磷化处理工艺.docx

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1、磷化处理工艺关于磷化处理工艺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

2、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 80100，处理时间 1020min，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 8090， 处理时间 1015min，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

3、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）（盐雾你发的这个词被禁止发行 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 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

4、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 70100，处理时间 1020min，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410min，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

5、 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 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

6、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2.04.5g/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 35 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

7、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

8、更简单，但浪费更大。3.2 多室“标准”工位磷化工艺：预脱脂 5070 12min脱脂 5070 24min水清洗 12 道 常温 0.51.0min表面调整 常温 0.51.0min磷化 3560 26min水清洗2 道 常温 0.51.0min去离子水洗 常温 0.51.0min铬酸盐处理 4070 0.51.0min烘干 低于 180处理方式可采用全喷淋、全浸泡、喷淋-浸泡结合三种方式。对家用电器行业一般采用全喷 淋方式，它效率高，整个前处理只需要十几分钟即可完成，节省场地设备。汽车行业流行采用喷淋-浸泡相结合的方式。表面调整工序并非必须，表调剂加到脱脂槽内也可达到相同效果。磷化后的去离

9、子水洗必不可少。磷化后的铬酸盐处理，可提高整个涂层系统的耐腐蚀性能（见表2），但由于铬的环境污染问题，因此应慎使用。表 2 铬酸盐处理对漆膜耐蚀性能影响划痕 3mm 扩散时间（h）（盐雾你发的这个词被禁止发行B117-64） 去离子水洗 铬酸盐处理轻铁系 0.54896锌 系 2.0144240锌钙系 1.2216288锌 系 2.0192312锌钙系 2.5264360* 数据来源与表 1 相同3.3 混合件磷化处理工艺（锈蚀工件）脱脂 4070 38min水清洗 常温 0.51.0min酸洗 4070 38min水清洗 常温 0.5min中和 常温 0.51.0min表面调整 常温 0.5

10、min磷化 3560 310min水清洗 常温 0.51.0min脱离子水洗 常温 0.51.0min铬酸盐水洗 4070 0.51.0min烘干 180除非有足够的理由，酸洗工序一般不采用喷淋处理方式，喷淋会带来设备腐蚀以及工件工序间生锈等一系列问题。其他各工序均可采用全喷淋或喷-浸相结合的施工方式。对于混合件（无锈工件、有锈、氧化皮工件同时混合处理），采用脱脂除锈“二合一”代替分步脱脂除锈的方法已经应用有几十年的历史，同样可获满意效果。对于酸洗和脱脂除锈“二 合一”一般采用非挥发性的无机酸较适宜。总述：磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。

11、磷化的目的主要是：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。 磷化处理工艺应用于工业己有 90 多年的历史，大致可以分为三个时期:奠定磷化技术基础时期、磷化技术迅速发展时期和广泛应用时期。云清提供技术支持磷化膜用作钢铁的防腐蚀保护膜，最早的可靠记载是英国Charles Ross 于 1869 年获得的专利(B.P.No.3119)。从此，磷化工艺应用于工业生产。在近一个世纪的漫长岁月中，磷化处理技术积累了丰富的经验，有了许多重大的发现。一战期间，磷化技术的发展中心由英国转移至美国。1909 年美国 T.W.

12、Coslet将锌、氧化锌或磷酸锌盐溶于磷酸中制成了第一个锌系磷化液。这一研究成果大大促进了磷化工艺的发展，拓宽了磷化工艺的发展前途。Parker 防锈公司研究开发的 Parco Power 配制磷化液，克服T 许多缺点，将磷化处理时间提高到lho 1929 年Bonderizing 磷化工艺将磷化时间缩短至10min, 1934 年磷化处理技术在工业上取得了革命性的发展，即采用了将磷化液喷射到工件上的方法。二战结束以后，磷化技术很少有突破性进展，只是稳步的发展和完善。磷化广泛应用于防蚀技术，金属冷变形加工工业。这个时期 磷化处理技术重要改进主要有:低温磷化、各种控制磷化膜膜重的方法、连续钢带高

