磷化的基本原理——磷化工藝

1防銹磷化工藝

磷化工藝的早期應(yīng)用是防銹，鋼鐵件經(jīng)磷化處理形成一層磷化膜，起到防銹作用。經(jīng)過(guò)磷化防銹處理的工件防銹期可達(dá)幾個(gè)月甚至幾年(對(duì)涂油工件而言)，廣泛用于工序間、運(yùn)輸、包裝貯存及使用過(guò)程中的防銹，防銹磷化主要有鐵系磷化、鋅系磷化、錳系磷化三大品種。

鐵系磷化的主體槽液成分是磷酸亞鐵溶液，不含氧化類(lèi)促進(jìn)劑，并且有高游離酸度。這種鐵系磷化處理溫度高于95℃，處理時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30min以上，磷化膜重大于10g/m2，并且有除銹和磷化雙重功能。這種高溫鐵系磷化由于磷化速度太慢，現(xiàn)在應(yīng)用很少。

錳系磷化用作防銹磷化具有最佳性能，磷化膜微觀結(jié)構(gòu)呈顆粒密堆集狀，是應(yīng)用最為廣泛的防銹磷化。加與不加促進(jìn)劑均可，如果加入硝酸鹽或硝基胍促進(jìn)劑可加快磷化成膜速度。通常處理溫度80～100℃，處理時(shí)間10～20min，膜重在7.5克/m2以上。

鋅系磷化也是廣泛應(yīng)用的一種防銹磷化，通常采用硝酸鹽作為促進(jìn)劑，處理溫度80～90℃，處理時(shí)間10～15min，磷化膜重大于7.5g/m2，磷化膜微觀結(jié)構(gòu)一般是針片緊密堆集型。

防銹磷化一般工藝流程：

除油除銹？水清洗？表面調(diào)整活化？磷化？水清洗？鉻酸鹽處理？烘干？涂油脂或染色處理

通過(guò)強(qiáng)堿強(qiáng)酸處理過(guò)的工件會(huì)導(dǎo)致磷化膜粗化現(xiàn)象，采用表面調(diào)整活化可細(xì)化晶粒。鋅系磷化可采用草酸、膠體鈦表調(diào)。錳系磷化可采用不溶性磷酸錳懸浮液活化。鐵系磷化一般不需要調(diào)整活化處理。磷化后的工件經(jīng)鉻酸鹽封閉可大幅度提高防銹性，如再經(jīng)過(guò)涂油或染色處理可將防銹性提高幾位甚至幾十倍。

2耐磨減摩潤(rùn)滑磷化工藝

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)、齒輪、制冷壓縮機(jī)一類(lèi)工件，它不僅承受一次載荷，而且還有運(yùn)動(dòng)摩擦，要求工件能減摩、耐摩。錳系磷化膜具有較高的硬度和熱穩(wěn)定性，能耐磨損，磷化膜具有較好的減摩潤(rùn)滑作用。因此，廣泛應(yīng)用于活塞環(huán)，軸承支座，壓縮機(jī)等零部件。這類(lèi)耐磨減摩磷化處理溫度70～100℃，處理時(shí)間10～20min，磷化膜重大于7.5g/m2。

在冷加工行業(yè)如：接管、拉絲、擠壓、深拉延等工序，要求磷化膜提供減摩潤(rùn)滑性能，一般采用鋅系磷化，一是鋅系磷化膜皂化后形成潤(rùn)滑性很好的硬脂酸鋅層，二是鋅系磷化操作溫度比較低，可在40、60或90℃條件下進(jìn)行磷化處理，磷化時(shí)間4～10min，有時(shí)甚至幾十秒鐘即可，磷化膜重量要求≥3g/m2便可。

3漆前磷化工藝

涂裝底漆前的磷化處理，將提高漆膜與基體金屬的附著力，提高整個(gè)涂層系統(tǒng)的耐腐蝕能力；提供工序間保護(hù)以免形成二次生銹。因此漆前磷化的首要問(wèn)題是磷化膜必須與底漆有優(yōu)良的配套性，而磷化膜本身的防銹性是次要的，磷化膜細(xì)致密實(shí)、膜薄。當(dāng)磷化膜粗厚時(shí)，會(huì)對(duì)漆膜的綜合性能產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。磷化體系與工藝的選定主要由：工件材質(zhì)、油銹程度、幾何形狀；磷化與涂漆的時(shí)間間隔；底漆品種和施工方式以及相關(guān)場(chǎng)地設(shè)備條件決定。

