磷化簡介

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、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滑作用等。按用途可分為三類：1、涂裝性磷化 2、冷擠壓潤滑磷化 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 ℃）。
一、　磷化成膜機理
磷化主要有以下過程:
% X, i$ P1 i( j/ B% y(1)金屬的溶解過程　即金屬與磷化液中的游離酸發生反應:
" r6 c* s7 F  f/ G( u+ nM+H3PO4 = M(H2PO4)2+H2↑
* J* S. P" N! w3 N8 Z& F# K4 Q( |& V(2)促進劑的加速過程為:
" y. D& y" k$ @& _' X( v/ w' x4 M6 O' QM(H2PO4)2+Fe+[O]→M3(PO4)2+FePO
, h( {) P% J. D' X( v: ]9 \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,會限制甚至停止酸蝕的進行。
(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值下發生水解,產生游離磷酸:
  c: K7 u3 ]( |6 ]* UMe(H2PO4)2=MeHPO4+H3PO4
# s6 L+ b; o6 X9 T3MeHPO4=Me3(PO4)2+H3PO4
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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,導致磷酸根各級離解平衡向右移動,最終成為磷酸根。
1 D8 I- `. m4 c9 m) u" {8 k(4 ) 磷化膜的形成　當金屬表面離解出的PO3-4與磷化槽液中的金屬離子Zn2+、Mn2+、Fe2+達到飽和時,即結晶沉積在金屬工件表面,晶粒持續增長,直到在金屬工件表面生成連續不溶于水的牢固的磷化膜:
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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。
% @7 \* Y1 s# w! X. g& ]    上述磷化原理可解釋鋅系磷化、鋅鈣系磷化、錳系磷化的成膜過程,也可解釋鋅件磷化、鋁件磷化的成膜過程,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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1、涂裝打底磷化
8 p, K! x( A  @3 b( T# g    由于金屬是極性物質，而油漆是有機高分子化合物，是非極性的，如果直接在鋼鐵件表面刷涂油漆，結合不牢，油漆很容易剝落，在涂裝前先進行磷化可解決這一問題，這是由于磷化時跟金屬表面Fe反應，是磷酸鹽牢固沉積在金屬表面，同時由于磷化膜有細小的孔隙，當噴涂油漆時，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，從而增加防腐蝕時間，涂裝磷化一般采用鋅系或鋅鈣系磷化，采用優秀的常溫磷化即可獲得不錯的效果

1 P) S4 z% Q' N: O) C7 n: @2、裝飾性磷化
5 c2 Z: ?$ [5 ?/ r# m7 m6 J    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。對于裝飾性磷化，首選錳系磷化，由于錳系磷酸鹽的穩定性，其防腐蝕能力大大優于鋅系磷化，同時錳系磷化顏色深，顆粒晶體為半球狀，手感細膩，并且錳系磷化膜耐磨性大于鋅系磷化，適合于對耐磨要求更高的情況。
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3、冷擠壓潤滑磷化
" n% r8 @, ]) Q( L8 r    由于磷化膜具有細小的微孔，能夠儲存皂化液，起到潤滑的作用，防止在冷擠壓過程中工件粘在模具表面，損壞昂貴的模具。

' Q3 h4 K* X1 R1 f- f三、黑色磷化
    除了能產生灰色到黑灰色磷化膜外，還可以做黑色磷化。目前,有關黑色磷化技術可以分成兩種類型。一種是改造原磷化液的配方,使磷化膜的顏色變為黑色;另外一種是將常溫發黑和磷化分兩步對鋼鐵進行表面處理。即先用常溫發黑工藝對鋼鐵進行發黑,得到較好的黑色外觀,再進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仍處于研究階段,采用磷化和常溫發黑相結合的辦法,充分發揮各自的優勢,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。即使分兩步進行也比高溫堿性磷化工藝要簡單的多。