13、速磷化。当前，磷化技术领域的研究方向主要是围绕提高质量、减少环境污染、节省能源进行。（二）磷化是常用的前处理技术，原理上应属于化学转换膜处理，主要应用于钢铁表面磷化，有色金属（如铝、锌）件也可应用磷化。（三）磷化基础知识编辑本段磷化原理1、磷化 工件（钢铁或铝、锌件）浸入磷化液（某些酸式磷酸盐为主的溶液），在表面沉积形成一层不溶于水的结晶型磷酸盐转换膜的过程，称之为磷化。 2、磷化原理钢铁件浸入磷化液（由Fe(H2PO4)2 Mn(H2PO4)2 Zn(H2PO4)2 组成的酸性稀水溶液，PH 值为1-3，溶液相对密度为1.05-1.10）中，磷化膜的生成反应如下： 吸热 3Zn(H2PO4)

14、2 Zn3(PO4)2+4H3PO4 或 吸 热 吸 热 3Mn(H2PO4)2 Mn3(PO4)2+4H3PO4吸热 钢铁工件是钢铁合金，在磷酸作用下，Fe 和 FeC3 形成无数原电池，在阳极区， 铁开始熔解为 Fe2+，同时放出电子。 Fe+2H3PO4 Fe (H2PO4)2+H2 Fe Fe2+ +2e- 在钢铁工件表面附近的溶液中 Fe2+不断增加，当 Fe2+与 HPO42-，PO43-浓度大于磷酸盐的溶度积时，产生沉淀，在工件表面形成磷化膜： Fe(H2PO4)2 FeHPO4+ H3PO4Fe+ Fe(H2PO4)2 2FeHPO4+ H2 3FeHPO4 Fe 3(PO4)

15、2+ H3PO4Fe+ 2FeHPO4 Fe3(PO4)2+H2 阴极区放出大量的氢： 2H+ +2e- H2 O2 + 2H20 + 4e- 4OH- 总反应式： 吸热 3Zn(H2PO4)2 Zn3(PO4)2 +4H3PO4吸 热 吸 热Fe+3Zn(H2PO4)2 Zn3(PO4)2+2FeHPO4+3 H3PO4+2 H2 放 热编辑本段磷化分类1、按磷化处理温度分类 （1）高温型 8090处理时间为 10-20 分钟，形成磷化膜厚达 10-30g/m2,溶液游离酸度与总酸度的比值为1：（7-8） 优点：膜抗蚀力强，结合力好。 缺点：加温时间长，溶液挥发量大，能耗大，磷化沉积多，游离

16、酸度不稳定，结晶粗细不均匀，已较少应用。 （2）中温型 50-75，处理时间5-15 分钟， 磷化膜厚度为 1-7 g/m2，溶液游离酸度与总酸度的比值为 1：（10-15） 优点：游离酸度稳定，易掌握，磷化时间短，生产效率高，耐蚀性与高温磷化膜基本相同，目前应用较多。（3）低温型 30-50 节省能源，使用方便。 （4）常温型 10-40 常（低） 温磷化（除加氧化剂外，还加促进剂），时间 10-40 分钟，溶液游离酸度与总酸度比值为1：（20-30），膜厚为 0.2-7 g/m2。 优点：不需加热，药品消耗少，溶液稳定。 缺点：处理时间长，溶液配制较繁。 2、按磷化液成分分类 （1）锌系磷

17、化 （2）锌钙系磷化 （3）铁系磷化 （4）锰系磷化 （5）复合磷化 磷化液由锌、铁、钙、镍、锰等元素组成。 3、按磷化处理方法分类 （1）化学磷化 将工件浸入磷化液中，依靠化学反应来实现磷化，目前应用广泛。 （2）电化学磷化 在磷化液中，工件接正极，钢铁接负极进行磷化。 4、按磷化膜质量分类 （1）重量级（厚膜磷化）膜重7.5 g/m2 以上。（2）次重量级（中膜磷化）膜重 4.6-7.5 g/m2。（3）轻量级（薄膜磷化）膜重 1.1-4.5 g/m2。（4）次轻量级（特薄膜磷化）膜重 0.2-1.0 g/m2。5、按施工方法分类（1）浸渍磷化适用于高、中、低温磷化 特点：设备简单， 仅需

