金属表面转化膜——磷化

金属表面转化膜——磷化

2008-3-7

金属表面转化膜——磷化

2008/3/6/11:07 来源：中国涂装网

金属表面在除油、除锈后，为了防止重新生锈，通常要进行化学处理，使金属表面生成一层保护膜，该膜通常只有几微米，主要起增强涂层和底材附着力的作用，较厚的膜层还能增强防锈性能。常用的表面化学转化方法有氧化、磷化、钝化三种。其中，磷化是化学处理的中心环节，是一种大幅度提高金属工件耐腐蚀能力的简单可靠、费用较低、操作简便的工艺方法，在工业上应用很广。

1与磷化工艺相关的标准

金属(主要指钢铁)经含有锌(Zn)、锰(Mn)、铬(Cr)、铁(Fe)等磷酸盐的溶液处理后，在基底金属表面形成一种不溶性磷酸盐膜，此种过程称为磷化。磷化使金属表面形成一层附着良好的保护膜，以磷酸锌为例，在氧化剂的存在下，所生成的磷化膜为Zn3(PO4)2·4H20和Zn2Fe(PO4)2·4H20的结晶体。该磷化膜闪烁有光、灰色多孔(空隙率为表面积的0.5%～1.5%)，膜厚通常为0.1～50μm。

关于磷化工艺，我国和国际上都有相应的标准体系，可参照执行：

GB/T11376-1997金属的磷酸盐转化膜

GB/T6807-2001钢铁工件涂装前磷化处理技术条件

GB/T12612-1990多功能钢铁表面处理液通用技术条件

ISO9717-1990(E)金属的磷酸盐转化膜-确定要求的方法

ISOl0546-1993(E)化学转化膜-铝及铝合金上的漂洗和不漂洗铬酸盐转化膜

DIN50942-1973金属的磷化处理方法原理、缩写符号和检验方法

ANSI/ASTM/AMS2480C 涂漆基体磷化处理

2磷化的作用

磷酸盐转化膜应用于铁、铝、锌、镉及其合金上，既可当作最终精饰层，也可作为其他覆盖层的中间层，其作用主要有以下方面。

2.1提高耐蚀性

磷化膜虽然薄，但由于它是一层非金属的不导电隔离层，能使金属工件表面的优良导体转变为不良导体，抑制金属工件表面微电他的形成，进而有效阻止涂膜的腐蚀。表1列出了磷化膜对金属耐蚀性能的影响。

表1不同膜层保护钢的试样经盐水浸泡的耐蚀性能

保护膜在3%NaCl溶液中首先出现腐蚀的时间/H

无覆膜

磷化膜

镀镍

镀铬

磷化膜加石蜡

两层烤漆

磷化膜加一层烤漆

长效防腐涂料

磷化膜加长效防腐涂料0.1

1

10～13

23～24

60

70

500h试验无腐蚀

1000h试验无腐蚀

2000h试验无腐蚀

2.2提高基体与涂层间或其他有机精饰层间的附着力

磷化膜与金属工件是一个结合紧密的整体结构。其间没有明显界限。磷化膜具有的多孔性，使封闭剂、涂料等可以渗透到这些孔隙之中，与磷化膜紧密结合，从而使附着力提高。

2.3提供清洁表面

磷化膜只有在无油污和无锈层的金属工件表面才能生长，因此，经过磷化处理的金属工件，可以提

供清洁、均匀、无油脂和无锈蚀的表面。

2.4改善材料的冷加工性能，如拉丝、拉管、挤压等。

2.5改进表面摩擦性能，以促进其滑动。

3磷化的分类

磷化处理分类方法较多，工业上较为常用的有以下几种。

3.1按磷化膜种类分

可把磷化分为锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系、非晶相铁系六大类。

各种磷化膜的特点见表2。

表2磷化膜分类及特征

磷化膜类别磷化膜基本成分铁基体单位面积膜层（g/m2）结晶类型

锌系Zn2Fe(PO4)·4H2OZn3(PO4)2·4H2O1～40定型晶结构，树枝状、针状、空隙较多

锌钙系Zn2Ca(PO4)2·4H2OZn2Fe(PO4)2·4H2OZn3(PO4)2·4H2O1～15 紧密颗粒状，有时有大的针状颗粒，空隙较少

锌锰系Zn2Fe(PO4)2·4H2O Zn3(PO4)2·4H2O(Mn,Fe)5H2(PO4)4·4H2O1～40颗粒-树枝-针状混合晶型，空隙较少

锰系(Mn,Fe)5H2(PO4)4·4H2O Mn3(PO4)2·3H2O酸式磷酸铁锰1～40密集颗粒状，空隙少

铁系Fe5H2(PO4)4·4H2O5～20颗粒状，空隙较多

非晶相铁系Fe3H2(PO4)2·8H2O Fe2O3FePO4 2.5～1.5 膜薄，结构呈非晶相平面分布

3.2按磷化膜质量分类

实际应用中，一般根据单位面积膜层质量（g/m2）衡量，可分为重量级、次重量级、轻量级、次轻量级四种。其作用见表4。通常膜薄附着力好，而膜厚耐蚀性好，涂装前处理所需膜层为0.5～7.5g/m2，一般锌系磷化膜控制在1～4.5g/m2，铁系磷化膜控制在0.2～1g/m2，与阴极电泳或粉末涂料配套时磷化膜控制在1～3g/m2。

表3磷化膜质量与用途的关系

质量分类膜质量/（g/m2）膜主要成分用途

次轻量级

轻量级

次重量级

重量级0.2～1

1.1～4.5

4.6～7.5

＞7.5 磷酸铁、磷酸钙等

磷酸锌等

磷酸锌等

磷酸锌、磷酸锰等用于变形大的工件作底层

作通用底层

用于基本不变形的工件作底层

作防锈用，不作底层

3.3按磷化处理温度分类

3.3.1高温磷化磷化处理温度为80～90℃。优点是配方成份简单，磷化速度快，磷化膜的耐蚀性、硬度及耐热性能较高。缺点是槽液温度高、耗能大、蒸发量大、沉渣多，成本高，形成磷化膜较厚且粗糙，一般不作涂装前的磷化。

3.3.2中温磷化磷化处理温度为60～75℃。优点是磷化速度较快，磷化结晶较细，耐蚀性能好，但磷化膜仍较厚，涂装后涂膜的光泽不好，一般适用于耐蚀性防护层及喷、刷漆的底层，但不适用于电泳及静电粉末喷涂的底层。

3.3.3低温磷化磷化处理温度为35～55℃。低温磷化成膜动力主要依赖配方中的促进剂等物质，形成的磷化膜薄而致密，平整光滑，槽液稳定，沉渣较少，能耗小，维护简便，使用综合成本低，是目前国内外涂装底层处理的主要技术。

3.3.4常温磷化常温状态下，不加温的磷化工艺。磷化成膜的动力完全依赖于配方中的促进剂成分。节能，减少设备投资，是新的发展趋势，但磷化速度较侵，对大批量产品不适用。磷化配方复杂，槽液维护调整难度较大，槽液浓度较高，但综合成本较低，是发展方向。