钢铁材料的磷化生产
钢铁磷化作业指导书
钢铁磷化作业指导书
一、引言
钢铁磷化作业是一种常见的表面处理工艺，旨在提高钢铁制品的耐腐蚀性能和外观质量。本指导书旨在为操作人员提供详细的作业指导，确保磷化作业的安全、高效进行。
二、作业准备
1. 确定作业区域：选择宽敞、通风良好的作业区域，确保操作人员的安全。
2. 准备所需设备和材料：
- 磷化液：根据钢铁材料的种类和要求选择合适的磷化液。
- 清洗剂：用于清洗钢铁表面的杂质和油脂。
- 酸洗液：用于去除钢铁表面的氧化层。
- 防腐剂：用于保护磷化后的钢铁制品。
- 清洗设备：包括清洗槽、喷淋设备等。
- 安全设备：如防护眼镜、手套、防护服等。
- 钢铁制品：待磷化的钢铁制品。
三、作业步骤
1. 清洗工序：
a. 将钢铁制品放入清洗槽中，确保表面无油脂和杂质。
b. 使用清洗剂喷淋或浸泡钢铁制品，彻底清洗表面。
c. 冲洗钢铁制品，确保清洗剂完全清除。
2. 酸洗工序：
a. 将清洗后的钢铁制品放入酸洗槽中，去除表面的氧化层。
b. 注意酸洗液的浓度和温度，根据材料要求进行调整。
c. 冲洗钢铁制品，确保酸洗液完全清除。
3. 磷化工序：
a. 将酸洗后的钢铁制品放入磷化槽中，进行磷化处理。
b. 注意磷化液的浓度和温度，根据材料要求进行调整。
c. 确保钢铁制品在磷化液中浸泡的时间达到要求。
d. 可根据需要对钢铁制品进行机械搅拌，以提高磷化效果。
4. 冲洗工序：
a. 从磷化槽中取出磷化后的钢铁制品，进行冲洗。
b. 使用清水彻底冲洗钢铁制品，确保磷化液完全清除。
c. 可使用压缩空气吹干钢铁制品，确保无水迹残留。
5. 防腐处理：
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
钢铁的锌系磷化
钢铁的锌系磷化
介绍
钢铁的锌系磷化是一种常用的防腐涂层技术。通过在钢铁
表面形成一层锌系磷化膜，可以有效地提高钢铁的耐腐蚀性能。本文将介绍钢铁的锌系磷化的原理、应用场景以及制备方法。
原理
钢铁的锌系磷化是一种化学转化涂层技术，通过在钢铁表
面形成一层磷酸盐的膜，可以降低钢铁表面的电极电位，形成一种阴极保护的效果。同时，在磷化膜的表面还可形成一层锌层，进一步提高防腐性能。
钢铁的锌系磷化的防腐机理主要有以下几个方面：
1.阴极保护：磷酸盐膜具有一定的电阻性，可以降低
钢铁表面的电极电位，从而形成一种阴极保护的效果，延
缓钢铁表面的腐蚀速度。
2.锌层保护：在磷化膜的表面形成一层锌层，可以进
一步提高防腐性能。锌具有较高的阳极溶解电位，可以起
到防腐的作用。
3.磷酸盐膜的吸附能力：磷酸盐膜具有良好的吸附能
力，可以与钢铁表面的氧化铁发生反应，形成一个致密的磷酸盐膜。这种膜具有很好的附着力和耐腐蚀性能。
应用场景
钢铁的锌系磷化技术广泛应用于钢结构、汽车零部件、船舶、建筑材料等领域。主要用于提高钢铁材料的耐腐蚀性能，延长使用寿命。具体应用场景包括：
1.钢结构：钢结构在室内外环境下易受到腐蚀，通过
施加锌系磷化涂层可以有效延缓腐蚀速度，提高钢结构的耐久性。
2.汽车零部件：汽车零部件常暴露在潮湿、多灰尘的
环境中，易受到腐蚀影响。通过施加锌系磷化涂层可以提高零部件的耐腐蚀性能，延长使用寿命。
3.船舶：船舶在海洋环境中容易受到海水腐蚀。通过
施加锌系磷化涂层可以提高船舶的耐腐蚀性能，延长使用寿命。
4.建筑材料：建筑材料在室外环境下易受到大气环境
钢铁的磷化PPT课件
含氮马氏体和颗粒 状氮化物，黑色为 晶界区域