18、加热槽和相应加热设备，最好用不锈钢或橡胶衬里的槽子，不锈钢加热管道应放在槽两 侧。（2）喷淋磷化适用于中、低温磷化工艺，可处理大面积工件，如汽车、冰 箱、洗衣机壳体。特点：处理时间短，成膜反应速度快，生产效率高，且这种方法获得的磷化膜结晶致密、均匀、膜薄、耐蚀性好。（3）刷涂磷化上述两种方法无法实施时，采用本法，在常温下操作，易涂刷，可除锈蚀，磷化后工件自然干燥，防锈性能好，但磷化效果不如前两种。编辑本段磷化作用及用途1、磷化作用 （1）涂装前磷化的作用 增强涂装膜层（如涂料涂层）与工件间结合力。 提高涂装后工件表面涂层的耐蚀性。 提高装饰性。 （2）非涂装磷化的作用 提高工件的耐磨性。 令工

19、件在机加工过程中具有润滑性。提高工件的耐蚀性。 2、磷化用途 钢铁磷化主要用于耐蚀防护和油漆用底膜。（1）耐蚀防护用磷化膜防护用磷化膜 用于钢铁件耐蚀防护处理。磷化膜类型可用锌系、锰系。膜单位面积质量为 10-40 g/m2。磷化后涂防锈油、防锈脂、防锈蜡等。 油漆底层用磷化膜增加漆膜与钢铁工件附着力及防护性。磷化膜类型可用锌系或锌钙系。磷化膜单位面积质量为0.2-1.0 g/m2（用于较大形变钢铁件油漆底层）；1-5 g/m2（用于一般钢铁件油漆底层）；5-10 g/m2（用于不发生形变钢铁件油漆底层）。 （2）冷加工润滑用磷化膜钢丝、焊接钢管拉拔 单位面积上膜重 1-10 g/m2；精密钢

20、管拉拔 单位面积上膜重 4-10 g/m2；钢铁件冷挤压成型 单位面积上膜重大于 10 g/m2。（3）减摩用磷化膜磷化膜可起减摩作用。一般用锰系磷化，也可用锌系磷化。对于有较小动配合间隙工件，磷化膜质量为 1-3 g/m2；对有较大动配合间隙工件（减速箱齿轮），磷化膜质量为 5-20 g/m2。（4）电绝缘用磷化膜一般用锌系磷化。用于电机及变电器中的硅片磷化处理。四、磷化膜组成及性质分类 磷化液主要成份 膜组成 膜外观 单位面积膜重/ g/m2锌系 Zn(H2PO4)2 磷酸锌和磷酸锌铁 浅灰深灰 1-60锌钙系Zn(H2PO4)2 和 Ca (H2PO4)2 磷酸锌钙和磷酸锌铁 浅灰深灰

21、1-15锰 系 Mn(H2PO4)2 和 Fe(H2PO4)2 磷酸锰铁 灰深灰 1-60锰锌系 Mn(H2PO4)2 和 Zn(H2PO4)2 磷酸锌、磷酸锰、磷酸铁混合物 灰深灰 1-60铁系 Fe(H2PO4)2 磷酸铁深灰色 5-10 2.磷化膜组成磷化膜为闪烁有光，均匀细致，灰色多孔且附着力强的结晶，结晶大部 分为磷酸锌，小部分为磷酸氢铁。锌铁比例取决于溶液成分、磷化时间和温度。3、性质（1）耐蚀性在大气、矿物油、植物油、苯、甲苯中均有很好的耐蚀性，但在 碱、酸、水蒸气中耐蚀性较差。在 200-300时仍具有一定的耐蚀性，当温度达到 450时膜层的耐蚀性显著下降。（2）特殊性质如增加

