影响磷化的工艺因素

影响磷化的工艺因素

基材

1基材化学成分

碳原子的影响

由于钢材含碳量不同，或受热处理温度影响而造成碳的表面富集，表面含

碳量高，对磷化膜的耐蚀性和附着力有极坏的影响 ，晶粒粗大。利用电子能谱

分析可以看出，钢板表面含碳量低时容易磷化，结晶致密，耐蚀性好，颜色浅；反之、表面含碳量高， 不易磷化，膜薄，颜色深，易产生色斑，缺陷较多。

合金元素的影响

Cr原子。合金钢中含Cr<2%时，可形成均匀磷化膜；含Cr> 8%时，形成磷

化膜困难。可采用快速磷化(催化磷化)或强腐蚀、抛丸等，部分解决合金钢难以形成磷化膜的问题。

Si原子。含Si量高则不易磷化，膜层粗化。

Mn原子。Mn偏析在磷化过程中可均匀分布到结晶组织，从而使磷化膜致密，膜层颜色深(酸洗时易形成黑膜，便于黑色磷化，附着力强)。

Ni原子。含Ni材质经热处理后，合金组织发生变化， 磷化困难，且易出

现缺陷。

活性

冷轧钢板的活性大小对磷化效果产生不同的影响。即活性小的冷轧钢板磷化效果好；而活性大的磷化效果差。 生产表明，几种冷轧钢板的活性大小顺序：

宝钢板2030＞日本板>宝钢1550。需要钢板生产厂家，降低钢板活性。

表面状态

粗糙度

在相同磷化条件下，磷化工件表面光洁度越高，磷化过程进行越缓慢，获得的膜层薄而致密，且颜色浅。反之，表面粗糙，磷化反应快，膜层厚而疏松，

均匀性差，颜色深。可以解释为：光洁度高的表面比粗糙的表面电位正，基体

表面在磷化液中不易被酸蚀所致。所以，光洁度高的工件，磷化前必须进行充

分预处理(抛丸或酸蚀)。

锈蚀度。

锈蚀钢板会影响磷化质量(无论采用何种涂锈方法，其磷化膜耐蚀性差)。

况且由于酸洗造成工件表面黑白不均匀，同样影响磷化效果(白色部位较难磷化)。因此，尽量不要选用锈蚀的钢板加工工件。特别要防止采用不同厂家、不

同批次的钢板来加工同一工件(如汽车车身等)。否则。 因钢板的差异而造成磷

化质量不一样。同时要注意加工过程中尽量不要破坏钢板防锈膜和加工后长时

间存放(采取防锈措施)。

几何形状

工件形状越简单，对磷化成膜越有利；反之，工件形状复杂，磷化越困难。

如腔体件(尤其内腔)、铆接件、组焊夹缝件等。因清洗不干净以及磷化膜往往

很薄或不连续，耐蚀性相对差些。铆接件可考虑先单件磷化再铆接。

热处理

热处理决定基材组织，因热处理工艺不同，磷化结果也不一致。

回火后马氏体和珠光体较铁素体容易腐蚀，造成磷化后在钢铁的偏析区可

能出现白色块斑，而在过热脱碳形成粗大晶粒的区域，会出现白色网状。同时

马氏体组织较珠光体组织的电位更正，所以较难磷化。结果造成马氏体组织的部分磷化完好时(获得均匀细密且光滑膜层)，珠光体表面却腐蚀严重 (磷化过

长而造成膜层腐蚀溶解)。必须控制合适时间。

真空退火前因去油不彻底以及用较浓亚硝酸钠钝化， 在700°C ,真空度700mmHg；氮气中退火时，亚硝酸钠会在高温度下分解，工件表面有渗氮可能性，

若工件表面生成一层薄而致密的钝化膜，这层膜可抗酸腐蚀，使工件不易磷化

(发白)。据此，改变工件真空退火条件(在700°C、真空度≤360mmHg,不充氮

气)，表面清洁处理，并减少亚硝酸钠浓度(也可用肥皂液钝化)，这样，工件磷

化时质量较好；

合金钢经热处理后组织发生变化，磷化更加困难(差于低碳钢)，因为合金

钢(尤其高的合金含量)的抗腐蚀能力要强得多，磷化时不易酸蚀(磷化的先决条

件之一是要腐蚀金属表面层)，阻碍磷化反应。有时还因热处理温度不足，会造

成合金钢磷化时间延长1-1. 5倍。这是由于温度不足，造成热处理的合金钢的合金度偏低，存在较多未溶合金碳化物，致使高合金固溶体的性能变坏，从而

磷化处理更为困难。

溶液成分

主盐浓度

主盐浓度是决定成膜速度的主要因素之一。一般来讲，主盐浓度高，成膜

速度快，膜层细致均匀，膜较厚。但浓度过高，膜层疏松，附着力差，耐蚀性

下降；反之，成膜速度慢，膜层薄或不易成膜，缺陷增多。主盐浓度与磷化温度和处理方式有关。如中温磷化液的主盐浓度高于常(低)温磷化液的浓度；浸

渍磷化液的主盐浓度高于喷淋磷化液的浓度。以涂装磷化液为例，通常普锌常

温磷化液中Zn0浓度为4-6g/L;低温锌一锰磷化液中Zn0 浓度5g/L，低温低锌

高锰磷化液中Zn0浓度3g/L。而功能磷化液中Zn0含量亦高(Zn2十含量)20g/L)

