第3章 钢铁的磷化
钢铁的磷化处理
钢铁的磷化处理-概述1、钢铁磷化概念在含有锌、铁、锰的磷酸盐溶液中，由于金属和溶液的界面上发生化学反应，生成难溶于水的磷酸盐，使钢铁表面形成一层附着良好的保护膜，这种方法称为钢铁磷化。
磷化膜具有微孔结构，在通常大气条件下比较稳定，具有一定的防锈能力，作用漆膜的底层，可以显著地提高涂层的附着力和耐蚀性能。
磷化膜还具有良好的润滑性能，对熔融金属无附着力，并有较高的电绝缘性能，磷化处理对钢制品的抗拉强度、伸长率、弹性、磁化等均无影响，仅疲劳强度略有下降。
磷化膜形成过程中相应地伴随铁的溶解，因而磷化后钢制品的尺寸变化甚微，由于磷化具有这些良好的特性，在工业生产中被广泛地采用。
2、磷化膜的分类①假转化膜是靠磷化液中本身含有的阳离子来成膜的，其膜是结晶型的，如RYY-8838#、RYY-6602#等。
②转化膜是靠铁基体有限的腐蚀产生的铁离子来成膜的，加入碱金属离子不参与成膜，其膜为无定型的，如RYY-5501#。
3、磷化膜的组成和性质①组成分类：②性质A、提高钢铁表面和耐蚀性，吸附性，耐磨性；B、磷化膜的化学稳定性差单独使用必须经后处理；C、磷化后其基体金属的硬度，磁性等均保持不变，但对于高强度钢（强度≥1000N/mm2）磷化后必须进行除氢处理（130-200℃下处理1-4小时）。
D、不粘附熔融金属（Sn、Al、Zn）E、电绝缘性厚10微米，电阻约为5×109ΩF、脆性③磷酸铁与磷酸锌系比较系列优点缺点反应类型磷酸铁系单液使用，用量小，沉淀少,操作简单膜薄，防锈期短，使用寿命短沉积型磷酸锌系防锈期长，皮膜均匀细腻，使用寿命长需加B剂，表调过程，有沉淀置换型④、磷化膜的用途；A、作防护装饰涂底层；B、作防腐蚀涂油底层；C、作冷加工润滑用磷化膜；D、减磨润滑用磷化膜；E、电绝缘用。
⑤、磷化处理分类：磷化处理有许多分类方法，工业生产上较通用的有如下几种：1）按磷化液组成，以阳离子为主可分为：锌系、铁系和锰系三大类：2）按处理温度可分为①高温磷化(90-98℃)；②中温磷化(50-70℃)；③低温磷化(20-35℃)。
钢铁磷化
大型作业钢铁的磷化班级：水净化1101姓名：李旺姚剑锋李新乐李智鹏指导老师：王勇日期：2013年11月目录摘要：.............................................................................................................................. 前言：……………………………………………………………………………………一、磷化原理............................................................................................................二、实验仪器和药品................................................................................................三、磷化工艺............................................................................................................1. 除油....................................................................................................................2. 除锈....................................................................................................................3. 磷化....................................................................................................................4. 磷化后检验........................................................................................................四、常见问题分析……………………………………………………………………..五、实验结论............................................................................................................六、参考文献............................................................................................................钢铁的磷化摘要：本文简要介绍钢铁磷化的原理与工艺，主要根据化学实验的结果，以及对成品的检测，阐述了这一机理，论证了磷化对钢铁表面的改性作用，得出了磷化对钢铁性能改进的重要性。
钢铁的磷化处理
钢铁的磷化处理摘要：金属磷化处理工艺可以改变金属表面原有的性质，从而提供新的物理特性或物理化学特性，因而广泛应用于金属的表面处理领域中。
本文主要介绍钢铁的中温与高温磷化，通过实验来研究两种磷化膜的性质，对它们的原理、配方和生产工艺进行了简要的介绍。
关键词：机理，中温，高温，工艺1.引言磷化处理是指钢铁零件在含有锌、锰、钙、铁或碱金属的磷酸盐的溶液中进行化学处理,在其表面上形成一层不溶于水的磷酸盐膜的过程。
磷化是钢铁表面处理的常用手段,磷化膜厚度一般为 5 μm-20 μm，为微孔结构,与基体结合牢固，具有良好的吸附性、润滑性、耐蚀性、不粘附熔融金属性及较高的电绝缘性等。
磷化膜主要用作涂料的底层、金属冷加工时的润滑层、金属表面保护层以及用作电机硅钢片的绝缘处理、压铸模具的防粘处理等。
磷化处理所需设备简单,操作方便,成本低,生产效率高,被广泛应用于汽车、船舶、航空航天、机械制造及家电等工业生产中[1]。
2.磷化膜的形成机理[2]磷化处理是在含有锌、锰、铁的磷酸二氢盐与磷酸组成的溶液中进行的。
金属的磷酸二氢盐可用通式M(H2PO4)2表示,M为金属。
下面主要介绍磷化膜形成的电化学机理。
从电化学的观点来看，磷化膜的形成可认为是微电池作用的结果。
在微电池的阴极上发生氢离子的还原反应，有氢气析出：2H+ + 2e = H2在微电池的阳极上，铁被氧化为离子进入溶液，并与H2PO4-发生反应。
由于M2+的数量不断增加，pH值逐渐升高，促使反应向右进行，最终生成不溶性的正磷酸盐晶核，并逐渐长大。