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锌系浸渍磷化
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• 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
产物无害，在磷化液 作用低，不除铁 中稳定，除去磷化液 中的氢
产物无害，除去磷化 在磷化液中不稳定 液中铁和氢，作用大 ，必须经常添加，
磷化调节严格
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• 阳离子改性剂 • 降渣剂。包括：配位剂、防垢剂、缓 蚀剂、添加剂
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【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？
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类型
磷化液主要成分 磷化膜主要组成
膜厚 膜层外观 (g/m2)
锌系 锰系 铁系 锌钙系 锌锰系 碱金属轻铁系
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
深灰色
颗粒-针状-块状 混合晶型，孔 隙较少
磷化处理工艺
磷化处理工艺
磷化处理是一种金属表面处理技术，广泛应用于钢铁、铝、镁等金属的防腐和装饰。本文将详细介绍磷化处理工艺的原理、流程和影响因素。
一、磷化处理原理
磷化处理是指在金属表面形成一层磷酸盐薄膜的过程。该薄膜主要由金属磷酸盐组成，具有较高的耐腐蚀性和装饰性。磷化处理过程中，金属表面与磷化液中的磷酸、氧化剂等发生化学反应，生成一层致密的磷酸盐薄膜。
二、磷化处理流程
1.预处理：去除金属表面的油污、锈蚀等杂质，以提高磷化的效果。
2.酸洗：用酸洗液清洗金属表面，去除氧化层和锈蚀，为磷化处理做准备。
3.磷化：将金属表面浸泡在磷化液中，形成一层磷酸盐薄膜。
4.清洗：用清水冲洗金属表面，去除残留的磷化液和杂质。
5.干燥：将金属表面烘干，以防止生锈和影响后续加工。
三、磷化处理影响因素
1.金属材质：不同材质的金属对磷化的反应不同，如钢铁、铝、镁等金属的磷
化处理效果存在差异。
2.磷化液成分：磷化液的成分对磷化效果有重要影响，包括磷酸、氧化剂、促
进剂等成分的选择和配比。
3.处理温度和时间：处理温度和时间对磷化效果也有重要影响，温度过高或过
低、时间过长或过短都可能影响磷化效果。
4.表面预处理：金属表面的预处理对磷化效果也有很大影响，如油污、锈蚀等
杂质的去除程度直接影响磷化效果。
5.环境湿度：环境湿度对磷化效果也有一定影响，湿度过高可能导致磷化膜质
量下降。
四、磷化处理的应用
1.防腐：磷化膜具有较高的耐腐蚀性，可用于钢铁、铝、镁等金属的防腐处
理。例如，在建筑、船舶、汽车等领域，磷化处理被广泛应用于金属结构的防腐保护。
钢铁磷化处理技术的发展和应用
谢谢观看
1、开发新型环保的磷化处理技术。针对现有磷化处理过程中存在的环境污 染问题，开发新型环保的磷化处理技术是未来的重要研究方向之一。例如，探索 更加环保的磷化剂、优化磷化工艺参数等。
2、提高磷化膜的综合性能。针对现有磷化膜耐高温性能较差的问题，未来 可以研究新型的磷化膜材料和制备方法，以提高其综合性能。例如，采用高分子 材料制备磷化膜、开发新型的磷化液配方等。
