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1、磷化处理材料总结1 磷化定义磷化工艺过程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。磷化目的：1) 给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；2) 用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；3) 在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。2 磷化原理不同磷化体系、不同其材的磷化反应机理比较复杂。目前各学者比较赞同的观点是磷化成 膜过程主要是由如下4 个步聚组成： 酸的浸蚀使基体金属表面 H+ 浓度降低Fe-2ef Fe2+2出-+2e2H (1) 促进剂(氧化剂)加速O + H - R+H2O (2)Fe2+0 f Fe3+R式中O为促进剂(氧化剂
2、),R为还原产物，由于促进剂氧化掉第一步反应所产生的氢 原子，加快了反应(1)的速度，进一步导致金属表面H+浓度急剧下降。同时也将溶液中Fe2+ 氧化成为 Fe3+。 磷酸根的多级离解HPO HPO +H+HPO42+2H+PO43+3H ( 3)由于金属表面的H+浓度急剧下降，导致磷酸根各级离解平衡向右移动，最终为P043-。 磷酸盐沉淀结晶成为磷化膜当金属表面离解出的PO 3-与溶液中(金属界面)的金属离子(如Zn2+、Mn2+、Ca2+、Fe2+) 达到溶度积常数Ksp时，就会形成磷酸盐沉淀Zn2+Fe2+PO43-+H OZn Fe(PO) 4H O !(4)2 2 4 2 2 3Zn
3、2+2PO43-+4H O=Zn (PO ) 4H O !(5)234 22磷酸盐沉淀与水分子一起形成磷化晶核，晶核继续长大成为磷化晶粒，无数个晶粒紧密堆 集形而上学成磷化膜。磷酸盐沉淀的副反应将形成磷化沉渣Fe3+PO43-=FePO ( 6)4 以上机理不仅可解释锌系、锰系、锌钙系磷化成膜过程，还可指导磷化配方与磷化工艺的 设计。从以上机理可以看出：适当的氧化剂可提高反应(2)的速度；较低的H+浓度可使磷酸根离解反应(3)的离 解平衡更易向右移动离解出 PO43-； 金属表面如存在活性点面结合时，可使沉淀反应(4)(5)不需太大的过饱和即可形 成磷酸盐沉淀晶核； 磷化沉渣的产生取决于反应(
4、1)与反应(2),溶液H+浓度高、促进剂强均使沉渣增 多。相应，在实际磷化配方与工艺实施中适当较强的促进剂(氧化剂)；较高的酸比(相对较 低的游离酸，即H+浓度)；使金属表面调整到具备活性点均能提高磷化反应速度，能在较低温 度下快速成膜。因此在低温快速磷化配方设计时一般遵循上述机理，选择强促进剂、高酸比、表面调整工序等。关于磷化沉渣：因为磷化沉渣主要是FePO,要相减少沉渣量就必须降低Fe3+的产生量，即4通过两个方法：降低磷化液的H+浓度（低游离酸度）；减少Fe2+氧化成为Fe3+。锌材与铝材磷化机理基本与上相同 锌材的磷化速度较快，磷化膜只有磷酸锌盐单一组成，并且沉渣很少。铝材磷化一般要加
5、入较多的氟化合物，使之形成AlF、A1F3-，铝材磷化步聚 36 与上述机理基本相同。3 磷化分类 磷化的分类方法很多，但一般是按磷化成膜体系、磷化膜厚度、磷化使用温度、促进剂类 型进行分类。3.1 按磷化成膜体系分类 按磷化成膜体系主要分为：锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系、非晶相铁系六大类。具 体内容见表 3-1.表 3-1 各类磷化膜详细内容磷化膜 分类槽液主体成分磷化膜主体组成（钢铁件）微观膜结构特点及应用膜外观单位面积 膜重g/m2锌系Zn2+、H PO3-、NO -、HPO、2334促进剂等Zn (PO )4H O、34 22Zn Fe(PO )4H O24 22磷化晶粒呈树枝 状
