磷化簡(jiǎn)介

小瑋

    磷化是金屬材料防腐蝕的重要方法之一,其目的在于給基體金屬提供防腐蝕保護(hù)、用于噴漆前打底,、提高覆膜層的附著力與防腐蝕能力及在金屬加工中起減摩潤(rùn)滑作用等,。按用途可分為三類：1,、涂裝性磷化 2,、冷擠壓潤(rùn)滑磷化 3、裝飾性磷化,。按所用的磷酸鹽分類有:磷酸鋅系,、磷酸鋅鈣系、磷酸鐵系,、磷酸鋅錳系,、磷酸錳系。根據(jù)磷化的溫度分類有:高溫(80 ℃以上)磷化,、中溫(50～70 ℃)磷化,、低溫磷化(40 ℃左右)和常溫磷化（ 10～30 ℃）。
+ F5 X3 R" ~: _  ~一,、　磷化成膜機(jī)理
+ a1 j$ Z, W/ c磷化主要有以下過(guò)程:
1 {- w0 k, \. b$ Q1 s(1)金屬的溶解過(guò)程　即金屬與磷化液中的游離酸發(fā)生反應(yīng):
M+H3PO4 = M(H2PO4)2+H2↑
(2)促進(jìn)劑的加速過(guò)程為:
M(H2PO4)2+Fe+[O]→M3(PO4)2+FePO
* V9 w( Y. V% W; s* R  h由于氧化劑的氧化作用,加速了不溶性鹽的逐步沉積,使金屬基體與槽液隔離,會(huì)限制甚至停止酸蝕的進(jìn)行,。
(3)磷酸及鹽的水解　磷化液的基本成分是一種或多種重金屬的酸式磷酸鹽, 其分子式為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,產(chǎn)生游離磷酸:
Me(H2PO4)2=MeHPO4+H3PO4
& y& K( X  }1 ?: {) F3MeHPO4=Me3(PO4)2+H3PO4
7 D% e0 @, k7 ]* H

H3PO4=H2PO4-+H+= HPO2-4 + 2H+ =PO3-4 + 3H+

由于金屬工件表面的H+濃度急劇下降,導(dǎo)致磷酸根各級(jí)離解平衡向右移動(dòng),最終成為磷酸根。
1 w$ \6 p6 n9 _' y(4 ) 磷化膜的形成　當(dāng)金屬表面離解出的PO3-4與磷化槽液中的金屬離子Zn2+,、Mn2+、Fe2+達(dá)到飽和時(shí),即結(jié)晶沉積在金屬工件表面,晶粒持續(xù)增長(zhǎng),直到在金屬工件表面生成連續(xù)不溶于水的牢固的磷化膜:
' @3 R9 ^5 c: q/ V/ V

3M2 + + 2PO3 -4 + 4H2O = M3 ( PO4 ) 2·4H2O ↓

2 M2 + + Fe2 + + 2PO3 -4 + 4H2O= M2 Fe ( PO4 ) 2· 4H2O

金屬工件溶解出的Fe2+一部分作為磷化膜的組成部分被消耗掉,而殘留在磷化槽液中的Fe2+則氧化成Fe3+,生成FePO4沉淀,即磷化沉渣的主要成分之一,。
8 e' D% a1 f" p    上述磷化原理可解釋鋅系磷化,、鋅鈣系磷化、錳系磷化的成膜過(guò)程,也可解釋鋅件磷化、鋁件磷化的成膜過(guò)程,但鋅件磷化膜只有磷酸鋅一種組成,鋁件磷化還需加入較多的氟化物,以便形成AlF3,、AlF3 -6 ,。

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二、各種磷化用途
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3 D& f+ b/ Z/ X; f% }! p1,、涂裝打底磷化
; u7 z& |, x! t( e, k1 g- g    由于金屬是極性物質(zhì),，而油漆是有機(jī)高分子化合物，是非極性的,，如果直接在鋼鐵件表面刷涂油漆,，結(jié)合不牢，油漆很容易剝落,，在涂裝前先進(jìn)行磷化可解決這一問(wèn)題,，這是由于磷化時(shí)跟金屬表面Fe反應(yīng)，是磷酸鹽牢固沉積在金屬表面,，同時(shí)由于磷化膜有細(xì)小的孔隙,，當(dāng)噴涂油漆時(shí)，油漆高分子滲入磷化膜孔隙中,，增加了油漆的附著力,，使油漆不容易剝落，從而增加防腐蝕時(shí)間,，涂裝磷化一般采用鋅系或鋅鈣系磷化,，采用優(yōu)秀的常溫磷化即可獲得不錯(cuò)的效果

2、裝飾性磷化
    由于磷化后,，在鋼鐵件表面形成一層磷化膜,，隔絕了空氣，氧氣等,，把磷化膜的孔隙封閉后,，有較好的防腐蝕效果。常用的裝飾性磷化有錳系,，鋅系,，鋅鈣系，鋅錳系,。其中錳系磷化膜顏色最深,，為黑灰色，鋅系顏色最淺,，為灰色,。對(duì)于裝飾性磷化，首選錳系磷化,，由于錳系磷酸鹽的穩(wěn)定性,，其防腐蝕能力大大優(yōu)于鋅系磷化,，同時(shí)錳系磷化顏色深，顆粒晶體為半球狀,，手感細(xì)膩,，并且錳系磷化膜耐磨性大于鋅系磷化，適合于對(duì)耐磨要求更高的情況,。
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3,、冷擠壓潤(rùn)滑磷化
$ `# P( P# J$ ~% r9 k, K    由于磷化膜具有細(xì)小的微孔，能夠儲(chǔ)存皂化液,，起到潤(rùn)滑的作用,，防止在冷擠壓過(guò)程中工件粘在模具表面，損壞昂貴的模具,。

三,、黑色磷化
    除了能產(chǎn)生灰色到黑灰色磷化膜外，還可以做黑色磷化,。目前,有關(guān)黑色磷化技術(shù)可以分成兩種類型,。一種是改造原磷化液的配方,使磷化膜的顏色變?yōu)楹谏?另外一種是將常溫發(fā)黑和磷化分兩步對(duì)鋼鐵進(jìn)行表面處理。即先用常溫發(fā)黑工藝對(duì)鋼鐵進(jìn)行發(fā)黑,得到較好的黑色外觀,再進(jìn)行磷化處理以提高表面膜的附著力和耐蝕性,。鋼鐵常溫黑色磷化技術(shù)仍處于研究階段,采用磷化和常溫發(fā)黑相結(jié)合的辦法,充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì),得到具有良好附著力和耐蝕性的表面膜是一條值得探討的路線,。即使分兩步進(jìn)行也比高溫堿性磷化工藝要簡(jiǎn)單的多。