1、提高钢铁表面的耐腐蚀性。经过磷化处理的钢铁表面形成了一层致密的 磷化膜，可以有效地阻止腐蚀性物质的侵入，从而提高其耐腐蚀性。
2、提高钢铁表面的耐磨性。磷化处理后的钢铁表面形成了一层硬质耐磨层， 可以有效地提高其耐磨性，延长使用寿命。
3、提高钢铁表面的装饰性。磷化处理后的钢铁表面呈现出美丽的金属光泽， 可以用于各种装饰领域。
2、绿色环保
绿色环保是当前和未来磷化处理技术发展的重要方向。采用环保型磷化处理 工艺，减少对环境的污染和对人体健康的影响，同时开发绿色环保的磷化添加剂 和无污染的表面处理技术，是未来研究的重要方向。
3、智能化
智能化是当前和未来磷化处理技术的发展趋势。通过引入新型的传感器、自 动化设备和人工智能技术，实现对磷化处理过程的实时监控和智能控制，提高磷 化处理效果和产品质量的同时，降低生产成本和能源消耗。
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。
冷轧钢板磷化工艺流程
冷轧钢板磷化工艺流程
冷轧钢板磷化工艺流程
冷轧钢板磷化是将金属表面与磷化液反应，产生一层磷化物保护层的化学处理方法。
它广泛应用于钢铁制品、汽车、电器、建筑等行业，在对钢材表面进行防腐蚀、电气绝缘、增强涂层附着力等领域有广泛应用。
整体工艺流程：
1. 预处理：钢板表面去油、浸蚀，使得其在后续的磷化液处理中更易于形成磷化保
护层。
2. 缸槽清洗：将钢板放置于洗涤槽内，进行浸泡清洗，去除不纯物质。
3. 磷酸浸泡：将钢板放入磷酸液中浸泡，使其表面与磷酸进行反应。
4. 洗涤处理：将钢板取出，用热水或冷水进行冲洗。
5. 中和处理：将钢板放入中和液中，对其进行中和处理。
6. 工艺完成：将钢板取出，进行烘干处理。
详细描述：
1. 预处理
在钢板进行磷化处理之前，首先需要进行预处理。预处理是为了去除钢板表面的不纯
物质，使得钢板表面更加纯净，更有利于其与磷化液之间产生化学反应。预处理主要分为
去油和浸蚀两个步骤。
去油处理是指用特殊的化学药品去掉钢板表面的油脂。在去油处理之前，需要先进行
清洗，用水冲洗钢板表面，去除表面的灰尘和杂物。然后加入去油剂，将钢板放入去油槽
内进行浸泡处理，时间一般为1-2分钟。去油后，需要再次用水进行冲洗，保证钢板表面
绝对干净。
浸蚀处理是指将钢板放入浸蚀液中进行处理，使其表面形成钝化层，从而提高其抗腐
化能力。浸蚀液的成分通常为硝酸和氢氟酸，浸蚀液的温度一般在30℃左右，浸泡时间为5分钟左右。浸蚀后，再次用水清洗表面，确保表面干净无油。
2. 缸槽清洗
将经过预处理的钢板放入清洗槽内进行清洗，清除表面残留物。
钢铁的化学氧化处理和磷化处理
7.2 钢铁的化学氧化处理和磷化处理
7.2.1、钢的氧化处理
钢的氧化处理(又称发蓝或发黑):钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理，使其表面生成一层均匀的蓝黑到黑色膜层的过程。
根据处理温度的高低，钢铁的化学氧化可分为高温化学氧化法和常温化学氧化法。这两种方法所用处理液成分不同，膜的组成不同，成膜机理也不同。
1.钢铁高温化学氧化(碱性化学氧化)
<1>化学反应机理：高温化学氧化是传统的发黑方法，一般是在强碱溶液里添加氧化剂（如硝酸钠和亚硝酸钠），在140ºc左右的温度下处理15～90分钟，生成以F e3O4为主要成分的氧化膜，膜厚一般为0.5～1.5微米，最厚可达2.5微米。氧化膜具有较好的吸附性。将氧化膜浸油或做其他后处理，其耐蚀性能可大大提高。由于氧化膜很薄，对零件尺寸和精度几乎没有影响，因此在精密仪器、光学仪器、武器及机器制造业中得到广泛应用。其化学反应机理为：
