铝合金磷化工艺的研究

文章编号：1001-3849（2010）09-0011-03铝表面常温锌系磷化工艺的研究及应用王恩生，杨波（中化化工科学技术研究总院，北京100011）摘要：使用自制磷化液在工业喷淋线上实现了铝材表面的锌系磷化，利用扫描电镜、能谱仪及X-射线衍射仪研究了磷化膜的表面形貌和晶体结构，研究结果表明，所得磷化膜均匀、致密、表面光滑。

喷淋生产线制备的磷化膜的ρs为1．9 2．5g/m2，δ膜为1．9 2．3μm。

关键词：粉末涂装；磷化；铝及铝合金；脱脂中图分类号：TG174．45文献标识码：AInvestigation and Application of Room Temperature Zinc Base Phosphating Technology for Aluminum MaterialsWANG En-sheng，YANG Bo（Central Research Institute of China Chemical Science and Technology，Beijing100011，China）Abstract：Zinc base phosphating for aluminum materials was realized on a production line with spraying a home-made phosphating solution．Morphology observation and crystal phase analysis of the phosphating film were conducted with SEM，EDX and XRD techniques．The experimental results showed that the phosphating film was uniform，fine，compact and smooth．The phosphating film obtained from the spra-ying production line had a surface mass density in a range of1．9 2．5g/m2and a thickness in a range of 1．9 2．3μm．Keywords：powder coating；phosphating；aluminum and aluminum alloy；degreasing引言随着科技进步和工业的发展，铝以其密度小（纯铝ρ为2．7g/cm3）、机械性能好和易于加工成型等优异性能，在航空、家电、仪表和建筑等领域得到了日益广泛的应用。

总述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。

云清提供技术支持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(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。

（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）磷化基础知识磷化原理1、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。

铝及铝合金前处理工艺1.本工艺适用于铝及其合金的磷化处理,处理后的膜层与各种涂装层(油漆、塑粉等有极强的附着力,经本工艺处理后的工件所形成的膜层有较强的抗蚀性能,与涂装层组合后能大幅度提高工件的整体抗腐蚀性能。

2.铝材在喷涂前处理中必须进行化学清洗和浸蚀,清除其表面粘附的油脂、自然氧化膜和灰尘等污染物,使铝合金基体裸露出来,形成均匀的活化表面,这是保证转化膜质量和喷涂质量的关键。

3.工艺流程:工件装挂→酸脱→水洗→磷化处理→水洗→烘干。

4.主要设备设备名称:酸脱槽,水洗槽,磷化槽;内衬要求:PVC ;加热设施:0℃左右。

5.工艺条件5.1铝脱 Yj-1360酸脱剂 25~50 g/L 温度常温时间 5~20min5.2磷化 Yj-6104磷化剂 25~50g/L 氧化剂 5~15点温度 5~40℃时间5-20min 注:槽液配制方法很简单,先在槽中加入约一半体积的水,然后加入Yj-1360 50Kg 或Yj-6104 50Kg,再加足量水。

6工艺操作说明6.1 预检: 零件表面不应有胶类、漆类、铝屑、砂粒、毛刺等缺陷。

6.2 酸脱: 将工件浸入酸脱液中脱脂,为了加快脱脂速度可晃动工件。

检验标准:目视检查,经酸脱液处理后铝合金表面露出金属本色,平整光亮,油污和自然氧化膜全部除净,水洗后水膜连续、完整,表面完全润湿,不挂水珠,无黑色挂灰和过腐蚀现象。

