磷化处理

磷化处理

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磷化处理

总述:磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是：给基体金属提供保护,在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力;在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。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。

云清提供技术支持

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。一战期间，磷化技术的发展中心由英国转移至美国。１9０9年美国T.W.Ｃoslet将锌、氧化锌或磷酸锌盐溶于磷酸中制成了第一个锌系磷化液。这一研究成果大大促进了磷化工艺的发展，拓宽了磷化工艺的发展前途。Ｐarｋer防锈公司研究开发的Ｐarco Poｗer配制磷化液,克服T许多缺点，将磷化处理时间提高到ｌhｏ19２9年Ｂoｎｄeｒｉzing磷化工艺将磷化时间缩短至1０min,１93４年磷化处理技术在工业上取得了革命性的发展,即采用了将磷化液喷射到工件上的方法。二战结束以后,磷化技术很少有突破性进展,只是稳步的发展和完善。磷化广泛应用于防蚀技术，金属冷变形加工工业。这个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。

(二)磷化是常用的前处理技术，原理上应属于化学转换膜处理,主要应用

于钢铁表面磷化,有色金属(如铝、锌)件也可应用磷化。

(三)磷化基础知识

磷化原理

１、磷化

工件（钢铁或铝、锌件)浸入磷化液（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换膜的过程,称之为磷化。

２、磷化原理

钢铁件浸入磷化液（由Fe(H2PO4)2 Ｍn(H2PO4）2Zn(Ｈ２PＯ4)２组成的酸性稀水溶液，PH值为１-3，溶液相对密度为1.05－１．1０)中,磷化膜的生成反应如下:

吸热

3Zn(Ｈ２ＰO4）2 Zn３(PＯ４)2↓+４H3ＰＯ4 或

吸热

吸热

３Ｍn(H２ＰO4)2Mｎ３(PO４)2↓+４H3PO4

吸热

钢铁工件是钢铁合金，在磷酸作用下,Fe和ＦeＣ３形成无数原电池,在阳极区,铁开始熔解为Fe2＋,同时放出电子。

Fe+2Ｈ3ＰＯ4 Fｅ(H2ＰO4)2＋H2↑

Ｆe Ｆｅ2+ +2e-

在钢铁工件表面附近的溶液中Fｅ２＋不断增加，当Ｆe2＋与HPＯ42-，PO４3-

浓度大于磷酸盐的溶度积时，产生沉淀，在工件表面形成磷化膜：

Fe（Ｈ2ＰO4)２ＦeHPO4↓+H3PO4

Fe+ Fe(Ｈ2ＰO4)2 2FeＨＰO4↓+ H2↑

3FeHPＯ4Fe 3(ＰO4)２↓＋Ｈ3PO４

Fe+２FeＨPO4 Ｆe 3(ＰO4)2↓+H2↑

阴极区放出大量的氢:

2Ｈ+ +2e- Ｈ2↑

Ｏ2 ＋２Ｈ20 +4e- ４OH－

总反应式：

吸热

３Zn（H2PＯ４)2 Ｚn３(PO4)2↓＋4H３PO4

吸热

吸热

Fe+３Zn（Ｈ２PO4）2 Zn3(PO４)２↓+2FｅHＰO４↓+３H3PO４+2Ｈ２↑

放热

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。

(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。

（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。

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7．5ｇ/m2以上。

（２)次重量级（中膜磷化)膜重4.6-7.5ｇ／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。

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：处理时间短,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。

(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。

磷化作用及用途

1、磷化作用

（1)涂装前磷化的作用

①增强涂装膜层（如涂料涂层)与工件间结合力。

②提高涂装后工件表面涂层的耐蚀性。

③提高装饰性。

（2）非涂装磷化的作用

①提高工件的耐磨性。

②令工件在机加工过程中具有润滑性。

③提高工件的耐蚀性。

2、磷化用途

钢铁磷化主要用于耐蚀防护和油漆用底膜。

(1）耐蚀防护用磷化膜

①防护用磷化膜用于钢铁件耐蚀防护处理。磷化膜类型可用锌系、锰系。膜单位面积质量为１0-4０g／m2。磷化后涂防锈油、防锈脂、防锈蜡等。

②油漆底层用磷化膜

增加漆膜与钢铁工件附着力及防护性。磷化膜类型可用锌系或锌钙系。磷化膜单位面积质量为0.2－１.0 g/m２(用于较大形变钢铁件油漆底层)；1-５ｇ／ｍ2(用于一般钢铁件油漆底层);5-1０g/ｍ2（用于不发生形变钢铁件油漆底层)。(2)冷加工润滑用磷化膜

钢丝、焊接钢管拉拔单位面积上膜重1－１0 g/m２；精密钢管拉拔单位面积上膜重4-１0g/m2;钢铁件冷挤压成型单位面积上膜重大于1０ｇ/ｍ2。（3)减摩用磷化膜

磷化膜可起减摩作用。一般用锰系磷化,也可用锌系磷化。对于有较小动配合间隙工件,磷化膜质量为1－3 ｇ/m2；对有较大动配合间隙工件(减速箱齿轮）,磷化膜质量为5-2０g/m２。