磷化工艺与技术.pdf

磷化（Ⅲ）——磷化工艺（1） 1 防锈磷化工艺 磷化工艺的早期应用是防锈，钢铁件经磷化处理形成一层磷化膜，起到防锈作用经过磷化防锈处理的工件防锈期可达几个月甚至几年（对涂油工件而言），广泛用于工序间、运输、包装贮存及使用过程中的防锈，防锈磷化主要有铁系磷化、锌系磷化、锰系磷化三大品种 铁系磷化的主体槽液成分是磷酸亚铁溶液，不含氧化类促进剂，并且有高游离酸度这种铁系磷化处理温度高于 95℃， 处理时间长达 30min 以上， 磷化膜重大于 10g/m2,并且有除锈和磷化双重功能这种高温铁系磷化由于磷化速度太慢，现在应用很少 锰系磷化用作防锈磷化具有最佳性能，磷化膜微观结构呈颗粒密堆集状，是应用最为广泛的防锈磷化加与不加促进剂均可，如果加入硝酸盐或硝基胍促进剂可加快磷化成膜速度通常处理温度 80～100℃，处理时间 10～20min，膜重在 7.5 克/m2以上 锌系磷化也是广泛应用的一种防锈磷化， 通常采用硝酸盐作为促进剂， 处理温度 80～90℃， 处理时间 10～15min， 磷化膜重大于 7.5g/m2,磷化膜微观结构一般是针片紧密堆集型 防锈磷化一般工艺流程： 除油除锈——水清洗——表面调整活化——磷化——水清洗——铬酸盐处理——烘干——涂油脂或染色处理 通过强碱强酸处理过的工件会导致磷化膜粗化现象， 采用表面调整活化可细化晶粒。

锌系磷化可采用草酸、胶体钛表调锰系磷化可采用不溶性磷酸锰悬浮液活化铁系磷化一般不需要调整活化处理磷化后的工件经铬酸盐封闭可大幅度提高防锈性，如再经过涂油或染色处理可将防锈性提高几位甚至几十倍，见表 1 表 1 磷化膜与涂油复合对耐蚀性的影响 材料 出现锈蚀时间（h）（盐雾 ASTM B117-64） 裸钢 0.5 钢+涂油 15.0 钢+16g/m2锌磷化 4.0 钢+锌磷化+涂油 550.0 摘自 Freeman D B.Phosphating and Metal Pretreatment Woodhead-Faukner,1986. 2 2 2 2 耐磨减摩润滑磷化工艺耐磨减摩润滑磷化工艺耐磨减摩润滑磷化工艺耐磨减摩润滑磷化工艺 对于发动机活塞环、齿轮、制冷压缩机一类工件，它不仅承受一次载荷，而且还有运动摩擦，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，磷化膜具有较好的减摩润滑作用因此，广泛应用于活塞环，轴承支座，压缩机等零部件 这类耐磨减摩磷化处理温度 70～100℃， 处理时间 10～20min， 磷化膜重大于 7.5g/m2 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，一是锌系磷化膜皂化后形成润滑性很好的硬脂酸锌层，二是锌系磷化操作温度比较低，可在 40、60 或 90℃条件下进行磷化处理，磷化时间 4～10min，有时甚至几十秒钟即可，磷化膜重量要求≥3g/m2便可。

工艺流程是： 耐磨减摩磷化 减摩润滑磷化（冷加工） 除油除锈 除油除锈 水清洗 水清洗 锰系磷化 锌系磷化 水清洗 水清洗 干燥 皂化（硬脂酸钠） 涂润滑油脂 干燥 3 3 3 3 漆前磷化工艺漆前磷化工艺漆前磷化工艺漆前磷化工艺 涂装底漆前的磷化处理，将提高漆膜与基体金属的附着力，提高整个涂层系统的耐腐蚀能力；提供工序间保护以免形成二次生锈因此漆前磷化的首要问题是磷化膜必须与底漆有优良的配套性，而磷化膜本身的防锈性是次要的，磷化膜细致密实、膜薄当磷化膜粗厚时，会对漆膜的综合性能产生负效应磷化体系与工艺的选定主要由：工件材质、油锈程度、几何形状；磷化与涂漆的时间间隔；底漆品种和施工方式以及相关场地设备条件决定 一般来说，低碳钢较高碳钢容易进行磷化处理，磷化成膜性能好些对于有锈（氧化皮）工件必须经过酸洗工序，而酸洗后的工件将给磷化带来很多麻烦，如工序间生锈泛黄，残留酸液的清除，磷化膜出现粗化等酸洗后的工件在进行锌系、锌锰系磷化前一般要进行表面调整处理 在间歇式的生产场合，由于受条件限制，磷化工件必须存放一段时间后才能涂漆，因此要求磷化膜本身具有较好的防锈性 如果存放期在 10 天以上， 一般应采用中温磷化，如中温锌系、中温锌锰系、中温锌钙系等，磷化膜的厚度最好应在 2.0～4.5g/m2之间。

