金属磷酸盐处理

鹼性，廣用於工具或是精密機械零件之防鏽、滑動 部位之耐磨損度、塑性變形加工等。 (2)(圖中)磷酸鋅法 磷酸鋅法：因為屬於高溫與長時間的化成處 磷酸鋅法 理法，現在多加入亞、硝酸鹽、氯或溴酸鹽、硝基 化合物以促進皮膜反應生成。而生成皮膜的重量和 特性與施工法、處理液組成、溫度有關。 (3)(圖右)磷酸鐵法 磷酸鐵法：處理液為NaH2PO4或NH4H2PO4， 磷酸鐵法 再加入促進劑，通常使用此種皮膜法，要適當調整 酸性度，否則會得不到良好的皮膜，外觀上平滑， 有良好的水洗性、有防鏽性；表面會呈現黃、藍、 紫的干涉色，常用於照明器具、汽車車體、鋼製家 具類、疊片鋼板之底地處理等。
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※ 附表3.：常用的陽極氧化法
※附圖8.：在磷酸錳 溶液中，酸度比( 全 磷酸/游離磷酸 )達 7~8時，可得到質地 優良的皮膜；在磷 酸鋅溶液中，酸度 比達4~5時，可得到 質地優良的皮膜。
※附圖9.：磷酸鹽處理所生成的皮膜相
【說明】： (1)(圖左)磷酸錳法 磷酸錳法：皮膜外觀為結晶性，呈灰~黑 磷酸錳法 色，皮膜中的鐵成分越多就越黑，且結晶粒子也 越粗。磷酸錳皮膜特色是硬而牢固、有耐熱、耐
※附圖6. 併用噴射的連續化處理裝置
※附圖7. 化成處理的噴射裝置斷面圖
三、磷酸鹽處理
1. 化成所用磷的氧酸： ※以正磷酸鹽( H3PO4，三質子酸( 可與金屬 置換3個氫原子 ))為主，其他的酸或鹽類 為輔助劑。 2. 化成機制： ＊ 利用陽極反應在金屬表面形成化成皮膜。 【例】假設將鋼材浸在Mn或Fe等的第一磷酸 鹽稀薄水溶液中( 溫度約97~99ºC )，則磷酸會 反應分解： H3PO4→H2PO4 ( 第一磷酸鹽 )+ H H2PO4→HPO4 ( 第二磷酸鹽 )+ H HPO4→PO4 ( 第三磷酸鹽 )+ H
(三)
磷酸鹽處理
(四)
化成處理實例
A. 磷酸鹽化成機制 B. 磷酸鹽的處理關鍵(二大作用) C. 三種磷酸鹽處理的皮膜特性 、處理液、實際應用 ＊藉由皮膜的特性去了解每一 種工業實際進行皮膜處理的原 因、過程、作用為何 溶液中氫離子在底材金屬表面 還原成氫原子或氫氣，滲入金 屬造成材料強度受損之現象 由化成覆層晶粒間極小的間隙 所造成，孔小數少附著佳
(三) 蒸汽磷酸鹽法 ( method of ACP phosteam )： 1. 特點整理 A. 可洗淨形狀複雜材料 B. 裝置可移動不佔場所 C. 成本低 D. 可利用運送機 2. 附圖5. phosteam處理 圖為人工方式進行 E. 設備便宜 F. 不必管制溫度、濃度 G. 去脂與化成處理相同 H. 可調整去脂效率
【 參考資料 】： 1. 〈工業實用技術─金屬的化成處理〉，間宮 富士雄著，賴耿陽譯，復漢出版社印行 2. 〈表面處理〉，張裕祺博士編著，李清祈 、杜讚發校閱，高立圖書有限公司出版 3. 〈鋼鐵表面處理之理論與實際〉( 工業用書 )，王龍祥編譯( 原書編著：日刊編集委員 會 )，復文書局，第七版 2007.11.29.