下面是阳极反应：M - 2e = M2+M2++2H2PO4-= M(H2PO4)2M(H2PO4)2= MHPO4+H3PO43MHPO 4=M 3(PO 4)2↓+ H 3PO 43.实验工艺与配方工艺流程：化学脱脂（碱性除油）→热水洗→冷水洗→酸洗→热水洗→磷化→冷水洗→磷化后处理。
3.1配方与溶液配制一、碱性除油液：碱性化学除油溶液配方二、酸洗除锈液：3%的稀盐酸三、测定总酸度和游离酸： 0.1 mol/L 的NaOH 溶液，酚酞，甲基橙高温磷化酸比值控制在7-8，中温磷化控制在10-15。
钢板的磷化
钢板的磷化，特别是在有氧化性促进剂、成膜助剂等多种助剂存在的锌系磷化时，其化学反应过程非常复杂，涉及的反应有：电离、水解、置换、中和、沉淀、络合、氧化、还原等。
磷化膜质量的好坏，对电泳质量的影响非常大，所以对于磷化质量的控制非常重要。
1磷化反应的机理磷化膜通过化学反应形成。
磷化液的主要成分是磷酸，磷酸在水溶液中3次离解，在2 5℃下它们的离解常数如下：由上述离解常数可知：在磷酸水溶液中，(1)式反应容易进行，(3)式反应几乎不能进行。
另外，对应磷酸的3种离解状态，生成3种金属盐。
当金属为Zn、Fe等二价金属时，生成如下所示的3种磷酸盐：第1种磷酸盐：Me(H2PO4)2，又称磷酸二氢盐。
第2种磷酸盐：MeHPO4，又称磷酸一氢盐。
第3种磷酸盐：Me3(PO4)2，又称磷酸氢盐。
一般来说，2价金属的第1种磷酸盐可溶，第2种磷酸盐可溶或难溶，第3种磷酸盐难溶。
磷化处理技术由第1种磷酸金属盐形态的水溶液通过化学反应析出难溶的第3种磷酸盐(式4~6)。
汽车涂装前的磷化处理以锌盐磷化处理为代表。
(7)式和(8)式所示的是生成锌盐磷化膜的平衡反应：(7)式反应在被处理物上进行，钢板界面上的Fe(H2PO4)2浓度增高。
将氧化促进剂亚硝酸盐添加到锌盐磷化液中后，(7)式中Fe(H2PO4)2就成为FePO4，H2变成H2O除去。
根据(7)式的反应，在磷化槽液内的钢板表面上，靠促进剂的作用，氢离子浓度下降，引发(9)式的反应：Fe的浓度高时就生成磷酸二锌铁：2磷化的加速反应2.1磷化反应的加速(1)磷化反应是一个吸热过程，加热有利于反应的进行。
(2)加入氧化性物质(如NO2-、H2O2等)作为去极化剂，其作用是使晶核能够暴露，而不被氢气覆盖;在有氧化性促进剂时，氢原子直接被氧化成水，不影响离子的扩散，形成磷化膜。
2.2磷化膜沉积过程的加速实现反应加速的方法一般是引入结晶晶核。
磷化前的钛盐表面调整，在工件表面形成晶核活性中心，使磷化结晶能够沿晶核生长。
实验19 钢铁的磷化处理
实验17 钢铁的磷化处理一. 实验目的；1.掌握钢铁磷化的基本原理。
2.了解磷化处理溶液的配制方法及磷化处理的实验操作。
2.了解磷化处理的应用意义。
二.实验原理：钢铁零件在含有锰，铁，锌的磷酸溶液中，进行化学处理，其表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法叫磷化处理，亦称磷酸盐处理。
磷化膜的外观，由于试件材料不同及磷化处理的条件不同可由暗灰到黑灰色。
磷化膜的主要成分由磷酸盐Me3（PO4）2或磷酸氢盐（MeHPO4）的晶体组成。
氧化膜在通常大气条件下较稳定，与钢的氧化处理相比，其耐蚀性较高，约高2 ～10倍。
磷化处理之后，进行重铬酸盐填充，浸油涂漆处理，能进一步提高耐蚀性。
磷化处理有高温（90～98℃），中温（50～70℃）和常温（15～30℃）三种处理方法。
常用的磷化方法有浸渍法和喷淋法。
不管采用哪种方法进行磷化处理，其溶液都含有三种主要成分：1.H3PO4（游离态），以维持溶液pH值。
2.Me（H2PO4）2，Me= Mn、Zn，等3.催化剂（即氧化剂）NO3—，ClO3—，H2O2等。
钢铁进行磷化处理时，大致有如下反应历程：锰、锌系磷酸盐膜化学反应机理在97～99℃下加热1h，在Mn(H2PO4)2溶液中发生如下的电离反应：Mn(H2PO4)2→MnHPO4↓＋H3PO4在反应平衡后，溶液中存在一定数量的磷酸分子、不溶性的MnHPO4及未电离的Mn(H2PO4)2分子。
当把Fe浸入此溶液之中，则发生以下化学反应：H3PO4 + Fe = Fe(H2PO4)2+ H2Fe(H2PO4)2 = FeHPO4 + H3PO4由于H2的析出，溶液的pH值升高，因此，Mn(H2PO4)2的电离反应会继续进行，反应向生成难溶磷酸盐的方向移动。
这些不溶性的仲磷酸锰MnHPO4大部分沉淀在工件的表面上，少部分可能从溶液中沉淀成泥浆，大部分还是在金属表面沉积成为磷化膜层。
因为它们就是在反应部位生成的，所以与基体表面结合得很牢固。
钢铁磷化处理技术的发展和应用
4、家电行业：在家电行业中，钢铁是用于制造各种电器产品的主要材料。 通过磷化处理技术，可以提高其耐腐蚀性和装饰性，从而提高电器产品的质量和 可靠性。
5、其他领域：除了上述领域外，钢铁磷化处理技术还被广泛应用于石油、 化工、轻工、电子等领域中，为各行业的生产和发展提供了重要的技术支持。
5、其他领域：除了上述领域外
2、汽车工业：在汽车工业中，钢铁是制造各种零部件的主要材料。通过磷 化处理技术，可以提高零部件的耐腐蚀性和耐磨性，从而提高其使用寿命和安全 性。
3、建筑领域：在建筑领域中，钢铁是用于制造各种结构件和连接件的主要 材料。通过磷化处理技术，可以提高其耐腐蚀性和装饰性，从而提高建筑物的使 用寿命和外观质量。
1、磷化过程中会产生废液和废 气，对环境造成一定的影响。
2、磷化膜的耐高温性能较差， 限制了其应用范围。
应用领域
钢铁磷化处理技术的主要应用领域包括：
1、国防工业：在国防工业中，钢铁是制造各种武器和装备的主要材料。通 过磷化处理技术，可以提高武器的耐腐蚀性和耐磨性，从而提高其使用寿命和可 靠性。
三、案例分析
以汽车制造领域的磷化处理技术为例，目前汽车零部件的制造过程中，磷化 处理技术广泛应用于发动机、底盘、车身等部件的表面处理。传统的磷化处理技 术存在环境污染和生产成本较高的问题。因此，开发环保型和智能化的磷化处理 技术具有重要意义。采用无磷添加剂的封闭式磷化处理工艺，可以降低废液排放 和环境污染。
3、拓展磷化处理技术的应用领域。随着科技的不断发展，未来可以探索钢 铁磷化处理技术在新能源、生物医学等领域的应用。例如，将磷化处理技术应用 于太阳能电池板的制造、生物材料的表面改性等。
4、实现磷化处理技术的智能化和自动化。随着工业4.0时代的到来，未来可 以探索将人工智能、物联网等技术应用于钢铁磷化处理领域，实现磷化处理的智 能化和自动化，提高生产效率和产品质量。
电镀工艺学钢铁的氧化和磷化
钢铁氧化和磷化技术的发展前景和展望
广泛应用
钢铁氧化和磷化技术在汽车、建筑、机械等领域具有广泛应用前 景，未来市场需求将持续增长。
技术创新
随着科技的不断进步，钢铁氧化和磷化技术将不断创新，推动行 业的发展和进步。
绿色发展
随着环保意识的提高，钢铁氧化和磷化技术将更加注重环保，推 动行业的绿色发展。
THANKS.
