铝合金的锌系磷化处理
铝表面常温锌系磷化工艺的研究及应用
文章编号：1001-3849（2010）09-0011-03
铝表面常温锌系磷化工艺的研究及应用
王恩生，杨波
（中化化工科学技术研究总院，北京100011）
摘要：使用自制磷化液在工业喷淋线上实现了铝材表面的锌系磷化，利用扫描电镜、能谱仪及X-射线衍射仪研究了磷化膜的表面形貌和晶体结构，研究结果表明，所得磷化膜均匀、致密、表面光滑。喷淋生产线制备的磷化膜的ρs为1．9 2．5g/m2，δ
膜
为1．9 2．3μm。
关键词：粉末涂装；磷化；铝及铝合金；脱脂
中图分类号：TG174．45文献标识码：A
Investigation and Application of Room Temperature Zinc Base Phosphating Technology for Aluminum Materials
WANG En-sheng，YANG Bo
（Central Research Institute of China Chemical Science and Technology，Beijing100011，China）Abstract：Zinc base phosphating for aluminum materials was realized on a production line with spraying a home-made phosphating solution．Morphology observation and crystal phase analysis of the phosphating film were conducted with SEM，EDX and XRD techniques．The experimental results showed that the phosphating film was uniform，fine，compact and smooth．The phosphating film obtained from the spra-ying production line had a surface mass density in a range of1．9 2．5g/m2and a thickness in a range of 1．9 2．3μm．
铝合金磷化工艺的研究
铝合金磷化工艺的研究
随着现代工业的快速发展，铝合金作为一种轻质、高强度、耐腐蚀性能优异的材料，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑工程等领域。然而，铝合金在实际应用过程中，常常会受到腐蚀的侵蚀，降低了其使用寿命和性能。为了改善铝合金的抗腐蚀性能，提高其耐用性，研究人员开始探索铝合金磷化工艺。
铝合金磷化工艺是一种通过在铝表面形成磷化物层来提高其抗腐蚀性能的方法。磷化物层具有较高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，可以有效地保护铝合金表面免受腐蚀的侵蚀。磷化工艺可以分为化学磷化和电化学磷化两种方式。
化学磷化是将铝合金表面浸泡在含有磷酸盐和其他助剂的溶液中，通过表面化学反应，在铝表面形成一层磷化物覆盖层。化学磷化工艺简单、成本低廉，可以在常温下进行。然而，磷化层的厚度和质量受到多种因素的影响，如酸性溶液浓度、温度、浸泡时间等，需要进行严格的工艺控制。
电化学磷化是利用电化学方法，在铝合金表面形成磷化物覆盖层。通过在溶液中施加电流，使铝表面发生氧化还原反应，生成磷化物层。电化学磷化可以控制磷化层的厚度和质量，具有较高的工艺可控性。然而，电化学磷化工艺相对复杂，需要专门的设备和技术支持。
铝合金磷化工艺的研究主要集中在以下几个方面：
1. 工艺参数的优化。磷化工艺的效果受到多种因素的影响，如溶液成分、温度、pH值等。研究人员通过对不同工艺参数的调整和优化，寻找最佳的磷化工艺条件，以获得最佳的磷化效果。
2. 研究磷化机理。理解磷化过程中的化学反应机理对于优化磷化工艺具有重要意义。研究人员通过表面分析技术和材料科学方法，深入探究磷化过程中的物理化学现象，揭示磷化机理，为磷化工艺的改进和控制提供理论依据。
中温锌锰系磷化
中温锌锰系磷化
中温锌锰系磷化是一种化学处理方法，用于提高金属表面的耐蚀性和附着力。