四、化成處理實例
(一) 汽車工業： ＊鋼鐵製品( ex:汽車車體 )採用電著塗裝，可 直接在金屬表面進行處理，但會以磷酸鹽 皮膜當底層再行塗裝的原因是： (1) 減少鐵離子溶出量 (2) 改善加工塗膜之附著力與耐久性 (3) 磷酸鹽皮膜為電之不良導體，多孔性適 度，可達到電著塗裝之目的 【註】：多孔性是因為化成覆層晶粒間極小的
4. 化成皮膜特性： (1) 在腐蝕性環境中對金屬有高保護力 (2) 對金屬有高度附著力 (3) 對塗膜有高度附著力 (4) 對塗裝烘烤溫度有高耐熱性 5. 化成處理之發展： (1)開發新式化成處理劑與技術( 因應塗裝 ) (2)改善和開發防污染之化成處理劑 (3)建立化成處理劑之管理裝置 (4)開發可撓性化成劑( ex: 有機+無機之複合 )
金屬材料報告
《 磷酸鹽處理 》
※【 磷酸鹽報告重點整理 】
項目 標題名稱 內容
A. 化成皮膜處理之定義 (一) 化成皮膜處理 B. 化成處理之流程、目的 C. 化成皮膜之特性與功能 D. 化成處理藥劑、技術發展 ＊四種方法：浸漬、噴霧、蒸 (二) 化成處理施工法 汽磷酸鹽(ACP)、噴射法；每 一種方法的流程、適用條件、 原理、優點與缺點之比較
2. 化成處理的基本概念流程： ＊金屬置於適當腐蝕液→控制腐蝕反應→金 屬氧化還原→(1)濃度分極+(2)陰陽分極→ 生成固著性難溶的腐蝕生成物─包覆 3. 化成處理目的與功能： (a) 形成保護膜，防止金屬受環境因素而腐蝕 和生鏽。 (b) 改善金屬塗料的附著性、金屬界面的滑動 耐磨度。 (c)應用在金屬塑性加工、電絕緣、琺瑯質地 處理、熔融鍍金前處理等方面。
名詞 解釋
1. 氫脆化 2. 多孔性
一、化成皮膜處理：
＊【重點】： 1. 何謂化成( 皮膜 )處理法 2. 材料進行化成處理的目的 3. 化成皮膜的特性和功能 4. 化成皮膜的未來發展
【說明】： 1. 化成皮膜處理法( chemical conversion treatment ) ：一種對金屬表面進行化學或是電化學處理，使 金屬表面生成安定不溶性化合物，包覆在金屬 表面的方法。
間隙所造成。如果化成塗料的孔徑( pore dimension )越小及氣孔數越少，則黏著性較 佳；若氣孔度增大，則防蝕效能將會降低。 ；此外，車輛內部的空氣管會因為生鏽導致器 閥的動作不良，引發事故，故以皮膜化成進 行防鏽的處理。 ※附圖10. 車體的電著塗裝
※附圖11. 車框的浸漬塗裝
※附表4. 車體的化成處理標準流程法
二、化成處理施工法
(一) 浸漬法 浸漬法：( 最普遍方法 )分六步驟─ A. 事前處理─分解金屬各部零件 B. 表面洗淨─去除表面加工殘留之油脂、垢 、鏽、黑皮組織 C. 皮膜化成─將鋼材浸入磷酸鹽處理液數分 鐘( 進行反應 )→(溫)水洗→密 封乾燥→形成灰黑色結晶皮膜 D. 密封─皮膜化成→鋼材移出→水洗密封→ ※目的：封皮膜孔洞，強化耐蝕 E. 事後處理─去除表面塵埃、除去「氫脆性」
