钢铁的磷化处理有助于回答者给出准确的答案

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钢铁的磷化处理
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钢铁的磷化处理
一、概 述
钢铁零件在含有锰、铁锌、钙的磷酸盐溶液中,进行化学处理,使其表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法,叫做磷化处理（或称磷酸盐处理）.
二、磷化膜的外观及组成
1、 外观：由于基体材料及磷化工艺的不同可由深灰到黑灰色,特殊工艺可实现
纯黑色、红色及彩色.
2、组成：磷酸盐[Me3(PO4)2]或磷酸氢盐(MeHPO4)晶体组成.
三、特 点
1、 大气条件下稳定,与钢铁氧化处理相比,其耐腐蚀性较高,约高2-10倍,
再进行重铬酸盐填充,浸油或涂漆处理,能进一步提高其耐腐蚀性.
2、具有微孔隙结构,对油类、漆类有良好的吸附能力.
3、对熔融金属无附着力.
4、磷化膜有教高的电绝缘性能.
5、厚度一般为10-20μm,因为磷化膜在形成过程中相应地伴随着铁进行溶解,
所以尺寸改变较小.
四、用 途
1、防腐.
2、 涂装底层,润滑性,再冷变形加工工艺中,能氧化摩擦,减少加工裂纹和表
面拉伤.
3、要用来防止粘附低熔点的熔融金属.
4、变压器、电机的转子、定子及其他电磁装置的硅钢片均用磷化处理,而原金
属的机械性能、强度、磁性等基本不变.
五、小 结
所需用的设备简单,操作方便,成本低,生产效率高,保护膜又有不少优点,因此在汽车、船舶、机器制造及航空工业都得到广泛的应用.
六、磷 化 种 类
用于生产的磷化处理方法有：高温、中温、低温的磷化处理,四合一磷化处理及黑色磷化处理等.
1、 高温磷化处理：在90-98℃的温度下进行,溶液的游离酸度于总酸度的比值
为1∶6-9,处理时间为15-20分钟.
特点：耐腐蚀性、结合力、硬度和耐热性都比较高,速度快,磷化膜粗细均
匀.溶液加热时间长,挥发量大,成分变化快,磷化膜易夹杂沉淀,沉淀物
难清理.
2、 中温磷化处理：在60-70℃的温度下进行.溶液游离酸度与总酸度比值为1∶（10-15）,处理时间为7-15分钟.
特点：溶液稳定,磷化速度快,生产效率高,容易成分复杂,难配制.
3、 常温磷化处理：在室温下进行,溶液的游离酸度与总酸度的比值为1∶（20-30）,处理时间为10-15分钟.
特点：不需加热,消耗少、成本低、稳定、耐腐蚀性差、结合力低、耐热性
低.
七、各 种 因 素 的 影 响
1、 总酸度和游离酸度的影响：
1） 总酸度：提高总酸能加速磷化反应,使膜层薄而细致.过高,常常使膜层过
薄.过低,磷化速度缓慢,膜层厚而粗糙.
2） 游离酸度：过高会使磷化反应时间延长,磷化膜晶粒粗大多孔,耐腐蚀性降
低,亚铁离子含量容易上升,溶液里的沉淀容易增多.过低,磷化膜薄甚至
没有磷化膜.
3） 酸度调整：
当游离度过底时,可加入磷酸锰铁盐和磷酸二氢锌,约5-6g/升,升高1“点”,
同时总酸升高5“点”左右,过高用ZnO、ZnCO3、MnCO3或Zn(OH)2中和,0.5-1g/
升,降低1“点”,加入后如果游离酸没有显著下降,表明溶液中磷酸锌盐
含量较高,这时应加水冲淡调整溶液.
当总酸过低时,可加入硝酸锌,20-22g/升或硝酸锰大约在40-45g/升,可
升高10个“点”,高时可用水稀释来降低.
2、 Zn+2离子：加快磷化速度,使磷化膜致密,结晶闪硕有光.低时,磷化膜
疏松发暗.过高（特别是在Fe+2和P2O3较高时）,晶粒粗大,排列紊乱,脆
弱且其中白灰较多.
3、 Mn+2离子：可以提高磷化膜的硬度,附着力和耐腐蚀性,颜色加深,结晶
均匀,过高,膜不易生成.
