金属喷涂前处理

金属喷涂前处理

磷 化（上）

一.概 述

（一）.磷化的作用

磷化处理是将金属表面（主要是钢铁）通过化学反应生成一层非金属的.不导电的.多孔的磷酸盐膜。磷化处理工艺在工业上使用得很广泛，如金属成型加工.润滑.防锈.涂装等是它的主要用途之一。磷化膜具有多孔性，涂料可以滲入到这些孔隙中，因而能显著地提高涂膜的附着力。此外，磷化膜又能使金属表面由优良导体转变为不量导体，从而抑制了金属表面微电池的形成，有效地阻碍了涂膜的腐蚀，可以成倍地提高涂层的耐蚀性和耐水性，所以磷化膜已被公认为涂层最好的基底。因此，磷化处理已成为涂装表面处理工艺不可缺少的一个环节。

（二）.磷化的分类

磷化处理有以下几种不同的分类方法。跟据磷化膜的组成可分为铁系.锌系.锰系三大类。跟据膜的厚度可分为薄膜型厚膜型。跟据处理温度可分成为高温磷化.中温磷化.底温（常温）磷化。本节跟据磷化膜的组成来讨论分析。

1.铁系磷化

铁系磷化主要应用于涂装。铁系磷化膜很薄。膜重大多数在0.3-0.5g/㎡,很少达到1g/㎡。铁系磷化膜的组成为三价铁的磷酸盐与三氧化二铁，颜色从蓝色到褐色。

铁系磷化处理的主要成分是酸式碱金属磷酸盐（如磷酸二氢钠.磷酸二氢铵），还含有碱金属的多聚磷酸盐（如三聚磷酸钠）及少量的催化剂.促进剂和添加剂。

在磷化处理工艺上，铁系磷化具有磷化反应速度快，处理时间短，处理温度低，工艺幅度大，槽液的酸度低，磷化淤渣少，因而对设备要求不高，药品消耗少，成本低，如果选用合适的表面活性剂，可组成除油磷化“二合一”，从而简化磷化处理工艺，但由于铁系磷化膜很薄，它的耐腐蚀性不及锌系磷化膜，所以主要应用于对耐蚀性要求不高的工件。

2.锌系磷化

锌系磷化应用于润滑.防锈.涂装等方面。锌系磷化膜重1-6g/㎡。涂装用磷化膜重在1-3g/㎡。系薄膜型。膜的组成，主要成分是锌.铁的磷酸盐，颜色从灰色到褐色。

锌系磷化处理液主要成分是磷酸锌盐.磷酸.三聚磷酸钠及催化剂.促进剂.减渣剂等添加剂。

锌系磷化由于配方的不同，工艺参数差别极大。就涂装而言，目前采用常温磷化.薄膜

型，故反应速度快.时间短.温度低，淤渣较少，但锌系磷化不能组成除油磷化“二合一”故工艺过程较多。锌系磷化膜的质量大大优于铁系膜，所以汽车涂装.家电.电器涂装等均采用锌系磷化。

3.锰系磷化

锰系磷化因处理时间长.温度高.浓度大.膜厚而松，涂装行业已不用，多用于润滑.防蚀等方面。

（三）.涂装用磷化膜要求

膜重一般在1-5g/㎡相当于0.6-3.5um,同时，磷化膜的结晶应细致.均匀.连续.致密.附着力好.硬度大.孔隙率低。

二.磷化膜的形成机理及结构

（一）.机理

磷化处理材料的主要组成为酸式磷酸盐，其分子式为Me(H2PO4)2.Me通常指锌.锰.铁等。这些酸式磷酸盐能溶于水，并分解产生游离磷酸。

游离磷酸把被磷化金属（以钢铁为例）表面的铁溶解下来，并放出氢气，这使金属与磷化溶液相接触的界面的酸度下降。

反应中释放出来的氢气被吸附在待磷化的表面，从而阻止了磷化膜结晶的形成。为加速磷化反应的速度，缩短磷化处理时间，在磷化处理溶液内加入氧化剂.促进剂以除去氢气。可使氢气氧化生成水，在工件表面溶解下来的亚铁离子被NO2氧化成三价铁离子而生成F ePO,在磷化工作液的酸度下，它几乎不溶于水，于是就成为淤渣沉淀下来。

在工件表面上氢离子的唯一来源是酸式磷酸盐，在反应中需要消耗氢离子，从而降低了酸度，于是磷化膜就沉积下来。

实际的磷化反应要复杂得多，因为还有一些其它反应同时进行。磷化淤渣的主要成分为FePO4.也有少量的Me3(PO4)2。磷化膜的主要成分是Me3(PO4)2·4H2O,但也有磷酸铁与其它反应产物。

在铁盐磷化过程中，由于所采用的酸式碱金属磷酸盐都是水溶性的，不能存在于磷化膜中。碱金属的磷酸二氢盐溶液在氧化剂的存在下，例如空气的氧，与钢铁表面产生下列反应。

4Fe+4NaH2PO4+3O2→2FePO4+Fe2O3HPO4+3H2O

铁盐磷化膜

（二）.磷化膜的结构组成

磷化膜的结构组成主要取决于工件材料和磷化液的配方，其次与处理过程也有关系。由于铁系.锰系磷化应用不广，且品种少，故本节主要讨论锌系磷化膜的结构。在钢铁表面生成的锌系磷化膜主要有磷锌矿Zn3(PO4)·4H2O和磷叶石Zn2Fe(PO4)2·4H2O。人们把磷化膜中的磷叶石含量的百分比叫Ｐ比。

磷叶石

Ｐ比＝——————————×１００％

磷叶石＋磷锌矿

研究表明，磷叶石可以提高磷化膜的耐腐蚀性。应当指出，磷叶石中的铁分是金属基体表面的铁原子溶解析出，而非溶液中的铁离子沉淀，这就是磷叶石主要集中于工件腐蚀表面磷化膜的内部的原因。

磷化膜的结构与磷化液的配方有关。如镍改进的锌系磷化液，镍少量地夹杂与磷化膜中，在低锌的磷化液中，更多的形成磷叶石和铵镍矿。

磷化膜的结构还与磷化工艺有关，一般情况下浸渍磷化比喷射磷化含有更多的磷叶石。

三.磷化处理的工艺

（一）.磷化处理的工艺过程

1.喷射法

由于喷射的冲击起到了搅拌和表面更新的作用，使得喷射法所需的磷化时间较浸渍法短，约2min，而且磷化液的浓度和温度也低，所生成磷化膜的结晶也较细。喷射法的缺点是它不适用于形状复杂或有封闭内腔的工件，因在封闭内腔的表面非但没有磷化，反而容易造成锈蚀。喷射法的另一缺点是所生成的磷化膜的P比低，设备维护工作量大，需要经常检查，疏通喷嘴。

2.浸渍法

浸渍法的优点正好与喷洒法相反，处理时间需要10-15min，处理温度与浓度也较高，而且生成的磷化膜结晶也要粗些。它的优点是适用于处理形状复杂的工件，磷化膜均匀，磷化液的夹带量少，膜的P比高。综合上述，对表面结构简单的工件，如冰箱.洗衣机外壳等宜采用喷射法，而对形状复杂的工件，如汽车.自行车.钢管家具.工艺品等宜采用浸渍法。（磷化下）

磷 化(下）

四.影响磷化处理的因素

（一）.基材的影响