在这种磷化过程中，锌锰系磷化液是常用的化学物质。它能在金属表面形成一层均匀、细致的磷化膜，这层膜具有很好的防护能力，可以有效地提高金属的耐蚀性，同时还能增强涂料的附着力。
这种磷化处理方法通常在工业生产中应用广泛，如汽车、家电、建筑等行业。它能够显著提高金属制品的防腐蚀性能和表面质量，从而延长其使用寿命。
需要注意的是，锌锰系磷化处理过程中会产生一些有害物质，如废渣、废水等，因此需要采取相应的环保措施来减少对环境的影响。
锌系磷化安全操作规程
一、岗位生产任务和岗位职责
1、岗位员工负责设备日常点检和维护保养；
2、员工是岗位安全生产直接责任人，对操作安全和生产安全事故的应急处置负责。
二、岗位生产原理及工艺流程
1、磷酸、氧化锌、硝酸镍、硝酸、硝酸铁、2356按一定比例混合，溶解完全后灌装
2、工艺流程示意图
各种物料按比例按顺序依次加入
灌装
三、岗位危险源辨识
在生产过程中存在的主要危险有：
酸灼伤、触电、机械伤害、高处坠落等
四、工艺控制指标（参数）
1、配方：磷酸（85%）21% 氧化锌 5.625% 硝酸（68%）0.9%
硝酸铁0.15% 硝酸镍0.15% 2356 0.06% 水72.115%
2、比重：1.18-1.19 g/cm3
3、保证每个原料称量准确，允许误差：±0.5%
五、安全操作程序（方法）
（一）、准备工作
检查设备、管道、电器仪表是否完好。所有阀门开关位置是否正确。
（二）、操作方法
1、放1/3水；
2、放56.25公斤氧化锌，搅拌5分钟；
3、放210公斤磷酸（85%），搅拌至充分溶解；
4、待步骤3充分溶解后，依次加入9公斤硝酸（68%），1.5公斤硝酸铁，1.5公斤硝酸镍，0.6公斤2356，搅拌至完全溶解；
5、加水至目标水位，搅拌5分钟；
6、灌装；
8、以上操作程序重复进行直到批量生产任务完成为止；
9、成品最终检验以质检部出具的检验报告书为准，并凭检验合格证装车出库销售。
（三）安全注意事项
1、操作过程中，要以安全考虑，按步骤进行操作，不能粗鲁作业。
2、在作业前，必须确保管道，设备系统能正常运行。
3、上岗操作时必须穿戴安全帽、防护眼镜、防酸手套，防水鞋等防护用品。
铝材磷化液介绍
铝材磷化及铬磷化处理
质量 浓度 较 高 时 ， 化 能 力 变 强 ， 层 中 Ａ１（ 氧 膜 ） 。的 质量浓 度 较高 ， 层致 密 ， 膜 呈无 色至 浅绿 色 。转化 膜 显色 不仅 受 Ｆ 的影 响 ， 与铝 及其 合金 成分 及 工艺 还 条件 有关 。一 般 纯 铝 偏 蓝 绿 色 ， 一 ｕ合 金 呈 橄 榄 Ａ１ Ｃ
（ ）对平 面 件 、 片件 进行 酸 洗 时 ， 参 照 上述 ３ 薄 应 除油 时 的方法 进行 操作 。
１ ３ 活 化 的 影 响 ．
对 镀前 处 理 的每一 个 步骤都 认 真对 待 。
１ １ 除 油 的 影 响 ．
（ ）活化 液 的酸度 过 低会影 响镀 层 的结合 力 。 １ （ ）控制 好 活化 时 间 ， 间过 短 ， ２ 时 基体 表 面 的氧
的位 置 ， 达 到彻 底除 油 的 目的 。 以
（ ）加强 对工 件孑 眼及缝 隙 处 的 除油 力 度 。这 ４ Ｌ
些 部位 的油污 若不 除 去 ， 影 响镀层 的结 合力 ， 要 会 必
３ 光 亮镀 镍 工 艺及 操 作 条 件 的 影 响
（ ）ｐ 值 的 影 响 １ Ｈ
时需采 用超 声 波强 化 除油 ， 以达 到彻 底 除油 的 目的 。 （ ）使用 电解 除 油 工 艺 时 ， ５ 必须 先 进 行 阴 极 电 解 除油 ， 后再 进 行 阳极 电解 除 油 。单 一 阴极 电解 然 除油或 者单 一 阳极 电解 除油 都不 符合 工 艺要 求 。电
(完整版)压铸铝合金表面处理【干货技巧】
压铸铝合金表面处理
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铝合金涂装前处理流程：脱脂-水洗-水洗-表调-磷化-水洗-（纯水洗），采用锌系磷化液，
方法与钢铁件的磷化基本一致。
如果不磷化，也可以采用六价铬钝化处理，但是此法不环保。或用三价铬钝化处理。
如果铝合金仅进行脱脂就涂装，附着力差，耐腐性也差。
磷化处理磷化处理就是工件在以磷酸或磷酸盐为主体的溶液中进行浸渍或采用喷枪进行
喷淋，使表面产生完整的磷酸盐保护膜层的表面处理技术。典型的处理规范如表
2 所示。
磷化处理液的成膜性不如铬化处理液的好，对工件的表面质量要求较高，通常不太适合于表
