磷化
磷化
磷化（徠phosphorization）是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程，所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜。磷化的目的主要是：給基體金屬提供保護，在一定程度上防止金屬被腐蝕；用於塗漆前打底，提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力；在金屬冷加工工藝中起減摩潤滑使用。磷化處理工藝應用於工業己有90多年的歷史，大致可以分為三個時期：奠定磷化技術基礎時期、磷化技術迅速發展時期和廣泛應用時期。
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目錄
磷化原理
1、磷化
工件（鋼鐵或鋁、鋅件）浸入磷化液（某些酸式磷酸鹽為主的溶液），在表面沉積形成一層不溶於水的結晶型磷酸鹽轉換膜的過程，稱之為磷化。
2、磷化原理
鋼鐵件浸入磷化液（由Fe(H2PO4)2、 Mn(H2PO4)2、 Zn(H2PO4)2 組成的酸性稀水溶液，PH值為1-3，溶液相對密度為1.05-1.10）中，磷化膜的生成反應如下：
吸熱
3Zn(H2PO4)2 =Zn3(PO4)2↓+4H3PO4 或
吸熱
吸熱
3Mn(H2PO4)2 =Mn3(PO4)2↓+4H3PO4
吸熱
Fe+2H3PO4= Fe (H2PO4)2+H2↑
Fe =Fe2+ +2e-
在鋼鐵工件表面附近的溶液中Fe2+不斷增加，當Fe2+與HPO42-，PO43-濃度大於磷酸鹽的溶度積時，產生沉澱，在工件表面形成磷化膜：
Fe(H2PO4)2= FeHPO4↓+ H3PO4
Fe+ Fe(H2PO4)2 =2FeHPO4↓+ H2↑
3FeHPO4= Fe 3(PO4)2↓+ H3PO4
Fe+ 2FeHPO4 =Fe 3(PO4)2↓+H2↑
陰極區放出大量的氫：
2H+ +2e- =H2↑
O2 + 2H20 =4e- + 4OH-
總反應式：
吸熱
3Zn(H2PO4)2= Zn3(PO4)2↓+4H3PO4
吸熱
吸熱
Fe+3Zn(H2PO4)2= Zn3(PO4)2↓+FeHPO4↓+3 H3PO4+ H2↑
放熱
磷化分類
1、按磷化處理溫度分類
（1）高溫型
80—98℃處理時間為10-20分鐘，形成磷化膜厚達10-30g/m2,溶液遊離酸度與總酸度的比值為1：（7-8）
優點：膜抗蝕力強，結合力好。
缺點：加溫時間長，溶液揮發量大，能耗大，磷化沉積多，遊離酸度不穩定，結晶粗細不均勻，已較少應用。
（2）中溫型
50-75℃，處理時間5-15分鐘，磷化膜厚度為1-7 g/m2，溶液遊離酸度與總酸度的比值為1：（10-15）
優點：遊離酸度穩定，易掌握，磷化時間短，生產效率高，耐蝕性與高溫磷化膜基本相同，應用較多。
（徠3）低溫型
30-50℃ 節省能源，使用方便。
（4）常溫型
10-40℃ 常（低）溫磷化（除加氧化劑外，還加促進劑），時間10-40分鐘，溶液遊離酸度與總酸度比值為1：（20-30），膜厚為0.2-7 g/m2。
