淺析金屬常溫磷化及其發展趨勢

孫柱+何小明+李俊朋

（陜西黃河集團有限公司 陜西西安 710043）

摘要：磷化技術是當前采用較多的金屬表面處理技術，在涂裝工業中，由于鋅鹽磷化能夠顯著增加復合涂層的耐久性和使用壽命而被廣泛應用。但是一般的磷化溫度都比較高，開發常溫節能、無毒低污染的磷化工藝己成為當今磷化工藝的主要研究方向。本文將重點對金屬常溫磷化、各種類型、發展狀況及發展趨勢進行分析。

關鍵詞：金屬常溫磷化；優點；影響因素；發展趨勢

1 概述

隨著現代工業對能源的需求量日益增加、能源危機的出現，節能受到了人們的高度重視。而常溫磷化不僅易于控制，能改善工作環境，而且結晶細，節省能源，因此常溫磷化工藝備受關注。尤其近幾年來，國外大型表面處理商紛紛涌入中國市場，而國內常溫磷化產品比較單一。因此對我們來講，常溫磷化不僅是一個趨勢，而且我們還將面臨著很大的挑戰。

隨著磷化技術的發展，常溫鋅系磷化將成為應用非常廣泛的一種磷化工藝，特別是在家用電器行業，低溫常溫鋅系磷化完全占有統治地位，甚至在汽車行業低溫常溫磷化也占有一定的比重。

2 常溫磷化的優點

（1）降低能耗，節省能源。根據資料顯示，磷化溫度從70℃降到50℃一般可節能50%以上，從55℃降到30℃則可節能30%以上，而常溫磷化處理則根本不需要熱源。

（2）化學成分的消耗大幅度下降。常溫磷化不僅大大降低能耗而且各種化學成分的消耗量也明顯下降，從而降低了成本。

（3）磷化液更加穩定，便于控制。在涂裝用鋅系磷化液中，一般含亞硝酸鈉[1]，這是一種加速成膜成分，也是不穩定的成分，隨溫度和酸度的降低其穩定性提高。

（4）減少沉渣，結垢疏松。沉淀是磷化工藝的必然產物，但由于常溫磷化的酸度降低，基體腐蝕量低，所以沉淀的生成量也明顯降低。

（5）磷化膜更加均勻。與中、高溫磷化相比，常溫磷化膜更加均勻和細密，這可能與低溫條件下反應動力小，平均腐蝕反應緩慢有關[2]。

3 常溫磷化的影響因素

常溫磷化和傳統磷化一樣，鑒別其好壞仍然是看磷化膜的質量。磷化膜質量主要指膜的耐蝕性、抗堿性、漆膜附著力等物理化學性能。以下常溫磷化的影響因素分別做簡單介紹。

（1）基底金屬。不同基底金屬上形成的磷化膜質量差別很大，如在電解鐵和低碳鋼上容易形成良好的磷化膜；反之，在高碳鋼上較難。隨著基底金屬中碳含量的提高，磷化膜將變粗、變暗。對于不同的金屬材質，最好選用相對應的磷化工藝，這樣才能保證磷化膜的質量。

（2）脫脂效果。脫脂就是除去金屬表面油污的過程。如果脫脂不良，磷化時會出現不上膜、磷化膜發花等問題，影響油漆與底材的附著力，所以脫脂是影響磷化膜質量的重要因素。影響脫脂效果的因素有以下幾個方面：

①脫脂劑的濃度：脫脂液的堿度偏低，皂化反應會停止；偏高皂化反應生成的肥皂溶解度降低，容易使金屬表面發生氧化生成褐色膜，而不溶解的肥皂會附著于金屬上，使除油過程難以進行。因此，必須嚴格控制堿度。

②處理溫度：溫度可改變油污的物理特性（如降低其粘度，減弱其與金屬界面的附著力而便于除去），促進化學反應，加速表面活性劑分子的運動，從而促進浸潤、乳化、分散等作用；隨著溫度的提高，鹽類水解增加從而提高了溶液的堿度，加快了皂化反應以及乳化過程。所以在脫脂允許的溫度范圍內，適當提高溫度有利于提高脫脂效果。