6.3 水洗: 将工件在水中清洗干净。

6.4 磷化:将工件浸入磷化液中进行磷化,为了磷化膜的均匀可上下移动工件。

6.5 水洗: 将磷化后的零件用流水清洗干净,零件内不能有未清洗的磷化液。

7.注意事项7.1 热处理和焊接件: 工件经过热处理或焊接后表面形成油污烧结的焦化物,延长脱脂时间或加大脱脂液浓度可彻底除净。

7.2 零件的绑扎:7.2.1 绑扎用的材料宜选用铝线,禁止使用铜线和镀锌线,可用退去锌层的铁线。

7.2.2 稍大的单件绑扎好,尽可能绑在离零件边沿最近的孔眼中,以减少对工件表面的影响。

毕业论文（设计）论文（设计）题目：6061铝合金无铬磷化工艺及性能研究姓名学号院系专业年级指导教师2014年5月10日目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第1章绪论 (3)1.1 铝及其合金的简介 (3)1.2 铝及其合金的铬酸盐转化 (4)1.3 铝及其合金的无铬转化 (4)1.3.1 钛酸盐转化 (5)1.3.2 锆酸盐转化 (5)1.3.3 钼酸盐转化 (6)1.3.4 高锰酸盐转化 (6)1.3.5 稀土金属盐转化 (6)1.4 无铬转化技术存在的问题及发展趋势 (7)1.5 本文的研究意义及内容 (7)第2章实验方法 (9)2.1 试验材料 (9)2.2 工艺流程 (9)2.3 转化膜性能评定 (9)2.3.1 抗蚀性能测试 (9)2.3.2 转化膜膜厚测定 (10)第3章结果与讨论 (11)3.1 正交试验设计 (11)3.2 正交试验数据分析 (11)3.3 单因素试验结果与分析 (14)3.3.1 成膜温度对转化膜厚度、抗蚀性的影响 (14)3.3.2pH对转化膜厚度、耐蚀性的影响 (15)3.3 腐蚀失重率试验结果与分析 (17)第4章结论 (18)参考文献 (19)致谢 (21)摘要以稀土转化膜的点滴时间及膜厚作为评价指标，采用正交试验法研究出以Ce(NO3)3·6H2O和H2O2为促进剂的铝合金转化处理液的最佳配方及工艺参数。

Ce(NO3)3·6H2O 15 g·L-1，H2O2 4 ml·L-1，处理温度(35±2) ℃，处理时间是10 min，pH 为3.5，在该工艺条件下制备出的稀土铈转化膜具有较好的抗蚀性。

然后，比较在最佳工艺参数下形成的转化膜与铝及其合金基体在3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率。

结果表明，稀土铈转化膜可以降低6061铝合金的腐蚀速率，提高金属基体的抗蚀性能。

关键词：6061铝合金；铈转化膜；正交试验；抗蚀性ABSTRACTTake the thickness of spot test time and conversion film as assessment criteria, the optimal formula and technological parameters of conversion processing solution with Ce(NO3)3·6H2O and H2O2, as additives were obtained as follows: Ce(NO3)3·6H2O 15 g·L-1, H2O2 4 ml·L-1, (35±2) ℃, 10min, pH=3.5. The rare earth element cerium conversion film formed under the technological conditions has good corrosion resistance. And the corrosion rates of conversion film prepared with optimum process parameters and aluminum alloy in 3.5%NaCl solution were compared. The results show that rare earth conversion film on aluminum alloy can reduce the corrosion rate of 6061 aluminum alloy, and thus improve the corrosion resistance of aluminum alloy matrix.Key words: 6061 aluminum; cerium conversion coatings; orthogonal test; corrosion resistance第1章绪论1.1 铝及其合金的简介铝在自然界中的分布十分广范，占地壳全部金属的1/3左右，在地壳中的分布量仅次于氧和硅，占全部化学元素的第三位，占全部金属元素的第一位。

金属磷化原理及目的
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。

磷化工艺操作简便，成本低廉，经过磷化工艺处理的工件，其优良的物理机械性能——强度，硬度，弹性，磁性，延展性等保持不变。

而被处理的金属表面，由于形成均匀致密的磷化膜，其金属表面的性能大大提高。

磷化膜外观均匀致密，颜色按膜层成分不同，呈现浅灰，深灰，灰黑，或彩虹等色彩。

结构则呈针状斜方晶体、圆柱形晶体、四方面心晶体或混合晶体及无定型结晶等多种形态。

磷化膜无论何种外观颜色和晶体形态，都具有不耐热、不耐酸碱、不耐水、不导电、不导热等性能，同时膜层呈多孔性表面。

由于磷化膜具多孔性，极大的提高了表面积，从而大大的提高了金属表面与涂层之间的附着力；由于磷化膜为电的不良导体，致密均匀的磷化膜大大降低了金属表面的电位差，使金属表面形成一层近乎等电位体的膜层，从而抑制了金属表面微电池的形成，大大降低了金属表面电化学腐蚀，从而极大的提高了金属表面的耐腐蚀性。