磷化处理过程
除油、除锈、磷化、钝化等步骤。
影响因素
温度、酸度、金属离子浓度、促进剂浓度等。
磷化的应用和防护措施
磷化的应用
提高金属表面的耐腐蚀性、增强涂层 的附着力等。
防护措施
定期检查磷化液的成分和浓度，控制 处理时间和温度，定期更换磷化液等 。
电镀工艺在钢铁氧
04
化和磷化中的应用
电镀在钢铁氧化中的应用
电镀工艺学钢铁的氧化 和磷化
contents
目录
• 电镀工艺学概述 • 钢铁的氧化 • 钢铁的磷化 • 电镀工艺在钢铁氧化和磷化中的应用 • 钢铁氧化和磷化的未来发展
电镀工艺学概述
01
电镀的基本原理
电解定律
电镀反应过程
在电镀过程中，阳极发生氧化反应， 阴极发生还原反应，遵循法拉第定律 。
电镀反应过程中，金属离子从溶液中 还原并在阴极上沉积形成金属镀层。
钢铁氧化原理
钢铁在潮湿环境中与氧气和水反应，导致表面形成氧化膜。
电镀在钢铁氧化中的作用
通过电镀工艺在钢铁表面形成一层保护性氧化膜，提高耐腐蚀性。
不同电镀方法的应用
包括化学氧化、阳极氧化和电镀氧化等，适用于不同场景和需求。
电镀在钢铁磷化中的应用
钢铁磷化原理
01
钢铁在酸性溶液中与磷反应，形成磷化膜。
钢铁磷化实验报告
钢铁的磷化摘要：本文简要介绍钢铁磷化的原理与工艺，主要根据化学实验的结果，以及对成品的检测，阐述了这一机理，论证了磷化对钢铁表面的改性作用，得出了磷化对钢铁性能改进的重要性。
关键词：原理 工艺 除锈 磷化膜引言 ：磷化处理工艺应用于工业己有90多年的历史，大致可以分为三个时期:奠定磷化技术基础时期、磷化技术迅速发展时期和广泛应用时期。
磷化膜用作钢铁的防腐蚀保护膜，最早的可靠记载是英国Charles Ross 于1869年获得的专利(B.P.No.3119)。
从此，磷化处理工艺应用于工业生产。
在近一个世纪的漫长岁月中，磷化处理技术积累了丰富的经验，有了许多重大的发现。
磷化广泛应用于防蚀技术，金属冷变形加工工业。
二战前后时期磷化处理技术重要改进主要有:低温磷化、各种控制磷化膜膜重的方法、连续钢带高速磷化。
当前，磷化技术领域的研究方向主要是围绕提高质量、减少环境污染、节省 能源进行。
一、 磷化原理工件（钢铁或铝、锌件）进入磷化液（某些酸式磷酸盐为主的溶液），在表面沉积形成一层不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程，称为磷化。
也就是说，磷化处理是在锰、铁、锌的磷酸二氢盐与磷酸组成的溶液中进行的。
金属的磷酸二氢盐可用通式242)(PO H M 表示。
在磷化过程中发生如下反应：434242)(PO H MHPOPO H M +↓→432434)(3PO H PO M MHPO+→或者以离子反应方程式表示：+-++↓+↓→+H PO M MHPOPO H M5)(342434422当金属与溶液接触时，在金属/溶液界面液层中+2M 离子浓度增高或+H 离子浓度降低,都将促使以上反应在一定温度下向生成难溶磷酸盐的方向移动。
由于铁在磷酸里溶解，氢离子被中和同时放出氢气：↑+=+++222H FeHFe反应生成的不溶于水的磷酸盐在金属表面沉积称为磷酸盐保护膜，因为它们就是在反应处生成的，所以与基体表面结合得很牢固。
从电化学的观点来看，磷化膜的形成可认为是微电池作用的结果。
钢铁的磷化处理
钢铁的磷化处理第一节概述钢铁零件在含有锌、锰、钙、铁或金属磷酸一代盐溶液中进行化学处理，在其表面上形成一层不溶于水的磷酸盐膜的过程叫做磷化处理法，其膜叫磷化膜。
磷化膜分为假转化膜和转化膜两类。
假转化膜是靠磷化液中本身含有的阳离子来成膜的，其膜是结晶型的；转化膜型则是靠铁基体有限的腐蚀产生的铁离子来成膜的，加入的碱金属离子不参与成膜，其膜为无定型的。
一、磷化膜的组成和性质根据基体材质、零件表面状态、磷化液组成及工艺条件，可得到不同组成，不同结构、不同厚度、不同颜色、不同用途的磷化膜。
磷化膜的分类及性质，列于表9—2—1。
表9—2—1 磷化膜的分类及性质磷化膜是由一系列大小不同的晶体所组成，在晶体的连结点上形成细小裂纹的多孔结构。
这种多孔的晶体结构使钢铁表面的耐蚀性、吸附性、耐磨性得以改善和提高。
磷化膜化学稳定性差，既可溶于酸，也可溶于碱，孔隙率高易吸附污物和受腐蚀介质的浸蚀，所以不经后处理的磷化膜耐蚀性差。
磷化后其基体金属的硬度、磁性等均保持不变，但对于高强度钢(强度≥1000N／mm2)磷化后必须进行除氢处理(130℃～200℃下处理1h～4h)。
磷化膜除按体系分以外还可按膜质量分为次轻量级、轻量级、次重量级、重量级四种。
次轻量级(仅0．4g／m2～1g／m2)，一般为无定型轻铁系膜，适作油漆、喷粉底层，尤其作变形大的零件涂装打底好；轻量级(1．1g／m2—4．5g／m2)，广泛用作涂装底层；次重量级(4．6g／m2—7．5g／m2)可作为防腐及冷加工减磨润滑；重量级(大于7．5g／m2)作防腐、绝缘和冷加工减磨。