面质量差的薄壁压铸件（壁厚小于2mm ）的表面处理。磷化处理膜层的厚度较大，作为油漆底层，可使漆膜的粘附力、耐潮湿性和耐蚀能力提高几十倍至几百倍。镁合金磷化处理的研究较少，目前的应用十分有限。
1，压铸铝合金表面电镀彩锌，铝本身是两性金属，在酸或者碱性的溶液中都不稳定，加之
压铸铝合金本身组织疏松，有砂眼，气孔等缺陷，往往会影响电镀质量。经过适当的前处理
后，压铸件电镀锌变的容易，电镀10um 左右的锌层，然后进行钝化处理，可以成倍的提
高压铸铝合金的耐腐蚀性，为了防止彩锌变色，可以浸涂一层有机保护膜。
2，压铸铝合金表面进行铬酸盐处理，压铸铝合金经过喷砂处理后，可以直接进行铬酸盐处
锌系磷化处理
锌系磷化处理
1. 什么是锌系磷化处理？
锌系磷化处理是一种防腐蚀工艺，通常用于金属表面的保护。它的原理是在金属表面形成一层硬度高、耐腐蚀、附着力强的化学膜。这种化学膜的主要成分是磷酸盐和锌盐，可以提高金属的耐腐蚀性和机械性能。
2. 锌系磷化处理的作用
锌系磷化处理可以防止金属表面的腐蚀，延长金属的使用寿命。同时，它还可以提高金属表面的附着力，增加涂层的附着力，提高涂层的耐久性。锌系磷化处理还可以增加金属表面的硬度，提高金属的机械性能。
3. 锌系磷化处理的工艺流程
锌系磷化处理的工艺流程主要包括以下几个步骤：
1. 表面处理：金属表面必须清洗干净，去除油污和其他污物，以便后续处理。
2. 预处理：将金属表面浸泡在一种含有酸、碱等成分的溶液中，以去除表面的氧化物和其他杂质。
3. 磷化处理：将金属表面浸泡在一种含有磷酸盐和锌盐的溶液中，形成一层锌系磷化膜。
4. 水洗：将金属表面用水冲洗干净，去除剩余的化学药品。
5. 干燥：将金属表面晾干或用热风吹干。
4. 锌系磷化处理的应用
锌系磷化处理广泛应用于汽车、机械、电子等行业，可以用于铁、铜、铝等金属表面的保护。锌系磷化处理可以用作涂层的底漆，也可以直接作为金属表面的保护层，提高金属的耐腐蚀性和机械性能。
5. 结论
锌系磷化处理是一种有效的金属表面防腐蚀工艺，可以提高金属的耐腐蚀性和机械性能，延长金属的使用寿命。它的工艺流程简单，应用广泛，是一种值得推广的金属表面处理方法。
铝合金压铸件表面处理
镀锌 镀锌是指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术。现在 主要采用的方法是热镀锌。
电镀与电泳的区别 电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。 电泳:溶 液中带电粒子（离子）在电场中移动的现象。溶液中带电粒子（离子）在电场中移动的现象。利用带电粒 子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术。 电泳又名——电着 (著)，泳漆，电沉积。
1，压铸铝合金表面电镀彩锌，铝本身是两性金属，在酸或者碱性的溶液中都不稳定，加之压铸铝合金本 身组织疏松，有砂眼，气孔等缺陷，往往会影响电镀质量。经过适当的前处理后，压铸件电镀锌变的容易， 电镀10um左右的锌层，然后进行钝化处理，可以成倍的提高压铸铝合金的耐腐蚀性，为了防止彩锌变色， 可以浸涂一层有机保护膜。 （ www.jcplating.com ） 2，压铸铝合金表面进行铬酸盐处理，压铸铝合金经过喷砂处理后，可以直接进行铬酸盐处理，从而表面 可以获得一层钝化膜，根据需要这层膜可以是无色到黄色，并且不影响表面电阻，为了达到产品三防的要 求，可以在铬酸盐处理后，再进行喷涂。 （ www.jcplating.com ）
金属表面处理种类简介 电镀/电泳/锌镀/发黑/金属表面着色/抛丸/喷砂/喷丸/磷化/钝化 喷丸与喷砂的区别 喷丸与喷砂都是使用高压风或压缩空气作动力,将其高速的吹出去冲击工件表面达到清理效果, 但选择的介质不同,效果也不相同. 喷砂处理后,工件表面污物被清除掉,工件表面被微量破坏,表面积大幅增加,从而增加了工件与涂/镀层的结合强度. 经过喷砂处理的工件表面为金属本色,但是由于表面为毛糙面,光线被折射掉,故没有金属光泽,为发暗表面. 喷丸处 理后,工件表面污物被清除掉,工件表面被微量而不被破坏,表面积有所增加.由于加工过程中,工件表面没有被破坏, 加工时产生的多余能量就会引会工件基体的表面强化. 经过喷砂处理的工件表面也为金属本色,但是由于表面为球 状面,光线部分被折射掉,故工件加工为亚光效果.
