铝材磷化及铬磷化处理

王文忠

（洛阳立微电子公司，河南 洛阳 471003）

铝材磷化及铬磷化处理

王文忠

（洛阳立微电子公司，河南 洛阳 471003）

0 前言

磷化及铬磷化工艺多用于铝材涂装底层，磷化膜及铬磷化膜具有膜层厚、孔隙率高、与烤漆及涂料结合良好等特点。随着铝材在机械工业、家电及交通运输业中的应用越来越广泛，铝材磷化及铬磷化工艺被日益重视。

1 铝材磷化处理

铝材磷化可以选用铁系磷化或锌系磷化。使用不同的磷化液所形成的磷化膜不同，铁系磷化中形成的磷化膜为AlPO4；锌系磷化中形成的磷化膜为Zn3（PO4）2·4H2O，并含有 AlPO4以及少量的Zn。目前应用较多的是锌系磷化。

与钢铁件锌系磷化一样，铝材锌系磷化液主要由磷酸二氢锌、硝酸锌以及促进剂（硝酸盐、亚硝酸盐）组成。所不同的是铝材锌系磷化液中含有一定量的氟化物（如氟硅酸盐、氟硼酸盐及氟化钠）。F－主要是消除因铝的腐蚀而产生的Al3＋对磷化过程产生的不良影响。Al3＋在磷化液中积累过多会使磷化速率变慢，膜层变薄，甚至终止磷化。F－与Al3＋配位形成［AlF6］3－，可避免 Al3＋对磷化过程的影响。

铝材锌系磷化膜形成机理为：

（1）基体金属及其表面氧化物溶解

（2）在促进剂的作用下，H＋的质量浓度进一步降低

（3）磷酸根的多级离解

（4）磷酸盐沉淀结晶成为磷化膜

铝材锌系磷化通常采用常温或低温，而且游离酸度和总酸度较低（总酸度为12～20点，游离酸度为0.5～1.2点）。尽量避免Al3＋大量积累，以减少Al3＋对磷化过程的影响。锌系磷化对于铁铝组合件有适用价值，可使铁和铝同时形成磷化膜保护层。

2 铝材铬磷化处理

铝材铬磷化处理工艺简单、易于掌握，目前已得到广泛的应用。铬磷化处理液的主要成分为磷酸、铬酐及氟化物。铬磷化膜的主要成分为铝的磷酸盐及三价铬的磷酸盐。铬磷化膜的主要特征为：

（1）外观

无色—彩虹色—翠绿色—绿色—暗蓝色。当三价铬的质量浓度为5～10mg/L时，铬磷化膜呈无色；当三价铬的质量浓度为200～500mg/L时，铬磷化膜呈绿色。

（2）组成及状态

铬磷化膜由AlPO4·CrPO4·Al2O3·H2O组成。该膜层多孔，呈结晶状，单独使用时防护性差，具有亲水性及绝缘性，与有机涂层结合良好。

（3）耐蚀性及耐热性

铬磷化膜的耐蚀性比铬酸盐转化膜的差，但耐热性比铬酸盐转化膜的好，在200°C内与有机涂层结合良好，适用于烤漆及粉末涂装的底层。

铬磷化膜形成机理为：当铝件浸入铬磷化处理液中，铝溶解，六价铬被还原为三价铬，金属与溶液界面的pH值升高；随着三价铬及Al3＋的质量浓度的不断增大，H3PO4电离加快，当其离子积大于溶度积时则在工件表面析出AlPO4及CrPO4；与此同时，工件表面还有Al2O3析出。

由于F－对AlPO4有选择性溶解，而对CrPO4溶解很差，使膜层产生孔隙。同时F－和基体不断反应，使膜层增厚，F－及H3PO4的质量浓度过高会造成膜层疏松，甚至难以成膜。

膜层中CrPO4显绿色，当F－的质量浓度较低时，AlPO4的质量浓度较高，绿色变浅；当CrO3的质量浓度较高时，氧化能力变强，膜层中Al2O3的质量浓度较高，膜层致密，呈无色至浅绿色。转化膜显色不仅受F－的影响，还与铝及其合金成分及工艺条件有关。一般纯铝偏蓝绿色，Al-Cu合金呈橄榄色。温度偏高或时间偏长都会使膜层颜色偏重。

随着对有害化学品铬酐及铬酸盐限制使用，铝材涂装前处理将会更多地选择磷化处理。

TG 174

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1000-4742（2013）01-0050-02

2011-05-16