现代磷化工艺实践第四部分──特定专用磷化工艺

唐春华

（泉州市创达表面处理公司，福建 泉州 362000）

1 高强度合金钢汽车紧固件抛丸磷化

高强度合金钢系30Cr、40Cr 等，为提高紧固件的耐磨性和耐蚀性，大多数沿用传统工艺酸洗磷化，对环境污染大。笔者应用抛丸磷化代替传统工艺，不仅生产上可行，质量可靠，而且对环境更友好。现将抛丸磷化的工业应用介绍如下。

1.1 紧固件的加工过程

(1) 螺栓：热处理→抛丸→防锈→顺牙→磷化。

(2) 螺帽：热处理→抛丸→防锈→攻牙→磷化。

1.2 工艺流程及技术参数

1.2.1 手动行车半自动线中温锌系浸渍磷化

脱脂(60 ~ 70 °C，5 ~ 10 min)→水洗→表调(3 ~ 5 min)→磷化→水洗→防锈(防锈液pH ≥7，80 ~ 90 °C，3 ~5 min)→晾干→检验→油封(优质防锈油，75 ~ 80 °C，0.5 ~ 1.0 min)。1.2.1.1 技术参数

(1) 本线槽液有效容积为373 L(长830 mm，宽850 mm，高340 mm)，生产能力为9 ~ 10 t/d(一班制)。

(2) 磷化条件：TA = 35 ~ 40 点(螺栓)或40 ~ 45 点(螺帽)，FA = 0 ~ 2 点(螺栓、螺帽)；60 ~ 70 °C，3 min。

(3) 槽液维护：(i) 磷化剂补加采用少加勤加的原则，即每0.5 h 补加磷化剂3.5 L(磷化剂1∶5)。

(ii) 每日清渣1 次(铲除法)，并补足药剂。

(iii) 每日更换1 次表调槽和防锈液。

(iv) 水槽每日清理1 次。

1.2.1.2 吊具制作

(1) 1 根槽钢主梁上等距离焊接5 排横支梁(每排支梁的中心点作为焊接处)，每排支梁的两端各焊1 根吊钩(吊钩顺行车运行方向排列，且长度相同)，吊具顺方向1 次吊装10 个铁丝网篮。

(2) 主梁上焊接1 个带吊环的扁等腰梯形吊架(吊架呈“ ”形朝下)，焊成1 个整体吊具。该吊具操作方便，装载量大(1 次载重200 kg)，适用于长且矮的槽体。

1.2.1.3 膜层性能

(1) 外观质量：颜色浅灰，结晶细致，无挂灰。

(2) 耐蚀性：磷化工件放置3 d 后做盐雾试验，经常性抽验结果达48 ~ 72 h。

1.2.2 封闭式履带传动全自动线中温锌系浸/喷磷化

上件→浸渍脱脂(87 °C，5 min)→喷淋水洗(5 min)→喷淋表调(5 min)→浸渍磷化→喷淋水洗(5 min)→喷淋防锈(防锈液pH ≥2，5 min)→烘干(180 °C，5 min)→喷淋油封(常温防锈油，5 min)→下件

技术参数如下：

(1) 本线槽液有效容积为350 L(长2 340 mm，宽1 000 mm，高280 mm)，两侧安装316 不锈钢加热管。生产能力为6 ~ 7 t/d(一班制)。

(2) 磷化条件：TA = 23 ~ 35 点，FA = 0 ~ 0.5 点；55 °C，4 ~ 5 min(设定自控)。从上件至下件，全程运行约45 min。

(3) 槽液维护：(i) 磷化过程中，每0.5 h 需补加磷化剂3 L(磷化剂1∶5)；

(ii) 表调液、防锈液每日更换1 次；

(iii) 磷化槽定期人工清渣(由于设计不完善，未配备过滤系统)；

(iv) 水槽循环流动(配备循环系统)，增强清洗效果。

实践表明，本机生产所消耗的磷化剂较改进前(即1.2.1 的手动行车半自动线)增加近1 倍用量(生产量及工艺条件均未变)，并要求操作者富有一定的经验，能够把握槽液调整的规律性。