磷化后的工件应立即烘干，不宜自然凉干，以免在夹缝、焊接处形成锈蚀如果存放期只有 3～5 天，可用低温锌系、轻铁系磷化，烘干效果会好于自然凉干 3.1 单室喷淋磷化工艺 整个前处理工艺只有一个喷室，在喷室的下面有多个贮液槽体，不同的处理液喷淋工件后流回各自的槽体中例如首先喷淋脱脂液，待脱脂液流回脱脂槽后，关闭阀门；然后喷淋水洗，水洗完成后关闭水洗阀门；下一步再喷淋磷化液，这种单室处理方法可实行如下几种工艺流程： 脱脂——磷化“二合一”（轻铁系）——水清洗——（铬封闭）——出件 脱脂——水清洗——磷化——水清洗——（铬封闭）——出件 脱脂——水清洗——表面调整——磷化——水清洗——（铬封闭）——出件 这种磷化工艺一般不提倡安排酸洗工序，以免造成设备腐蚀或产生工序间锈蚀单室工艺设备少占用场地小，简便易行，但浪费较大，仅适合于批量少的间歇式生产场合与此相似的另一种方法，采用外围小容量罐体盛处理液，通过泵与管道抽液后与热水混合后喷淋在工件上达到脱脂、磷化效果，喷淋后药液不回收，这种方法更简单，但浪费更大 3.2 多室“标准”工位磷化工艺： ①预脱脂 50～70℃ 1～2min ②脱脂 50～70℃ 2～4min ③水清洗 1～2 道 常温 0.5～1.0min ④表面调整 常温 0.5～1.0min ⑤磷化 35～60℃ 2～6min ⑥水清洗2000h 试验无腐蚀 2.2 提高基体与涂层间或其他有机精饰层间的附着力 磷化膜与金属工件是一个结合紧密的整体结构。

其间没有明显界限磷化膜具有的多孔性，使封闭剂、涂料等可以渗透到这些孔隙之中，与磷化膜紧密结合，从而使附着力提高 2.3 提供清洁表面 磷化膜只有在无油污和无锈层的金属工件表面才能生长，因此，经过磷化处理的金属工件，可以提供清洁、均匀、无油脂和无锈蚀的表面 2.4 改善材料的冷加工性能，如拉丝、拉管、挤压等 2.5 改进表面摩擦性能，以促进其滑动 3、磷化的分类 磷化处理分类方法较多，工业上较为常用的有以下几种 3.1 按磷化膜种类分 可把磷化分为锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系、非晶相铁系六大类 各种磷化膜的特点见表 2 表-2 磷化膜分类及特征 磷化膜类别 磷化膜基本成分 铁基体单位面积膜 层（g/m2） 结晶类型 锌系 Zn2Fe(PO4)·4H2O 1～40 定型晶结构，树枝状、针状、空 隙较多 Zn3(PO4)2·4H2O 锌钙系 Zn2Ca(PO4)2·4H2O 1～15 紧密颗粒状，有时有大的针状颗 粒，空隙较少 Zn2Fe(PO4)2·4H2O Zn3(PO4)2·4H2O 锌锰系 Zn2Fe(PO4)2·4H2O 1～40 颗粒-树枝-针状混合晶型，空隙 较少 Zn3(PO4)2·4H2O (Mn,Fe)5H2(PO4)4·4H2O 锰系 (Mn,Fe)5H2(PO4)4·4H2O 1～40 密集颗粒状，空隙少 Mn3(PO4)2·3H2O 酸式磷酸铁锰 铁系 Fe5H2(PO4)4·4H2O 5～20 颗粒状，空隙较多 非晶相铁系 Fe3H2(PO4)2·8H2O 2.5～1.5 膜薄，结构呈非晶相平面分布 Fe2O3 FePO4 3.2 按磷化膜质量分类 实际应用中，一般根据单位面积膜层质量（g/m2）, 衡量，可分为重量级、次重量级、轻量级、次轻量级四种。