铝件磷化处理
铝件磷化处理
铝件磷化处理是一种将铝制品表面转化为磷化物的化学处理方法。通过这种方法可以在铝制品表面形成一层坚硬、耐磨、耐腐蚀的磷化层，提高铝制品的耐用性和使用寿命。
铝件磷化处理的步骤一般包括清洗、酸洗、水洗、磷化和后处理等环节。其中，磷化是最重要的一步，其作用是将铝表面的氧化物转化为磷化物，并形成一层坚硬的陶瓷膜。
磷化处理的效果不仅与磷化剂的种类和浓度有关，还与磷化时间、温度、酸度等因素有关。一般情况下，磷化处理的时间为10-30分钟，温度为40-60℃，酸度为2-3%。
铝件磷化处理的优点是可以提高铝制品的耐用性、防腐性和美观度，同时还可以增加其与涂料、胶粘剂等材料的黏结力和附着力。因此，磷化处理广泛应用于汽车、航空、电子、建筑等领域的铝制品生产和加工中。
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锌系磷化常见的故障及解决办法
锌系磷化常见的故障及解决办法
1、工件磷化后呈有蓝斑
现象：工件部分有紫蓝色点或斑
原因：a.表调槽PH值过低或老化失效 b.皮膜槽促进剂过高 c.皮膜槽游离酸过低
解决：a.添加表面调整剂或更新 b.调整促进剂在要求范围内 c.加皮膜剂或游离酸升值剂（磷酸）
2．涂装后表面粗糙
现象：工件涂装后表面不光滑
原因：a.皮膜太粗、皮膜太厚 b.粉体缘故
解决：a.提高酸比、降低游离酸 b解决粉体原因
3．皮膜不完全
现象：工件表面不完整，有间隙或有无皮膜区
原因：a.脱脂不干净、工件有油斑 b.材质本身不易化成（含有Zn、Al等元素）c.表调老化，PH值过低 d.酸比太高，皮膜化成较薄
解决：a.调整脱脂槽 b.认定钢材种类，尽量改善之 c.添加表调或更换表调 d.升高游离酸，调整酸比
4．脱脂不干净
现象：工件表面有分水、破水等现象（但镀锌、镀铝除外）烤干后有白色亮斑现象或有部分黄色亮斑
原因：a.浓度低于标准浓度范围 b.浓度高于标准浓度范围
c.水洗不干净，工件表面有残留脱脂液
解决：a.添加脱脂剂 b.稀释脱脂槽 c.更换水洗槽
5．表调失效
现象：表面未达到光滑、平整，皮膜化成比较粗糙，生成
不匀
原因：a.表调剂老化，PH值过低 b.表调时间过短
解决：a.添加表调剂或更换 b.延长表调时间
6．磷化液常见问题
a.全酸度过高或过低，对化成不易
b.（1）促进剂过高：生成膜后工件易生锈发黄，有时呈
现斑，沉淀较多，皮膜消耗量大。
（2）促进剂过低：化成不易，时间延长，工件烤干易发黄，有时呈黄斑。
C.酸比是否正常,与促进剂是否协调。
LY12铝合金锌系磷化膜的制备
图3-9 LY12铝合金表面磷化膜的XRD
4. 小结
1
LY12铝合金的锌 系磷化液最佳配 方为：亚硝酸钠 2.0g/L，硝酸锌 52g/L，氟化钠 5.0g/L，磷酸二 氢锌30g/L，硝 酸镍6.0g/L，PH 值为2.5。
2
磷化液中的硝酸 镍为成膜促进剂， 可以在成膜过程 中细化晶粒。
3
LY12铝合金磷化 膜膜层的主要物 质为磷酸锌。
a） Niquist
b） Bode
图3-4 LY12铝合金表面磷化膜及空白样的EIS
§3.5 电化学测试-交流阻抗
a） Niquist
b） Bode
图3-5 磷化液中加Ni2+ 和不加Ni2+ LY12铝合金表面磷化膜及空白试样的EIS
§3.6 电化学测试-极化曲线
结果与交流阻抗 的结果一致，最 优配方比7号配 方耐蚀性好，加 Ni2+ 比不加Ni2+ 的耐蚀性好。
4.800 6.400 3.000
1(2.0) 2(2.5) 3(3.0) 4(3.5) 5(1.5) 5(1.5) 1(2.0) 2(2.0) 3(3.0) 4(3.5) 4(3.5) 5(1.5) 1(2.0) 2(2.5) 3(3.0) 3(3.0) 4(3.5) 5(1.5) 1(2.0) 3(3.0) 2(2.5) 3(3.0) 4(3.5) 5(1.5) 1(2.0) 6.000 7.250 4.667
锌系磷化液的配方
锌系磷化液的配方
锌系磷化液是一种用于金属表面处理的化学溶液，主要用于磷化处理。磷化是一种将金属表面转化为磷酸盐膜的处理方法，这种磷酸盐膜可以提高金属表面的耐腐蚀性、附着力和润滑性。
以下是一种常见的锌系磷化液配方：
- 氧化锌：10-30g/L
