淺談常溫快速磷化工藝

段成林

摘 要：伴隨家電、汽車等行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于金屬件的磷化質(zhì)量提出了更加高的需求，磷化膜不但需具備較強(qiáng)的耐磨耐蝕性，更加需與漆膜以及基體有較好的結(jié)合力。本文就常溫快速磷化工藝進(jìn)行深入地研究。

關(guān)鍵詞：鋼鐵；常溫；快速磷化

磷化膜能夠增強(qiáng)基體外表的防腐蝕性能以及與涂層間的附著力，是家電、汽車與機(jī)械等行業(yè)所必備的工藝?，F(xiàn)階段，磷化工藝逐漸趨向于低渣、常溫、快速、薄膜以及耐腐蝕。常溫磷化工藝的溫度相對(duì)較低，有礙于置換、水解以及氧化反應(yīng)的完成，成膜速率偏慢，磷化膜質(zhì)量很難調(diào)控。運(yùn)用促進(jìn)劑是加強(qiáng)常低溫磷化膜質(zhì)量的關(guān)鍵途徑，最為常見的促進(jìn)劑主要有亞硝酸鹽、鎳鹽等。然而，鎳離子對(duì)環(huán)境以及人體健康有害，其排放受著非常嚴(yán)格的約束；亞硝酸鈉有一定毒性，其水溶液極易形成NOx，沉渣數(shù)量較多，極易造成環(huán)境污染，同時(shí)非常容易與胺類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生亞硝胺致癌物質(zhì)。采取無亞硝酸鹽、無鎳的促進(jìn)劑針對(duì)鋼件實(shí)施常溫磷化，能夠獲得致密、均勻以及較強(qiáng)耐蝕性的磷化膜。

1.常溫磷化的優(yōu)勢(shì)

（1）節(jié)約能源，降低能耗。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可知，磷化溫度由70℃下降至50℃通常能夠節(jié)約50%以上的能源，有55℃下降至30℃便能夠節(jié)約30%以上的能源，而常溫磷化工藝往往無需熱源。

（2）化學(xué)成分的耗費(fèi)有較大程度的減少。常溫磷化工藝不但可以較大幅度減少能耗同時(shí)各類化學(xué)成分的耗費(fèi)同樣顯著降低，同時(shí)還可以減少成本費(fèi)用。

（3）磷化液更為平穩(wěn)，易于調(diào)控。在涂裝用鋅系磷化液當(dāng)中，通常包含了亞硝酸鈉，此是加快成膜的成分，并且還是不穩(wěn)定的要素，隨著酸度以及溫度的下降其穩(wěn)定性同樣會(huì)不斷加強(qiáng)。

（4）沉渣較少，結(jié)垢疏松。沉淀是磷化處理的重要產(chǎn)物，然而因?yàn)槌亓谆乃岫认陆担w腐蝕量較低，因此沉淀的產(chǎn)生量同樣會(huì)顯著下降。

（5）磷化膜更為均勻。與中、高溫磷化對(duì)比而言，常溫磷化膜更為細(xì)密以及均勻，此或許與低溫環(huán)境下腐蝕反應(yīng)速度慢、反應(yīng)動(dòng)力偏小相關(guān)。

2. 常溫快速磷化工藝

2.1 磷化膜

磷化膜主要是由金屬磷酸鹽沉積而產(chǎn)生，其關(guān)鍵成分為金屬磷酸鹽。針對(duì)鋼鐵鋅系磷化，膜是由磷酸鋅與磷酸鋅鐵構(gòu)成。P比最初的定義是：P/（P+H），其間H所代表的是磷酸鋅，P所代表的是磷酸二鋅鐵，所以P比的數(shù)值代表著磷化膜當(dāng)中磷酸二鋅鐵所占比重。P比較高的磷化膜其結(jié)晶水并不會(huì)輕易地失去，同樣很難吸水，該磷化膜具備較強(qiáng)的耐腐蝕性能。

2.2 影響快速磷化的因素

（1）總酸度

總酸度較低，不利于磷化處理，由于總酸度是體現(xiàn)磷化液濃度的重要指標(biāo)之一。調(diào)控總酸度的重要價(jià)值便是使得磷化液里面的成膜離子濃度維持在相應(yīng)的范圍內(nèi)。

