淺談常溫快速磷化工藝

段成林

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

關鍵詞：鋼鐵；常溫；快速磷化

磷化膜能夠增強基體外表的防腐蝕性能以及與涂層間的附著力，是家電、汽車與機械等行業所必備的工藝。現階段，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較低，有礙于置換、水解以及氧化反應的完成，成膜速率偏慢，磷化膜質量很難調控。運用促進劑是加強常低溫磷化膜質量的關鍵途徑，最為常見的促進劑主要有亞硝酸鹽、鎳鹽等。然而，鎳離子對環境以及人體健康有害，其排放受著非常嚴格的約束；亞硝酸鈉有一定毒性，其水溶液極易形成NOx，沉渣數量較多，極易造成環境污染，同時非常容易與胺類物質發生反應，產生亞硝胺致癌物質。采取無亞硝酸鹽、無鎳的促進劑針對鋼件實施常溫磷化，能夠獲得致密、均勻以及較強耐蝕性的磷化膜。

1.常溫磷化的優勢

（1）節約能源，降低能耗。根據相關數據可知，磷化溫度由70℃下降至50℃通常能夠節約50%以上的能源，有55℃下降至30℃便能夠節約30%以上的能源，而常溫磷化工藝往往無需熱源。

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

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

（4）沉渣較少，結垢疏松。沉淀是磷化處理的重要產物，然而因為常溫磷化的酸度下降，基體腐蝕量較低，因此沉淀的產生量同樣會顯著下降。

（5）磷化膜更為均勻。與中、高溫磷化對比而言，常溫磷化膜更為細密以及均勻，此或許與低溫環境下腐蝕反應速度慢、反應動力偏小相關。

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生，其關鍵成分為金屬磷酸鹽。針對鋼鐵鋅系磷化，膜是由磷酸鋅與磷酸鋅鐵構成。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比的數值代表著磷化膜當中磷酸二鋅鐵所占比重。P比較高的磷化膜其結晶水并不會輕易地失去，同樣很難吸水，該磷化膜具備較強的耐腐蝕性能。

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，由于總酸度是體現磷化液濃度的重要指標之一。調控總酸度的重要價值便是使得磷化液里面的成膜離子濃度維持在相應的范圍內。

（2）游離酸度

游離酸度較低、較高都會造成負面的影響。較低會嚴重影響到磷化液的平穩性，形成大量的殘渣；較高無法產生膜，極易發生黃銹。游離酸度體現出了磷化液當中游離H+的含量。調控游離酸度的價值便是保持磷化液當中磷酸二氫鹽的離解度，將成膜離子濃度調控在相應的范疇內。磷化液在具體運用環節，游離酸度便會逐漸提升，能夠運用堿進行中和調節。僅僅考慮游離酸度以及總酸度是沒有任何現實意義的，需要全面、詳細的考慮。

（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，酸比相對較小的配方，游離酸度較高，成膜速率比較慢，磷化耗時久，需要較高的溫度；酸比相對較大的配方，成膜速率較快，磷化耗時少，需要比較低的溫度。所以需要嚴格把關酸比。

（4）溫度

溫度對于磷化處理有著決定性的影響，各個配方都具備相應的溫度范疇。在溫度較高的條件下，會形成非常多的沉渣，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的濃度需求，則無法形成一個完整的磷化膜。

（5）時間

所有配方均具備相應的工藝時間范圍，時間過少，成膜數量不足，無法產生致密的磷化膜層；時間較久，因為內結晶在已經產生的膜上持續生長，或許會形成表面疏松的粗厚膜。

2.3 促進劑的選擇

（1）氧化物

氧化物型促進劑主要有亞硝酸鹽、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。硝酸鹽具備促進能力強、平穩性優良等優勢。需要嚴格把關NO3- 與OP3-4 的質量濃度比。比值高，磷化膜的產生速度較快。然而，比值偏高，磷化膜便會泛黃。

（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，有助于產生細化晶粒與晶核，推動成膜。

第一，銅鹽。不但可以加速成膜、細化結晶，還可以加強磷化膜的耐腐蝕性能。然而，銅鹽的使用數量較大，同時成本費用高昂。

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

第三，鈣鹽。其大都運用于中溫磷化處理工藝，在常溫磷化過程中運用較少。

（3）氟化物

最為常見的氟化物主要有氟硼酸鈉、氟化鈉等等。氟化物不但可以細化結晶，推動產生磷化膜，還可以削減有害的Al3+ ，降低Al3+ 對于磷化液造成的污染。F-1 可以與Al3+ 產生配合物，此對于鋁材的磷化有著極為重要的價值。

（4）有機羧酸

檸檬酸、酒石酸以及其鹽類與Fe2+ 產生配合物，可以降低沉渣，平穩槽液，推動成膜。

（5）硝基化合物與有機氮化物

間硝基苯磺酸鈉、硝酸胍具備推動細化晶粒、成膜的效用。然而其成本費用高昂、難以分析，當前的運用并不廣泛。

結論

總而言之，通過常溫快速磷化工藝處理以后，鋼材表明可以產生各種指標滿足需求、整體性能較強的磷化膜。在磷化液當中添加合適數量的結合劑與促進劑以降低磷化溫度，加速成膜速率，加強磷化膜的質量。

參考文獻：

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