- 磷酸：20-50ml/L
- 硝酸锌：5-15g/L
- 碳酸铜：0.5-2g/L
- 氟化钠：0.5-2g/L
- 硝酸镍：0.5-2g/L
- 柠檬酸：1-5g/L
- 添加剂：适量
需要注意的是，磷化液的配方可能因不同的应用和要求而有所不同。以上配方仅供参考，实际配方应根据具体情况进行调整和优化。在使用磷化液时，应遵循相关的安全操作规程，并在合适的环境下进行处理。
铝件磷化处理
铝件磷化处理
铝件磷化处理是一种常见的表面处理方法，可以提高铝件的耐腐蚀性和耐磨性，同时还能增强涂层附着力。磷化处理的原理是在铝表面形成一层无机化合物膜，可以防止铝与外界环境接触，从而起到保护作用。
磷化处理一般分为化学磷化和电化学磷化两种。化学磷化是指将铝件浸泡在含有磷酸盐和氟化物的溶液中，在一定的温度和时间下形成磷酸铝盐膜的过程。而电化学磷化则是在铝件表面施加电流，使其与磷酸盐和氟化物反应生成磷酸铝盐膜。
磷化处理后的铝件表面呈现出深灰色或黑色，同时具有良好的耐腐蚀性和耐磨性。在使用过程中，由于磷化层的存在，铝件表面不易受到外界的腐蚀和磨损，从而延长了使用寿命。
需要注意的是，磷化处理不是万能的，它只能在一定程度上提高铝件的性能。在实际应用中，还需要结合其他表面处理方式和涂层技术来达到更好的效果。同时，磷化处理也需要掌握正确的工艺和方法，否则可能会导致磷化层质量不稳定或者诱发其他问题。
- 1 -
关于磷化处理原理
金属磷化处理
在各类制造业中对钢、镀锌钢、锌和铝等金属作磷化处理是表面处理中的重要步骤。在油漆前的金属表面预处理中作磷化处理的目的是为了增强材料的抗腐蚀能力、帮助冷成形、改善部件在滑动接触时的摩擦性能。本文将用实例来加以说明。
磷酸锌是一种在金属基材上生成的晶型转化膜,这种膜是利用了那些先让溶于酸的金属离子起反应然後经水稀释而成的磷化液来处理生成的。传统的电镀法是利用电流在金属上生成镀膜,磷化则是让金属与磷化液接触发生酸蚀反应而生成磷化膜的。硝酸和磷酸是常用的用于溶解金属的无机矿物酸。
依照工艺要求可以在磷化液中添加锌、镍和锰等金属离子。为了得到特殊的效果,也可加一些其它金属离子,磷化液中加镍能提高材料的抗腐力 加快磷化反应。近年来所发展的无镍工艺的效果已经也可在各方面与含镍工艺相竞争。
在磷化液中加入促进剂可以提高磷化反应速度、消除氢气的影响和控制磷化渣的生成。促进剂可以是单一的物质、也可以为取得最佳效果而将几种物质混合一起使用。可以选用的促进剂有亚硝酸盐/硝酸盐、氯酸盐、溴酸盐、过氧化物和一些有机物(如:硝基苯磺酸钠)。
在对热浸镀锌板或铝板作磷化处理时还常添加游离或络合的氟化物。图1是使用不同的磷化工艺所生成的各种磷酸盐晶体。
一,磷化反应机理:
1. 酸蚀反应
金属表面与磷化液发生的第一个反应是将某些金属从表面溶解下来的酸蚀反应。不同的磷化液对钢的酸蚀速度约1-3 g/m2;作厚膜磷化时,酸蚀反应速度还要求高许多。酸蚀反应对形成涂膜是非常重要的,因为它既可净化金属表面、又能提高漆膜的附著力。在酸蚀反应发生时,由于金属表面的溶解,所以紧靠表面的磷化液中的游离酸被消耗,金属离子进入磷化液,所溶入的金属离子类型与所处理的基材有关。在磷化液中添加氧化促进剂可减少酸蚀反应时所生成的氢气:
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人们寻求的一种替代方法，铝合金表面磷化膜的形成Ｌ ＨＮＯ。６ ｇ／Ｌ Ｈ，ＰＯ。、混合表面活性剂１．５∥Ｌ，常温，
机理与钢铁磷化膜的形成机理类似”ｌ，但铝合金在一
时间１。３ ｍｉ。。
般的磷化液中成膜比较困难，这是网为磷化液中的氧 化剂钝化了铝合金表面，使铝合金的腐蚀受到阻碍·导 致磷化膜不易形成。本文以ＬＹｌ２合金为试样，从腐
嚣
由图１可知：随着溶液中ＮａＦ含量的增加，膜承迅
《
速增加。试验表明，ＮａＦ含量太高（）２．４ ｇ／Ｌ）时，会引 起铝合金过度腐蚀，形成的磷化膜疏松，表而易挂灰； ＮａＦ含量太低（＜Ｑ９ ｇ／Ｌ）时，铝合金基体表面腐蚀慢， 磷化膜不易形成，适合的ＮａＦ含量为ｌ，５—２．２ ｇ／Ｌ。 ２．２酸比的影响
