磷化处理

磷化处理

概述

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。

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：

发展概况

奠定磷化技术基础时期

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。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。

磷化技术迅速发展时期

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，克服了许多缺点，将磷化处理时间提高到lho。1929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。

磷化技术广泛应用时期

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。

磷化原理

⒈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。

⒉磷化原理

钢铁件浸入磷化液（由Fe(H2PO4）2Mn(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

3Mn(H2PO4）2=Mn3(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）2=FeHPO4↓+H3PO4

Fe+Fe(H2PO4）2=2FeHPO4↓+H2↑

3FeHPO4=Fe3(PO4）2↓+H3PO4

Fe+2FeHPO4=Fe3(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↓+FeHPO4↓+3H3PO4+H2↑

放热

磷化分析

在国内用配方分析技术，可以分析出高品质磷化液的主成分和微量主要的配方。

磷化分类

⒈按磷化处理温度分类

⑴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。

⑵中温型

50-75℃，处理时间5-15分钟，磷化膜厚度为1-7g/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。

⑶低温型

30-50℃节省能源，使用方便。

⑷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0.2-7g/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。

⒉按磷化液成分分类

⑴锌系磷化

⑵锌钙系磷化

⑶铁系磷化

⑷锰系磷化

⑸复合磷化磷化液由锌、铁、钙、镍、锰等元素组成。

⒊按磷化处理方法分类

⑴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。

⑵电化学磷化

在磷化液中，工件接正极，钢铁接负极进行磷化。

⒋按磷化膜质量分类

⑴重量级（厚膜磷化）膜重7.5g/m2以上。

⑵次重量级（中膜磷化）膜重4.6-7.5g/m2。

⑶轻量级（薄膜磷化）膜重1.1-4.5g/m2。

⑷次轻量级（特薄膜磷化）膜重0.2-1.0g/m2。

⒌按施工方法分类

⑴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。

⑵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