3F e＋N a N O2＋5N a O H－－>3N a2F e O2＋H2O＋N H3
6N a2F e O2＋N a N O2＋5H2O－－>3N a2F e2O4＋7N a O H＋N H3
N a2F e O2＋N a2F e2O4＋2H2O－－>F e3O4+4N a O H
在钢铁表面附近生成的F e3O4，其在浓碱性溶液中的溶解度极小，很快就从溶液中结晶析出，并在钢铁表面形成晶核，而后晶核逐渐长大形成一层连续致密的黑色氧化膜。
在生成F e3O4的同时，部分铁酸钠可能发生水解而生成氧化铁的水合物
N a2F e2O4＋（m＋1）H2O－－>F e2O3·m H2O+2N a O H
磷化处理工艺
磷化处理工艺
关于磷化处理工艺
1 防锈磷化工艺
磷化工艺的早期应用是防锈，钢铁件经磷化处理形成一层磷化膜，起到防锈作用。经过磷化防锈处理的工件防锈期可达几个月甚至几年（对涂油工件而言），广泛用于工序间、运输、包装贮存及使用过程中的防锈，防锈磷化主要有铁系磷化、锌系磷化、锰系磷化三大品种。
铁系磷化的主体槽液成分是磷酸亚铁溶液，不含氧化类促进剂，并且有高游离酸度。这种铁系磷化处理温度高于9 5℃，处理时间长达30min以上，磷化膜重大于10g/m2,并且有除锈和磷化双重功能。这种高温铁系磷化由于磷化速度太慢，现在应用很少。
锰系磷化用作防锈磷化具有最佳性能，磷化膜微观结构呈颗粒密堆集状，是应用最为广泛的防锈磷化。加与不加促进剂均可，如果加入硝酸盐或硝基胍促进剂可加快磷化成膜速度。通常处理温度80～100℃，处理时间10～20min，膜重在7.5克/m2以上。
锌系磷化也是广泛应用的一种防锈磷化，通常采用硝酸盐作为促进剂，处理温度80～90℃，处理时间10～15min，磷化膜重大于7.5g/m2,磷化膜微观结构一般是针片紧密堆集型。
防锈磷化一般工艺流程：
除油除锈——水清洗——表面调整活化——磷化——水清洗——铬酸盐处理——烘干——涂油脂或染色处理
通过强碱强酸处理过的工件会导致磷化膜粗化现象，采用表面调整活化可细化晶粒。锌系磷化可采用草酸、胶体钛表调。锰系磷化可采用不溶性磷酸锰悬浮液活化。铁系磷化一般不需要调整活化处理。磷化后的工件经铬酸盐封闭可大幅度提高防锈性，如再经过涂油或染色处理可将防锈性提高几位甚至几十倍，见表1。
钢铁零件磷化缺陷原因分析及解决方案
钢铁零件磷化缺陷原因分析及解决方案
钢铁材料作为工业生产中常用的原材料之一，广泛应用于汽车、机械、航空航天等领域。而在钢铁材料进行加工过程中，为了提高其表面的防腐性能和使用寿命，通常会进行
磷化处理。磷化过程中出现的缺陷问题一直困扰着生产制造企业。本文将对钢铁零件磷化
缺陷的原因进行分析，并提出解决方案，以期能够解决这一难题，提高产品质量和生产效率。
1. 工艺参数不当：在钢铁零件的磷化处理过程中，如果磷化剂的浓度、温度、PH值
等工艺参数控制不当，就会导致磷化层的均匀度不佳，甚至出现斑驳、脱落等缺陷。
2. 钢铁材料质量不良：钢铁材料的表面质量不良，如存在氧化皮、油污等杂质，会
影响磷化剂与基体金属的反应，导致磷化层的质量不达标，出现缺陷。
3. 磷化剂配方问题：磷化液的配方中，磷化剂、促进剂、缓蚀剂等成分比例不合理，或者使用的磷化液质量不合格，都会在磷化过程中引起问题，导致磷化层质量不佳。
4. 磷化处理工艺控制不严：在磷化处理过程中，处理时间、温度、浸泡性等工艺控