酸比是总酸度（ＴＡ）与游离酸（ＦＡ）的比值。游离 酸度和总酸度之比决定了溶液的ｐＨ值，而磷化液ｐＨ 值的大小又直接影响着磷化膜的质量“ｏ；总酸度（ＴＡ） 提高，成膜离子浓度就大，成膜越容易，但过高会使沉 渣量增加；而总酸度（１’Ａ）过小，磷化膜过薄或形不成 完整的膜。游离酸度（ＦＡ）过大，对铝合金基体表面的 腐蚀过多，将产生大量氢气泡或成膜离子浓度过低，膜 的生长速度缓慢，结晶粗大，疏松多孔；游离酸度（ＦＡ） 过小，对铝合金基体表面的氧化膜和基体的腐蚀溶解
２ＡＩ＋。２Ｎ。ａＯＨ＋２Ｈ，Ｏ＝２ＮａＡ‘ｌＯ，；３Ｈ，
碱蚀时应严格控制碱蚀液的浓度、处理温度和时 间，以防止过腐蚀。碱蚀液组成：３０ ｇ／Ｌ ＮａＯＨ、２０∥Ｌ Ｎａ２ＣＯ，，温度５０一６０℃，时｜日Ｊ０．５—１ ｍｉｎ。
作者简介：张圣麟（１９６０．０３－－），男，河南新乡人，高级工程师， 在读博士，主要从事金属材料表面改性研究，已发表论文３０余 篇。联系电话：１３０６９３９１５０７ Ｅ－ｍａｉｌ：ｚ３ｌｈｎｘｘ＠ｙａｈｏｏ．ｃ０‰ｃｎ 基金项目：河南省科技攻关研究项甘（０４２４２４００７４）；河南省自 然科学研究项目（２００４６０１７８） 收稿日期：２００７－０４－１２
试验结果表明：酸比从１５到３０都能得到致密、均 匀的磷化膜，而低于１５和超过３０时磷化膜膜重下降， 且通过光学显微镜对试样的外观进行观察，发现所形 成的磷化膜不完整或晶粒粗大。这是因为在低酸比 （＜１５）时，磷化液中成膜离子浓度低，成膜能力差；而 在高酸比（＞３５）时，虽然成膜离子浓度高，但相应地 磷化液中氧化剂的浓度也高，因此对铝台金基体表面 的氧化能力也提高了，这样就使得氧化膜（ＡＩ。Ｏ，）的 生成速度大于被Ｆ一溶解的速度，故而造成在相同处理 时间内磷化膜膜重的下降。 ２．３时间和温度的影响
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ；ｐｈｏｓｐｈａｔｉｚａｔｉｏｎ；ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
由于铝合金密度小，比强度大，近年来在各行业得 数，％）为：３．８—３，９Ｃｕ、１．２～１．８Ｍｇ、０．３～０．９Ｍｎ、
到广泛应用。铝合金是一种活性较大的金属材料，为０．５Ｆｅ、０．５Ｓｉ、０．３Ｚｎ、０，１Ｎｉ、０．１５Ｔｉ、ＡＩ余量。试样尺
（２）碱蚀碱蚀的目的在于去除铝合金表面氧化
物，同时也使铝合金基体受到腐蚀，碱蚀发生的主要化 粤爵由喃．
蚀加速剂的含量、酸比、磷化温度、磷化时间、磷化添加 剂等方面来探讨铝合金磷化的影响周素。
１ 试验方法及工艺
１．１试验材料 试验材料为ＬＹｌ２合金，其化学成分（质量分
Ａ１，０，＋２ＮａＯＨ：２ＮａＡＩＯ，＋Ｈ，０
Ｆｉｇ．３
处理时Ｉ司ｍ’ｉｎ 图３处理时间对磷化膜膜重的影响 Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｉｍｅ Ｏｎ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈａｔｉｚｅｄ ｃｏａｔｉｎｇ ｗｅｉｇｈｔ
试验表明，铝合金（ＬＹｌ２）基体表面磷化膜的膜重
随磷化时间的延长而增加，对于本试验来讲，磷化处理
时间超过８ ｒａｉｎ，膜重增加速率明显降低。图４为铝合
２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ
Ｍｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｖｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ，ａｃｉｄ ｒａｔｉｏ，ｐｈｏｓｐｈａｆｉｚｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐｈｏｓｐｈａｔｉｚｉｎｇ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｄｄｉ—
ＬＹｌ２合金基体表面磷化膜膜重随处理时间的变 化见图３，这是ＬＹｌ２合金试样在处理温度为５５℃， ＮａＦ浓度为２．２ ｇ／Ｌ，酸比为２５条件下得到的结果。
ＮａＦ浓度，ｇ Ｌ
图Ｉ ＮａＦ浓度对磷化膜膜重的影响
鼍
ｎｇ．１ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＮａＦ ｅｏｎｃｅｎｔｒａｔｌｏｎ ｏｎ Ｉｈｅ ｐｈｏｓｐｔｋａｔｉｚｅｄ ｃｏａｔｉｎｇ ｗｅｉｇｈｔ
