高溫磷化表面處理技術(shù)解析

磷化工藝的早期應(yīng)用是防銹，鋼鐵件經(jīng)磷化處理形成一層磷化膜，起到防銹作用。經(jīng)過磷化防銹處理的工件防銹期可達(dá)幾個(gè)月甚至幾年（對(duì)涂油工件而言），廣泛用于工序間、運(yùn)輸、包裝貯存及使用過程中的防銹，防銹磷化主要有鐵系磷化、鋅系磷化、錳系磷化三大品種。

鐵系磷化的主體槽液成分是磷酸亞鐵溶液，不含氧化類促進(jìn)劑，并且有高游離酸度。這種鐵系磷化處理溫度高于95℃，處理時(shí)間長達(dá)30min以上，磷化膜重大于10g/m2,并且有除銹和磷化雙重功能。這種高溫鐵系磷化由于磷化速度太慢，現(xiàn)在應(yīng)用很少。

錳系磷化用作防銹磷化具有佳性能，磷化膜微觀結(jié)構(gòu)呈顆粒密堆集狀，是應(yīng)用為廣泛的防銹磷化。加與不加促進(jìn)劑均可，如果加入硝酸鹽或硝基胍促進(jìn)劑可加快磷化成膜速度。通常處理溫度80～100℃，處理時(shí)間10～20min，膜重在7.5克/m2以上。

鋅系磷化也是廣泛應(yīng)用的一種防銹磷化，通常采用硝酸鹽作為促進(jìn)劑，處理溫度80～90℃，處理時(shí)間10～15min，磷化膜重大于7.5g/m2,磷化膜微觀結(jié)構(gòu)一般是針片緊密堆集型。

防銹磷化一般工藝流程：

除油除銹--水清洗--表面調(diào)整活化--磷化--水清洗--鉻酸鹽處理--烘干--涂油脂或染色處理

通過強(qiáng)堿強(qiáng)酸處理過的工件會(huì)導(dǎo)致磷化膜粗化現(xiàn)象，采用表面調(diào)整活化可細(xì)化晶粒。鋅系磷化可采用草酸、膠體鈦表調(diào)。錳系磷化可采用不溶性磷酸錳懸浮液活化。鐵系磷化一般不需要調(diào)整活化處理。磷化后的工件經(jīng)鉻酸鹽封閉可大幅度提高防銹性，如再經(jīng)過涂油或染色處理可將防銹性提高幾位甚至幾十倍。

所謂磷化處理是指金屬表面與含磷酸二氫鹽的酸性溶液接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而在金屬表面生成穩(wěn)定的不溶性的無機(jī)化合物膜層的一種表面的化學(xué)處理方法。所形成的膜稱為磷化膜。它的成膜機(jī)理為：（以鋅系為例）

a)金屬的溶解過程

當(dāng)金屬浸入磷化液中時(shí)，先與磷化液中的磷酸作用，生成一代磷酸鐵，并有大量的氫氣析出。其化學(xué)反應(yīng)為；

Fe+2H3PO4=Fe (H2PO4)2+H2↑         (1)

上式表明，磷化開始時(shí)，僅有金屬的溶解，而無膜生成。

b)促進(jìn)劑的加速

上步反應(yīng)釋放出的氫氣被吸附在金屬工件表面上，進(jìn)而阻止磷化膜的形成。因此加入氧化型促進(jìn)劑以去除氫氣。其化學(xué)反應(yīng)式為：

3Zn(H2PO4)2+Fe+2NaNO2=Zn3(PO4)2+2FePO4+N2↑+2NaH2PO4+4H2O   (2)

上式是以亞硝酸鈉為促進(jìn)劑的作用機(jī)理。

c)水解反應(yīng)與磷酸的三級(jí)離解

磷化槽液中基本成分是一種或多種重金屬的酸式磷酸鹽，其分子式Me(H2PO4)2，這些酸式磷酸鹽溶于水，在一定濃度及PH值下發(fā)生水解泛音法，產(chǎn)生游離磷酸：

Me(H2PO4)2=MeHPO4+H3PO4                ( 3 )

3MeHPO4=Me3(PO4)2+H3PO4                ( 4 )

H3PO3=H2PO4-+H+=HPO42-+2H+=PO43-+3H+   ( 5 )

由于金屬工件表面的氫離子濃度急劇下降，導(dǎo)致磷酸根各級(jí)離解平衡向右移動(dòng)，終成為磷酸根。

常州市卓辰金屬表面處理有限公司

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