一般來(lái)說(shuō)，低碳鋼較高碳鋼容易進(jìn)行磷化處理，磷化成膜性能好些。對(duì)于有銹(氧化皮)工件必須經(jīng)過(guò)酸洗工序，而酸洗后的工件將給磷化帶來(lái)很多麻煩，如工序間生銹泛黃，殘留酸液的清除，磷化膜出現(xiàn)粗化等，所以酸洗時(shí)加入具有緩蝕、抑霧、催化和防銹功能的酸洗添加劑是必要的。酸洗后的工件在進(jìn)行鋅系、改性鋅系磷化前一般要進(jìn)行表面調(diào)整處理。

在間歇式的生產(chǎn)場(chǎng)合，由于受條件限制，磷化工件必須存放一段時(shí)間后才能涂漆，因此要求磷化膜本身具有較好的防銹性。如果存放期在10天以上，一般應(yīng)采用中溫磷化，如中溫鋅系、中溫鋅錳系、中溫鋅鈣系等，磷化膜的厚度最好應(yīng)在2.0～4.5g/m2之間。磷化后的工件應(yīng)立即烘干，不宜自然涼干，以免在夾縫、焊接處形成銹蝕。如果存放期只有3～5天，可用低溫鋅系、輕鐵系磷化，烘干效果會(huì)好于自然涼干。

3.1單室噴淋磷化工藝

整個(gè)前處理工藝只有一個(gè)噴室，在噴室的下面有多個(gè)貯液槽體，不同的處理液噴淋工件后流回各自的槽體中。例如首先噴淋脫脂液，待脫脂液流回脫脂槽后，關(guān)閉閥門(mén)；然后噴淋水洗，水洗完成后關(guān)閉水洗閥門(mén)；下一步再?lài)娏芰谆海@種單室處理方法可實(shí)行如下幾種工藝流程：

脫脂？磷化“二合一”(輕鐵系)？水清洗？(鉻封閉)？出件。

脫脂？水清洗？磷化？水清洗？(鉻封閉)？出件

脫脂？水清洗？表面調(diào)整？磷化？水清洗？(鉻封閉)？出件

這種磷化工藝一般不提倡安排酸洗工序，以免造成設(shè)備腐蝕或產(chǎn)生工序間銹蝕。單室工藝設(shè)備少占用場(chǎng)地小，簡(jiǎn)便易行，但浪費(fèi)較大，僅適合于批量少的間歇式生產(chǎn)場(chǎng)合。與此相似的另一種方法，采用外圍小容量罐體盛處理液，通過(guò)泵與管道抽液后與熱水混合后噴淋在工件上達(dá)到脫脂、磷化效果，噴淋后藥液不回收，這種方法更簡(jiǎn)單，但浪費(fèi)更大。

3.2多室“標(biāo)準(zhǔn)”工位磷化工藝：

①預(yù)脫脂50～70℃1～2min

②脫脂50～70℃2～4min

③水清洗1～2道常溫0.5～1.0min

④表面調(diào)整常溫0.5～1.0min

⑤磷化35～60℃2～6min

⑥水清洗<2道常溫0.5～1.0min

⑦去離子水洗常溫0.5～1.0min

⑧后續(xù)工序

處理方式可采用全噴淋、全浸泡、噴淋-浸泡結(jié)合三種方式。對(duì)家用電器行業(yè)一般采用全噴淋方式，它效率高，整個(gè)前處理只需要十幾分鐘即可完成，節(jié)省場(chǎng)地設(shè)備。汽車(chē)行業(yè)流行采用噴淋-浸泡相結(jié)合的方式。

磷化后最好用去離子水洗，有利于更大程度上提高整個(gè)涂層系統(tǒng)的耐腐蝕性能。磷化后的鈍化處理，也可提高整個(gè)涂層系統(tǒng)的耐腐蝕性能。

3.3混合件磷化處理工藝(銹蝕工件)

①脫脂40～70℃3～8min

②水清洗常溫0.5～1.0min

③酸洗40～70℃3～8min

④水清洗常溫0.5min

⑤中和常溫0.5～1.0min

⑥表面調(diào)整常溫0.5min

⑦磷化35～60℃3～10min

⑧水清洗常溫0.5～1.0min

⑨脫離子水洗常溫0.5～1.0min

⑩后續(xù)工序

除非有足夠的理由，酸洗工序一般不采用噴淋處理方式，噴淋會(huì)帶來(lái)設(shè)備腐蝕以及工件工序間生銹等一系列問(wèn)題。其他各工序均可采用全噴淋或噴-浸相結(jié)合的施工方式。

對(duì)于混合件(無(wú)銹工件、有銹、氧化皮工件同時(shí)混合處理)，采用脫脂除銹“二合一”代替分步脫脂除銹的方法已經(jīng)應(yīng)用有幾十年的歷史，同樣可獲滿(mǎn)意效果。對(duì)于酸洗和脫脂除銹“二合一”一般采用非揮發(fā)性的無(wú)機(jī)酸較適宜。