制不严，会导致磷化层的厚度、致密性、结晶度等不达标，形成磷化缺陷。
5. 配件形状设计不当：有些钢铁零件的形状复杂、结构特殊，不易达到均匀的磷化
处理，容易形成磷化缺陷。
1. 严格控制磷化工艺参数：制定科学合理的磷化工艺流程，严格控制磷化液的浓度、温度、PH值等参数，确保每一道工序都按照标准操作，避免出现磷化缺陷。
2. 提高钢铁材料表面质量：在进行磷化处理前，对钢铁材料的表面进行清洗、脱脂、除锈等处理，确保表面质量良好，避免表面杂质影响磷化效果。
钢铁磷化生产工艺与成本核算
钢铁磷化生产工艺与成本核算
（周生电镀导师）
钢铁市场用量大，对保护钢铁件的腐蚀意义重大。钢铁磷化分为普通磷化和三元锰系磷化，锰系磷化有更好的盐雾和外观。其生产方法如下。
生产工艺：
1周生导师之@（Q）：（3）（8）（0）（6）（8）（5）（5）（0）（9）。
1、将磷酸倒入电动塑料槽内，加入500公斤的水，电力搅拌30秒。
2、将磷酸氢二钠倒入1内，电力搅拌溶解直至澄清约15分钟。
3、将钼酸铵、钼酸钠的加入2中，搅拌溶解完。
4、再加入硫酸铜电力搅拌溶解澄清约4分钟。
5、最后加入硼酸和氟化钠搅拌均匀，将余量的水补齐，电力搅拌，待溶液澄清后约8分钟可关机，测溶液密度为1.18时即可装桶。
注意事项：1、操作时必须戴耐酸碱的胶皮手套（不准徒手或只戴线手套），要戴防护眼镜，注意保护眼镜。2、期搅拌时，要将容器盖好，防溶液飞溅伤人。周生导师之（W）（X）：（1）（3）（6）（5）（7）（2）（0）（1）（4）（7）（0）
成本核算：原料价：2.20运费价：0.3包装费：0.40 不含桶价：2.3 含桶价：2.9检测指标：外观：无色透明液体比重：1.17±0.02g/ml PH值：1.0—1.5 6%工作液（初）游离酸度：4.0±0.5 总酸度：18.0±1
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磷化处理工艺流程 磷化常见问题及处理方法
磷化处理工艺流程磷化常见问题及
处理方法
磷化处理
磷化处理是一种化学反应，在表面形成一层膜（磷化膜）的一种表面处理工艺。
磷化处理工艺主要用在金属表面，目的也是为金属表面提供一层保护膜，让金属与空气隔绝，防止其被腐蚀；还会用于一些产品涂漆之前的打底，有了这层磷化膜能够提高漆层的附着力和防腐蚀能力，提高装饰性让金属表面看起来更漂亮，并且还能够在部分金属冷加工过程中起到润滑的作用。
经过磷化处理后能让工件在很长时间内不会氧化生锈，所以磷化处理的应用非常广泛,也是常用的一种金属表面处理工艺,在汽车,船舶，机械制造等行业中应用越来越多。
但磷化处理也有着溶液沉渣多，表面粗糙，磷化温度较高，时间长以及成本较高的缺点。
磷化的发展历史
其实磷化处理工艺发展至今已经有很长时间了，它应该是现代金属表面处理中，发明时间较早的一种，其发展也经过了不同的时期。
在1869年的英国，有人就发现了磷化膜可以用在金属表面，能有效的保护金属长时间不被腐蚀，并且当时还将其申请了专利，这也为磷化处理的技术和发展奠定了基础。
从20世纪初开始，磷化处理开始用在工业产品中，这也促进了磷化工艺的发展和进步，从此磷化处理得到了快速的发展和进入实际应用时期。
到了现代，为了适应各种需求，磷化处理工艺也在不断的改进，主要是向着低温，低渣，环保无毒的方向发展。
磷化的分类及应用
通常情况下，一种表面处理后都是呈现出一种颜色，但是磷化处理可以根据实际需求，通过使用不同的磷化剂就会呈现不同的颜色，这也就是我们经常会看到磷化处理有灰色，彩色或者是黑色。
