磷化替代工艺研究

氧磷化工艺技术研究摘要：本文针对氧磷化工艺技术进行了深入研究与分析。

首先介绍了氧磷化的定义和原理，强调了该工艺在现代工业生产中的重要性和应用前景。

随后，对目前存在的氧磷化工艺技术进行了综述，包括常见的湿法和干法氧磷化工艺，并深入探讨了各种工艺的特点、优缺点以及适用范围。

在研究中，我们发现了现有氧磷化工艺存在一些问题，如工艺复杂、耗能高、环境影响等。

针对这些问题，我们提出了一种创新的氧磷化工艺技术，并依据实验数据和模拟结果对其进行了评估。

关键词：氧磷化防锈耐蚀性工艺（一）概述化学磷酸盐处理简称磷化，是一种重要的研究领域，涉及到应用和发展中的化学和材料科学。

该技术的研究旨在开发高效、环保和可持续的氧磷化工艺，以满足日益增长的需求并减少对有限资源的依赖。

首先，氧磷化工艺技术的研究包括对氧磷化反应机理和动力学的探索。

其目标是深入理解在氧与磷之间发生的化学反应过程，以及反应速率和条件对产物的影响。

这种理论研究为优化酸、温度、催化剂和其他操作参数提供了理论基础，以实现更高的反应效率和产品质量。

其次，氧磷化工艺技术的研究还包括对催化剂的设计和开发。

催化剂在氧磷化反应中起着至关重要的作用，可以加速反应速率、调控产物分布和提高选择性。

研究人员致力于探索新型催化剂的合成方法、表征技术和催化机理，以提高催化剂的效率和稳定性。

此外，氧磷化工艺技术研究还关注绿色和可持续发展。

在工艺设计和开发的过程中，研究人员将努力降低能源消耗、减少废弃物产生，并优化产品分离和回收的方法。

他们还致力于减少有害物质的排放，并开发环境友好的氧磷化工艺，以确保可持续发展。

（二）磷化膜的主要特征有：（1）磷化膜本身并不具有很高的耐蚀性，但磷化膜层经过浸油或涂漆处理后组成的复合膜层可以对基体金属产生良好的保护作用。

（2）磷酸盐膜的孔隙率并不高，占膜体积的0.5%～1.5%，但膜层具有很好的吸附性。

包括物理吸附和化学吸附。

（3）磷化膜层还具有不沾附熔融金属（Sn、Al、Zn）的特性，在钢铁零件进行渗氮处理时，通常采用镀锡的方法对零件非渗氮区域进行保护。

铝合金磷化工艺的研究随着现代工业的快速发展，铝合金作为一种轻质、高强度、耐腐蚀性能优异的材料，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑工程等领域。

然而，铝合金在实际应用过程中，常常会受到腐蚀的侵蚀，降低了其使用寿命和性能。

为了改善铝合金的抗腐蚀性能，提高其耐用性，研究人员开始探索铝合金磷化工艺。

铝合金磷化工艺是一种通过在铝表面形成磷化物层来提高其抗腐蚀性能的方法。

磷化物层具有较高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，可以有效地保护铝合金表面免受腐蚀的侵蚀。