按磷化处理温度分为常温(15℃～35℃)；低温(35℃～45℃)；中温(50℃～70℃)；高温(>80℃)。
按操作方法可分为刷涂法、浸渍法、喷淋法、半浸半喷法及流动法等。
二、磷化膜的用途(一)作防护——装饰涂装底层磷化膜主要用作油漆、电泳、静电喷涂、喷粉的底层，以增强铁基体与磷化膜的结合力和提高其耐蚀性，膜重一般为0．4g／m2～3g／m2，膜厚0．5μm～3μm，微晶谷粒状、球状结晶最好。
钢铁磷化工艺
钢铁磷化工艺摘要:磷化技术是当前采用较多的钢铁表面处理技术。
文章介绍了磷化膜的特点、工艺流程、成膜的基本条件和相关的膜层结构。
给出了一种新型磷化工艺，而且得到了彩色磷化的结果，。
提出了常温磷化的工艺条件对成膜质量的影响。
关键词:磷化工艺;磷化着色;常温1 引言磷化处理是在磷酸或磷酸盐的稀溶液中, 通过化学反应在金属表面形成不溶性磷酸盐膜的过程。
磷化膜具有微孔结构。
经填充等处理后, 在大气条件中具有较好的抗蚀性; 由于膜层有良好的吸附能力, 被广泛用作涂料的底层; 膜层还有良好的润滑性能, 用作零件的润滑层, 能降低磨擦, 减少表面产生拉伤或裂纹。
十多年以来, 磷化技术的应用领域不断扩大, 工艺不断完善, 特别是性能比较优异的磷化膜层被陆续开发出来。
2基本成膜物质基本成膜物质包括Zn2+ 、Fe2+ 等金属离子,磷酸根离子及一定浓度的游5 ——10 g/ L ( 铁离子不直接添加到磷化液中, 由基材离酸。
一般Zn2++ 1,溶解获得) 。
PO43- 10——25 g/ L,喷淋浓度偏低, 浸渍浓度偏高, pH 值为2.5——3.5, 酸比20——50。
严格控制酸比, 才能获得结晶细密、膜层完整的优质磷化膜。
3磷化工艺流程除油?水洗?表面活化(除锈) ?水洗?干燥?磷化?水洗?皂化?干燥?涂油(1) 除油:有汽油煤油除油和碱性除油，本实验采用碱性除(用碱石灰) ,以消除汽油煤油除油时除油液。
进入工件沙眼中难以清洗干净(易在磷化膜中产生白色或黄色斑点) 的缺点，但碱性除油可使工件表面钝化。
(2) 表面除锈及活化:用1?4 的HCL 除锈并活化,消除碱性除油对工件表面的钝化,以利于成膜。
(3) 磷化:采用浸入式,有利于工件表面成膜均匀致密。
(4) 皂化:磷化后工件表面呈酸性,经皂化(肥皂液) 后,可消除酸性影响,加固磷化膜牢度。
(5) 涂油:用70 # 机油,常温浸渍5min 左右,磷化膜颜色会进一步加深,由原来黑灰色变为黑亮色,外观效果好,对膜层质量起到保护作用。
钢板的磷化
钢板的磷化，特别是在有氧化性促进剂、成膜助剂等多种助剂存在的锌系磷化时，其化学反应过程非常复杂，涉及的反应有：电离、水解、置换、中和、沉淀、络合、氧化、还原等。
磷化膜质量的好坏，对电泳质量的影响非常大，所以对于磷化质量的控制非常重要。
1磷化反应的机理磷化膜通过化学反应形成。
磷化液的主要成分是磷酸，磷酸在水溶液中3次离解，在2 5℃下它们的离解常数如下：由上述离解常数可知：在磷酸水溶液中，(1)式反应容易进行，(3)式反应几乎不能进行。
另外，对应磷酸的3种离解状态，生成3种金属盐。
当金属为Zn、Fe等二价金属时，生成如下所示的3种磷酸盐：第1种磷酸盐：Me(H2PO4)2，又称磷酸二氢盐。
第2种磷酸盐：MeHPO4，又称磷酸一氢盐。
第3种磷酸盐：Me3(PO4)2，又称磷酸氢盐。
一般来说，2价金属的第1种磷酸盐可溶，第2种磷酸盐可溶或难溶，第3种磷酸盐难溶。
磷化处理技术由第1种磷酸金属盐形态的水溶液通过化学反应析出难溶的第3种磷酸盐(式4~6)。
汽车涂装前的磷化处理以锌盐磷化处理为代表。
(7)式和(8)式所示的是生成锌盐磷化膜的平衡反应：(7)式反应在被处理物上进行，钢板界面上的Fe(H2PO4)2浓度增高。
将氧化促进剂亚硝酸盐添加到锌盐磷化液中后，(7)式中Fe(H2PO4)2就成为FePO4，H2变成H2O除去。
根据(7)式的反应，在磷化槽液内的钢板表面上，靠促进剂的作用，氢离子浓度下降，引发(9)式的反应：Fe的浓度高时就生成磷酸二锌铁：2磷化的加速反应2.1磷化反应的加速(1)磷化反应是一个吸热过程，加热有利于反应的进行。
(2)加入氧化性物质(如NO2-、H2O2等)作为去极化剂，其作用是使晶核能够暴露，而不被氢气覆盖;在有氧化性促进剂时，氢原子直接被氧化成水，不影响离子的扩散，形成磷化膜。
2.2磷化膜沉积过程的加速实现反应加速的方法一般是引入结晶晶核。
磷化前的钛盐表面调整，在工件表面形成晶核活性中心，使磷化结晶能够沿晶核生长。
钢铁磷化作业指导书
钢铁磷化作业指导书一、引言钢铁磷化是一种常见的表面处理方法，可用于提高钢铁材料的耐腐蚀性能和润滑性能。
本指导书旨在提供钢铁磷化作业的详细步骤和注意事项，以确保磷化作业的质量和安全。
二、作业前准备1. 确保作业区域干燥、通风良好，并配备必要的消防设备。
2. 检查磷化槽和设备的工作状态，确保其正常运行。
3. 准备所需的磷化液和辅助材料，确保其质量符合要求。
