表面處理磷化處理的化學原理

磷酸膜是在一種磷酸二氫鹽的水溶液中經過化學反應得到的，這種磷酸二氫鹽是磷化處理的主要原料，一般來講二價金屬的磷酸二氫鹽都可以用，實際上只用鐵、鋅、錳或它們混合起來的磷酸二氫鹽，其化學式如下：

Mn(H2PO4)2磷酸二氫錳

Zn(H2PO4)2磷酸二氫鋅

Fe(H2PO4)2磷酸二氫鐵

例如馬日夫鹽就是一種錳和鐵的磷酸二氫鹽的混合物[nFe(H2PO4)·mMn(H2PO4)]，它能溶于水。二價金屬錳(Mn)，鋅(Zn)、鐵(Fe)有三種鹽，其化學式為：Me(H2PO4)2磷酸二氫鹽；MeHPO4磷酸一氫鹽；Me(Po4)2正磷酸鹽。(通常用“Me”符號代替二價金屬Fe、Zn、Mn)其中只有磷酸二氧鹽能溶于水。當它溶于水后，便在稀釋和加熱時引起分解，部分鹽生成不溶于水的磷酸一氫鹽和正磷酸鹽的沉淀涸此磷化液配好后，在槽底都有一部分沉淀。磷化時在鋼表面生成一層磷化膜就是不溶于水的正磷酸鹽和磷酸一氫鹽。如果采用馬日夫鹽配制溶液(主要成分是磷酸二氫鹽和一些浮離磷酸)，當溶解在水中加熱后都起水解作用。

磷酸二氫錳于常溫時水解反應：

Mn(H2PO4)2≒MnHPO4↓+H3PO4

溶液沉淀溶液(游離磷酸)

加熱時水解反應：

5Mn(H2PO4)2≒2MnHPO4↓+Mn3(HPO4)2+6H3PO4馬日夫鹽含有游離磷酸溶在溶液里就使磷酸二氫鹽(鐵)水解，而容易達到平衡，當發現混濁有微粒不易下沉，加進微量的磷酸，沉淀即消失。這是因為浮離多了，沉淀起了作用變回去了。溶液配制好后，希望在槽底部留一些沉淀，因為它將跟溶液間保持一定的平衡。此時，溶液中就有磷酸二氫錳(鐵)和游離磷酸，它們在水里的反應：

Mn(H2PO4)2≒Mn2++2H2PO4-

錳離子磷酸二氫根離子

H3PO4≒H++H2PO4-

游離磷酸氫離子磷酸二氫根離子

磷酸二氫根離子還會離解成磷酸一氫根和磷酸根離子，如下：

H2PO4-≒H++HPO42-

磷酸—氫根離子

↑↓H++PO43-

但是它們較難解離，因此在磷化溶液中有金屬離子(Fe2+Mn2+)和氫離子(H+)，而多

數中磷酸二氫要離子(H2PO4-)只有少量磷酸一氫根離子和磷酸根離子(HPO42-和PO33-)按照上述反應式建立平衡。我們知道鋼是由許多晶體組合而成，其成分除了鐵素外還有其它元素和雜質，它有不均勻性現象，將鋼浸在電解液里，便可視為金屬表面上形成無數的微型電池，這時鋼表面起下列反應，外表陽極部分鐵變成鐵離子進入溶液：

Fe≒Fe+2＋2e

鐵原子鐵離子電子

在陰極部分，溶液里的氫離子得到電子，而生成氫氣。

2H2++2e≒H2↑

氫離子氫氣

因此，在接近鋼表面溶液層氫離子濃度減少，溶液里的電離傾向反應式的右邊進行，溶液中磷酸一氫根和磷酸根離子濃度增加了，另一方面由于鐵和磷酸作用生成水溶性磷酸鹽，而鐵離子增加了，即只靠近金屬表面的溶液里的金屬離子(Me2+)增加了。所以，在接近鐵的表面溶液層，特別容易達到飽和狀態，那時在鋼的表面上那些不溶性的磷酸鹽和磷酸一氫鹽便沉淀結晶。其反應式。

Me2++HPO42-→MeHPO4↓

3Me2++2HPO42-→Me3(HPO4)2↓

磷化膜的生成過程就是鋼表面磷酸鹽結晶范圍逐漸擴大的過程。金屬表面逐漸減少，氫氣發生也隨之減弱，直到鋼表面完全被生長的磷酸鹽結晶覆蓋為止。因此磷化以后，溶液中磷酸二氫鹽就隨之減少，適當時需要給于補充。

磷化雖然很簡單，但要得到適當冷擠壓件所需要的磷化膜就要注意控制影響質量的幾個方面：磷化溶液的濃度，總酸度與游離酸度的比例，磷化溫度，鋼的組成，零件表面狀況和清洗方法，磷化溶液里硫酸要(SO42-)和氯離子(Cl-)等雜質的含量等等。