磷化工艺可以分为化学磷化和电化学磷化两种方式。

化学磷化是将铝合金表面浸泡在含有磷酸盐和其他助剂的溶液中，通过表面化学反应，在铝表面形成一层磷化物覆盖层。

化学磷化工艺简单、成本低廉，可以在常温下进行。

然而，磷化层的厚度和质量受到多种因素的影响，如酸性溶液浓度、温度、浸泡时间等，需要进行严格的工艺控制。

电化学磷化是利用电化学方法，在铝合金表面形成磷化物覆盖层。

通过在溶液中施加电流，使铝表面发生氧化还原反应，生成磷化物层。

电化学磷化可以控制磷化层的厚度和质量，具有较高的工艺可控性。

然而，电化学磷化工艺相对复杂，需要专门的设备和技术支持。

铝合金磷化工艺的研究主要集中在以下几个方面：1. 工艺参数的优化。

磷化工艺的效果受到多种因素的影响，如溶液成分、温度、pH值等。

研究人员通过对不同工艺参数的调整和优化，寻找最佳的磷化工艺条件，以获得最佳的磷化效果。

2. 研究磷化机理。

理解磷化过程中的化学反应机理对于优化磷化工艺具有重要意义。

研究人员通过表面分析技术和材料科学方法，深入探究磷化过程中的物理化学现象，揭示磷化机理，为磷化工艺的改进和控制提供理论依据。

3. 磷化层的性能评价。

磷化层的性能评价是研究铝合金磷化工艺的重要一环。

研究人员通过对磷化层的显微结构、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能进行测试和分析，评价磷化层的质量和性能，为磷化工艺的应用提供依据。

铝合金磷化工艺的研究对于提高铝合金的耐腐蚀性能，延长其使用寿命具有重要意义。

价值工程1介绍现代磷化技术起源于上世纪初，第一个铁盐磷化是将铁屑与磷酸反应制得磷化剂[1]，与之类似又出现了锰系磷化[2，3]、锌系磷化[4]等磷化体系。

磷化技术用途广泛，主要用于防锈、耐磨与涂漆底层[5]。

为了起到完全覆盖金属表面达到减少氧化作用，防锈磷化需要更紧密厚实的磷化膜，多采用重型磷化技术，例如中温锌系、锰系、锌锰系磷化。

锰系磷化因其自身耐磨及多孔特点，可提高结构件表面存储润滑油脂进而改善润滑性、抗热性、吸震性，以及耐磨性能。

此外，在冷加工成形过程中，金属与模具间将产生相对摩擦运动，影响模具使用寿命。

锌系和锌钙系磷化[6]提供的润滑层覆盖在金属表面起到润滑作用，可减少冷加工过程中摩擦力，提高模具的使用寿命。

涂漆底层是磷化技术的最大应用场景，一般为薄型磷化，但要求磷化膜均匀、细致。

对磷化膜品质的测定和分析在宏观上可用划擦法试验并用肉眼观察其颜色和宏观质量，在微观层面上可用SEM 进行观察磷化膜的形貌以及金属表面磷化膜的覆盖率，磷化膜晶体结构可借助X 射线衍射仪进行测试，孔隙率可用电化学测量的方法计算得到[7]。

2磷化原理磷化过程是在金属表面通过金属与酸性磷化液反应形成转化膜的复杂过程，包括化学与电化学反应[8]。

首先发生的是金属原子在酸性环境下的氧化：（1）阴极还原反应：阳极氧化反应：同时在金属表面，磷化液中的促进剂加速氧化作用：（2）此时磷化工作液中存在游离磷酸的三级电离平衡以及可溶性重金属磷酸盐的水解平衡：（3）（4）其中Me x+为锌、铁、锰、钙等金属离子。

随着反应的进行，溶液酸度下降（即H +浓度下降），公式（3）向右反应进行，促进公式（2）反应的进行。

当金属表面附近溶液中PO 3-4的浓度与金属离子Me x+（如Zn 2+、Ca 2+、Mn 2+、Fe 2+、Al 3+等）浓度超过其各自的溶度积常数Ksp 时，公式（4）在金属表面最终形成致密的磷化膜[9]。

3磷化技术磷化技术按实施过程可分为：磷化前处理，磷化和磷化后处理三个部分。

表面工程综合实验周
实验报告
学年学期2016/2017学年第 1学期
学生系部材料工程学院
学生班级复合材料XXX班
学生姓名 XXX 学生学号 205XXXXXX 实验日期 2016.11.28-2016.12.2
南京工程学院
实验报告
课程名称表面工程综合实验
实验项目名称 45钢的磷化处理
实验学生班级复合材料XXX班
实验学生姓名 XXX
实验学生学号 205XXXXXX
同组学生姓名 XXXXXX
实验指导教师 XXXXXX
实验时间 2016.11.28-2016.12.2 实验地点基础实验楼XXXX
六、实验结论与分析
（1）镀层宏观形貌分析
（1#磷化时间20min、2#磷化时间30min、3#磷化时间40min、4#磷化时间50min）观察镀层的宏观形貌，可以发现，随着磷化处理时间加长，45钢表面颜色越黑且越均匀，说明延长磷化时间可以使表层所形成的磷化膜越完整。