铁系磷化
钢制磷化镀铬工艺流程
钢制磷化镀铬工艺流程
钢制磷化镀铬工艺流程主要包括以下几个步骤：
1.预处理：
•除油：使用清洗剂或碱性除油剂，以去除钢材表面的油污和杂质。
•水洗：用清水冲洗，确保钢材表面无残留除油剂。
•除锈：若钢材表面有生锈，需进行除锈处理，如使用酸洗或机械除锈方法。
•再次水洗：除锈后，用清水冲洗，确保表面无残留除锈剂。
1.磷化处理：
•将钢材浸入磷化液中，磷化液中的磷酸盐与钢材表面的铁离子发生化学反应，生成磷化膜。磷化膜能增强钢材表面的耐腐蚀性和附着力。
•磷化后，用清水冲洗，去除磷化液残留。
1.干燥：
•将磷化后的钢材进行干燥，确保表面无水分。
1.镀铬处理：
•预处理：再次对钢材表面进行清洗和活化，以提高镀铬层的附着力。
•镀铬：将钢材作为阴极，放入镀铬槽中，通过电解作用在钢材表面沉积一层铬金属。镀铬层能提高钢材的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
•后处理：镀铬完成后，进行水洗和干燥，确保钢材表面无残留物和水分。
回答完毕。
钢铁零件磷化缺陷原因分析及解决方案
钢铁零件磷化缺陷原因分析及解决方案
1. 引言
1.1 背景介绍
钢铁零件的磷化是一种常见的表面处理方法，通过在钢铁表面形成一层磷化膜，可以提高钢铁零件的耐腐蚀性和耐磨损性。一些钢铁零件在磷化过程中会出现缺陷，例如磷化膜不均匀、厚度不一致、存在气泡和结疤等问题，这些缺陷不仅影响了钢铁零件的质量，还可能导致零件在使用过程中出现问题。
为了更好地解决钢铁零件磷化过程中出现的缺陷问题，需要深入分析磷化缺陷的原因，并提出相应的解决方案。本文将通过对钢铁零件磷化缺陷的原因进行分析，探讨导致这些问题的根源所在；针对不同的磷化缺陷，提出相应的解决方案，希望可以帮助相关从业人员更好地掌握磷化技术，提高钢铁零件的质量和性能。通过本文的研究，可以更好地了解钢铁零件磷化过程中出现的问题，并提出有效的解决方案，为相关行业的发展提供有益的参考。
1.2 问题提出
钢铁零件磷化是一种常见的表面处理方法，可以增强钢铁零件的耐腐蚀性能和润滑性能。在实际生产中，我们常常会遇到钢铁零件磷化后出现的缺陷问题，这些缺陷不仅会影响零件的质量，还可能对整个使用过程造成安全隐患。
问题提出：钢铁零件磷化缺陷是什么原因导致的？如何有效地解决这些缺陷问题？这些问题一直困扰着我们在钢铁零件磷化过程中的生产和应用，需要我们深入分析和探讨，以找到有效的解决方案。在本文中，我们将对钢铁零件磷化缺陷的原因进行分析，探讨钢铁零件磷化缺陷的解决方案，以期为相关行业提供参考和借鉴。
2. 正文
2.1 磷化缺陷的原因分析
在磷化过程中，如果磷化液中的浓度或温度控制不当，会导致磷化层的形成不完整或不均匀，出现缺陷。这可能是由于生产操作不当或设备设施问题引起的。
钢铁的氧化和磷化
高铁酸钠一方面会与亚铁酸钠反应生成磁性氧化铁，同时也 会通过水解生成三价铁的氧化物，通常称为红色氧化物：
Na2Fe2O4 + (m+1)H2O → Fe2O3mH2O + 2NaOH
生成的红色氧化物一般都沉于槽底。
2005 FH
电镀工艺学 11－68
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由于在通常的条件下生成磁性氧化铁的反应速度慢于高 铁酸钠水解生成三氧化二铁红色氧化物的速度，因此生成 红色氧化物是不可避免的。如果高铁酸钠水解的反应控制 不当的话，红色氧化物就可能随磁性氧化铁一起沉积于零 件的表面上，一方面影响了磁性氧化铁膜层的致密性，另 一方面因很难从零件表面上将其擦掉，从而损坏了磁性氧 化铁膜层的外观，造成不合产品。