4. 确保作业人员已经接受相关的安全培训，并穿戴好个人防护装备。
三、作业步骤1. 清洗：将待磷化的钢铁材料进行清洗，去除表面的油污和杂质。
可采用碱洗、酸洗或者机械清洗等方法，根据具体情况选择合适的清洗方式。
2. 预处理：将清洗后的钢铁材料进行预处理，以提高磷化效果。
可采用酸洗、活化剂处理等方法，根据磷化液的要求进行预处理。
3. 磷化：将经过预处理的钢铁材料浸入磷化槽中，进行磷化处理。
根据不同的磷化液配方和工艺要求，控制磷化液的温度、浸泡时间和搅拌速度等参数，确保磷化层的质量和均匀性。
4. 中间清洗：在磷化完成后，将钢铁材料进行中间清洗，去除磷化液残留和杂质。
可采用水洗、酸洗或者碱洗等方法，根据具体情况选择合适的清洗方式。
5. 最后处理：将经过中间清洗的钢铁材料进行最后处理，以提高磷化层的质量和耐腐蚀性能。
可采用钝化、封闭剂处理等方法，根据具体要求进行最后处理。
6. 干燥：将处理完成的钢铁材料进行干燥，确保磷化层的质量和稳定性。
可采用自然风干、烘干或者热处理等方法，根据具体情况选择合适的干燥方式。
四、注意事项1. 严格按照磷化液的配方和工艺要求进行操作，避免误操作导致磷化层质量不合格。
2. 在作业过程中，注意观察磷化槽的工作状态，及时调整温度、浸泡时间和搅拌速度等参数，保持磷化液的稳定性。
3. 作业人员应佩戴好个人防护装备，如防护服、手套、护目镜等，避免磷化液对皮肤和眼睛的直接接触。
4. 注意作业区域的通风情况，确保磷化液的挥发物不会对作业人员造成伤害。
钢铁的磷化实验报告
一、实验目的1. 了解钢铁磷化处理的基本原理和工艺流程。
2. 掌握磷化处理对钢铁表面性能的影响。
3. 通过实验验证磷化处理对钢铁的防腐、耐磨、涂装性能的提升效果。
二、实验材料与设备1. 实验材料：A3钢片、磷酸二氢锌、磷酸、硝酸、盐酸、硫酸、脱脂剂、纯碱、表调剂等。
2. 实验设备：磷化槽、磁力搅拌器、加热器、电子天平、干燥箱、计时器等。
三、实验方法与步骤1. 预处理：- 将A3钢片放入脱脂剂中，浸泡10分钟，去除表面的油污。
- 清水冲洗，去除脱脂剂。
- 将钢片放入盐酸溶液中，浸泡5分钟，去除表面的锈迹。
- 清水冲洗，去除盐酸。
- 将钢片放入纯碱溶液中，调节pH值为11-12，进行中和处理。
- 清水冲洗，去除中和液。
2. 磷化处理：- 配制磷化液，按比例混合磷酸二氢锌、磷酸、硝酸等。
- 将处理好的钢片放入磷化槽中，调整磷化液温度至室温。
- 开启磁力搅拌器，使磷化液均匀搅拌。
- 将钢片浸泡在磷化液中，根据实验要求设定浸泡时间。
- 浸泡过程中，观察钢片表面变化，记录磷化过程。
3. 后处理：- 将磷化后的钢片取出，清水冲洗，去除磷化液。
- 将钢片放入干燥箱中，烘干至室温。
四、实验结果与分析1. 磷化膜外观：- 钢铁表面磷化处理后，形成一层灰黑色磷化膜，膜层均匀，无裂纹、气泡等缺陷。
2. 磷化膜厚度：- 使用电子天平称量磷化前后钢片的质量，根据质量差计算磷化膜厚度。
- 实验结果显示，磷化膜厚度约为10-20μm。
3. 磷化膜耐腐蚀性能：- 将磷化后的钢片浸泡在3.5%的NaCl溶液中，观察腐蚀情况。
- 实验结果显示，磷化膜具有良好的耐腐蚀性能，浸泡24小时后，钢片表面无明显腐蚀。
4. 磷化膜耐磨性能：- 使用磨耗试验机对磷化膜进行磨耗试验，记录磨耗量。
- 实验结果显示，磷化膜具有良好的耐磨性能，磨耗量较低。
5. 磷化膜涂装性能：- 将磷化后的钢片进行涂装，观察涂层结合情况。
- 实验结果显示，磷化膜与涂层结合良好，无脱落、起泡等现象。
钢铁的磷化处理
钢铁的磷化处理一、概述钢铁零件在含有锰、铁锌、钙的磷酸盐溶液中，进行化学处理，使其表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法，叫做磷化处理（或称磷酸盐处理）。
二、磷化膜的外观及组成1、外观：由于基体材料及磷化工艺的不同可由深灰到黑灰色，特殊工艺可实现纯黑色、红色及彩色。
2、组成：磷酸盐[Me3(PO4)2]或磷酸氢盐(MeHPO4)晶体组成。
三、特点1、大气条件下稳定，与钢铁氧化处理相比，其耐腐蚀性较高，约高2-10倍，再进行重铬酸盐填充，浸油或涂漆处理，能进一步提高其耐腐蚀性。
2、具有微孔隙结构，对油类、漆类有良好的吸附能力。
3、对熔融金属无附着力。
4、磷化膜有教高的电绝缘性能。
5、厚度一般为10-20μm，因为磷化膜在形成过程中相应地伴随着铁进行溶解，所以尺寸改变较小。
四、用途1、防腐。
2、涂装底层，润滑性，再冷变形加工工艺中，能氧化摩擦，减少加工裂纹和表面拉伤。
3、要用来防止粘附低熔点的熔融金属。
4、变压器、电机的转子、定子及其他电磁装置的硅钢片均用磷化处理，而原金属的机械性能、强度、磁性等基本不变。
五、小结所需用的设备简单，操作方便，成本低，生产效率高，保护膜又有不少优点，因此在汽车、船舶、机器制造及航空工业都得到广泛的应用。