铝合金的锌系磷化处理
张圣麟１１２，张明明‘，陈华辉２
（１．河南师范大学化学与环境科学学院，河南新乡４５３００２；２．中国矿业大学机电与信息工程学院，北京ｔｏ００８３）
摘要：以ＬＹｌ２铝合金为试样，讨论了腐蚀加速剂、酸比、磷化温度、磷化时间、磷化添加剂对铝合金磷化的影响，
得出了相应的最佳工艺参数。铝合金磷化反应机理与钢铁材料的类似，其重要条件之一就是其表面能被酸性氟
（３）酸蚀光亮由于铝合金中舍有Ｃｕ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ 等元素，不溶于碱溶液，因此碱蚀后，铝合金基体表面 将残留一层黑灰色的污膜，必须用酸性溶液除去，以利 于磷化膜在铝合金基体表面上生成。酸蚀液组成为 １２∥Ｌ的ＨＮＯ，，常温，时问０．５～ｌ ｒａｉｎ。
（４）磷化基础液组成：３５—３７ ｇ／Ｌ Ｈ３ＰＯ。（８５％，
磷化膜或不完整或品粒粗大。
（４）温度低于４０℃时成膜速度很慢，５０℃以上成
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膜速度迅速增加，但当温度超过６０℃后，成膜速度增 加速率变缓。
（５）在一定的时间范围内，随反应时间的延长，磷
化膜的膜重也逐渐增加。
《台属热处理｝２００７年第３２卷第１ｌ期
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万方数据
比铝的电位正，它与磷化液中的酸反应比铝要慢，析氢
较少，极化作用弱，有利于消除铝合金表面由于脱脂除
＇
锈等造成的表面不均匀性，增加磷化膜晶核数目，起到
Ｅ
Ｐ
细化晶粒、减少磷化膜孔隙率、提高其耐蚀性的作用。
栅
趟
磷化膜耐蚀性检验参照ＧＢ／Ｔ １１３７６－－１９９７（金属的磷
酸盐转化膜》进行硫酸铜点滴试验，结果见表１。
图５为试样在磷化基础液中添加２．２ ｇ／ＬＮａＦ，处
Ｆｉｇ ４
处理温度，℃ 图４处理温度对磷化膜膜重的影响 Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｌｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈａｔｌｚｅｄ
ｃｏａｔｉｎｇ ｗｅｉｇｌｌ‘
理时间为１０ ｍｉｎ，处理温度为５５℃时的扫描电镜照 片，其中网５ａ为未添加硝酸镍，图５ｂ添加了８ ｇ／Ｌ的 硝酸镍。从磷化过程来讲，只要在固相－液相界面微区 内满足离子积大于溶度积的条件便有晶核的产生与晶
２．４磷化添加剂的影响
体的生长。整个磷化槽中溶液的浓度高低，主要是游
本试验选用硝酸镍作为添加剂，是因为镍的电位 离磷酸及金属离子的浓度对形核的多少、晶体生长的
表１添加剂（硝酸镍）对磷化膜的外观及耐蚀性的影响
硝酸镍含量／ｇ·１．ｑ
０
２
４
６
８
１０
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料的类似，成膜速度和膜重受多种因素影响，其中主要
的影响因素是腐蚀加速剂的含量、酸比、磷化温度、磷
化时间、磷化添加剂等。
（２）磷化液的氟化物对铝合金（ＬＹｌ２）的磷化过 程影响较大，若磷化液中无氟化物，形成的磷化膜非常
薄。氟化物（ＮａＦ）适宜的浓度为１．５—２．２ ｇ／Ｌ。 （３）酸比从１５到３０都能得到致密、均匀的磷化
膜，而低于１５或超过３０时磷化膜膜重下降，所形成的
ｆｉｖｅｓ ｏｎ ｚｉｎｃ ｐｈｏｓｐｈａｔｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｉｚｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ＬＹｌ２ ａｌｕｍｉ＿ ｎｕｎｌ ａｌｌｏｙ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈａｔｉｚｉｎｇ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｍｅｅｈａｍｓｍ ｏｆ ａｌｕｎｆｉｎｕｍ ａｌｌｅｙ ｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｃａｎ ｂｅ ｍｏｄｅｒａｔｅｌｙ ｅｒｏｄｅｄ ｂｙ ａｃｉｄｉｃ ｆｌｕｏｒｉｄｅ．
