磷化工艺中的各种影响因素

磷化工艺的影响因素
磷化膜的质量直接影响与有机膜、涂层的附着力和防护性,影响磷化工件的耐磨、耐微动力磨损和抗擦伤性,以及磷化膜能否成为润滑剂的载体。

磷化膜质量的高低,取决于磷化所采用的工艺是否恰当,磷化过程是否符合工艺要求,因此要
十分注意影响磷化工艺的因素。

影响磷化工艺的主要因素有：材质及表面状态、磷化前处理、磷化后处理、磷化液的化学成分等。

下面试就影响磷化工艺的主要因素作一分析。

（一）材质及表面状态。

同是钢铁工件,受含有的其它元素不同,表面晶格是否遭受腐蚀等因素的影响,形成的磷化膜颜色、均匀性、抗腐蚀能力不一样。

低碳钢容易磷化,膜的结晶致密,颜色较浅；中、高碳钢和低合金钢比较容易磷化,结晶有变粗的倾向,磷化膜颜色深;含有较多铬、钼、钨、钒、硅等元素的钢材不容易磷化。

磷化膜随钢材中碳化物含量和分布的不同存在差异,因此,不同钢材应选用不同的磷化工艺和相应的磷化产品。

（二）前处理。

磷化前的表面处理程度是影响磷化质量的重要因素。

因此,要求除净所有的锈迹、油污。

具体要求是,脱脂后的工件,不应有油脂、乳浊液等污物,其表面应能被水完全湿润;酸洗后的工件,不应有目视可见的氧化物、锈及过腐蚀现象.为防止过腐蚀,减轻氢脆,应在酸洗液中加入缓蚀剂.为防止酸雾,酸洗液中可加入酸雾抑制剂;喷抛丸清理后的工件,不应有漏喷、磨料粘附、锈蚀及油污,
其表面应露出金属本色.从除油后到磷化前这一过程,工件不允许直接接触手或有油的污物。

经强酸、强碱处理后的钢铁件,一般会增大结晶粒度,增加膜的重量。

水洗是将工件表面从前道处理工序中带出来的残留化学成分除去,防止对下道处理工序的影响。

除油后的不良水洗会使油污再沉积,更多地消耗酸,造成不均匀的酸洗,形成不均匀的磷化膜;酸洗后的不良水洗,导致磷化槽液游离酸度升高,形成稀疏、不均匀的磷化膜,甚至磷化后的工件生锈。

要保证水洗质量,应保持清水的特定pH值或更有效的导电率,延长清洗时间和次数。

（三）后处理。

磷化的后处理是指磷化后的钝化、水洗、干燥等。

一般的磷化膜最好能够作钝化处理,经钝化处理可降低磷化膜的孔隙率,提高磷化膜的防护性。

最后水洗的目的是除去磷化膜上残留的可溶性盐。

残留的可溶性盐在有机涂层下面遇水或湿气形成电解质,加快产生气泡的速度,致使涂漆后起泡。

磷化膜的
干燥可以稳定磷化膜,避免生锈,但要注意干燥的温度和干燥的方法。

在空气不流通、高于100℃、较长时间的加热干燥,会降低磷化膜的防护性。

（四）时间和温度。

在低温下形成的磷化膜为多孔膜薄,耐蚀性差。

磷化温度超过80℃时膜重激剧增加。

正常情况下,磷化膜的厚度和抗蚀能力随着时间的延长而提高,直到最高为止。

在较低酸度下,磷化膜的生长速度3～5min内最
快,20min时进入稳定状态。

（五）酸度。

金属离子浓度和PO43-的含量影响膜的形成,特别是游离酸度,所以磷化过程应保持总酸度和游离酸度的比值,即酸比系数。

酸比系数取决于磷化
槽液的pH值。

（六）磷化槽液的成分。

为了提高磷化膜的性能,常常在磷化液中加入一种或多种改性阳离子,或者提高酸根离子的浓度。

1.成膜离子。

Zn2+的存在可以加快磷化速度,生成的磷化膜结晶致密,增加磷化液中的Zn2+浓度可提高基体的溶解速度,增加膜重,增强防护性能。

Zn2+含量过量时,磷化膜晶粒粗大,排列紊乱,磷化膜发脆;Zn2+过低时膜层疏松发暗。

Co2+、Ni2+、Mn2+可以提高磷化膜的防护性。

Mn2+可以使磷化膜结晶均匀,颜色变深,提高膜
的耐磨性、耐蚀性和吸附性。

Mn2+含量过高,膜的结晶粗大,耐蚀性变差；Mn2+
含量过低,晶粒过细,甚至磷化不上。

Fe2+能增加磷化膜的厚度,提高力学强度和耐蚀性,但Fe2+在高温时很容易被氧化成Fe3+,转化成磷酸铁（FePO4）沉淀,游离
酸度升高,磷化结晶几乎不能进行；Fe2+含量过高时,磷化膜结晶粗大,表面产生白色浮灰,槽液变成酱油色；Fe2+含量过低时,工件表面出现粉状物。

Ni2+,加入一定数量的Ni（NO3）2·6H2O可以增加膜的厚度,提高膜的抗腐蚀性。

2.加速剂的影响。

加速剂的含量影响磷化过程,含量太低,反应速度慢；含量太高,导致金属表面钝化,阻止磷化膜的形成。

因此要严格控制NO2-、ClO3-等的含量,加速剂对溶液的pH影响很大。

3.Al3+、Cu2+、As3+、Cr3+、Cr6+、Cl-、SO42-的影响。

磷化液中不可避免
地存在Cl-、SO42-,如水中的Cl-、SO42-,一是酸洗过程带进的,二是Cl03-作加速剂时还原出来的Cl-。

加入Cl-、SO42-可以缩短磷化膜成膜时间,在某些磷化液中加入少量SO42-可以提高磷化膜的厚度和防护性,但过量会延长磷化时间,形成的
磷化膜疏松多孔,降低抗腐蚀能力,甚至不上膜。

Cl-,磷化膜的防护性随Cl-含量的
增加而降低。

Al3+, Al3+对磷化液危害很大,它的存在量超过0.1g/L时,工件表面出现白色粉状物,磷化膜不均匀,发花,防腐蚀能力和附着力大幅度下降。

消除Al3+危害的方法是加入氟化纳或其它氟化物。

As3+、Cr3+、Cr6+是有害杂质,大量的Cu2+使磷化膜发红,耐蚀性下降。

4.水洗的影响。

磷化前水洗不干净,会将油污、酸、碱等物质带入槽液,降低磷化膜的质量。

磷化后的水洗通常采用70℃以上的热水,热水的pH值控制在6～8。

磷化后的水洗是要洗去残留在磷化膜表面的化学成分和浮灰,否则工件表面发粘,影响干燥的速度,降低磷化膜的抗蚀能力和结合力。

5.表面调整和皂化的影响。

磷化前进行表面调整,虽然磷化膜的厚度明显减少,但磷化膜更加致密,防护性明显提高。

磷化后再皂化,磷化膜的防护性能可提高2～3倍。