（2）游離酸度

游離酸度較低、較高都會(huì)造成負(fù)面的影響。較低會(huì)嚴(yán)重影響到磷化液的平穩(wěn)性，形成大量的殘?jiān)?；較高無法產(chǎn)生膜，極易發(fā)生黃銹。游離酸度體現(xiàn)出了磷化液當(dāng)中游離H+的含量。調(diào)控游離酸度的價(jià)值便是保持磷化液當(dāng)中磷酸二氫鹽的離解度，將成膜離子濃度調(diào)控在相應(yīng)的范疇內(nèi)。磷化液在具體運(yùn)用環(huán)節(jié)，游離酸度便會(huì)逐漸提升，能夠運(yùn)用堿進(jìn)行中和調(diào)節(jié)。僅僅考慮游離酸度以及總酸度是沒有任何現(xiàn)實(shí)意義的，需要全面、詳細(xì)的考慮。

（3）酸比

酸比所指的是游離酸度與總酸度之間的比值，在正常狀況下，酸比往往在5～40范圍內(nèi)，酸比相對(duì)較小的配方，游離酸度較高，成膜速率比較慢，磷化耗時(shí)久，需要較高的溫度；酸比相對(duì)較大的配方，成膜速率較快，磷化耗時(shí)少，需要比較低的溫度。所以需要嚴(yán)格把關(guān)酸比。

（4）溫度

溫度對(duì)于磷化處理有著決定性的影響，各個(gè)配方都具備相應(yīng)的溫度范疇。在溫度較高的條件下，會(huì)形成非常多的沉渣，磷化液不均衡；在溫度較低的條件下，成膜離子無法滿足相應(yīng)的濃度需求，則無法形成一個(gè)完整的磷化膜。

（5）時(shí)間

所有配方均具備相應(yīng)的工藝時(shí)間范圍，時(shí)間過少，成膜數(shù)量不足，無法產(chǎn)生致密的磷化膜層；時(shí)間較久，因?yàn)閮?nèi)結(jié)晶在已經(jīng)產(chǎn)生的膜上持續(xù)生長(zhǎng)，或許會(huì)形成表面疏松的粗厚膜。

2.3 促進(jìn)劑的選擇

（1）氧化物

氧化物型促進(jìn)劑主要有亞硝酸鹽、硝酸鹽、氯酸鹽、鉬酸鹽以及過氧化氫等等。較為常見的硝酸鹽包含硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鈣與硝酸錳等。硝酸鹽具備促進(jìn)能力強(qiáng)、平穩(wěn)性優(yōu)良等優(yōu)勢(shì)。需要嚴(yán)格把關(guān)NO3- 與OP3-4 的質(zhì)量濃度比。比值高，磷化膜的產(chǎn)生速度較快。然而，比值偏高，磷化膜便會(huì)泛黃。

（2）重金屬鹽類

目前，常見的重金屬鹽類主要有鎳、銅、鈣以及錳等的硝酸鹽，有助于產(chǎn)生細(xì)化晶粒與晶核，推動(dòng)成膜。

第一，銅鹽。不但可以加速成膜、細(xì)化結(jié)晶，還可以加強(qiáng)磷化膜的耐腐蝕性能。然而，銅鹽的使用數(shù)量較大，同時(shí)成本費(fèi)用高昂。

第二，錳鹽。在鋅系磷化液中添加錳鹽，可以產(chǎn)生Zn-Mn 復(fù)合磷化膜。錳鹽還能夠與鎳鹽搭配運(yùn)用，產(chǎn)生含鋅量少的鋅-鎳-錳三元合金磷化液，此磷化液能夠運(yùn)用于需求比較高的電泳涂裝以前的磷化處理。

第三，鈣鹽。其大都運(yùn)用于中溫磷化處理工藝，在常溫磷化過程中運(yùn)用較少。

（3）氟化物

最為常見的氟化物主要有氟硼酸鈉、氟化鈉等等。氟化物不但可以細(xì)化結(jié)晶，推動(dòng)產(chǎn)生磷化膜，還可以削減有害的Al3+ ，降低Al3+ 對(duì)于磷化液造成的污染。F-1 可以與Al3+ 產(chǎn)生配合物，此對(duì)于鋁材的磷化有著極為重要的價(jià)值。

（4）有機(jī)羧酸

檸檬酸、酒石酸以及其鹽類與Fe2+ 產(chǎn)生配合物，可以降低沉渣，平穩(wěn)槽液，推動(dòng)成膜。

（5）硝基化合物與有機(jī)氮化物

間硝基苯磺酸鈉、硝酸胍具備推動(dòng)細(xì)化晶粒、成膜的效用。然而其成本費(fèi)用高昂、難以分析，當(dāng)前的運(yùn)用并不廣泛。

結(jié)論

總而言之，通過常溫快速磷化工藝處理以后，鋼材表明可以產(chǎn)生各種指標(biāo)滿足需求、整體性能較強(qiáng)的磷化膜。在磷化液當(dāng)中添加合適數(shù)量的結(jié)合劑與促進(jìn)劑以降低磷化溫度，加速成膜速率，加強(qiáng)磷化膜的質(zhì)量。

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