锌系磷化液配方成分分析、技术研发、磷化机理及工艺流程

锌系磷化液成分分析、配方研发、磷化机理及工艺流程导读：本文详细介绍了锌系磷化液的研究背景，理论基础，参考配方等，本文中的配方数据经过修改，如需更详细资料，可咨询我们的技术工程师。

锌系磷化液广泛应用于金属表面处理，禾川化学引进国外配方破译技术，专业从事金属表面脱漆剂成分分析、配方还原、研发外包服务，为金属表面处理相关企业提供一整套配方技术解决方案。

一、背景磷化是金属材料防腐蚀的重要方法之一,其目的在于给基体金属提供防腐蚀保护、用于喷漆前打底、提高覆膜层的附着力与防腐蚀能力及在金属加工中起减摩润滑作用等。

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。

钢铁表面涂装前处理工艺指脱脂（除油）、除锈、表调、磷化。

然而由于工件表面的状况不同，则生产工艺也有所不同，有的工艺中没有脱脂或没有除锈工序，有的工艺则没有表面调整工序，但磷化工序是绝对不可缺少的。

在涂装处理过程中，如果不清除油脂、氧化皮和锈层，不进行磷化处理，直接进行涂漆和静电喷涂，就会使钢铁表面的涂层产生脱落，失去了涂装的意义。

目前，国内外的金属加工业、薄板加工业、石油行业及汽车、自行车、高低压开关柜、防盗门、铁路等制造业普遍采用的是中、高温磷化，存在着操作不方便、能源和材料消耗大、调整频繁、成膜不均、成本高等问题。

为解决以上问题，常温磷化已成为国际磷化行业的必然和研究课题。

常温磷化不仅可以有效地降低能源消耗，还可以解决操作不方便、材料消耗大、调整频繁、成膜不均、成本高等问题。

禾川化学技术团队具有丰富的分析研发经验，经过多年的技术积累，可以运用尖端的科学仪器、完善的标准图谱库、强大原材料库，彻底解决众多化工企业生产研发过程中遇到的难题，利用其八大服务优势，最终实现企业产品性能改进及新产品研发。

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有任何配方技术难题，可即刻联系禾川化学技术团队，我们将为企业提供一站式配方技术解决方案！二、磷化机理2.1磷化概念磷化液的主要成分是磷酸二氢盐，如zn(h2po4)2以及适量的游离磷酸和加速剂等。

加速剂主要起降低磷化温度和加快磷化速度的作用。

作为化学加速剂用得最多的氧化剂如no3-、no2-、cio3-、h2o2等。

磷化是金属与稀磷酸或酸性磷酸盐反应而形成磷酸盐保护膜的过程。

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。

2.2磷化液的分类1）按磷化膜体系分类按磷化成膜体系主要分为：锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系、非晶相铁系六大类。

锌系磷化槽液主体成分是：zn2+、h2po3-、no3-、h3po4、促进剂等。

形成的磷化膜主体组成（钢铁件）：zn3(po4)2·4h2o 、zn2fe(po4)2·4h2o。

磷化晶粒呈树枝状、针状、孔隙较多。

广泛应用于涂漆前打底、防腐蚀和冷加工减摩润滑。

锌钙系磷化槽液主体成分是：zn2+、ca2+、no3-、h2po4-、h3po4以及其它添加物等。

形成磷化膜的主体组成（钢铁件）：zn2ca(po4)2·4h2o、zn2fe(po4)2·4h2o、zn3(po4)2·4h2o。

磷化晶粒呈紧密颗粒状（有时有大的针状晶粒），孔隙较少。

应用于涂装前打底及防腐蚀。

锌锰系磷化槽液主体组成：zn2+、mn2+、no3-、h2po4-、h3po4以及其它一些添加物。

磷化膜主体组成：zn2fe(po4)2·4h2o、zn3(po4)2·4h2o、(mn,fe)5h2(po4)4·4h2o，磷化晶粒呈颗粒-针状-树枝状混合晶型，孔隙较少。

广泛用于漆前打底、防腐蚀及冷加工减摩润滑。

锰系磷化槽液主体组成：mn2+、no3-、h2po4、h3po4以及其它一些添加物。

在钢铁件上形成磷化膜主体组成：(mn,fe)5h2(po4)4·4h2o。

磷化膜厚度大、孔隙少，磷化晶粒呈密集颗状。

广泛应用于防腐蚀及冷加工减摩润滑。

铁系磷化槽液主体组成：fe2+、h2po4、h3po4以及其它一些添加物。

磷化膜主体组成（钢铁工件）：fe5h2(po4)4·4h2o,磷化膜厚度大，磷化温度高，处理时间长，膜孔隙较多，磷化晶粒呈颗粒状。

应用于防腐蚀以及冷加工减摩润滑。

非晶相铁系磷化槽液主体成分：na+(nh4+)、h2po4、h3po4、moo4-(clo3-、no3-)以及其它一些添加物。

磷化膜主体组成（钢铁件）：fe3(po4)2·8h2o, fe2o3,磷化膜薄，微观膜结构呈非晶相的平面分布状，仅应用于涂漆前打底。

2）按磷化膜的厚度分类按磷化膜厚度（磷化膜重）分，可分为次轻量级、轻量级、次重量级、重量级四种。

次轻量级膜重仅0.1～1.0g/m2,一般是非晶相铁系磷化膜，仅用于漆前打底，特别是变形大工件的涂漆前打底效果很好。

轻量级膜重1.1～4.5 g/m2,广泛应用于漆前打底，在防腐蚀和冷加工行业应用较少。

次重量级磷化膜厚4.6～7.5 g/m2,由于膜重较大，膜较厚（一般>3μm），较少作为漆前打底（仅作为基本不变形的钢铁件漆前打底），可用于防腐蚀及冷加工减摩滑润。