4、 Fe+2离子：在高温磷化中Fe+2很不稳定,易被氧化为Fe+3离子转变为磷
酸铁沉淀,从而导致磷化液浑浊,游离酸升高.在常温磷化溶液中,保持一
定数量的Fe+2,能大大提高磷化层的后度,机械强度和防护能力,工作范
围也比较宽.但Fe+2易被氧化成Fe+3离子而沉淀出来,转变为磷酸高铁,
溶液呈乳白色时,结晶几乎不能生成,质量十分低劣.当磷化液中含有少量
（0.01-0.03g/L）一氧化氢时,Fe+2即相对稳定,这时,溶液中因有少量
Fe(NO)+2络离子,而呈棕绿色.稳定Fe(NO)+2的条件：
1）溶液温度不超过70℃
较高的硝酸根含量和锰含量.亚铁离子过高时,中温磷化膜晶粒粗大,表面
有白色浮灰,防护能力降低,耐热性也有所降低.中温磷化Fe+2(1-3.5g/L),
常温0.5-2g/L.
2）过多的亚铁离子可以用双氧水除去,每降低1g,约需30%H2O21ml和ZnO0.5g.
5、 P2O5: 能加速磷化速度,使膜疏密,晶粒闪烁发光.低时,膜致密性和耐腐
蚀性均差,甚至会磷化不上.过高时,膜结晶排列絮乱,附着力降低表面灰
白较多.
6、 NO3根离子：硝酸根可以加快磷化速度,提高磷化膜的致密性,并且可降低
磷化槽温度的条件下进行处理.在适当条件下,硝酸根与钢铁作用生成少量
的NO,促使亚铁离子稳定.含量高时,高温磷化膜变薄使中温磷化溶液中亚
铁离子聚积过多,使常温磷化膜易出现黄色锈迹.
7、 F离子：是一种有效活化剂,加速磷化速度,使晶粒致密,耐腐蚀性增强.
过多中温磷化零件表面易出现白色浮灰,常温寿命将会缩短.
8、 NO2根离子：常稳溶液中大大加快磷化速度,减少膜孔隙使结晶细致,提高
膜的耐腐蚀性.含量过多时,膜表面容易出现白点.
9、 温度的影响：温度高加快磷化速度,提高附着力,硬度、耐腐蚀性,但在高
温下,Fe易被氧化Fe沉淀出来,溶液不够稳定.
10、零件的材料和表面状态的影响
高、中碳钢和低合金钢较容易磷化,磷化膜黑而厚实,但是具有磷化膜结
晶粒多粗的倾向,低碳钢零件膜颜色较浅,结晶致密,如果在磷化前进行
适当的浸蚀,可显著提高磷化膜的质量.冷加工零件表面有硬化层,在磷
化前应进行强度浸蚀,活化零件表面,否则磷化膜薄而不均匀,耐蚀性较
低.
磷化零件在浸蚀后,进行一次皂化处理或钛盐处理,可提高磷化膜的致密
性和耐蚀性.
皂化处理的工艺规范：
肥皂：10-30g/L
Na2CO3:15-30g/L
温度：50-60℃
时间：2-5分钟
11、SO4 根离子：使磷化过程延长,膜多孔易锈≤0.5g/升,过高SO4用硝酸钡
沉淀,1gSO4须用2.72gBaNO3,钡盐不宜过量,否则,磷化结晶粗大,反
映时
12、间延长,而且零件表面白灰较多.
13、CL-1：危害性与SO4相似,≤0.5g/L,过多用硝酸银沉淀,然后用铁屑或铁
板置换残条的银离子.
14、Cu+2:浸蚀或磷化溶液中含有铜离子时,膜表面发红,抗蚀能力降低,Cu+2
用铁屑置换除去.
八、常见故障原因分析
1、磷化膜结晶粗糙多孔：
原因：1）游离酸过高.
2）硝酸根不足.
3）零件表面有残酸,加强中和及清洗.
4）Fe+2过高,用双氧水调整.
5）零件表面过腐蚀,控制酸洗浓度和时间.
2、膜层过薄,无明显结晶：
原因：1）总酸度过高,加水稀释或加磷酸盐调整酸的比值.
2）零件表面有硬化层,用强酸腐蚀或喷砂处理.
3）亚铁含量过低,补充磷酸二氢铁.
4）温度低.
3、磷化膜耐腐蚀性差和生锈
原因：1）磷化晶粒过粗或过细,调整游离酸和总酸度比值.
2）游离酸含量过高.
3）金属过腐蚀.
4）溶液中磷酸盐含量不足.
5）零件表面有残酸.
6）金属表面锈没有出尽.