六、磷化种类用于生产的磷化处理方法有：高温、中温、低温的磷化处理，四合一磷化处理及黑色磷化处理等。
1、高温磷化处理：在90-98℃的温度下进行，溶液的游离酸度于总酸度的比值为1∶6-9，处理时间为15-20分钟。
特点：耐腐蚀性、结合力、硬度和耐热性都比较高，速度快，磷化膜粗细均匀。
溶液加热时间长，挥发量大，成分变化快，磷化膜易夹杂沉淀，沉淀物难清理。
2、中温磷化处理：在60-70℃的温度下进行。
溶液游离酸度与总酸度比值为1∶（10-15），处理时间为7-15分钟。
特点：溶液稳定，磷化速度快，生产效率高，容易成分复杂，难配制。
3、常温磷化处理：在室温下进行，溶液的游离酸度与总酸度的比值为1∶（20-30），处理时间为10-15分钟。
实验19钢铁的磷化处理
实验17 钢铁的磷化处理一. 实验目的；1. 掌握钢铁磷化的基本原理。
2. 了解磷化处理溶液的配制方法及磷化处理的实验操作。
2.了解磷化处理的应用意义。
二.实验原理：钢铁零件在含有锰，铁，锌的磷酸溶液中，进行化学处理，其表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法叫磷化处理，亦称磷酸盐处理。
磷化膜的外观，由于试件材料不同及磷化处理的条件不同可由暗灰到黑灰色。
磷化膜的主要成分由磷酸盐Me3 （PO4）2或磷酸氢盐（MeHPO4）的晶体组成。
氧化膜在通常大气条件下较稳定,与钢的氧化处理相比,其耐蚀性较高, 约高2 〜1 0倍。
磷化处理之后,进行重铬酸盐填充,浸油涂漆处理,能进一提高耐蚀性。
磷化处理有高温（90〜98C）,中温（50〜70r）和常温（15〜30C）三种处理方法。
常用的磷化方法有浸渍法和喷淋法。
不管采用哪种方法进行磷化处理，其溶液都含有三种主要成分:1. H3PO4 （游离态），以维持溶液pH值。
2. Me （H2PO4）2, Me= Mn、Zn，等3. 催化剂（即氧化剂）NO3—, ClO3—, H2O2等。
钢铁进行磷化处理时，大致有如下反应历程:锰、锌系磷酸盐膜化学反应机理在97〜99C下加热1h,在Mn（H2PO4）2溶液中发生如下的电离反应:Mn(H2PO4)2T MnHPO4 J + H3PO4在反应平衡后，溶液中存在一定数量的磷酸分子、不溶性的MnHPO4 及未电离的Mn （H2PO4）2分子。
当把Fe浸入此溶液之中，则发生以下化学反应：H3PO4 + Fe = Fe(H2PO4)2 + H2Fe(H2PO4)2 = FeHPO4 + H3PO4由于H2的析出，溶液的pH值升高，因此，Mn（H2PO4）2的电离反应会继续进行，反应向生成难溶磷酸盐的方向移动。
这些不溶性的仲磷酸锰MnHPO4 大部分沉淀在工件的表面上，少部分可能从溶液中沉淀成泥浆，大部分还是在金属表面沉积成为磷化膜层。
钢铁的磷化处理
钢铁的磷化处理一、磷化与磷化膜金属在含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中进行化学处理，使金属表面生成一层难溶于水的结晶型磷酸盐保护膜方法，称为磷酸盐处理，也称磷化处理。
磷化膜主要成分是Fe 3（PO 4）2、Mn 3（PO 4）2、Zn 3（PO 4）2，厚度一般为1～50μm ，具有微孔结构，膜的颜色一般由浅灰到黑灰色，有时也可呈彩虹色。
磷化膜层与基体结合牢固，经钝化或封闭后具有良好的吸附性、润滑性、耐蚀性及较高的绝缘性等，广泛应用于汽车、船舶、航空航天、机械制造及家电等工业生产中，如用作涂料涂装的底层、金属冷加工时的润滑层、金属表面保护层以及硅钢片的绝缘处理、压铸模具的防粘处理等。
图6-19所示为经过磷化处理的零部件。
图6-19 经过磷化处理后的零部件涂装底层是磷化的最大用途所在，占磷化总工业用途的60%～70%，如汽车行业的电泳涂装。
磷化膜作为涂漆前的底层，能提高漆膜附着力和整个涂层体系的耐蚀能力。
磷化处理得当，可使漆膜附着力提高2～3倍，整体耐蚀性提高1～2倍。
图6-20所示为涂装底层的汽车磷化处理。
二、钢铁的磷化工艺目前用于生产的钢铁磷化工艺按磷化温度可分为高温磷化、中温磷化和常温磷化三种，膜厚度一般为5～20μm ，且朝着中低温磷化方向发展。
按磷化成膜体系主要分为：锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系、非晶相铁系六大类。
（1）钢铁磷化种类 钢铁磷化分为高温磷化、中温磷化和常（低）温磷化。
图6-20 涂装底层的汽车磷化处理1）高温磷化的工作温度为90～98℃，处理时间为10～20min。
其优点是磷化速度快，膜层较厚；膜层的耐蚀性、结合力、硬度和耐热性都比较好；缺点是工作温度高，能耗大，溶液蒸发量大，成分变化快，常需调整；膜层容易夹杂沉淀物且结晶粗细不均匀。
高温磷化主要用于要求防锈、耐磨和减摩的零件，如螺钉、螺母、活塞环、轴承座等。
2）中温磷化的工作温度为50～70℃，处理时间为10～15min。