1.3 抛丸磷化的注意事项

1.3.1 严格抛丸质量

(1) 彻底抛除氧化皮、锈物，抛丸表面光洁，检查合格后磷化。

(2) 控制抛丸程度恰到好处，避免过度抛丸而损坏螺纹牙尖。螺栓抛丸后顺牙，保证螺栓、螺帽匹配性好。

1.3.2 调整螺帽机加顺序

螺帽酸洗磷化加工顺序为“攻牙→热处理→酸洗→磷化”；抛丸磷化顺序为“热处理→抛丸→攻牙→磷化”。先抛丸再攻牙，可避免螺纹内残留弹丸和尘埃物，因为尘埃物很难清除干净，直接影响磷化效果。

1.3.3 注重盲孔螺帽的清洁处理

有一种闷头螺帽盲孔深(孔深34 mm，孔径23 mm)，孔内积存的铁屑、油污等不易清洗掉，磷化质量无法保证。在前处理的每道工序中，除工件浸泡外，还需提出槽外翻动工件(用网篮盛件)，倒尽残液，槽内、槽外反复1 ~ 2 次，最大限度地提高清洁效果。正因如此，该螺帽不适合全自动线处理。

1.3.4 防松螺栓免油封

防松螺栓需要涂胶，磷化后涂胶即可。

2 铝材常温、低温浸渍磷化

2.1 锌系磷化

2.1.1 工艺流程

脱脂(铝材专用脱脂剂20 ~ 30 g/L，FAL 8 ~ 10 点，60 ~ 70 °C，3 ~ 5 min)→水洗→碱蚀(NaOH 50 g/L，50 ~60 °C，0.5 ~ 1.0 min)→水洗→光亮酸蚀(HNO3500 mL/L，氟化氢铵50 g/L，常温，0.5 ~ 1.0 min)→水洗→表调(胶体钛表调剂2 ~ 3 g/L，pH = 8.0 ~ 9.5，常温，1 ~ 2 min)→磷化→水洗。

2.1.2 工序说明

2.1.2.1 碱蚀

除去铝表面氧化物的同时也腐蚀铝基体，因此必须严格控制温度和时间。温度高时，纯铝表面碱蚀有一层均匀的黑膜，酸蚀后光亮；温度过低，则铝表面碱蚀发暗，酸蚀后不光亮。压铸铝碱蚀时，时间应短(0.5 min)，否则铝表面发暗、有挂灰，酸蚀除不尽残留物，磷化膜有浮灰。精密铝件碱蚀时，NaOH 含量为14 g/L(也适用于压铸件)，碱蚀表面光滑，但除去铝表面污物的能力较弱。为保持碱蚀液的清洁，应经常捞除液面的浮渣。

2.1.2.2 酸蚀

酸蚀时间过短，则酸蚀后表面光亮度较低。

2.1.3 磷化条件

TA = 22 ~ 25 点，FA = 1 ~ 2 点，促进剂气点0.5 ~ 2.0 点，(48 ± 2) °C，5 ~ 10 min。促进剂以少加勤加为原则。该槽液沉渣少(0.4 g/m2)，清洗周期长。

2.1.4 膜层性能

2.1.4.1 外观

纯铝磷化膜无色，有光泽(略暗)，均匀，无花斑(用指甲划有划痕)；压铸铝磷化膜呈深灰色，较均匀。

2.1.4.2 膜重

平均膜重0.3 ~ 0.5 g/m2。固定其他条件不变(TA = 21.5 点，FA = 1.11 点，10 min)，温度对膜重有一定的影响：随着磷化温度的升高，磷化膜重增大。这主要是因为磷化温度升高时，磷化液酸度升高，从而导致磷化反应速率加快，所以磷化膜重增大。如45 °C 磷化的膜重为0.24 g/m2，50 °C 磷化的膜重为0.5 g/m2。