磷化膜成膜过程主要有以下四个步骤组成：
①酸的浸蚀使基体金属表面H+浓度降低
②促经济（氧化剂）加速
③磷酸根的多级离解
④磷酸盐沉淀结晶成为磷化膜。

BCL---1 铝合金磷化液
我公司根据客户要求，利用高科技手段，反复无数次试验，终于研制成功铝合金磷化液，该产品利用铝表面化学转化原理，经脱脂，酸洗，表面调整，在铝表面形成一层致密的磷化膜，该膜层抗腐蚀，抗氧化，附着力强，该工艺具有成本低，操作简单的特点，是铝合金喷塑，喷漆前最理想的前处理剂。

一药剂的外观及用途
浓缩液-----淡绿色透明液体，A液配槽使用，B液追加使用。

促进剂-----淡黄色液体，用来加速反应，细化膜层。

中和剂-----白色液体，用来降低工作液酸度。

二使用条件
三槽液的配制：
按照吨池计算，先加水80%，加中和剂3KG，搅拌均匀后加磷化液A液50公斤，慢慢加入，边加边搅，至完全搅匀为止，一定不能有沉淀物，然后测试游离酸度和总酸度，开始工作时，加入促进剂1KG，符合以上工作参数时，开始工作。

四槽液的补充和调整：
由于连续处理工件，工作液浓度不断消耗和降低，则需定期补充药液。

如游离酸度上升1点，则需加磷化B液2KG，然后再乘以槽子的吨数；总酸度每上升一点，需加磷化B液3KG，游离酸度每降低0.1点，需加中和剂0.2KG，促进剂上升一点，需加促进剂1公斤。

五清池排渣
当槽液沉淀物过多时，需及时清池排渣，喷淋需要及时清理喷头、管道。

铝及铝合金前处理工艺1．本工艺适用于铝及其合金的磷化处理，处理后的膜层与各种涂装层（油漆、塑粉等）有极强的附着力，经本工艺处理后的工件所形成的膜层有较强的抗蚀性能，与涂装层组合后能大幅度提高工件的整体抗腐蚀性能。

2．铝材在喷涂前处理中必须进行化学清洗和浸蚀，清除其表面粘附的油脂、自然氧化膜和灰尘等污染物，使铝合金基体裸露出来，形成均匀的活化表面，这是保证转化膜质量和喷涂质量的关键。

3．工艺流程：工件装挂→酸脱→水洗→磷化处理→水洗→烘干。

4．主要设备设备名称：酸脱槽，水洗槽，磷化槽；内衬要求：PVC ；加热设施：0℃左右。

5．工艺条件5.1铝脱 Yj-1360酸脱剂 25～50 g/L 温度常温时间 5～20min5.2磷化 Yj-6104磷化剂 25～50g/L 氧化剂 5～15点温度 5～40℃时间5-20min 注：槽液配制方法很简单，先在槽中加入约一半体积的水，然后加入Yj-1360 50Kg 或Yj-6104 50Kg,再加足量水。

6工艺操作说明6.1 预检: 零件表面不应有胶类、漆类、铝屑、砂粒、毛刺等缺陷。

6.2 酸脱: 将工件浸入酸脱液中脱脂,为了加快脱脂速度可晃动工件。

检验标准：目视检查，经酸脱液处理后铝合金表面露出金属本色，平整光亮，油污和自然氧化膜全部除净，水洗后水膜连续、完整，表面完全润湿，不挂水珠，无黑色挂灰和过腐蚀现象。

