當前位置：
首頁 > 金屬表面磷化處理技術(shù)
在各類制造業(yè)中對鋼、鍍鋅鋼、鋅和鋁等金屬作磷化處理是表面處理中的重要步驟。在油漆前的金屬表面預(yù)處理中作磷化處理的目的是為了增強材料的抗腐蝕能力、幫助冷成形、改善部件在滑動接觸時的摩擦性能。本文將用實例來加以說明。
磷酸鋅是一種在金屬基材上生成的晶型轉(zhuǎn)化膜,這種膜是利用了那些先讓溶于酸的金屬離子起反應(yīng)然后經(jīng)水稀釋而成的磷化液來處理生成的。傳統(tǒng)的電鍍法是利用電流在金屬上生成鍍膜,磷化則是讓金屬與磷化液接觸發(fā)生酸蝕反應(yīng)而生成磷化膜的。硝酸和磷酸是常用的用于溶解金屬的無機礦物酸。
依照工藝要求可以在磷化液中添加鋅、鎳和錳等金屬離子。為了得到特殊的效果,也可加一些其它金屬離子,磷化液中加鎳能提高材料的抗腐力加快磷化反應(yīng)。近年來所發(fā)展的無鎳工藝的效果已經(jīng)也可在各方面與含鎳工藝相競爭。
在磷化液中加入促進劑可以提高磷化反應(yīng)速度、消除氫氣的影響和控制磷化渣的生成。促進劑可以是單一的物質(zhì)、也可以為取得最佳效果而將幾種物質(zhì)混合一起使用?？梢赃x用的促進劑有亞硝酸鹽/硝酸鹽、氯酸鹽、溴酸鹽、過氧化物和一些有機物(如:硝基苯磺酸鈉)。
在對熱浸鍍鋅板或鋁板作磷化處理時還常添加游離或絡(luò)合的氟化物。圖1是使用不同的磷化工藝所生成的各種磷酸鹽晶體。
所謂磷化處理是指金屬表面與含磷酸二氫鹽的酸性溶液接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而在金屬表面生成穩(wěn)定的不溶性的無機化合物膜層的一種表面的化學(xué)處理方法。所形成的膜稱為磷化膜。它的成膜機理為：（以鋅系為例）
a)金屬的溶解過程
當金屬浸入磷化液中時，先與磷化液中的磷酸作用，生成一代磷酸鐵，并有大量的氫氣析出。其化學(xué)反應(yīng)為；
Fe+2H3PO4=Fe (H2PO4)2+H2•↑ (1)
上式表明，磷化開始時，僅有金屬的溶解，而無膜生成。
b)促進劑的加速
上步反應(yīng)釋放出的氫氣被吸附在金屬工件表面上，進而阻止磷化膜的形成。因此加入氧化型促進劑以去除氫氣。其化學(xué)反應(yīng)式為：
3Zn(H2PO4)2+Fe+2NaNO2=Zn3(PO4)2+2FePO4+N2↑+2NaH2PO4+4H2O (2)
上式是以亞硝酸鈉為促進劑的作用機理。
c)水解反應(yīng)與磷酸的三級離解磷化槽液中基本成分是一種或多種重金屬的酸式磷酸鹽，其分子式 Me(H2PO4)2，這些酸式磷酸鹽溶于水，在一定濃度及 PH 值下發(fā)生水解泛音法，產(chǎn)生游離磷酸：
Me(H2PO4)2=MeHPO4+H3PO4 ( 3 )
3MeHPO4=Me3(PO4)2+H3PO4 ( 4 )
H3PO3=H2PO4-+H+=HPO42-+2H+=PO43-+3H+ ( 5 )
由于金屬工件表面的氫離子濃度急劇下降，導(dǎo)致磷酸根各級離解平衡向右移動，最終成為磷酸根。
d)磷化膜的形成
當金屬表面離解出的三價磷酸根與磷化槽液中的（工件表面）的金屬離子（如鋅離子、鈣離子、錳離子、二價鐵離子）達到飽和時，即結(jié)晶沉積在金屬工件表面上，晶粒持續(xù)增長，直至在金屬工件表面上生成連續(xù)的不溶于水的黏結(jié)牢固的磷化膜。
2Zn2++Fe2++2PO43-+4H2O→Zn2Fe (PO4)2•4H2O↓ ( 6 )
3Zn2++2PO42-+4H2O=Zn3 (PO4)2•4H2O ↓ ( 7 )
金屬工件溶解出的二價鐵離子一部分作為磷化膜的組成部分被消耗掉，而殘留在磷化
槽液中的二價鐵離子，則氧化成三價鐵離子，發(fā)生（2）式的化學(xué)反應(yīng)，形成的磷化沉
渣其主要成分是磷酸亞鐵，也有少量的 Me3(PO4)2。