重量级膜重大于7.5 g/m2,不作为漆前打底用，广泛用于防腐蚀及冷加工。

3）按磷化处理温度划分按处理温度可分为常温、低温、中温、高温四类。

常温磷化就是不加温磷化。

低温磷化一般处理温度30～45℃。

中温磷化一般60～70℃。

高温磷化一般大于80℃。

温度划分法本身并不严格，有时还有亚中温、亚高温之法，随各人的意愿而定，但一般还是遵循上述划分法。

4）按促进剂类型分类由于磷化促进剂主要只有那么几种，按促进剂的类型分有利于槽液的了解。

根据促进剂类型大体可决定磷化处理温度，如no3－促进剂主要就是中温磷化。

促进剂主要分为：硝酸盐型、亚硝酸盐型、氯酸盐型、有机氮化物型、钼酸盐型等主要类型。

每一个促进剂类型又可与其它促进剂配套使用，有不少的分支系列。

硝酸盐型包括：no3－型，no3－/no2－（自生型）。

氯酸盐型包括：clo3－，clo3－/ no3－，clo3－/ no2－。

亚硝酸盐包括：硝基胍r- no2－/ clo3－。

钼酸盐型包括：moo4－, moo4－/ clo3－, moo4－/ no3－。

5）其他分类方法还有，如按材质可分为钢铁件、铝件、锌件以及混合件磷化等。

2.4磷化成膜机理磷化的主要过程：1) 金属的溶解过程即金属与磷化液中的游离酸发生反应:m+h3po4 = m(h2po4)2+h2↑2)促进剂的加速过程为:m(h2po4)2+fe+[o]→m3(po4)2+fepo由于氧化剂的氧化作用,加速了不溶性盐的逐步沉积,使金属基体与槽液隔离,会限制甚至停止酸蚀的进行。

3)磷酸及盐的水解: 磷化液的基本成分是一种或多种重金属的酸式磷酸盐, 其分子式为me(h2po4)2,这些酸式磷酸盐溶于水,在一定浓度及ph值下发生水解,产生游离磷酸:me(h2po4)2=mehpo4+h3po43mehpo4=me3(po4)2+ h3po4h3po4=h2po4-+h+= hpo42- + 2h+ = po43- + 3h+由于金属工件表面的氢离子浓度急剧下降，导致磷酸根各级离解平衡向右移动，最终成为磷酸根。

4）磷化膜的形成：当金属表面离解出的po3-4与磷化槽液中的金属离子zn2+、mn2+、fe2+达到饱和时,即结晶沉积在金属工件表面,晶粒持续增长,直到在金属工件表面生成连续不溶于水的牢固的磷化膜:3m2+ + 2po43- + 4h2o = m3 (po4 ) 2·4h2o ↓2m2+ + fe2+ + 2 po43- + 4h2o= m2fe(po4 ) 2·4h2o ↓金属工件溶解出的fe2+一部分作为磷化膜的组成部分被消耗掉,而残留在磷化槽液中的fe2+则氧化成fe3+,生成fepo4沉淀,即磷化沉渣的主要成分之一。

上述磷化原理可解释锌系磷化、锌钙系磷化、锰系磷化的成膜过程,也可解释锌件磷化、铝件磷化的成膜过程,但锌件磷化膜只有磷酸锌一种组成,铝件磷化还需加入较多的氟化物,以便形成alf3、alf63-2.5磷化用途磷化用途：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。

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。

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。

金属上的磷酸盐转化膜有各种用途,它们对于提高油漆与金属的结合力和抗腐蚀性是很重要的,所以在涂装行业得到广泛的应用。

它们也可用作防锈的油载体、金属冷加工过程中润滑剂的载体、金属冷作过程中的润滑剂的载体、润滑以及摩擦表面的润滑等。

有两种基本类型的磷化,第一种是在含有多种加速剂的低酸度的碱金属或氨的磷酸盐溶液中靠被溶解的金属离子自身形成磷化膜,其基本上是一种无定型膜,我们称其为铁系磷化。

这种类型的磷化膜通常是油漆很好的基底,主要是钢铁。

此膜有可塑性,作为盘管涂漆前处理,然后成型时漆膜不会破裂。

不过,与其他类型的磷化膜相比,铁系磷化膜涂装耐腐蚀性能低,因此,在室外环境或在重负荷应用条件下是不用这种磷化膜的。

另一种类型的磷化是含二价金属离子的盐,并在金属表面形成不溶性磷酸盐，生产中广泛使用的是磷酸锌、磷酸锰和zn-ni,zn-ca、zn-mn-ni等磷化。

开始mn2+、ni2+等离子在锌系磷化液中加入的量很少,其目的是细化结晶和提高膜的防护性,但为了提高磷化膜的抗碱性能,特别是在阴极电泳涂装及较恶劣条件下使用的涂装,近代锌系磷化液中mn2+、ni2+等离子的含量已超过zn2+量,即在锌系磷化液中mn2+、ni2+等已由原来的“第二阳离子”提升为“第一阳离子”,也就是人们所说的“三元系磷化”或“多晶磷化”。

由于磷酸锰、磷酸锌-锰膜有较高的硬度,被用来作滑动摩擦的润滑剂的载体。

磷酸锌、磷酸锰、磷酸锌-镍和磷酸锌-锰等膜全都或多或少为粗糙的结晶结构,虽然粗糙的结晶可吸收更多的润滑剂或防锈油在某些润滑和防护上是有利的,但对大多数其他方面的应用往往是不利的,特别是作为油漆的底层。