優點：不需加熱，藥品消耗少，溶液穩定。
缺點：處理時間長，溶液配製較繁。
2、按磷化液成分分類
（1）鋅系磷化
（2）鋅鈣系磷化
（3）鐵系磷化
（4）錳系磷化
（5）複合磷化 磷化液由鋅、鐵、鈣、鎳、錳等元素組成。
3、按磷化處理方法分類
（1）化學磷化
將工件浸入磷化液中，依靠化學反應來實現磷化，應用廣泛。
（2）電化學磷化
在磷化液中，工件接正極，鋼鐵接負極進行磷化。
4、按磷化膜質量分類
（1）重量級（厚膜磷化）膜重7.5 g/m2以上。
（2）次重量級（中膜磷化）膜重4.6-7.5 g/m2。
（3）輕量級（薄膜磷化）膜重1.1-4.5 g/m2。
（4）次輕量級（特薄膜磷化）膜重0.2-1.0 g/m2。
5、按施工方法分類
（1）浸漬磷化
適用於高、中、低溫磷化 特點：設備簡單，僅需加熱槽和相應加熱設備，最好用不鏽鋼或橡膠襯裡的槽子，不鏽鋼加熱管道應放在槽兩側。
（2）噴淋磷化
適用於中、低溫磷化工藝，可處理大面積工件，如汽車、冰箱、洗衣機殼體。特點：處理時間短，成膜反應速度快，生產效率高，且這種方法獲得的磷化膜結晶緻密、均勻、膜薄、耐蝕性好。
（3）刷塗磷化
上述兩種方法無法實施時，採用本法，在常溫下操作，易塗刷，可除鏽蝕，磷化后工件自然乾燥，防鏽性能好，但磷化效果不如前兩種。
磷化用途
1、磷化作用
（1）塗裝前磷化的作用
①增強塗裝膜層（如塗料塗層）與工件間結合力。
②提高塗裝后工件表面塗層的耐蝕性。
③提高裝飾性。
（2）非塗裝磷化的作用
①提高工件的耐磨性。
②令工件在機加工過程中具有潤滑性。
③提高工件的耐蝕性。
2、磷化用途
鋼鐵磷化主要用於耐蝕防護和油漆用底膜。
（1）耐蝕防護用磷化膜
①防護用磷化膜 用於鋼鐵件耐蝕防護處理。磷化膜類型可用鋅系、錳系。膜單位面積質量為10-40 g/m2。磷化后塗防鏽油、防鏽脂、防鏽蠟等。
②油漆底層用磷化膜
增加漆膜與鋼鐵工件附著力及防護性。磷化膜類型可用鋅系或鋅鈣系。磷化膜單位面積質量為0.2-1.0 g/m2（用於較大形變鋼鐵件油漆底層）；1-5 g/m2（用於一般鋼鐵件油漆底層）；5-10 g/m2（用於不發生形變鋼鐵件油漆底層）。
（2）冷加工潤滑用磷化膜
鋼絲、焊接鋼管拉拔 單位面積上膜重1-10 g/m2；精密鋼管拉拔 單位面積上膜重4-10 g/m2；鋼鐵件冷擠壓成型 單位面積上膜重大於10 g/m2。
（3）減摩用磷化膜
磷化膜可起減摩作用。一般用錳系磷化，也可用鋅系磷化。對於有較小動配合間隙工件，磷化膜質量為1-3 g/m2；對有較大動配合間隙工件（減速箱齒輪），磷化膜質量為5-20 g/m2。
（4）電絕緣用磷化膜
一般用鋅系磷化。用於電機及變電器中的矽片磷化處理。
磷化膜性質
1、分類 磷化液主要成份 膜組成 膜外觀 單位面積膜重/ g/m2
深灰色 5-10
2.磷化膜組成
磷化膜為閃爍有光，均勻細緻，灰色多孔且附著力強的結晶，結晶大部分為磷酸鋅，小部分為磷酸氫鐵。鋅鐵比例取決於溶液成分、磷化時間和溫度。
3、性質
（1）耐蝕性
在大氣、礦物油、植物油、苯、甲苯中均有很好的耐蝕性，但在鹼、酸、水蒸氣中耐蝕性較差。在200-300℃時仍具有一定的耐蝕性，當溫度達到450℃時膜層的耐蝕性顯著下降。