其优点是磷化速度较快，膜层的耐蚀性接近高温磷化膜，溶液稳定，磷化速度快，生产效率高，目前应用较多；缺点是溶液成分较复杂，调整麻烦。
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Metal grains
Amorphous precipitation
B段：电势变正，形成磷化膜非晶底层 3Me(H2PO4)2 → Me3(PO4)2 ↓+ 4H3PO4
a' 段：基体金属还在继续溶解 Fe + 2H3PO4→Fe(H2PO4)2 + H2↑
Iron phosphate
C段：电势缓慢变正，对应磷化膜的形成过程
1~60
锰系 铁系 锌钙系
1~60 5~10 1~15
[Zn2Ca(PO4)2•2H2O 浅灰→深灰 ] 结晶状 [Zn2Fe(PO4)2•4H2O] [ZnFe Mn (PO4)2•4H2O] Fe2O3 [Fe3 (PO4)2•8H2O] 灰→深灰结 晶状
锌锰系
1~60
碱金属轻铁系
暗灰彩红色 0.5~1.0 无定型
• 磷化膜由一系列大小不同的晶体所组 成 • 在晶体的连结点上形成具有细小裂缝 的多孔结构 • 多孔的晶体结构使钢铁件表面的耐蚀 性、吸附性、减摩性等得以改善
(a)锌系钼酸盐复合磷化膜
(b) 锌系钒酸盐复合磷化膜
• 磷化膜的厚度一般在1～50mm
• 具有良好的高温耐蚀性，在200～300 ℃仍具有一定的耐蚀性 • 温度过高（达450℃），膜层防蚀能力 显著下降 • 大气及矿物油、动植物油、苯、甲苯 等有机气氛中均具有很好的抗蚀能力 • 在酸、碱、雨水及水蒸气中耐蚀性能 差
铁系
P P比 100 % PH
P+H——磷化膜总量 H——Zn3(PO4)2· 4H2O P——除Zn3(PO4)2· 4H2O以外的物质
P—Zn2Fe(PO4)2· 4H2O （磷叶石，Phosphophyllite，[fsfu'filait]） H—Zn3(PO4)2· 4H2O （磷锌矿，Hopeite，[həu'pait] ） P比越高的磷化膜，其耐酸碱、防腐蚀性能越好
中等膜型
1.1~10.0
厚膜型
＞10.0
锌系
《钢板常温锌系磷化》 电镀与环保，2010
按磷化温度
• • • •
高温磷化（80~98℃） 中温磷化（60~75℃） 低温磷化（35~55℃） 常温磷化（不加温）
按促进剂类型
• • • • •
硝酸盐型 氯酸盐型 亚硝酸盐型 有机氮化合物型：硝基胍 钼酸盐型
过氧化氢
在磷化液中不稳定 ，必须经常添加， 磷化调节严格
• 阳离子改性剂 • 降渣剂。包括：配位剂、防垢剂、缓 蚀剂、添加剂
【思考】
• 磷化工艺的各种因素可能对磷化过程和磷 化膜产生什么影响？
因素 总酸度 游离酸度 作用 用量或程度 过高 过低 过高 过低 过高 过低 失控 过高 过低 影响
温度
• 机械强度不高，有一定的脆性 • 磷化过程伴随析氢，被处理的是受力件或 对氢脆敏感的材料，磷化时要考虑氢脆
• 耐蚀防护用磷化膜 – 防护用磷化膜。常用于钢铁件耐蚀 防护处理，磷化膜类型可选用锌系 或锰系，磷化后需涂防锈油、脂、 腊等 – 油漆底层用磷化膜。用于增强漆膜 与钢铁工件的附着力及防护性，提 高涂层质量，可选用锌系或锌钙系 磷化
Me(H2PO4)2 ⇌ MeHPO4 ↓ + H3PO4 3MeHPO4 →Me3(PO4)2↓ + H3PO4 2Zn2+ + Fe2+ + 2PO43- +4H2O → Zn2Fe(PO4)2•4H2O ↓ 3Zn2+ + 2PO43- +4H2O → Zn3(PO4)2•4H2O ↓
(Zn,Fe)3(PO4)2•4H2O Zn3(PO4)2•4H2O
按磷化膜厚度
类型 薄膜型 膜厚(g/m2) ≤1.0 膜的主要组成 用途 磷酸铁、磷酸钙 较大形变钢铁工件 或其他金属的磷 的涂装底层或耐蚀 性要求较低的涂装 酸盐 底层 磷酸锌和（或） 基本不发生形变的 其他金属的磷酸 钢铁工件的涂装底 盐 层 磷酸锌、磷酸锰 防锈用，不宜用作 和（或）其他金 涂装底层 属的磷酸盐
• 减磨用磷化膜。起润滑作用，降低摩 擦系数。选用锰系、锌系磷化膜 • 电绝缘用磷化膜。电机及变压器用的 硅钢片经磷化处理可提高电绝缘性能， 选用锌系磷化膜
按磷化膜种类
• • • • •
锌系磷化 锌钙系磷化 锌锰系磷化 锰系磷化 铁系磷化
类型
磷化液主要成分
磷化膜主要组成
膜层外观
膜厚 (g/m2)
按磷化液沉渣量
• 多渣型磷化液 • 低渣型磷化液
按促进剂加入方式
• 内含促进剂型磷化液 • 促进剂单独补加型磷化液
按成膜机制
• 转化型磷化：溶液对金属基体腐蚀，由金
属基体提供阳离子与溶液中PO43-的结合成 膜的磷化（如铁系膜）
• 伪转化型磷化：膜中主要阳离子（锌、锰
、铬）由溶液提供的磷化
基本组成： • 碱金属或重金属磷酸二氢盐 Me(H2PO4)2 （Me为Zn2+、Mn2+、Fe2+ 、Ca2+等） • 氧化性促进剂 • 游离磷酸