③處理時間：適當延長時間可以充分除去油污。

④機械攪拌，并提高清洗壓力，可使油污受到機械沖擊，從而更容易脫離金屬表面進入溶液。

以上因素處理的好壞都會影響除油效果。除油要求油污去除干凈，應達到均勻潤水，無破水條紋。

（3）表面調整。表面調整可消除除油除銹等造成的表面狀態的不均勻性，增加磷化晶核的數目，使晶粒變得更細，降低膜重，還可縮短磷化時間，降低磷化溫度，對于常溫磷化工藝來說，這是一道必不可少的工序。

（4）[Zn2+]、[PO43-]/[NO3-]、pH值對成膜的影響。由文獻可知，在常溫磷化體系中，Zn2+是以 Zn（H2PO4）2和 Zn（NO3）2的形式引入的。

（5）促進劑。良好的促進劑不僅能夠加速磷化反應，降低磷化溫度，而且能夠提高磷化膜質量。

（6）其他手段。近幾年新型材料的出現又提供了一些新的方法與手段，如通過向原磷化體系中引入納米顆粒來提高磷化膜耐蝕性等。

4 磷化工業用途

（1）防銹作用。鋼鐵磷化后其表面覆蓋一層磷化膜，起防止鋼鐵生銹的作用，主要用于工序間和庫存等室內的防銹，防銹期較短，一般不用于戶外。

（2）耐磨減摩，冷加工潤滑作用。承載運動件，如齒輪、軸承套、活塞環等在承載運動過程中，將會產生摩擦發熱振動，其上覆蓋一層磷化膜后，磷化膜的特殊晶粒結構和硬度提供的潤滑性、抗熱性、吸振性都能使運動件的摩擦性能大為改觀，因而這項技術一直在應用。

（3）涂漆打底。磷化的最大應用領域在于涂漆打底，約占磷化總工業用途的 60～70%。磷化膜作為涂漆前的底層，能提高漆膜附著力和整個涂層體系的耐腐蝕能力。因而對磷化的研究也主要集中在此。

5 磷化的發展狀況和發展趨勢

隨著磷化技術的進步，現代磷化正朝著低溫節能、工藝簡便、投資耗料少、無毒無污染的方向發展，如磷化溫度由原來的高溫（85℃以上）逐步降低到中溫（45～85℃）、低溫（30～45℃）乃至常溫（5～30℃），磷化處理時間由最初的幾個小時縮短到目前的幾分鐘。磷化處理方式也從開始的純浸漬法發展到噴淋法、輥涂法以及浸噴混合法的自動化生產，磷化體系則由當初的單元體系（只有鐵一種金屬離子）發展到今天的多元體系（同時含有鐵、鋅、錳、鎳、鈣等多種金屬離子）。磷化添加劑從無到有，大大改善了磷化膜的質量，提高了成膜速度，己成為磷化液中不可缺少的成分。

近年來，磷化研究主要側重于以下幾個方面：

（1）由粗晶厚膜向微晶薄膜發展：獲得均勻細致、耐蝕性好的磷化膜。

（2）成膜物質由高濃度向低濃度轉化：有利于降低成本，減少沉渣。

（3）用新型促進劑替代亞硝酸鹽避免使用時隨時添加、產生沉渣多等缺點，也可降低操作液的毒性。

（4）常溫快速磷化技術：溫度為 5～30℃，時間為 5～20min，磷化膜具有良好的耐蝕性能。

參考文獻：

[1] 張圣麟，孔小波，張明明等. 復合常溫磷化促進劑研究[J]. 腐蝕與防護，2007，28（3）：126-128.

[2] 安茂忠，屠振密，楊哲龍等. 稀土化合物在磷化中的影響和作用[J]. 材料保護，2000， 33（11）：20.