（2）膜厚测试（膜厚测量仪测得）
序号
膜厚
（μm）
膜厚
（μm）
膜厚
（μm）
膜厚
（μm）
膜厚
（μm）
平均
膜厚
1#8.8 9.1 13.4 9.9 9.3 10.1 2# 10.1 7.6 12.7 8.3 11.9 10.12 3# 8.6 7.5 10.7 9.4 9.1 9.06 4# 11.4 10.7 9.2 8.9 8.4 9.72 （1#磷化时间20min、2#磷化时间30min、3#磷化时间40min、4#磷化时间50min）。

关于钢丝〔盘条〕磷化的浅解1．0磷化的目的和基本原理：1．1钢丝表面涂着物的特性：钢丝的加工和使用，要求材料在保存或加工过程和加工结束后的一定时间段内，材料表面不产生锈蚀或表面涂着物不产生潮解；在加工过程中得到低的摩擦系数。

钢丝因再加工和使用的需要，钢丝表面选择的涂着物有：涂石灰、涂硼砂或其类似物、电镀金属、磷化等。

电镀金属仅是在一些特殊产品的要求而使用。

涂石灰是早期钢丝生产工艺中广泛使用的方式，它成本低；但是这种方式在再加工时产生粉尘有害健康且不适应高速拉拔。

涂硼砂是适用于高速拉拔且成本低廉的方式。

虽然它易于潮解，但对涂后的中间品有适当的管理措施是可以避免的。

且特别在涂后直接拉拔的工艺是被广泛选用。

目前国外虽开始限制使用硼砂产品，因此出现其类似物。

但是这种涂层只适用于中间产品的表面而不适用于最终产品的表面；因为它抗锈蚀能力差，但强于石灰涂层。

磷化的涂着层具有一定的抗锈蚀能力，和具有一定的电抗；在后加工过程中得到低的摩擦系数。

好的磷化膜本身具有很好的塑性，在变形中能够很好地保持其连续性；同时，它不仅能和皂——硬脂酸钠，发生反应产生更有利于润滑的金属皂类，而且其表面又可以很好地附着皂液和润滑剂；这有利减小变形摩擦因数、减少模具磨损。

1．2 磷化膜的形成和特性：1．2．1 磷化技术的机理：磷化处理过程是化学与电化学反应过程，主要是由下述步骤组成：a．酸的浸蚀使基体金属表面 H+ 离子浓度降低。

当金属表面与酸性磷化液接触时，钢丝表面被溶解，使金属与溶液中酸反应产生氢，从而使界面的 PH 值上升，以致磷酸锌〔以锌系为例〕沉积于钢丝表面。

由于亚铁在溶液中的存在，不论因酸后的带入还是在槽内反应产生，磷酸铁锌也同时沉积于钢丝表面。

其总反应方程如下：5Zn(H2P04)2+Fe(H2P04)2+8H20--+ Zn 3(P04)2。

4H20+ Zn 2Fe(P04)2。

4H20+ 8 H3P04磷酸盐沉淀的副反应将形成磷化沉渣，即亚铁离子被氧化后同磷酸反应生成磷酸铁在溶液中沉淀：Fe³¯+ P04³¯＝＝FeP04但是在这钢丝表面的二种磷膜沉积物有不同的特性；称前者Zn 3(P04)2。

磷化目录总述原理及应用磷化基础知识1. 一、磷化原理2. 二、磷化分类3. 三、磷化作用及用途4. 四、磷化膜组成及性质5. 五、磷化工艺流程6. 六、影响因素7. 七、磷化后处理8. 八、磷化渣9. 九、磷化膜质量检验10. 十、游离酸度及总酸度的测定11. 十一、有色金属磷化总述原理及应用磷化基础知识总述磷化（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，最早的可靠记载是英国Charles Ross于186 9年获得的专利(B.P.No.3119)。

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。

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。