知，膠體鈦鹽沉降后的表面調(diào)整會造成磷化膜稀疏、發(fā)黃。由不同水質(zhì)硬度配制表面調(diào)整液所得磷化膜的SEM形貌圖可知，硬度為130°dH時，磷化膜稀疏，大部分無膜;硬度為20°dH時，磷化膜致密均勻。建議水質(zhì)硬度控制在20°-100°dH之間。

表面調(diào)整對磷化至關(guān)重要，好的表面調(diào)整使磷化膜更加細微致密，對磷化成膜有促進作用，可降低對磷化槽的循環(huán)攪拌依賴性。在磷化液各參數(shù)都正常的前提下，通過分析發(fā)現(xiàn)，如果磷化膜稀疏甚至無膜，可提高Ti4 含量和pH值，磷化膜大面積發(fā)黃或有黃色流痕，可提高pH值、磷化膜發(fā)花，顏色不均，可提高Ti4 含量和增強槽液循環(huán)；磷化膜出現(xiàn)白粉膜，可提高Ti4 含量；水質(zhì)硬度應(yīng)控制在小于等于100°dH；槽液溫度最好控制在小于等于40℃。只要結(jié)合生產(chǎn)線上的實際情況，有針對性地調(diào)整表面調(diào)整液的配方和使用工藝，完全可以解決磷化膜發(fā)黃發(fā)花的問題。

隨著涂裝業(yè)的發(fā)展，表面調(diào)整劑在其前處理工序中的用量越來越大，不僅浸漬式磷化處理前使用，噴淋式磷化處理也廣為應(yīng)用。同時，低溫磷化前的預(yù)處理也應(yīng)用它，當前膠鈦表面調(diào)整劑應(yīng)用最廣泛但也存在幾個問題：

金屬表面調(diào)整劑表面調(diào)整劑的使用壽命比較短

新鮮配制的膠體鈦鹽表面調(diào)整劑對促進磷化膜的精細致密性起很大作用，但經(jīng)過一段時間后，不管是否使用，由于膠體鈦絮凝而產(chǎn)生失效現(xiàn)象，將使磷化膜粗大。膠體系統(tǒng)屬于高度分散的多相分散系統(tǒng)，具有巨大的表面自由焓，是熱力學不穩(wěn)定的系統(tǒng)，會形成自動產(chǎn)生微粒聚結(jié)成為大顆粒的現(xiàn)象，使膠體很快產(chǎn)生沉淀而失效。這種表面調(diào)整劑不受生產(chǎn)負荷影響必須定期進行排放。一般情況下，春、秋、冬三季兩周排放一次，夏天高溫季節(jié)一周排放一次。頻繁的重新配槽，不僅增加了水及材料的消耗，同時所產(chǎn)生的廢水給環(huán)境保護增加了壓力。

表面調(diào)整液用水質(zhì)量影響表面調(diào)整液活性

表面調(diào)整劑的主成分(膠體鈦)帶有負電荷，由于電排斥力的作用，在水溶液中可保持非絮凝及分散狀態(tài)。大多數(shù)工業(yè)用水含有鈣鎂離子，在水中存在的大量陽離子中和了膠體鈦的負電荷，結(jié)果電排斥力減弱，因而出現(xiàn)絮凝及沉淀，使膠體鈦失去活性。

溫度及pH值影響表面調(diào)整工藝

在溫度超出35℃及pH值在8.0一9.5范圍之處，膠體鈦聚集，使表面調(diào)整劑失去活性。因此，必須限定特定的溫度及pH值范圍。這樣難以使表面調(diào)整劑與一般的脫脂劑合二為一使用。

表面調(diào)整劑允許濃度低，溶液需要經(jīng)常調(diào)整

膠體鈦濃度的增加導致膠體鈦粒子碰撞頻率增加。碰撞將引起膠體鈦聚集沉淀，影響磷化膜晶粒大小，目前膠體鈦可使用的上限濃度一般為1mg/L。

磷酸鈦金屬表面調(diào)整劑是由活化劑(鈦鹽、磷酸鹽)與穩(wěn)定劑(其他組分)所組成的水溶液。目前國外使用最多的也是采用三聚磷酸鹽 酸式磷酸鹽十欽鹽體系，本劑是由活化成分(磷酸鈦)、穩(wěn)定劑(酸式磷酸鹽、聚磷酸鹽)和堿金屬陽離子(K,Na)三部分組成。

注意：

鈦鹽表面調(diào)整劑配成工作液后，穩(wěn)定性較差，在不使用的狀態(tài)下，也會自然失效，一般情況下，7天就應(yīng)更換工作液。在正常使用過程中，可根據(jù)工作液總堿度和pH值變化進行調(diào)整或更換。

近些年來，我國磷化工作者通過努力，開發(fā)了新型液體表面調(diào)整劑，它是以磷酸鋅鐵作為主要成分，完全不使用粉狀表面調(diào)整劑中所使用的膠體鈦鹽。與目前廣泛使用的粉狀表面調(diào)整劑相比，槽液清澈透明接近于真溶液，具有材料消耗量低，槽液穩(wěn)定性高，使用壽命長(6個一8個月)、廢水排放量少、磷酸膜更加細微致密等特點。

金屬表面調(diào)整劑表面調(diào)整劑的分析與檢測

堿性表面調(diào)整劑的檢測

堿性表面調(diào)整劑的檢測指標主要有：總堿度，在使用過程中還應(yīng)檢測膠體鈦和主要金屬離子的濃度，以便確定補加、更換。

總堿度的檢測：

原理：酸堿滴定法；

測定步驟：稱取2g(精確至0.001)表面調(diào)整劑于1000mL的燒杯中，加入適量的蒸餾水溶解后全部轉(zhuǎn)入1000mL的容量瓶中，加水稀釋至刻度，振蕩均勻。吸取25mL試樣于三角瓶中，加蒸餾水稀釋至50mL。加人溴酚蘭指示劑1滴一2滴。用0.1000mol/LHCl標準溶液滴定至黃色。記下所耗0.1000mo1/LHCl標準溶液的毫升數(shù)。

計算：總堿度=C.HCL*V.HCL*10

式中：C.HCI=HCI標準溶液濃度(mol/L)；

V.HCL=所耗HCl標準溶液體積(mL)。

精密度：兩次平行測定結(jié)果之差不大于0.5%

pH值：用pH計測定或精密ph試紙。

性能試驗。

表面調(diào)整性：

將本產(chǎn)品按1.0%配成工作液后，與其配套磷化液作磷化試驗。在放大500倍的晶相顯微鏡上觀察，磷化膜晶粒為顆粒狀為合格。

耐候性

樣品在室溫，通風，干燥的條件下放置12個月應(yīng)不變質(zhì)。

根據(jù)檢測結(jié)果，將溶液調(diào)整到工藝要求的范圍內(nèi)。如難以調(diào)整，或嚴重影響產(chǎn)品的磷化性能，應(yīng)給予更換，重配制工作液。2100433B