《磷化处理与实用工艺》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磷化处理与实用工艺（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、磷化目录总述原理及应用磷化基础知识1. 一、磷化原理2. 二、磷化分类3. 三、磷化作用及用途4. 四、磷化膜组成及性质5. 五、磷化工艺流程6. 六、影响因素7. 七、磷化后处理8. 八、磷化渣9. 九、磷化膜质量检验10. 十、游离酸度及总酸度的测定11. 十一、有色金属磷化总述 原理及应用磷化基础知识总述磷化(phosphorization)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。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
2、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。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 。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 1
3、929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。原理及应用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。磷化基础知识一、磷化原理1、磷化工件(钢铁或铝、
4、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性稀水溶液，PH值为1-3，溶液相对密度为吸热3Z n(H2PO4)2=Zn 3(PO4)2j +4H3PO4吸热吸热3Mn (H2PO4)2=Mn 3(PO4) +4H3PO4吸热钢铁工件是钢铁合金，在磷酸作用下， 铁开始熔解为Fe2+，同时放出电子。Fe+2H3PO4= Fe (H2PO4)2+H2TFe =Fe2+2e-Mn (H2PO4)2 、 Zn (H2PO4)2组成的酸1.05-1.10 )中，磷化膜的生成反应如下：
5、或Fe和FeC3形成无数原电池，在阳极区，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 + H2f3FeHPO4= Fe 3(PO4)2 J + H3PO4Fe+ 2FeHPO4 =Fe 3(PO4)2 J +H2f阴极区放出大量的氢：2H+ +2e-=H2f02 + 2H20=4e- + 40H-总反应式：吸热Zn 3(PO4)2J +4H3PO43Zn (H2PO4)2=吸热吸热Fe+3Z n(
6、H2PO4)2=Zn 3(PO4)2j +FeHP04+3H3PO4+2 H2f放热、磷化分类1、按磷化处理温度分类(1 )高温型80 90 C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，游离酸度不稳定，结晶粗细不均匀，已较少应用。(2) 中温型50-75 C,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
7、应用较多。(3) 低温型30-50 C节省能源，使用方便。(4) 常温型10-40 C 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
8、。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。（
9、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。二、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
10、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
11、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宀深灰1-60锌钙系 Zn(H2PO4)2 和 Ca (H2PO4)2 磷酸锌钙和磷酸锌铁浅灰 宀深灰1-15锰系 Mn(H2PO4)2 和Fe(H2PO4)2磷酸锰铁 灰宀深灰 1-60锰锌系 Mn(H2PO4)2 和Zn(H2PO4)2磷酸锌、磷酸锰、磷酸铁混合物灰宀深灰 1-60铁系 Fe(H2PO4)2 磷酸铁深灰色 5-102. 磷化膜组成磷化膜为闪烁有光，均匀细致，灰
12、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 C时仍具有一定的耐蚀性，当温度达到450 C时膜层的耐蚀性显著下降。(2 )特殊性质如增加附着力，润滑性，减摩耐磨作用。五、磷化工艺流程除油除锈 T水洗T磷化T水洗T磷化后处理六、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
13、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PH 3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F
14、e2+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，膜层疏松变暗。七、磷化后处理目的：增加磷化膜的抗蚀性、防锈性。八、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N0-3与PO3-4的比值。九、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
