作业帮Fe+磷化与Fe+硫酸铜置换?求行家!
来源：学生作业帮 编辑：拍题作业网作业帮 分类：生物作业 时间：2024/04/30 18:58:34
Fe+磷化与Fe+硫酸铜置换?求行家!
铁表面磷化工艺产生磷化膜的性质是像电镀一样的沉积方式,还是像铁上面滴硫酸铜溶液铁离子会与铜离子互相置换?
铁表面磷化工艺产生磷化膜的性质是像电镀一样的沉积方式,还是像铁上面滴硫酸铜溶液铁离子会与铜离子互相置换?
磷化过程包括化学与电化学反应.不同磷化体系、不同其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个步聚组成：
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)
H2
② 促进剂（氧化剂）加速
[O]+[H] → [R]+H2O
Fe2++[O] → Fe3++[R]
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）
3Zn2++2PO43－+4H2O→ Zn3(PO4)2·4H2O↓ （5）
磷酸盐沉淀与水分子一起形成磷化晶核,晶核继续长大成为磷化晶粒,无数个晶粒紧密堆集形而上学成磷化膜.
磷酸盐沉淀的副反应将形成磷化沉渣
Fe3++PO43－→ FePO4 （6）
以上机理不仅可解释锌系、锰系、锌钙系磷化成膜过程,还可指导磷化配方与磷化工艺的设计.从以上机理可以看出：适当的氧化剂可提高反应（2）的速度；较低的H+浓度可使磷酸根离解反应（3）的离解平衡更易向右移动离解出PO43-；金属表面如存在活性点面结合时,可使沉淀反应（4）（5）不需太大的过饱和即可形成磷酸盐沉淀晶核；磷化沉渣的产生取决于反应（1）与反应（2）,溶液H+浓度高,促进剂强均使沉渣增多.相应,在实际磷化配方与工艺实施中表面为：适当较强的促进剂（氧化剂）；较高的酸比（相对较低的游离酸,即H+浓度）；使金属表面调整到具备活性点均能提高磷化反应速度,能在较低温度下快速成膜.因此在低温快速磷化配方设计时一般遵循上述机理,选择强促进剂、高酸比、表面调整工序等.
关于磷化沉渣.因为磷化沉渣主要是FePO4,要相减少沉渣量就必须降低Fe3+的产生量,即通过两个方法：降低磷化液的H+浓度（低游离酸度）减少Fe2+氧化成为Fe3+.
所以磷化是通过复杂的化学反应,但是本质和铁离子与硫酸铜置换是差不多的,就是不同的离子结合再堆积形成磷化膜.
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个步聚组成：
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)
H2
② 促进剂（氧化剂）加速
[O]+[H] → [R]+H2O
Fe2++[O] → Fe3++[R]
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）
3Zn2++2PO43－+4H2O→ Zn3(PO4)2·4H2O↓ （5）
磷酸盐沉淀与水分子一起形成磷化晶核,晶核继续长大成为磷化晶粒,无数个晶粒紧密堆集形而上学成磷化膜.
磷酸盐沉淀的副反应将形成磷化沉渣
Fe3++PO43－→ FePO4 （6）
以上机理不仅可解释锌系、锰系、锌钙系磷化成膜过程,还可指导磷化配方与磷化工艺的设计.从以上机理可以看出：适当的氧化剂可提高反应（2）的速度；较低的H+浓度可使磷酸根离解反应（3）的离解平衡更易向右移动离解出PO43-；金属表面如存在活性点面结合时,可使沉淀反应（4）（5）不需太大的过饱和即可形成磷酸盐沉淀晶核；磷化沉渣的产生取决于反应（1）与反应（2）,溶液H+浓度高,促进剂强均使沉渣增多.相应,在实际磷化配方与工艺实施中表面为：适当较强的促进剂（氧化剂）；较高的酸比（相对较低的游离酸,即H+浓度）；使金属表面调整到具备活性点均能提高磷化反应速度,能在较低温度下快速成膜.因此在低温快速磷化配方设计时一般遵循上述机理,选择强促进剂、高酸比、表面调整工序等.
关于磷化沉渣.因为磷化沉渣主要是FePO4,要相减少沉渣量就必须降低Fe3+的产生量,即通过两个方法：降低磷化液的H+浓度（低游离酸度）减少Fe2+氧化成为Fe3+.
所以磷化是通过复杂的化学反应,但是本质和铁离子与硫酸铜置换是差不多的,就是不同的离子结合再堆积形成磷化膜.