22、附着力，润滑性，减摩耐磨作用。 编辑本段磷化工艺流程预脱脂脱脂除锈水洗(表调)磷化水洗磷化后处理(如电泳或粉末涂装)编辑本段影响因素1、温度 温度愈高，磷化层愈厚，结晶愈粗大。 温度愈低，磷化层愈薄，结晶愈细。 但温度不宜过高，否则 Fe2+ 易被氧化成 Fe3+，加大沉淀物量，溶液不稳定。2、游离酸度 游离酸度指游离的磷酸。其作用是促使铁的溶解，已形成较多的晶核，使膜结晶致密。 游离酸度过高，则与铁作用加快，会大量析出氢，令界面层磷酸盐不易饱和，导致晶核形成困难，膜层结构疏松，多孔，耐蚀性下降，令磷化时间延长。 游离酸度过低，磷化膜变薄，甚至无膜。 3、总酸度 总酸度指磷酸盐、硝酸盐和酸的总

23、和。总酸度一般以控制在规定范围 上限为好，有利于加速磷化反应，使膜层晶粒细， 磷化过程中，总酸度不断下降，反映缓慢。 总酸度过高，膜层变薄，可加水稀释。 总酸度过低，膜层疏松粗糙。 4、PH 值 锰系磷化液一般控制在 2-3 之间，当 PH3 时，共件表面易生成粉末。当PH?1.5 时难以成膜。铁系一般控制在3-5.5 之间。 5、溶液中离子浓度 溶液中 Fe2+极易氧化成 Fe3+，导致不易成膜。但溶液中 Fe2+浓度不能过高，否则，形成的膜晶粒粗大，膜表面有白色浮灰，耐蚀性及耐热性下降。 Zn2+ 的影响，当Zn2+浓度过高 ，磷化膜晶粒粗大，脆性增大，表面呈白色浮灰；当Zn2+浓度过低，

24、膜层疏松变暗。编辑本段磷化后处理目的：增加磷化膜的抗蚀性、防锈性。磷化渣1、磷化渣的影响磷化中生成的磷化渣，既浪费药品又加大清渣工作量，处理不好还影响磷化质量，视为不利。磷化中在生成磷化渣的同时还会挥发出磷酸，有助于维持磷化液的游离酸度，保持磷化液 的平衡，视为有利。2、磷化渣生成的控制降低磷化温度。降低磷化液的游离酸度。提高磷化速度，缩短磷化时间。提高 NO-3 与 PO3-4 的比值。 编辑本段磷化膜质量检验外观检验肉眼观察磷化膜应是均匀、连续、致密的晶体结构。表面不应有未磷 化德的残余空白或锈渍。由于前处理的方法及效果的不同，允许出现色泽不一的磷化膜， 但不允许出现褐色。耐蚀性检查浸入法

25、将磷化后的样板浸入 3的氯化钠溶液中，经两小时后取出，表面无锈渍为合格。出现锈渍时间越长，说明磷化膜的耐蚀 性越好。点滴法室温下，将蓝点试剂滴在磷化膜上，观察其变色时间。磷化膜 厚度不同，变色时间不同。厚膜5 分钟，中等膜2 分钟，薄膜1 分钟。十、游离 酸度及总酸度的测定。1、游离酸度的测定用移液管吸取 10 ml 试液于 250ml 锥形瓶中，加 50ml 蒸馏水，加 23 滴甲基橙指示剂（或溴酚蓝指示剂）。用 0.1mol/l 氢氧化钠标准液滴定至溶液呈橙色（或用溴酚蓝指示剂滴定至由黄变蓝紫色）即为终点，记下的耗 氢氧化钠标准液毫升数即为滴定的游离酸度点数。2、总酸度的测定用移液管吸 取 10 ml 试液于 250ml 锥形瓶中，加50ml 蒸馏水，加23 滴酚酞指示剂。用0.1mol/l 氢氧化钠标准液滴定至粉红色即为终点，记下的耗氢氧化钠标准液毫升数即为滴定的总酸度点数。 编辑本段有色金属磷化编辑本段主要是铝件及锌件的磷化。磷化发黑液 常温使用，磷化保护一步成型！又称钢铁着色剂！1：4-5 稀释后使用， 常温浸泡 30 分钟左右，最后封闭保护！ 处理工艺：除油除锈防锈水浸泡磷化发黑晾干封闭保护