(二) 鍍鋅鋼板製品：以磷酸鋅系皮膜為底層 (三) 塑性加工業：【重要!】 ＊在碳鋼或鉻鉬鋼進行塑性加工過程中，會 運用到磷酸鋅系皮膜化成( 潤滑皮膜 )： A. 塑性加工所使用的磷酸鹽皮膜重量約5~15 g/m²(最適宜)；過輕→加工時皮膜會剝落， 過重→會堵塞工具 B. ＊材料表面清淨→化成→水洗→中和→肥 皂系潤滑劑 潤滑劑處理( 肥皂與鋅反應形成鋅皂 潤滑劑 層：加工期間最具有潤滑效果 )→乾燥。
(四) 噴射法 ( method of blast )：革命性方法
原理 ＊去除金屬氧化層等各種殘留或附著物→形成金 屬液體搪磨→形成最適合塗裝用的化成皮膜 優點 A. 皮膜密著性佳( 高壓噴射反應快速 ) B. 塗膜 有光澤 C. 減少處理時間和裝置佔地面積→ 經濟效益佳，省時省成本 工程步驟 ＊ 研磨→洗淨→皮膜化成→水洗→密封→乾燥
(二) 噴霧法 ： 1. 適用狀態( 條件 ) A. 生鏽少之材料 B. 材料形狀一定 C. 大量生產用
優點 A. 完全自動化 B. 處理時間短 C. 處理成本低
2. 附表1.：工業上實際磷酸鋅皮膜噴霧法之加工
3. 附表2.：工業實際磷酸鐵皮膜噴霧法之加工
※附圖3. 噴霧法
※附圖4. 噴霧法：成本低，不需監視浴液， 未接觸被處理材的剩餘液可再度使用( 可省 成本不浪費 )( 一般壓力噴灑反應仍需時間 )
C. 實例：(1)鋼線抽線─304、430不鏽鋼抽線 (2)抽管潤滑─碳鋼管、電縫管 (3)鍛造潤滑─碳鋼使用磷酸鋅系 (4)壓造加工─車體用緩衝器 ※附圖11. 肥皂系 潤滑液之游離 酸度和鋅皂生 成量關係圖
(四) 鋼製家具的塗裝前處理： ＊家具加工裝製→脫脂去污→磷酸鹽防鏽處理 ( 浸漬法、噴射法、phosteam )：使用磷酸鐵 或磷酸鋅系→乾燥→塗裝。 (五) 自行車工業： ＊因為車身為最主要塗裝部分，且塗裝前有進 行熔接的過程，所以要以濃度較高的酸性液 電解去除多餘皮膜( 酸處理過程 )，再予以皮 膜化成處理( 現在多已採自動化 )。 (六) 金屬容器： ＊一般使用磷酸鋅和磷酸鐵系兩種皮膜處理， 此考量到皮膜具有抗藥品性、吸濕性、或是 耐弱酸、弱鹼性。
，鐵與游離的磷酸鹽反應使磷酸濃度減少，於 是電化學反應為： (1) 陽極：Fe→Fe(+2價) + 2e¯ (2) 陰極：2H + 2e¯ →2H→H2 總反應式：Fe+2H3PO4→Fe(H2PO4)2( 皮膜 )+H2
→故由當解離反應持續右方進行，所生成的第二與第 所生成的第二與第 三磷酸鹽會吸附在鋼鐵的表面並生成皮膜。 三磷酸鹽會吸附在鋼鐵的表面並生成皮膜 【結論】：磷酸鹽處理的二大作用 A. 游離磷酸鹽的腐蝕作用 B. 第一磷酸鹽分解生成難溶性生成物之 沉積並附於材料上 《 游離磷酸鹽與第一磷酸鹽為磷酸鹽處理之關鍵 》
F. 加工─化成處理完成，表面再處理過程 ＊ 實際浸漬法處理過程( practical process )： 去脂→水洗→除鏽→水洗→表面調整→水洗 →化成處理→水洗→事後處理→乾燥密封 ※附圖1. 浸漬法 1.
※附圖2. 傳統浸漬法：只適用於處理溶渣少 的方式，滾筒易被磷酸鹽溶渣堵塞 可能 滾筒易被磷酸鹽溶渣堵塞，可能 滾筒易被磷酸鹽溶渣堵塞 會對材料造成連續傷害，多用於鋁片或薄 會對材料造成連續傷害 鋁片或薄 板的鉻酸鹽處理為主。 板的鉻酸鹽處理為主