鋁材磷化及鉻磷化處理

王文忠

（洛陽立微電子公司，河南 洛陽 471003）

鋁材磷化及鉻磷化處理

王文忠

（洛陽立微電子公司，河南 洛陽 471003）

0 前言

磷化及鉻磷化工藝多用于鋁材涂裝底層，磷化膜及鉻磷化膜具有膜層厚、孔隙率高、與烤漆及涂料結(jié)合良好等特點。隨著鋁材在機械工業(yè)、家電及交通運輸業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，鋁材磷化及鉻磷化工藝被日益重視。

1 鋁材磷化處理

鋁材磷化可以選用鐵系磷化或鋅系磷化。使用不同的磷化液所形成的磷化膜不同，鐵系磷化中形成的磷化膜為AlPO4；鋅系磷化中形成的磷化膜為Zn3（PO4）2·4H2O，并含有 AlPO4以及少量的Zn。目前應(yīng)用較多的是鋅系磷化。

與鋼鐵件鋅系磷化一樣，鋁材鋅系磷化液主要由磷酸二氫鋅、硝酸鋅以及促進劑（硝酸鹽、亞硝酸鹽）組成。所不同的是鋁材鋅系磷化液中含有一定量的氟化物（如氟硅酸鹽、氟硼酸鹽及氟化鈉）。F－主要是消除因鋁的腐蝕而產(chǎn)生的Al3＋對磷化過程產(chǎn)生的不良影響。Al3＋在磷化液中積累過多會使磷化速率變慢，膜層變薄，甚至終止磷化。F－與Al3＋配位形成［AlF6］3－，可避免 Al3＋對磷化過程的影響。

鋁材鋅系磷化膜形成機理為：

（1）基體金屬及其表面氧化物溶解

（2）在促進劑的作用下，H＋的質(zhì)量濃度進一步降低

（3）磷酸根的多級離解

（4）磷酸鹽沉淀結(jié)晶成為磷化膜

鋁材鋅系磷化通常采用常溫或低溫，而且游離酸度和總酸度較低（總酸度為12～20點，游離酸度為0.5～1.2點）。盡量避免Al3＋大量積累，以減少Al3＋對磷化過程的影響。鋅系磷化對于鐵鋁組合件有適用價值，可使鐵和鋁同時形成磷化膜保護層。

2 鋁材鉻磷化處理

鋁材鉻磷化處理工藝簡單、易于掌握，目前已得到廣泛的應(yīng)用。鉻磷化處理液的主要成分為磷酸、鉻酐及氟化物。鉻磷化膜的主要成分為鋁的磷酸鹽及三價鉻的磷酸鹽。鉻磷化膜的主要特征為：

（1）外觀

無色—彩虹色—翠綠色—綠色—暗藍(lán)色。當(dāng)三價鉻的質(zhì)量濃度為5～10mg/L時，鉻磷化膜呈無色；當(dāng)三價鉻的質(zhì)量濃度為200～500mg/L時，鉻磷化膜呈綠色。

（2）組成及狀態(tài)

鉻磷化膜由AlPO4·CrPO4·Al2O3·H2O組成。該膜層多孔，呈結(jié)晶狀，單獨使用時防護性差，具有親水性及絕緣性，與有機涂層結(jié)合良好。

（3）耐蝕性及耐熱性

鉻磷化膜的耐蝕性比鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜的差，但耐熱性比鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜的好，在200°C內(nèi)與有機涂層結(jié)合良好，適用于烤漆及粉末涂裝的底層。

鉻磷化膜形成機理為：當(dāng)鋁件浸入鉻磷化處理液中，鋁溶解，六價鉻被還原為三價鉻，金屬與溶液界面的pH值升高；隨著三價鉻及Al3＋的質(zhì)量濃度的不斷增大，H3PO4電離加快，當(dāng)其離子積大于溶度積時則在工件表面析出AlPO4及CrPO4；與此同時，工件表面還有Al2O3析出。

由于F－對AlPO4有選擇性溶解，而對CrPO4溶解很差，使膜層產(chǎn)生孔隙。同時F－和基體不斷反應(yīng)，使膜層增厚，F(xiàn)－及H3PO4的質(zhì)量濃度過高會造成膜層疏松，甚至難以成膜。

膜層中CrPO4顯綠色，當(dāng)F－的質(zhì)量濃度較低時，AlPO4的質(zhì)量濃度較高，綠色變淺；當(dāng)CrO3的質(zhì)量濃度較高時，氧化能力變強，膜層中Al2O3的質(zhì)量濃度較高，膜層致密，呈無色至淺綠色。轉(zhuǎn)化膜顯色不僅受F－的影響，還與鋁及其合金成分及工藝條件有關(guān)。一般純鋁偏藍(lán)綠色，Al-Cu合金呈橄欖色。溫度偏高或時間偏長都會使膜層顏色偏重。

隨著對有害化學(xué)品鉻酐及鉻酸鹽限制使用，鋁材涂裝前處理將會更多地選擇磷化處理。

TG 174

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1000-4742（2013）01-0050-02

2011-05-16