氧化磷化工藝技術研究

王 輝 杜興勝 王 榮

（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

磷酸鹽處理簡稱磷化，是將金屬零件浸入含有磷酸鹽的溶液中進行化學處理，在零件表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護膜。目前磷化主要用于鋼鐵材料和鋁合金材料。

磷化的方法很多，工業應用主要按磷化溫度來分類，分為高溫磷化（85℃-98℃）、中溫磷化（50℃-70℃）、低溫磷化（35℃左右）、常溫磷化，也可按磷化溶液成分分為鋅鹽磷化、鋅-鈣鹽磷化、鐵鹽磷化、錳鹽磷化等。

磷酸鹽膜在金屬的冷變形加工（如拉關、拉絲、擠壓成型等）過程中能較好地改善摩擦表面的潤滑性能，延長工具和膜具的壽命。磷酸鹽膜又是油漆和涂料的優良底層，無論是普通油漆還是電泳涂漆，磷酸鹽膜在提高涂層與基體的結合力和耐蝕性方面起著重要的作用。在汽車、船舶、機械制造以及航空航天工業中，磷化的應用越來越廣泛。

磷化膜的主要特征有:

（1）磷化膜本身的耐蝕性并不高，但磷化膜層經過鉻酸鹽封閉、浸油或涂漆處理后組成的復合膜層對基體金屬有著十分良好的保護作用。

（2）磷酸鹽膜的孔隙率并不高，大致占膜體積的0.5%-1.5%，但膜層所具有的良好吸附性。包括物理吸附和化學吸附。

（3）磷化膜層還具有不粘附熔融金屬（Sn、Al、Zn）的特性，在鋼鐵零件滲氮時，常采用鍍錫來保護不需要滲氮的部分，為了防止錫在高溫時流入滲氮面，要在欲氮化的表面可進行磷酸鹽處理。

（4）磷化膜層具有優良的電絕緣性，厚10μm的磷酸鹽膜，其電阻約為5×107Ω。

（5）磷化膜是一種無機鹽膜層，本身的機械強度不高，有一定的脆性，磷化過程伴有吸氫。

本文介紹的是氧化磷化工藝。氧化磷化處理溶液由磷酸鋇和磷酸鋅組成，氧化磷化處理可以在沒有經過噴砂清理的磨光和拋光表面上獲得具有滿意防護性能的細晶粒膜層，可以處理復雜形狀的零件，如導管、燃料筒等。

2 試驗

2.1 試驗內容

通過工藝試驗，確定氧化磷化工藝參數；通過膜層的厚度、耐蝕性、憎水性等方面的測試，確定憎水劑的種類。

2.2 技術指標

氧化磷化后經過憎水處理后的膜層耐蝕性能達到6h以上。

2.3 工藝流程

裝掛→除油→弱腐蝕→氧化磷化→干燥→憎水處理

3 結果討論與分析

3.1 氧化磷化工藝參數試驗

工藝參數對比試驗

從上述參數試驗可以看出氧化磷化溫度低、時間短，膜層生成速度慢，膜層薄，耐蝕性差；而溶液溫度過高或沸騰狀態下工作，槽液容易渾濁，膜層易出現嚴重掛灰，影響膜層的致密性和耐蝕性。

氧化磷化溫度控制在（80～85）℃，處理時間為（10～15）min，能得到質量比較穩定的膜層。經測定氧化磷化膜層厚度為（2～6）μm，增重約 6g/m2，膜層呈淺灰至黑灰色，表面均勻光滑，耐蝕性比普通磷化膜略差。

3.2 憎水處理試驗

憎水對比試驗

該膜層可以增重約（0.45～1.7）g/m2。憎水劑136-41具有硅氫鍵聚合形成的聚硅氧烷，其耐久性強、憎水角大、斥水性強。經試驗，采用憎水劑BH-5和清油Y00-1進行憎水處理后基本都達到了136-41憎水劑的防護效果。

3.3 氧化磷化膜層性能測試

3.3.1 氧化磷化膜層厚度

不同方式測得的膜層厚度

氧化磷化膜層用500倍金相顯微鏡觀察，是由致密層和疏松層組成，致密層較薄，約為膜層總厚度的1/5。氧化磷化膜層的厚度用放大200倍金相法測量膜層厚度作為仲裁數據，與儀器法測得數據基本相同。

3.3.2 耐蝕性

耐蝕性試驗:氧化磷化的試片，經過憎水處理后，在氯化鈉溶液（30g/l，18℃～30℃）中進行耐蝕性測試。

耐蝕性試驗

氧化磷化后未經憎水處理的試驗件鹽霧試驗5h就出現銹蝕，而經憎水處理的試驗件鹽霧試驗11h以后才出現銹蝕，經憎水處理后的試件防護性得到了較明顯的提高。

136-41與Y00-1憎水處理后試件對比，經11h均出現銹蝕，耐蝕性能相當，而BH-5憎水液，耐蝕性相對提高更多22h出現銹蝕。以上三種工藝方法浸漬6小時均無腐蝕點的要求，滿足設計要求。

結語

4.1 該試驗確定了氧化磷化工藝及憎水劑類型。

4.2 氧化磷化＋憎水處理后的膜層厚度、耐蝕性達到相關標準的技術要求。

[1]張允誠，胡如南等.電鍍手冊[M].國防工業出版社.

[2]李曉暢等.電鍍工藝技術要求與質量檢測使用手冊[M].安徽文化出版社.