钢铁的磷化处理
第3章 钢铁的磷化
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
磷化处理
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。
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作用。
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7.5 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。
磷化处理工艺
磷化处理一、问题处理：铁件磷化后，表面发白，原因：磷化液中的沉渣，在铁件表面。
处理办法：磷化液中加入双氧水，沉淀，清除磷化液下边的沉渣。
加大在磷化后的水洗。
局部发黄，的原因是铁件表面开始反锈。
原因，1.工件的在做完磷化后，水洗不够彻底。
2.工件复杂，没有把水完全空出。
处理办法，1.加大水洗，2.用热水烫干，加大通风。
二、磷化工艺：磷化是常用的前处理技术，原理上应属于化学转化膜处理。
工程上应用主要是钢铁件表面磷化，但有色金属如铝、锌件也可应用磷化。
磷化原理：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），在表面沉积形成不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程，称之为磷化。
把金属放入含有锰、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磷酸盐保护膜的方法，叫做金属的磷酸盐处理。
磷化膜层为微孔结构，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（Sn、Al、Zn）性及较高的电绝缘性等。
磷化分类：按处理温度分：高温型（75-100℃，能耗大，磷化物沉积多，形成的磷化膜厚度达10-30g/㎡）、中温型（50-75℃，处理时间5-15min，磷化膜厚度达1 -8g/㎡）、低温型（30-50℃）和常温型（10-30℃，节省能源，使用方便，除加氧化剂外还加促进剂，能耗小，但溶液配制较复杂，膜厚度达0.2-7g/㎡）。
按磷化液成分分：锌系磷化、锌钙系磷化、锌锰系磷化、铁系磷化、锰系磷化和复合磷化等。
按磷化处理方法分：化学磷化、电化学磷化。
按磷化膜质量分：重量级（膜重7.5g/㎡以上）、次重量级（膜重4.6-7.5g/㎡）、轻量级（膜重1.1-4.5g/㎡）和次轻量级（膜重0.2-1g/㎡）。
按施工方法分：浸渍磷化、喷淋磷化和刷涂磷化。
磷化作用及用途：涂装前磷化的作用：增强涂装膜层（如涂料涂层）与工件间结合力；提高涂装后工件表面涂层的耐蚀性；提高装饰性。
非涂装磷化的作用：提高工件的耐磨性，令工件在机加工过程中具有润滑性；经适当的后处理，可提高工件的耐磨性。
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。
2.装饰：磷化膜具有较好的装饰性，可用于金属表面的美化处理。
例如，在电子产品、家具等领域，磷化处理被广泛应用于产品的外观装饰。
3.耐磨：磷化膜还具有较好的耐磨性，可用于提高金属表面的耐磨性能。
例如，在机械零件、工具等领域，磷化处理被广泛应用于提高产品的耐磨性能。
4.粘合：磷化膜还可以作为粘合剂使用，将不同金属材料粘合在一起。
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。
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。
缸槽清洗采用封闭式清洗槽，将钢板放入清洗槽内，槽内注满清洗液体，使用搅拌器，利用清洗液体的冲刷作用对钢板表面进行清洗。
清洗液的成分通常为过氧化氢和有机溶剂，清洗液的温度一般在40-50℃之间，工作时间约为2-5分钟。
清洗完毕后，使用清水对钢板进行冲洗，去除表面清洗液的残留物，确保钢板表面干净无杂质。
3. 磷酸浸泡将经过缸槽清洗的钢板放入磷酸浸泡槽中，进行磷酸浸泡处理，使其表面形成一层磷化物。
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。
钢铁磷化作业指导书
钢铁磷化作业指导书一、作业目的钢铁磷化是一种常见的表面处理工艺，通过在钢铁表面形成一层磷化膜，可以提高钢铁材料的耐腐蚀性能和润滑性能。
本作业指导书旨在提供详细的作业指导，确保钢铁磷化作业的质量和安全。
二、作业准备1. 磷化液准备：根据所需的磷化液配方，准确称取所需的化学品，并按照配方比例将其溶解于适量的水中。
2. 设备准备：确保作业所需的设备（如磷化槽、搅拌器、加热器等）完好无损，并进行必要的清洁和消毒。
3. 个人防护用品准备：确保所有作业人员配备了必要的个人防护用品，包括防护服、手套、护目镜、防毒面具等。
三、作业步骤1. 清洗：将待磷化的钢铁材料进行彻底清洗，去除表面的油污、灰尘等杂质。
可以使用溶剂、碱性清洗剂或超声波清洗等方法进行清洗，确保表面干净无污染。
2. 预处理：根据磷化液配方的要求，对清洗后的钢铁材料进行必要的预处理，如酸洗、酸蚀等。
预处理的目的是去除表面的氧化物和锈蚀物，为后续的磷化作业做好准备。
3. 磷化：将预处理后的钢铁材料浸入事先准备好的磷化液中，保持一定的温度和时间。
磷化液中的磷化剂会与钢铁表面的金属离子发生反应，形成一层磷化膜。
根据需要可以进行多次浸泡，以增加磷化膜的厚度。
4. 水洗：磷化完成后，将钢铁材料取出，进行充分的清洗和水洗，以去除残留的磷化液和杂质。
可以使用自来水或去离子水进行水洗，确保洗净彻底。
5. 中和：将磷化液中的废液进行中和处理，以减少对环境的污染。
可以使用中和剂将废液中的酸性或碱性物质中和至中性。
6. 除油：对磷化后的钢铁材料进行除油处理，去除表面的油污和残留的磷化液。
可以使用溶剂、碱性清洗剂或蒸汽清洗等方法进行除油处理。
7. 干燥：将除油后的钢铁材料进行充分的干燥，以去除表面的水分。
可以使用热风烘干、自然晾干或真空干燥等方法进行干燥。
四、作业注意事项1. 个人防护：在进行钢铁磷化作业时，必须佩戴好个人防护用品，包括防护服、手套、护目镜、防毒面具等。
避免磷化液接触皮肤、眼睛和呼吸道，以免引起刺激或伤害。
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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5×109Ω
F、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℃)。
3）按处理方式分：
a、浸泡式磷化
按工艺流程，将工件顺序浸入磷化液槽中进行处理，大件可用吊挂式，小件用篮框盛装或用滚筒方式磷化。
设备简单，操作方便，处理温度可以较高。
b、喷淋法
按工艺流程，将工件传递到处理工位，在规定时间内，经受磷化液喷淋处理，设备较复杂，但与浸泡式比较，磷化液浓度可以较低，磷化时间较短。