钢铁的磷化处理

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钢铁常温磷化处理工艺分析

作者：段成林

来源：《科学与财富》2019年第13期

摘 要：磷化是加强金属抗蚀性能最为常用的一种方式。钢铁件通常会经过涂装以实现防腐、防锈的目标，在涂装以前均需实施除锈、除油、钝化以及磷化等相关处理，以增强漆膜的附着力与耐蚀性。本文就钢铁常温磷化处理工艺进行深入地分析。

关键词：钢铁；常温；磷化；工艺

1.引言

钢铁常温磷化依托降低能耗、操作便利、沉渣较少以及成本低等优势逐渐引起了各个企业的高度关注。然而，在日常生产环节，常温磷化与中、高温磷化相似，往往会由于各种原因而出现磷化后返锈、磷化膜不均匀等问题。此便需要表面处理技术工作者积累大量经验，可以及时、妥善地解决上述问题。

2.磷化简介

磷化是最为常见的前处理技术，原理层面应归属化学转换膜处理，大都运用于钢铁表面磷化，有色金属（比如：锌、铝）件同样可以进行磷化。磷化是经过电化学又或是化学反应产生磷酸盐化学转化膜的环节，所产生的磷酸盐转化膜便是“磷化膜。

磷化的最终目标是为基体金属提供相应的保护，避免金属发生腐蚀；主要运用于涂漆前打底，增强漆膜的附着力与耐蚀性；在金属冷加工过程中发挥着降低摩擦的效用。

3.磷化处理技术发展历程

磷化处理技术运用于工业中已经有了100多年的历史，主要有以下三个发展阶段：

第一，磷化技术奠基阶段。将磷化膜运用于钢铁件的保护膜，最早可追溯至英国Charles

Ross在1869年所取得的专利。在此以后，磷化技术逐渐运用于工业制度。在经历了100多年的发展后，磷化处理工艺累积了大量的有益经验。

第二，磷化技术快速发展阶段。在1909年，美国T.W.Coslet将氧化锌、锌又或是磷酸锌盐溶于磷酸当中生产出了全球首个锌系磷化液。此研究成果在较大程度上推动了磷化技术的发展，丰富了磷化技术的发展空间。由Parker防锈公司开发的Parco Power配制磷化液，弥补了很多不足，将磷化处理时间缩减到1h以内。在1929年，Bonderizing磷化技术将磷化时间缩减到10min内。1934年，磷化技术在工业领域内获得了革命性的进展，也就是运用了将磷化液喷射于工件表面的形式。 龙源期刊网