（2）特殊性質
如增加附著力，潤滑性，減摩耐磨作用。
磷化流程
除油除銹→水洗→磷化→水洗→磷化后處理
影響因素
1、溫度
溫度愈高，磷化層愈厚，結晶愈粗大。
溫度愈低，磷化層愈薄，結晶愈細。
但溫度不宜過高，否則Fe2+ 易被氧化成Fe3+，加大沉澱物量，溶液不穩定。
2、遊離酸度
遊離酸度指遊離的磷酸。其作用是促使鐵的溶解，已形成較多的晶核，使膜結晶緻密。
遊離酸度過高，則與鐵作用加快，會大量析出氫，令界面層磷酸鹽不易飽和，導致晶核形成困難，膜層結構疏鬆，多孔，耐蝕性下降，令磷化時間延長。
遊離酸度過低，磷化膜變薄，甚至無膜。
3、總酸度
總酸度指磷酸鹽、硝酸鹽和酸的總和。總酸度一般以控制在規定範圍 上限為好，有利於加速磷化反應，使膜層晶粒細，磷化過程中，總酸度不斷下降，反映緩慢。
總酸度過高，膜層變薄，可加水稀釋。
總酸度過低，膜層疏鬆粗糙。
4、PH值
錳系磷化液一般控制在2-3之間，當PH﹥3時，工件表面易生成粉末。當PH‹1.5時難以成膜。鐵系一般控制在3-5.5之間。
5、溶液中離子濃度
①溶液中Fe2+極易氧化成 Fe3+，導致不易成膜。但溶液中Fe2+濃度不能過高，否則，形成的膜晶粒粗大，膜表面有白色浮灰，耐蝕性及耐熱性下降。
②Zn2+的影響，當Zn2+濃度過高，磷化膜晶粒粗大，脆性增大，表面呈白色浮灰；當Zn2+濃度過低，膜層疏鬆變暗。
磷化后處理
目的：增加磷化膜的抗蝕性、防鏽性。
方法：噴塑、噴粉、噴漆、電泳、上防鏽油等。
磷化渣
1、磷化渣的影響
①磷化中生成的磷化渣，既浪費藥品又加大清渣工作量，處理不好還影響磷化質量，視為不利。
②磷化中在生成磷化渣的同時還會揮發出磷酸，有助於維持磷化液的遊離酸度，保持磷化液的平衡，視為有利。
2、磷化渣生成的控制
①降低磷化溫度。
②降低磷化液的遊離酸度。
③提高磷化速度，縮短磷化時間。
④提高NO-3 與PO3-4的比值。
磷化膜檢驗
①外觀檢驗
肉眼觀察磷化膜應是均勻、連續、緻密的晶體結構。表面不應有未磷化的殘餘空白或銹漬。由於前處理的方法及效果的不同，允許出現色澤不一的磷化膜，但不允許出現褐色。
②耐蝕性檢查
⑴浸入法
將磷化后的樣板浸入3﹪的氯化鈉溶液中，經兩小時后取出，表面無銹漬為合格。出現銹漬時間越長，說明磷化膜的耐蝕性越好。
②點滴法
室溫下，將藍點試劑滴在磷化膜上，觀察其變色時間。磷化膜厚度不同，變色時間不同。厚膜﹥5分鐘，中等膜﹥2分鐘，薄膜﹥1分鐘。
酸度
1、遊離酸度的測定
用移液管吸取10 ml試液於250ml錐形瓶中，加50ml蒸餾水，加2—3滴甲基橙指示劑（或溴酚藍指示劑）。用0.1mol/l氫氧化鈉標準液滴定至溶液呈橙色（或用溴酚藍指示劑滴定至由黃變藍紫色）即為終點，記下的耗氫氧化鈉標準液毫升數即為滴定的遊離酸度點數。
2、總酸度的測定
用移液管吸取10 ml試液於250ml錐形瓶中，加50ml蒸餾水，加2—3滴酚酞指示劑。用0.1mol/l氫氧化鈉標準液滴定至粉紅色即為終點，記下的耗氫氧化鈉標準液毫升數即為滴定的總酸度點數。
十一、其它
主要是鋁件及鋅件的磷化。
基本信息
- 專利
- B.P. N o.3119
- 性質
- 耐蝕性
- 作用
- 磷化膜用作鋼鐵的防腐蝕保護膜