2005 FH
电镀工艺学 11－68
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由于零件表面附近的溶液中既含有亚铁酸钠又含有高铁酸 钠，因此二者又通过下列化学反应，相互作用生成磁性氧化铁 (Fe3O4)。
Na2FeO2 + Na2Fe2O4+2H2O → Fe3O4 + 4NaOH
当溶液中的磁性氧化铁达到过饱和状态时，磁性氧化铁晶体 就开始在零件的表面上沉积出来并形成晶核，通过晶核的成长 形成了致密的磁性氧化铁膜层。
3Fe＋5NaOH＋NaNO2→3Na2FeO2＋H2O＋NH3↑
2005 FH
电镀工艺学 11－68
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。
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3、总酸度 总酸度指磷酸盐、硝酸盐和酸的总和。总 酸度一般以控制在规定范围 上限为好，有
利于加速磷化反应，使膜层晶粒细，磷化 过程中，总酸度不断下降，反映缓慢。 总酸度过高，膜层变薄，可加水稀释。 总酸度过低，膜层疏松粗糙。
紧固件制造技术讲座
钢铁材料的磷化生产
一、概述：
钢件在含有磷酸盐的溶液中,经过一系 列的化学和电化学的反应,表面上生成一层 难溶于水的磷酸盐保护膜的过程称为钢的 磷化。磷化后生成的膜的颜色随着钢材中 碳含量不同而改变。低碳钢、中碳钢呈灰 白色；高碳钢及渗碳产品呈黑色。由于这 种膜有较多的细孔，经填充，浸油以及涂 漆，它在大气中就具有了较好的抗腐蚀能 力、润滑性能和良好的绝缘性能。（正常 情况，击穿电压在250≈380V，经涂装处理 后，击穿电压可在1000V）。膜的生成厚度 一般在5-20um，且与钢件的结合牢固。
（3）刷涂磷化 上述两种方法无法实施时，采用本法，在常温下操作
，易涂刷，可除锈蚀，磷化后工件自然干燥，防锈性能 好，但磷化效果不如前两种。
四、磷化膜组成
分类 磷化液主要成份 膜组成
膜外观
锌系 Zn(H2PO4)2
磷酸锌和磷酸锌 浅灰→深灰 铁
锌钙系 Zn(H2PO4)2和 Ca (H2PO4)2
磷酸锌钙和磷酸 浅灰→深灰 锌铁
②Zn2+的影响，当Zn2+浓度过高 ，磷化 膜晶粒粗大，脆性增大，表面呈白色浮灰； 当Zn2+浓度过低，膜层疏松变暗。
七、磷化后处理 目的：增加磷化膜的抗蚀性、防锈性，通 常的做法是加封闭剂和浸油。
八、磷化渣 1、磷化渣的影响 ①磷化中生成的磷化渣，既浪费药品又加 大清渣工作量，处理不好还影响磷化质量， 视为不利。 ②磷化中在生成磷化渣的同时还会挥发出 磷酸，有助于维持磷化液的游离酸度，保 持磷化液的平衡，视为有利。
钢件经磷化处理，其机械性能及磁性保持
不变。磷化的主要用途是：作防锈层；作 油漆底层；作变压器及电机转子、定子硅 钢片的绝缘层；材料拉拔和冷镦成型作减 磨层；因此，它常用于汽车、船舶、机械、 军事以及航天、航空等方面。
冷加工润滑用磷化膜要求 a 冷镦线材拉拔 单位面积上膜重1-10 g/m2； b 精密钢管拉拔 单位面积上膜重4-10 g/m2； c 钢铁件冷挤压成型 单位面积上膜重大于10 g/m2。
3、按磷化处理方法分类
（1）化学磷化 将工件浸入磷化液中，依靠化学反应来实 现磷化，目前应用广泛。 （2）电化学磷化 在磷化液中，工件接正极，钢铁接负极进 行磷化。