Ｅｌｅｃｔｒ０ｐｌａｔｉｎｇ＆Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　

中图分类号：ＴＧ　１７４　铝材磷化及铬磷化处理　

王文忠　

（洛阳立微电子公司，河南洛阳４７１００３）　

文献标识码：Ｂ　文章编号：１０００—４７４２（２０１　３）０１　００５０—０２　

０　前言　

磷化及铬磷化工艺多用于铝材涂装底层，磷化　膜及铬磷化膜具有膜层厚、孔隙率高、与烤漆及涂料　

结合良好等特点。随着铝材在机械Ｔ业、家电及交　

通运输业中的应用越来越广泛，铝材磷化及铬磷化　工艺被日益重视。　

１铝材磷化处理　

铝材磷化可以选用铁系磷化或锌系磷化。使用　不同的磷化液所形成的磷化膜不同，铁系磷化中形　

成的磷化膜为ＡＬＰ（）　；锌系磷化中形成的磷化膜为　Ｚｎ。（ＰＯ　）　・４Ｈ　Ｏ，并含有ＡｌＰＯ　以及少量的Ｚｎ。　目前应用较多的是锌系磷化。　

与钢铁件锌系磷化一样，铝材锌系磷化液主要　由磷酸二氢锌、硝酸锌以及促进剂（硝酸盐、亚硝酸　

盐）组成。所不同的是铝材锌系磷化液中含有一定　量的氟化物（如氟硅酸盐、氟硼酸盐及氟化钠）。Ｆ～　主要是消除因铝的腐蚀而产生的Ａ１抖对磷化过程　

产生的不良影响。Ａｌ。　在磷化液中积累过多会使　磷化速率变慢，膜层变薄，甚至终止磷化。Ｆ与　Ａｌ”配位形成ｌＡＩｒ　］　，可避免Ａ１”对磷化过程的　影响。　

铝材锌系磷化膜形成机理为：　

（１）基体金属及其表面氧化物溶解　Ａｌ一３ｅ—Ａｌ抖　（１）　Ａ１抖＋６Ｆ～一［ＡＷ　］　（２）　

２Ｈ　＋２ｅ—Ｈ２　（３）　（２）在促进剂的作用下，Ｈ　的质量浓度进一步　降低　［Ｏ］＋［Ｈ］一Ｈ。Ｏ　（４）　（３）磷酸根的多级离解　

Ｈ３　ＰＯ　一Ｈ２ＰＯ　＋Ｈ　一ＨＰ（）　＋２Ｈ　一　Ｐ（）ｉ＋３Ｈ　（５）　（４）磷酸盐沉淀结晶成为磷化膜　３Ｚｎ　＋２ＰＯｊ＋４Ｈ　２Ｏ—Ｚｎ３（Ｐ（）４）２・４Ｈ　２（）　

（６）　Ａｌ　＋Ｐ（）　一Ａ１ＰＯ　（７）　铝材锌系磷化通常采用常温或低温，而且游离　

酸度和总酸度较低（总酸度为１２～２０点，游离酸度　

磷化处理

概述

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。

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作用。

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：

2发展概况

奠定磷化技术基础时期

磷化膜用作钢铁的防腐蚀保护膜，最早的可靠记载是英国CharlesRoss于1869年获得的专利。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。

磷化技术迅速发展时期

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ParcoPower配制磷化液，克服了许多缺点，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。

磷化技术广泛应用时期

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。3磷化原理

⒈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。

⒉磷化原理

钢铁件浸入磷化液（由Fe(H2PO4）2Mn(H2PO4）2Zn(H2PO4）2组成的酸性稀水溶液，PH值为1-3，溶液相对密度为1.05-1.10）中，磷化膜的生成反应如下：

发黑又称发蓝，是氧化处理，原理是使工件表面的铁氧化为四氧化三铁（黑色）来达到防腐的目的，几乎不增加原工件尺寸。

磷化是在工件表面有磷酸二氢盐的沉积，一般尺寸会增加1~10个微米，磷化后将孔隙封闭（一般是浸防锈油）即可达到防锈的目的。磷化又分为锌系，锌钙系，锌锰系，锰系，颜色从灰白色到黑色都可，一般来说锰系磷化的防腐效果最好，同时还有减磨的效果。

磷化与发黑的区别：

1、一般发黑中性盐雾（美国标准）时间在20小时以内，而我司的锰磷化能做到96小时，磷化防腐性能远好于发黑。

2、发黑膜光滑，可以做到光亮效果，而磷化膜相对比较粗糙（只是相对而言），一般是哑光的，但是磷化表面有油的话也能有光亮效果

简单点：

发黑：钢铁在含有氧化剂（硝酸钠或亚硝酸钠）的氢氧化钠溶液中处理，生成氧化铁膜，常用于零件的防护（如耐蚀）与装饰（根据材料的不同，可以呈现不同的色彩）。

磷化：在含有锰、铁、锌的磷酸盐中于一定温度下进行处理，形成附着性良好的薄膜。能改善基体的某些物理、化学＆机械性能，如抗蚀、减磨、电绝缘、对油/漆等的附着能力。与氧化膜相比，其抗蚀性搞2～10倍。但膜的硬度低，对粗糙度有影响。

发黑与发兰是同一种处理工艺,由于被处理的另件成分不同,处理后表面颜色不完全一样,比如不含合金元素的碳素钢,处理后表面呈黑色,含硅元素的钢处埋后表面呈棕红色.发黑处理后另件有时还要皂化和上油处理,此时有的另件表面呈现黑中发亮的黑兰色.

磷化只是金属前处理中的一个环节，之前有除油、酸洗、表调等环节，根据工艺要求、成本及磷化液成分，有高温、常温、低温，侵泡、喷淋、刷涂等，磷化前预处理工艺：除油→水洗→酸洗→水洗→-中和→表调→磷化→水洗→干燥。

1、防锈磷化，铁件经磷化处理形成一层磷化膜，起到防锈作用。主要有铁系磷化、锌系磷化、锰系磷化三大品种。

2、耐磨减摩润滑磷化，要求工件能减摩、耐摩。锰系磷化膜具有较高的硬度和热稳定性，能耐磨损，广泛应用于活塞环，轴承支座。在冷加工行业如：接管、拉丝、挤压、深拉延等工序，要求磷化膜提供减摩润滑性能，一般采用锌系磷化，锌系磷化膜皂化后形成润滑性很好的硬脂酸锌层，操作温度比较低，