2.2 铬系磷化

2.2.1 门窗

脱脂(脱脂剂20 ~ 30 g/L，FAL 8 ~ 14，50 ~ 60 °C，3 ~ 5 min)→水洗→碱蚀(NaOH 50 g/L，柠檬酸钠1.5 g/L，50 ~ 60 °C，0.5 ~ 1.0 min)→水洗→酸蚀(HNO3500 mL/L，氟化氢铵50 g/L，室温，0.5 ~ 2.0 min)→水洗→铬磷化→水洗→晾干→涂装。

铬磷化条件：pH = 1.5，Cr(VI)26 ~ 34 点，30 ~ 35 °C，8 ~ 10 min。

所得磷化膜呈金黄色，与涂层结合力牢。

Cr(VI)的滴定方法：用移液管移取10 mL 工作液至锥形瓶中，用50 mL 蒸馏水稀释，加20 mL 25%的硫酸溶液，再加2 ~ 3 g KI，放置1 ~ 2 min，在不断搅拌下缓慢地用0.1 N Na2S2O3滴定，直到溶液由褐色变为黄色；再加入1 ~ 2 mL 1%的淀粉溶液，继续滴定至溶液由黑色变为浅绿色，所消耗的0.1 N Na2S2O3溶液的毫升数即为Cr(VI)的点数。

2.2.2 幕墙

为了改善PVDF(聚偏氟乙烯)氟碳涂料与铝基材表面的附着力，采用磷化膜作底层，可以明显增强底漆与基材的附着力和耐蚀性。

工艺流程：除油→热水洗→水洗→碱蚀→热水洗→水洗→酸蚀→水洗→铬磷化→水洗→烘干→后续处理。

铬磷化条件：pH = 1.7，25 °C，10 min。

注意事项：

(1) 温度和时间是影响铬磷化膜质量的主要因素。温度过高(> 40 °C)或时间太长(> 15 min)，反应速率快，磷化膜颜色不均匀，呈斑点，甚至疏松脱落。若工件表面光洁度高，除适当缩短时间(6 ~ 7 min)外，还要严格控制槽液成分的浓度。

(2) 磷化槽和夹具由不锈钢制成，只有在设备和夹具使用期限相当短的条件下才允许使用铝质的。

(3) 工件入槽开始磷化时，轻轻晃动工件(尤其是表面光洁度高的工件)。

(4) 磷化膜对热水和热空气特别敏感，磷化后应彻底清洗，切勿用手接触和碰撞膜层，随后立即用压缩空气吹干，再烘干(< 70 °C)。

(5) 增加膜层填充处理(CrO320 g/L，70 ~ 80 °C，5 ~ 15 min)，提高耐蚀性。

3 锌及锌合金低温锌系浸渍磷化

既然锌及锌合金本身耐蚀性好，为什么涂装前还要进行磷化处理呢？因为锌的活性很强，易与氧、水和酸碱物质发生反应，降低涂层附着力，缩短涂层寿命，甚至破坏涂层。磷化处理可抑制其表面活性，避免涂装后腐蚀。

3.1 工艺流程

预脱脂(锌材专用脱脂剂2%，TAL = 16 ~ 20 点，FAL = 8 ~ 9 点，60 ~ 65 °C，浸渍3 ~ 5 min 或喷淋2.5 min)→脱脂(同前)→水洗→表调(胶体钛表调剂2 ~ 3 g/L，pH = 8.0 ~ 9.8，0.5 ~ 1.0 min；或草酸2 ~ 5 g/L，常温，1 ~ 2 min)→磷化(锌材专用磷化剂)→水洗→后续工序。若工件油污少，可省去预脱脂工序。

磷化条件：若浸渍，TA = 15 ~ 20 点，FA = 1.2 ~ 2.0 点，5 ~ 6 min，38 ~ 40 °C；若喷淋，TA = 13 ~ 18 点，