主盐浓度可采用计量泵自动补加磷化剂，滴加位置应尽可能置于副槽主循环泵吸口附近，并尽可能与促进剂滴加位置分开，这样不仅可得到均匀的槽液

浓度，而且能避免磷化剂与促进剂直接反应而形成沉渣，造成药剂浪费。

促进剂

促进剂对磷化过程起决定性加速作用。它通过阴极去极化作用和降低活化能来实现； 促进剂分为氧化性促进剂和成膜性促进剂两种，或分为无机促进剂

和有机促进剂；还可分为单一促进剂和复合促进剂。由于它们的特性不同，使

用方法有区别。 常(低)温磷化应用复合促进剂优于单一促进剂，可扬长避短，促进效果更佳。特别要研究环保型复合促进剂。中温磷 化使用促进剂同样能起

到加速作用，且促进剂较为简单，如硝酸钠、硝酸锌等。但单一使用NO3-会使

磷化膜粗大，仍需与其他离子配合使用，产生协同效应。

溶液酸度

总酸度(TA)

TA对涂装磷化的影响

TA主要起促进作用。适当提高TA，能加快常(低)温 磷化反应的进行，成膜容易，且膜层细致均匀，磷化温度可相应降低。当TA过高时，虽然可形成外

观较好的磷化膜，但晶核粗大，附着力差，从而降低耐蚀性能；反之，TA过低，

磷化速度变慢，膜层性能变差。生产中发现，个别常温磷化液 TA很高(高达80

点)，在FA很低的情况下(FA=1仍可正常磷化。

TA对功能磷化的影响

TA对磷化膜厚度影响较明显。膜层厚度随TA的升高而增大，当TA达到最大值后，继续升高TA，膜层厚度反而减小，易挂灰卜，TA过低，磷化速率缓慢，

膜层粗糙。一般功能磷化液要求TA较高，允许范围宽。为了保证拉丝磷化膜有

足够的厚度(> l 0g/m2) , TA宜偏高，控制TA=70-80点为宜。

游离酸度(FA)

FA对涂装磷化的影响

FA过高对钢铁基体的溶解过大，产生大量氢气，同时抑制Zn(H2PO4)2水

解，成膜离子浓度过低，无足够的磷酸根生成，成膜缓慢，膜层不连续，结晶

粗大，疏松多孔，泛黄，甚至无法生成磷化膜。并形成大量的FeP04沉徒。FA过低对钝化膜的溶解和钢铁的溶解都困难，成膜速度变慢,磷化膜也难以形成，

磷化膜极薄，有时发蓝，甚至无膜。同时会使 Zn(H2 P04) 2大量水解，界面

pH值升高较快，易引起磷化液连续沉淀，产生大量Zn3 (PO4)2沉渣,磷化膜挂

灰(甚至呈浮粒状)。磷化液的稳定性随之变差.经验表明，涂装磷化液的FA偏

低些为宜，甚至无FA,也可磷化。生产中控制FA 极为重要。

FA对功能磷化的影响

FA会影响功能磷化膜的厚度，随着FA升高，膜层厚度先增后减，当FA过

高，成膜慢，，附着力差。(手能擦掉磷化膜时，必须检测FA)，耐蚀性低，沉

渣增多；FA过低(<2),铁基体溶解慢，成膜速度缓慢，膜层太薄或不上膜。磷

化液出现浑浊或析出大量晶体，沉渣多。在高温条件下，FA易升高， 因为Fe

2+容易被氧化成Fe3+，形成FeP04沉渣。拉丝磷化液的FA控制8-10点为宜。

FA与其他因素的关系

① 工件表面状态。

酸洗工件磷化的FA较未酸洗的要低， 因为酸洗表面电位较负，处于十分活泼的状态，只需要较低的FA;未酸洗表面都有一层或多或少的碱膜(由于碱性

脱脂引起)和钝化膜(表面残留的OH一和空气中O的作用)，需要较高的FA才能

克服碱膜和钝化膜的影响。

② 工件面积。

固定其他条件不变户，入槽工件面积越小， FA越低；反之，面积越大，

FA越高。所以自动线一次人槽的工件面积较小，应采用较低的FA；反之，手工

生产线一次装框的工件面积较大，FA相应升高；

③ 促进剂浓度。

促进剂浓度高，允许FA升高;反之 促进剂浓度低，应降低FA。这是因为促进剂浓度高，对金属的钝化作用大大超过酸对金属的溶解作用，从而阻碍了

磷化膜的形成。只有增加FA才能加大对金属的溶解。

④ 磷化温度。

磷化温度越高，允许的FA越高;反之， 温度越低，允许的FA越低。即使

同一种磷化液，夏季可在较高的FA下工作；而冬季就只能在较低的FA下工作。

这便可以解释中温磷化的FA高于常(低)温磷化的原因。

⑤ 磷化时间。

固定其他条件不变，FA高，反应速度快， 成膜时间短。时间过长反而不

行(膜因溶解而变薄)；反之， FA偏低，成膜较慢，形成完整磷化膜所需时间

长。 ⑥处理方式。浸渍磷化的FA应高于喷淋磷化的FA。

酸比值

酸比值指TA与FA的比值。酸比值的大小决定磷化速度。 酸比值小，说明

FA太高或TA太低；反之，酸比值大，则说明FA太低或TA太高。磷化液的温

度不同，要求的酸比值亦不同。随着温度越高(低)，酸比值越小(大)。

磷化温度与酸比值的适宜范围 磷化温度 酸比值 处理方式 常温（5-35） 16-22：1 浸渍

16-30:1 喷淋 低温（35-45） 14-15:1 浸渍

17-20:1 喷淋 中温（50-70） 10-15:1 浸渍 高温（＞80） 7-9:1 浸渍

各种磷化液酸度的变化范围示例

常温锌系磷化液

浸渍磷化。TA=18-22点，FA=0. 7-1, 1点。

浸渍磷化。TA=22-28点，FA=1-1.5点。

浸渍磷化。TA=25一35点，FA= 1. 5一3点。