6、、针状、孔隙较 多广泛应用于涂漆 前打底、防腐蚀和 冷加工减摩润滑浅灰一深灰1-60锌钙系Zn2+、Ca2+、NO-、HPO-、324H PO以及其它添加物等34Zn Ca(PO)4H O、24 22Zn Fe(PO )4H O、2 4 22Zn (PO )4H O3 4 22磷化晶粒呈紧密颗 粒状（偶尔出现大 的针状晶粒），孔隙 较少应用于涂装前打 底及防腐蚀浅灰一深灰1-15锌锰系Zn2+、Mn2+、NO-、HPO-、324HPO以及其它一些添加34物Zn Fe(PO )4H O、2 4 22Zn (PO )4H O、3 4 22(Mn,Fe) H (PO )4H O磷化晶粒呈颗粒- 针状
7、-树枝状混合 晶型，孔隙较少广泛用于漆前打 底、防腐蚀及冷 加工减摩润滑灰f深灰1-60锰系Mn2+、NO-、HPO4、HPO3234以及其它一些添加物(Mn,Fe) H (PO )4H O5 24 42磷化膜厚度大、孔 隙少，磷化晶粒呈 密集颗粒状广泛应用于防腐 蚀及冷加工减摩 润滑灰f深灰1-60铁系Fe2+、HPO、HPO 及其它2434一些添加物Fe H (PO)4H O5 24 42膜孔隙较多，磷化 晶粒呈颗粒状磷化膜厚度大，磷 化温度高，处理时 间长。应用于防 腐蚀以及冷加工 减摩润滑深灰色5-10非晶相 铁系Na+(NH+)、HPO、HPO、42434MoO-(ClO-、NO-)
8、以及其433它一些添加物Fe (PO )8H O, Fe O34 2223磷化膜薄，微观膜 结构呈非晶相的平 面分布状仅应用于涂漆前 打底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。磷化膜类型可用铁系、锌系、锰系。膜单位面积质量为 10-40g/m 2。磷化后涂防锈油、防锈脂、防锈蜡等。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95C，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
9、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80100C,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 C,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。 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 0.2-1.0g/m 2（用于较大形变钢铁件油漆底层）； 1-5g/m 2（用于一般钢
10、铁件 油漆底层）； 5-10g/m 2（用于不发生形变钢铁件油漆底层）。（2）冷加工润滑用磷化膜 起润滑作用的磷化主要用在冷加工方面，一般是 锌系 。钢丝、焊接钢管拉拔单位面积上膜重 1-10g/m 2；精密钢管拉拔单位面积上膜重 4-10g/m 2；钢铁件冷挤压成型单位 面积上膜重大于 10g/m 2。（3）减摩用磷化膜 耐磨减摩磷化是用于载荷摩擦运动的工件，常规的是 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 1-3g/m 2；对有较大动配合间隙工件（减速 箱齿轮），磷化膜质量为 5-20g/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
11、处理。3.2 按磷化处理温度划分 磷化处理按处理温度可分为常温、低温、中温、高温四类，具体见表 3-2.表 3-2 不同温度磷化处理详细内容磷化膜分类温度(C)处理时间（min）单位面积膜重g/m2溶液游离酸 度与总酸度优点缺点高温型809010-2010-301： (7-8)膜抗蚀力强，结合力好加温时间长，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，已较少应用中温型50-755-151-71: (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。低温型30-50节省能源，使用方便常温型10-4010-400.2-71: (20-30)不需加热，药品消耗少，溶液稳定处理时间长，溶液除加氧化剂外，还 加促进剂，配制较繁琐常温低温磷化绝大部分以 轻铁系磷化、锌系磷化 为主，当然也有改进型，如在锌系 磷化中加入 Mn2+ 、Ca2+ 、Ni2+ 等改性，仍习惯称之为锌系磷化。 中温磷化用于漆前打底， 主要是 锌系、锰系、锌钙系 磷化三大类。