FA = 1.0 ~ 1.5 点，4 min，38 ~ 40 °C。

3.2 影响因素

3.2.1 脱脂剂的硅含量

脱脂剂中硅含量高也有害。硅吸附在脱脂后的板材上，在磷化时水解成游离硅酸并沉积在板材表面，形成一层不溶于水的薄膜，严重挂灰，从而影响磷化膜与涂层的结合力。因此，最好采用不含硅或硅含量低的脱脂剂。

3.2.2 表面调整方法

与胶体钛表调剂相比，草酸对基材表面的活性作用更强，适用于清除锌铁合金材料擦伤表面的金属粉末。

3.2.3 槽液组分

3.2.3.1 组合促进剂

3.2.3.2 稳定剂

氟化物具有缓冲和促进的双重效果，加速成膜过程，其含量应≤1 g/L。

3.2.4 工艺参数

3.2.4.1 酸比

控制酸比为(10 ~ 12)∶1，FA 过高时，基体的腐蚀速率加快，磷化膜的溶解度随之增大，膜重降低。

3.2.4.2 温度

温度过高，一方面锌溶解加快，基体表面的pH和Zn2+浓度迅速升高，加速Zn3(PO4)2沉淀；另一方面，Zn3(PO4)2的溶解度会随之降低，最终促进磷酸盐的沉淀。所以，控制温度≤40 °C。

3.2.4.3 时间

电镀锌板成膜时间最短(2 ~ 3 min)，电镀花纹锌板及锌铁合金板的磷化时间为3 ~ 5 min。工件磷化入槽后有明显的气泡冒出，结束成膜后停止冒气泡。继续延长时间，基体的腐蚀加快。

3.2.4.4 喷淋压力

表面调整的喷淋压力为8.0 ~ 11.2 N/cm2；磷化和磷化后水洗的喷淋压力为8 ~ 10 N/cm2。磷化喷淋压力过大时，化学反应不充分，磷化膜易被机械冲力破坏。磷化后喷淋压力过大，也有可能破坏磷化膜。

3.3 质量指标

3.3.1 外观

电镀锌板磷化膜呈均匀细致的深灰色，电镀花纹锌板磷化膜呈均匀细致的浅灰色(隐约可见花纹)，锌铁合金板磷化膜呈均匀细致的灰黑色。

3.3.2 附着力

参照某家电企业标准QJ/GD 63005–2002 检测装饰性涂膜附着力(纯聚酯涂膜厚度100 μm，下同)，用划格法检测达1 级(在切口交叉处的涂层有少许薄片分离，但划格区受影响面积≤5%)。

3.3.3 冲击强度

冲击强度为500 N·cm。

3.3.4 电泳漆配套性

(1) 漆膜厚度：阳极电泳漆X11-65 聚丁二烯涂料(电导率为3 000 ~ 3 500 μS/cm，pH = 8.2，电压70 V，时间3 min，固化180 °C/30 min)，锌铁合金上漆膜厚度29 μm，电镀花纹锌板上漆膜厚度41 μm，均符合要求。

(2) 漆膜外观：平整，有光泽。

4 异材金属同槽磷化

常规磷化多为同材金属同槽处理，异材同槽则要求磷化液同时能磷化2 种不同金属，达到一槽通用和一线混用的目的。如空调器的镀锌板与冷轧钢板同槽磷化；冰箱的铝蒸发器与冷轧钢板同槽磷化；中、高档汽车铝、铁混材整车磷化等。这无疑对磷化工艺提出了更高要求，因而必须对磷化液组成和工艺参数作相应调整。

4.1 基本原则

4.1.1 前处理工艺有选择性

铁材、锌材、铝材等前处理工艺有所不同，不能通用，各有相应的前处理药剂和方法。唯有表面调整工艺通用，且不可缺少。

4.1.2 工艺范围可调性较宽

工艺条件可变范围较宽，对异材适应性较强，可操作性好。如锌铁、铝铁等异材磷化的工艺参数调控范围为：TA = 21 ~ 35 点，FA = 1.5 ~ 3.0 点，促进剂气点2 ~ 5 点，45 ~ 55 °C，3 ~ 10 min。