了改善和提高其表面特性，往往需要进行表面转化处
寸为３０ ｍｍ×５０ Ｉｎｎｌ ｘ １．５ ｈｉｍ。
理，以增加铝合金与涂层的结合力及涂层的耐腐蚀性 １．２工艺过程及条件
能。铬磷化是目前铝合金常用的化学转化处理方法，
试样的处理流程：表面脱脂、除锈一水洗（自来水）
铬磷化膜具有致密均匀、耐蚀性好的特点，但一般说 一碱蚀一水洗（自来水）一酸蚀光亮一水洗（自来水）一
鼍 蔷
毯
都困难，磷化膜难咀形成”１。磷化液酸比大小对磷化 膜膜重的影响如图２所示，该图是铝合金（ＬＹｌ２）试样 在处理温度为５５℃，处理时间为１０ ｍｉｎ时的结果。
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醮比（１ＦＡ／Ｆ Ａ） 圈２酸比对磷化膜膜重的影响 Ｆｉｇ．２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｃｉｄ ｒａｔｉｏ Ｏｉｌ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈａｔｉｚｅｄ ｃｏａｔｉｎｇ ｗｅｉｇｈｔ
化物适度腐蚀。
关键词：铝合金；磷化；工艺参数 中图分类号：ＴＧｌ７４．４ 文献标识码：Ａ
文章编号：０２５４．６０５１（２００７）１１－００６２－０３
Ｚｉｎｃ Ｐｈｏｓｐｈａｔｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ
ＺＨＡＮＧ Ｓｈｅｎｇ．１ｉｎｌ ２。ＺＨＡＮＧ Ｍｉｎｇ—ｒｕｉｎ９１，ＣＨＥＮ Ｈｕａ．ｈｕｉ２ （１．Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅ’ｎａｉｌ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ Ｈｅ’ｎａｉｌ４５３００７，Ｃｈｉｎａ；
来，铝合金的铬磷化处理所形成的磷化膜膜重较 磷化（浸渍方式）一水洗（自来水）一干燥—称重。
轻”ｏ，有时难以满足一些涂装工艺的要求，同时铬酸
（１）脱脂、除锈本试验采用酸性除油，目的是去
（盐）对人体具有致癌作用，并会造成环境污染，在一
除铝合会试样表面上的油污及锈蚀，以利于磷化膜的
些地区，国家有关部门已限制或禁止使用。铝磷化是 形成，提高磷化膜与基体的结合力，其溶液组成：１４ ｇ／
金（ＬＹｌ２）基体表面磷化膜膜重随处理温度的变化情
况。从图４可以看出在磷化过程中，温度对铝舍金
（ＬＹｌ２）基体表面磷化膜的形成影响很大，低于４０℃
成膜速度很慢，５０℃以上成膜速度迅速增加，但当温
度超过６０℃后，成膜速度增加速率变缓，这可能是随
着温度的升高，磷化膜在酸睦溶液中溶解加快造成的。
试验表明在５０～６０。Ｃ温度范围内成膜速度最大。
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《金属热处理》２００７年第３２卷第１１期
万方数据
体积分数），１０—１２ ｇ／ＬＨＮ０３、８０—８４∥Ｌ ＮａＨ２Ｐ０４· Ｈ，０、８—１０ ｇ／Ｌ ＺｎＯ。所用药品均为工业纯。
２试验结果与讨论
２．１腐蚀加速剂ＮａＦ对磷化的影响 若要在金属材料基体表面上形成磷化膜，其重要
条件之一就是其表面能被磷化液适度腐蚀。对于铝合 金来说，最重要的腐蚀剂是酸性氟化物，特别是游离的 Ｆ。“。在试验中发现，若磷化液中不含氟化物时，铝 合金（ＬＹｌ２）基体表面上不能或仅能形成很薄的一层 磷化膜（＜０．３ ｇ／ｔＩｌ２）；Ｆ一的作用在于加速铝合金基体 膳蚀及其表面上氧化膜的溶解，使其表面呈现有利于 磷酸盐晶体形核的活性区，有利于磷化膜的形成，同时 还由于Ｆ一具有很大的电负性，极易以共价键的形式与 Ｈ一结合成氢氟酸，当磷化液中的游离酸度下降时，它 能够将Ｈ＋释放出来，即Ｈ＋＋Ｆ一一ＨＦ，使磷化液的 ｐＨ值保持稳定，便于磷化过程的操作与控制；另外， Ｆ一还能与Ａ１形成络合离子，达到减少沉渣的目的。 本实验选用ＮａＦ作为铝合金腐蚀剂，ＮａＦ对磷化过程 的影响见图１，该图是铝合金试样在处理温度为５５ ℃，处理时间为１０ ｍｉｎ对的结果。