其作用见表 4通常膜薄附着力好，而膜厚耐蚀性好，涂装前处理所需膜层为 0.5~7.5g/m2，一般锌系磷化膜控制在 1~4.5g/m2，铁系磷化膜控制在0.2~1g/m2，与阴极电泳或粉末涂料配套时磷化膜控制在 1~3g/m2 表-3 磷化膜质量与用途的关系 质量分类 膜质量/（g/m2） 膜主要成分 用途 次轻量级 0.2～1 磷酸铁、磷酸钙等 用于变形大的工件作底层 轻量级 1.1～4.5 磷酸锌等 作通用底层 次重量级 4.6～7.5 磷酸锌等 用于基本不变形的工件作底层 重量级 >7.5 磷酸锌、磷酸锰等 作防锈用，不作底层 3.3 按磷化处理温度分类 (1)高温磷化 磷化处理温度为 80～90℃优点是配方成份简单，磷化速度快，磷化膜的耐蚀性、硬度及耐热性能较高缺点是槽液温度高、耗能大、蒸发量大、沉渣多，成本高，形成磷化膜较厚且粗糙，一般不作涂装前的磷化 (2)中温磷化 磷化处理温度为 60～75℃优点是磷化速度较快，磷化结晶较细，耐蚀性能好，但磷化膜仍较厚，涂装后涂膜的光泽不好，一般适用于耐蚀性防护层及喷、刷漆的底层，但不适用于电泳及静电粉末喷涂的底层 (3)低温磷化 磷化处理温度为 35～55℃。

低温磷化成膜动力主要依赖配方中的促进剂等物质，形成的磷化膜薄而致密，平整光滑，槽液稳定，沉渣较少，能耗小，维护简便，使用综合成本低，是目前国内外涂装底层处理的主要技术 (4)常温磷化 常温状态下，不加温的磷化工艺磷化成膜的动力完全依赖于配方中的促进剂成分节能，减少设备投资，是新的发展趋势，但磷化速度较侵，对大批量产品不适用磷化配方复杂，槽液维护调整难度较大，槽液浓度较高，但综合成本较低，是发展方向 3.4 按磷化处理工艺分类 磷化工艺主要有浸渍法、喷淋法和涂刷法，其作用和特点如表 4 所示 表-4 各种磷化方法的特点 特点 浸渍法 喷淋法 涂刷法 膜厚 可获得各种厚度的膜层 能获得中等和薄的膜层 能获得中等和薄的膜层 用途 各种用途 涂料底层或工序间防蚀 涂料底层或工序间防蚀 适应性 中小型各种形状的工件 大型工件 中小型工件 生产规模 小批量 大批量 大批量 磷化温度 各种温度 中、低温 低温 (1)浸渍磷化 适用于处理形状复杂的工件，沉渣量少，设备维护容易缺点是磷化时间较长，处理浓度高，膜层结晶粗糙 (2)喷淋磷化 适用于处理几何形状较为简单的板材由于喷射时的冲击力和磷化时的化学作用的结合，使喷琳磷化的速度提高，浓度较低，膜层结晶较为细密、均匀。

缺点是工件内部部位不易磷化，还易遭受腐蚀，喷淋的沉渣较多，设备投资大，维护困难 (3)涂刷磷化 适用于大型钢铁构件的磷化或局部磷化，能获 得中等和较薄的磷化膜，设备投资少，磷化方便缺点是磷化膜不够均匀，受人为因素影响较大 其他分类方法还有按磷化促进剂类型分，可分为硝峻盐型、亚硝酸盐型、氯酸盐型、有机氮化物型、钼酸盐型等；按磷化后是否水洗分类，分为水洗型磷化液和不水洗型磷化液；按磷化槽液沉渣的多少分类，分为多渣型磷化和低渣型磷化；按促进剂是否单独补加分类，分为内含促进剂型磷化和促进刑单独补加型磷化；按磷化液中是否含亚硝酸盐和镍盐分类等。