6.3 水洗: 将工件在水中清洗干净。

6.4 磷化：将工件浸入磷化液中进行磷化,为了磷化膜的均匀可上下移动工件。

6.5 水洗: 将磷化后的零件用流水清洗干净,零件内不能有未清洗的磷化液。

7.注意事项7.1 热处理和焊接件: 工件经过热处理或焊接后表面形成油污烧结的焦化物,延长脱脂时间或加大脱脂液浓度可彻底除净。

7.2 零件的绑扎:7.2.1 绑扎用的材料宜选用铝线,禁止使用铜线和镀锌线,可用退去锌层的铁线。

7.2.2 稍大的单件绑扎好,尽可能绑在离零件边沿最近的孔眼中,以减少对工件表面的影响。

金属磷化工艺技术金属磷化是一种常见的工艺技术，主要用于金属表面的防腐和改善其物理性能。

金属磷化不仅可以延长金属的使用寿命，还可以提高其耐磨性、耐腐蚀性和附着力。

金属磷化的工艺主要包括清洗、酸洗、磷化和涂漆四个步骤。

首先是清洗，清洗是金属磷化过程中的关键步骤之一。

清洗的目的是去除金属表面的油污、污垢和氧化物，使金属表面干净，以便后续的处理。

常见的清洗方法有机械清洗、化学清洗和电解清洗等。

选择适当的清洗方法可以根据金属表面的性质和工艺要求来确定。

其次是酸洗，酸洗是金属磷化过程中的关键步骤之二。

酸洗的目的是利用酸溶液将金属表面的氧化物和锈蚀物溶解掉，以便后续的磷化处理。

常用的酸洗液有盐酸、硫酸和磷酸等。

不同的金属材料需要使用不同的酸洗液，以便去除不同种类的污垢。

然后是磷化，磷化是金属磷化过程中的关键步骤之三。

磷化的目的是在金属表面形成一层磷化物膜，能够提高金属的耐腐蚀性和附着力。

磷化方法有热磷化和冷磷化两种，其中热磷化使用高温磷酸盐溶液，而冷磷化则使用低温磷酸盐溶液。

选择适当的磷化方法可以根据金属表面的性质和工艺要求来确定。

最后是涂漆，涂漆是金属磷化过程中的最后一步。

涂漆的目的是为了保护金属表面，进一步提高其耐腐蚀性和附着力。

涂漆一般采用喷涂或者浸涂的方式进行，使用的涂料可以是有机涂料或者无机涂料。

选择适当的涂料可以根据金属材料的特性和实际使用环境来确定。

金属磷化工艺技术的应用非常广泛，可以用于钢铁、铝合金、镁合金等金属材料的表面处理。

金属磷化后的材料不仅表面平整光滑，而且具有较好的防腐性能和耐磨性能，可以大大延长金属的使用寿命。

总之，金属磷化是一种重要的工艺技术，通过清洗、酸洗、磷化和涂漆四个步骤可以使金属表面达到更好的防腐效果和物理性能。

金属磷化工艺技术的应用可以有效延长金属的使用寿命，提高其耐腐蚀性和附着力，具有广阔的市场前景。

金属磷化处理在各类制造业中对钢、镀锌钢、锌和铝等金属作磷化处理是表面处理中的重要步骤。

在油漆前的金属表面预处理中作磷化处理的目的是为了增强材料的抗腐蚀能力、帮助冷成形、改善部件在滑动接触时的摩擦性能。

本文将用实例来加以说明。

磷酸锌是一种在金属基材上生成的晶型转化膜,这种膜是利用了那些先让溶于酸的金属离子起反应然後经水稀释而成的磷化液来处理生成的。

传统的电镀法是利用电流在金属上生成镀膜,磷化则是让金属与磷化液接触发生酸蚀反应而生成磷化膜的。

硝酸和磷酸是常用的用于溶解金属的无机矿物酸。

依照工艺要求可以在磷化液中添加锌、镍和锰等金属离子。

为了得到特殊的效果,也可加一些其它金属离子,磷化液中加镍能提高材料的抗腐力 加快磷化反应。

近年来所发展的无镍工艺的效果已经也可在各方面与含镍工艺相竞争。

在磷化液中加入促进剂可以提高磷化反应速度、消除氢气的影响和控制磷化渣的生成。

