磷化处理知识

磷化(phosphorization)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使用。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:奠定磷化技术基础时期、磷化技术迅速发展时期和广泛应用时期。

磷化膜用作钢铁的防腐蚀保护膜，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。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T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。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。

    (二)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。

(三)磷化基础知识

一、磷化原理

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。

    二、磷化分类

    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)铁系磷化

    (3)锰系磷化

    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。

5、按施工方法分类

(1)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。

    (2)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、耐蚀性好。

    (3)刷涂磷化

上述两种方法无法实施时，采用本法，在常温下操作，易涂刷，可除锈蚀，磷化后工件自然干燥，防锈性能好，但磷化效果不如前两种。

    三、磷化作用及用途

    1、磷化作用

    (1)涂装前磷化的作用

    ①增强涂装膜层(如涂料涂层)与工件间结合力。

    ②提高涂装后工件表面涂层的耐蚀性。

    ③提高装饰性。

    (2)非涂装磷化的作用

    ①提高工件的耐磨性。

    ②令工件在机加工过程中具有润滑性。

    ③提高工件的耐蚀性。

    2、磷化用途

    钢铁磷化主要用于耐蚀防护和油漆用底膜。

    (1)耐蚀防护用磷化膜

①防护用磷化膜 

用于钢铁件耐蚀防护处理。磷化膜类型可用锌系、锰系。膜单位面积质量为10-40 g/m2。磷化后涂防锈油、防锈脂、防锈蜡等。

    ②油漆底层用磷化膜

    增加漆膜与钢铁工件附着力及防护性。磷化膜类型可用锌系或锌钙系。磷化膜单位面积质量为0.2-1.0 g/m2(用于较大形变钢铁件油漆底层)；1-5 g/m2(用于一般钢铁件油漆底层)；5-10 g/m2(用于不发生形变钢铁件油漆底层)。

    (2)冷加工润滑用磷化膜

    钢丝、焊接钢管拉拔 单位面积上膜重1-10 g/m2；精密钢管拉拔 单位面积上膜重4-10 g/m2；钢铁件冷挤压成型 单位面积上膜重大于10 g/m2。

    (3)减摩用磷化膜

    磷化膜可起减摩作用。一般用锰系磷化，也可用锌系磷化。对于有较小动配合间隙工件，磷化膜质量为1-3 g/m2；对有较大动配合间隙工件(减速箱齿轮)，磷化膜质量为5-20 g/m2。

    (4)电绝缘用磷化膜

    一般用锌系磷化。用于电机及变电器中的硅片磷化处理。

    四、磷化膜组成及性质

    分类 磷化液主要成份 膜组成 膜外观 单位面积膜重/ g/m2

    锌系 Zn(H2PO4)2 磷酸锌和磷酸锌铁 浅灰→深灰 1-60

    锰系 Mn(H2PO4)2 和Fe(H2PO4)2 磷酸锰铁 灰→深灰 1-60

    铁系 Fe(H2PO4)2 磷酸铁

    深灰色 5-10

    2.磷化膜组成

    磷化膜为闪烁有光，均匀细致，灰色多孔且附着力强的结晶，结晶大部分为磷酸锌，小部分为磷酸氢铁。锌铁比例取决于溶液成分、磷化时间和温度。

    3、性质

    (1)耐蚀性

    在大气、矿物油、植物油、苯、甲苯中均有很好的耐蚀性，但在碱、酸、水蒸气中耐蚀性较差。在200-300℃时仍具有一定的耐蚀性，当温度达到450℃时膜层的耐蚀性显著下降。

    (2)特殊性质

    如增加附着力，润滑性，减摩耐磨作用。

    五、磷化工艺流程

    除油除锈→水洗→磷化→水洗→磷化后处理