4、按磷化膜质量分类
（1）重量级（厚膜磷化） 膜重7.5 g/m2以 上。 （2）次重量级（中膜磷化）膜重4.6-7.5 g/m2。 （3）轻量级（薄膜磷化）膜重1.1-4.5 g/m2。 （4）次轻量级（特薄膜磷化）膜重0.2-1.0 g/m2。
1、按磷化处理温度分类
（2）中温型 50-75℃，处理时间5-15分钟，磷化膜厚度 为1-7 g/m2，溶液游离酸度与总酸度的比值 为1：（10-15） 优点：游离酸度稳定，易掌握，磷化时间
短，生产效率高，耐蚀性与高温磷化膜基 本相同，目前应用较多。 （3）低温型 30-50℃ 节省能源，使用方便。
三、磷化分类
1、按磷化处理温度分类 （1）高温型 80—90℃处理时间为10-20分钟，形成磷化 膜厚达10-30g/m2,溶液游离酸度与总酸度的 比值为1：（7-8） 优点：膜抗蚀力强，结合力好。 缺点：加温时间长，溶液挥发量大，能耗 大，磷化沉积多，游离酸度不稳定，结晶 粗细不均匀，已较少应用。
5、按施工方法分类
（1）浸渍磷化 适用于高、中、低温磷化 特点：设备简单，仅需加热
槽和相应加热设备，最好用不锈钢或橡胶衬里的槽子， 不锈钢加热管道应放在槽两侧。
（2）喷淋磷化 适用于中、低温磷化工艺，可处理大面积工件，如汽
车、冰箱、洗衣机壳体。特点：处理பைடு நூலகம்间短，成膜反应 速度快，生产效率高，且这种方法获得的磷化膜结晶致 密、均匀、膜薄、耐蚀性好。
六、影响因素
1、温度 温度愈高，磷化层愈厚，结晶愈粗大。 温度愈低，磷化层愈薄，结晶愈细。 但温度不宜过高，否则Fe2+ 易被氧化成 Fe3+，加大沉淀物量，溶液不稳定。
2、游离酸度 游离酸度指游离的磷酸。其作用是促使铁 的溶解，形成较多的晶核，使膜结晶致密。 游离酸度过高，则与铁作用加快，会大量
二、化学成膜的原理：
磷酸二氢盐在磷化溶液中可以发生水解， 使溶液中的铁、锌、锰离子增多。当钢铁 零件放入溶液中，发生一系列的化学反应。 这时硝酸盐起催化作用，加剧磷酸盐与零 件间的作用，使磷酸二氢盐和正磷酸的浓 度不断增加，达到饱和状时，铁、锌、锰 离子便结晶析出而沉定在零件表面上。反 应继续进行，结晶晶粒在零件表面上不断 地长大，磷化膜生成。
1、按磷化处理温度分类
（4）常温型 10-40℃ 常（低）温磷化（除加氧化剂外， 还加促进剂），时间10-40分钟，溶液游离 酸度与总酸度比值为1：（20-30），膜厚为 0.2-7 g/m2。 优点：不需加热，药品消耗少，溶液稳定 。 缺点：处理时间长，溶液配制较繁。
2、按磷化液成分分类
（1）锌系磷化 （2）锌钙系磷化 （3）铁系磷化 （4）锰系磷化 （5）复合磷化 磷化液由锌、铁、钙、镍 、锰等元素组成。
锰系
Mn(H2PO4)2 和 磷酸锰铁 Fe(H2PO4)2
灰→深灰
锰锌系 Mn(H2PO4)2 和 磷酸锌、磷酸锰、灰→深灰
Zn(H2PO4)2
磷酸铁混合物
铁系 Fe(H2PO4)2
深灰色 5-10
单位面积膜重 / g/m2 1-60
1-15
1-60
1-60
五、磷化工艺流程
除油除锈→水洗→磷化→水洗→磷 化后处理
4、PH值 锰系磷化液一般控制在2-3之间，当PH＞3 时，共件表面易生成粉末。当PH‹1.5时难以 成膜。铁系一般控制在3-5.5之间
5、溶液中离子浓度 ①溶液中Fe2+极易氧化成 Fe3+，导致不 易成膜。但溶液中Fe2+浓度不能过高，否 则，形成的膜晶粒粗大，膜表面有白色浮 灰，耐蚀性及耐热性下降。