38CrMoAl(调质后气体渗氮)氮化层形貌图
含氮马氏体和颗粒 状氮化物，黑色为 晶界区域
锌系浸渍磷化
• 具有较高的电绝缘性能，厚度10μm的 磷酸盐膜的电阻约为5×107Ώ • 经浸油或涂漆后绝缘性能将会更高 • 应用：制造电动机和变压器铁芯的各 个铁片上，覆盖一层合适的磷化膜， 能遏制涡流电流的扩展，将功率损失 减至最小程度
• D段：对应磷化膜重结晶，结构重组
【思考】
• 如何利用磷化机理指导磷化配方与磷 化工艺的设计
(1)如何提高磷化反应速度？ (2)如何控制磷化沉渣？
提高磷化反应速度
• 适当的氧化性促进剂 • 较低的H+浓度 • 较多的成核活性点
控制磷化沉渣
• 避免H+浓度太高 • 避免促进剂氧化能力过强
条件：
• 微阳极区反应： Fe － 2e－ → Fe2+
Fe+ 2ZnPO4 － → FeZn2(PO4)2↓ +2e－
（ Zn(H2PO4)2 ⇌ ZnPO4— ＋2H+ ）
• 微阴极区反应：
2H+ + 2e → H2↑
Edward Ghali Laval University Canada
磷化膜成膜的电位-时间曲线示意图
耐蚀性好
耐蚀性中
耐蚀性差
《25Cr2Ni4WA合金钢高温锰系磷化工艺》 材料保护，2010
• 冷加工润滑用磷化膜。采用锌系磷化 膜，单位面积上膜层重量依使用场合 而定 – 钢丝、焊接钢管的拉拔，磷化膜的 质量为1～10 g/m2 – 精密钢管拉拔，磷化膜的质量为4～ 10 g/m2 – 钢铁工件冷挤压成型，磷化膜的质 量为＞10 g/m2 – 深冲成型，磷化膜质量为1～10 g/m2
• 磷化处理后，其基体金属的硬度、磁 性等均保持不变 • 对高强度钢，在磷化处理后必须进行 除氢处理（温度130～200℃，时间1～ 4h）
氢脆是溶于钢中的氢，聚合为氢分子，造成应力集中，
超过钢的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹，又称 白点。氢脆只可防，不可治。氢脆一经产生，就消除 不了。在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如 电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(10-6量级)在内部 残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。 在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热 到200℃以上数小时，可使内氢减少)恢复钢材的性能。
• 大气条件下稳定，本身耐蚀性不高，但经 封闭填充、浸油或涂漆处理后耐蚀性提高
• 具有微孔，占膜体积的1.5％左右，因 毛细吸附现象和化学吸附作用决定了 磷化膜对油类、漆类有良好的吸附性 能
• 对熔融金属（锡、 铝、锌）的附着力 差，可用来防止零 件粘附低熔点的熔 融金属 • 应用：钢铁零件渗 氮时，采用镀锡保 护不需要渗氮的部 分，为防止锡在高 温时流入渗氮面， 在准备渗氮的表面 可进行磷化处理
Zn2+
Fe2+ 氧化剂
因素
用量或 程度 总酸度 化合酸和游离 过高 酸浓度的总和。过低 提高总酸度能 加速磷化反应， 膜层薄而致密 游离酸 指磷化液中游 过高 度 离态氢离子浓 度
作用
影响 膜层太薄 磷化速度慢，膜层厚 而粗糙
过低
磷化反应时间延长， 磷化膜结晶粗大多孔， 耐蚀性降低，亚铁离 子含量容易升高，溶 液中沉淀物容易增加 磷化膜薄，甚至没有 磷化膜
→
磷化膜：
• 种类 • 厚度 • 表面密度 • 结构 • 颜色
• 基体材料 • 工件的表面状态 • 磷化液组成 • 工艺条件
分类 锌系
磷化液主要 成分 Zn(H2PO4)2
磷化膜主要组成 Zn3(PO4)2· 4H2O Zn2Fe(PO4)2· 4H2O
膜层外观 浅灰至深 灰色
膜层形貌 树枝状，针状 孔隙较多
测定： 取磷化液10ml，用0.1mol/L NaOH溶液滴 定。 • 若以酚酞为指示剂，则变色时消耗的 氢氧化钠的毫升数为“总酸度”值， 记为“点” • 若以甲基橙为指示剂，则变色时消耗 的氢氧化钠的毫升数为“游离酸度” 值，记为“点”
锌系
Zn(H2PO4)2 Mn(H2PO4)2 Fe(H2PO4)2 Fe(H2PO4)2 Zn(H2PO4)2 Ca(H2PO4)2 Zn(H2PO4)2 Mn(H2PO4)2 NaH2PO4 NH4H2PO4
[Zn2(PO4)2•4H2O] 浅灰→深灰 [Zn2Fe(PO4)2•4H2O] 结晶状 [Mn2 Fe (PO4)2•4H2O] [Fe3 (PO4)2•8H2O] 灰→深灰结 晶状 深灰结晶状
• 磷化膜的主要成分 – 磷酸盐和磷酸氢盐 • 磷化膜的颜色 – 随着基体材料及磷化工艺的不同由 浅灰到黑灰色