高溫磷化表面處理技術解析

磷化工藝的早期應用是防銹，鋼鐵件經磷化處理形成一層磷化膜，起到防銹作用。經過磷化防銹處理的工件防銹期可達幾個月甚至幾年（對涂油工件而言），廣泛用于工序間、運輸、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℃，處理時間長達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，現在應用很少。

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

鋅系磷化也是廣泛應用的一種防銹磷化，通常采用硝酸鹽作為促進劑，處理溫度80～90℃，處理時間10～15min，磷化膜重大于7.5g/m2,磷化膜微觀結構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

通過強堿強酸處理過的工件會導致磷化膜粗化現象，采用表面調整活化可細化晶粒。鋅系磷化可采用草酸、膠體鈦表調。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整活化處理。磷化后的工件經鉻酸鹽封閉可大幅度提高防銹性，如再經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，發生化學反應而在金屬表面生成穩定的不溶性的無機化合物膜層的一種表面的化學處理方法。所形成的膜稱為磷化膜。它的成膜機理為：（以鋅系為例）

a)金屬的溶解過程

當金屬浸入磷化液中時，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。其化學反應為；

Fe+2H3PO4=Fe (H2PO4)2+H2↑         (1)

上式表明，磷化開始時，僅有金屬的溶解，而無膜生成。

b)促進劑的加速

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

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

上式是以亞硝酸鈉為促進劑的作用機理。

c)水解反應與磷酸的三級離解

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值下發生水解泛音法，產生游離磷酸：

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，導致磷酸根各級離解平衡向右移動，終成為磷酸根。

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