促进剂可以是单一的物质、也可以为取得最佳效果而将几种物质混合一起使用。

可以选用的促进剂有亚硝酸盐/硝酸盐、氯酸盐、溴酸盐、过氧化物和一些有机物(如:硝基苯磺酸钠)。

在对热浸镀锌板或铝板作磷化处理时还常添加游离或络合的氟化物。

图1是使用不同的磷化工艺所生成的各种磷酸盐晶体。

一,磷化反应机理:1. 酸蚀反应金属表面与磷化液发生的第一个反应是将某些金属从表面溶解下来的酸蚀反应。

不同的磷化液对钢的酸蚀速度约1-3 g/m2;作厚膜磷化时,酸蚀反应速度还要求高许多。

酸蚀反应对形成涂膜是非常重要的,因为它既可净化金属表面、又能提高漆膜的附著力。

在酸蚀反应发生时,由于金属表面的溶解,所以紧靠表面的磷化液中的游离酸被消耗,金属离子进入磷化液,所溶入的金属离子类型与所处理的基材有关。

在磷化液中添加氧化促进剂可减少酸蚀反应时所生成的氢气:钢表面: Fe + 2H+1 + 2Ox →Fe+2 + 2HOx镀锌钢表面: Zn + 2H+1 + 2Ox →Zn+2 + 2HOx铝表面: Al + 3H+1 + 3Ox →Al+3 + 3HOx2. 磷化反应:在磷化液中所发生的第二个反应是磷化。

铝合金及其他金属的磷化铝合金化学转化膜工艺铝是银白色的轻金属，熔点为660.37℃，沸点为2467℃。

纯铝较软，密度较小，为2 . 7g/crn3。

铝为面心立方结构，有较好的导电性和导热性，仅次于Au,Ag,Cu；延展性好，塑性高，可进行各种机械加工。

铝的化学性质活泼，在于燥空气中，铝的表面立即形成厚为0.005μm- 0.015μm的致密氧化膜，使铝不会进一步氧化，并能耐水。

但铝的粉末与空气混合则极易嫩烧。

熔融的铝能与水猛烈反应。

高温下，铝能将许多金属氧化物还原为相应的金属。

铝是两性金属，既易溶于强碱，也能溶于稀酸。

铝在大气中具有良好的耐蚀性。

纯铝的强度低，只有通过合金化，才能得到可做结构材料使用的各种铝合金。

铝合金的突出特点是密度小、强度高。

铝中加人Mn, Mg，形成的Al-Mn, Al- Mg合金具有很好的耐蚀性、良好的塑性和较高的强度，称为防锈铝合金，用于制造邮箱，容器，管道，铆钉等。

硬铝合金的强度较防锈铝合金较高，但防蚀性有所下降，这类合金有AI-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系。

新近开发的高强度硬铝，强度进一步提高，而密度比普通硬铝减少15%，且能挤压成型，可用作摩托车骨架和轮圈等构件。

Al-Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。

目前，高强度铝合金广泛应用于制造飞机、舰艇和载重汽车等，可增加它们的载重量以及提高运行速度，并具有抗水侵蚀、避磁性等优点。

铝在建筑上的用途也很多，连民用建筑中也在采用铝合金门窗，至于用铝合金作装饰的大厦、宾馆、商店，则几乎遍布城市的每个角落。

桥梁也正在考虑采用铝合金，因为它既有相当的强度，又有质轻的特点，可以增大桥梁的跨度。

由于铝不易被锈蚀，铝制桥梁更经久耐用。

铝及其合金材料由于其高的强度/重量比，易成型加工以及优异的物理、化学性能，成为目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料。

铝合金在大气条件下，表面有一层致密的自然氧化膜使其免遭环境的侵蚀，但这种自然氧化膜非常薄易破损，在酸碱性条件下迅速溶解。