4.1.3 槽液稳定性较高

槽液稳定性直接影响磷化质量，特别是铝铁同槽磷化时，为了有效控制槽液中铝离子含量，必须添加适量F-，控制铝离子含量在50 ~ 100 mg/L 范围内，才能使槽液具有高稳定性。

4.2 工艺流程

4.2.1 锌铁同槽磷化

4.2.1.1 锌材

前处理(可参照3.1)→表面调整(胶体钛表调剂2 ~ 3 g/L，pH = 8.0 ~ 9.8，0.5 ~ 1.0 min，下同)→磷化(专用低温锌铁异材磷化剂，下同)→水洗→后续处理。

4.2.1.2 铁材

预脱脂[铁材脱脂剂2.5% ~ 3.0%(浸渍)或1.5% ~ 2.0%(喷淋)；FAL 14 ~ 18 点，60 ~ 70 °C，5 min(浸渍)或FAL 10.5 ~ 12.5 点，55 ~ 60 °C ，1.5 min(喷淋)]→脱脂(同前)→水洗→表面调整(同前)→磷化(同前)→后续处理。

4.2.2 铝铁同槽磷化

4.2.2.1 铝材

脱脂(铝材专用脱脂剂3%，TAL 20 ~ 24 点，FAL 13 ~ 14 点，65 ~ 70 °C，浸渍5 ~ 10 min 或喷淋2.5 min)→水洗→光亮酸蚀(同2.1.1，若线上未设该工序，则省去)→水洗(反复冲洗)→表面调整(同前)→磷化(专用低温铝铁异材磷化剂)→水洗→后续工序。

4.2.2.2 铁材

前处理(同4.2.1.2)→磷化(同上)→后续工序。

4.3 工艺因素

4.3.1 脱脂

锌材脱脂既要保证脱脂干净，又要防止基材表面遭受腐蚀，应将FAL 控制在工艺范围内，且时间不宜过长，否则有脱锌现象。铝材脱脂温度高，反应快，除油净。

4.3.2 槽液组分

(1) 锌铁异材磷化时，Zn2+不宜高，因为基体会被腐蚀，部分锌会进入溶液，所以溶液中Zn2+的消耗量较小。如1 L 磷化液处理1 dm2，消耗Zn2+0.02 ~ 0.03 g/L。

(2) 要求铝铁异材磷化液中含有较高浓度的锌和硝酸盐，以及适量氟化物。F-含量低时，除成膜性差外，还会造成铝离子含量过高，降低磷化效果，甚至完全抑制铁材磷化的进行；F-含量过高时，铝材磷化膜粉化，极易被擦掉，这样的磷化膜与涂层的附着力大大降低。其原因是游离的氟化物含量升高，配合氟化物和游离氟化物失去平衡(两者之间应保持一定的比例关系)；也可能是FA 随氟化物含量增大而升高，最终使铝材浸蚀过度而导致磷化膜粗糙，甚至粉化。可见，F-含量要恰到好处，兼顾铝和铁的可磷化性。

(3) 加入适量的Ni2+、Mn2+有促进作用(特别是锌铁合金较难成膜，更需要增加适量Mn2+)，能形成耐蚀性优良的复合膜(含磷酸镍、磷酸锰或多元磷酸镍锰等)，从而改善磷化膜与电泳涂料的配套性。当然，这些离子含量过高时作用不明显，且成本提高。

(4) 亚硝酸钠是理想的促进剂之一，能细化锌及锌合金磷化膜的结晶。特别是铝材磷化要求较多的促进剂，以便铝材在侵蚀较少的情况下，能更快地进入钝化状态，因此槽液中要含有足够多的 NO2-。但促进剂含量过高会使铁材表面生成彩色氧化膜(此膜对油漆的结合力没有影响)，更大的危害是沉渣增多，磷化膜挂灰，且容易堵塞喷嘴。所以，控制亚硝酸钠含量极为重要。充分发挥促进剂与F-的协同作用可使磷化效果好。

4.3.3 工艺参数

4.3.3.1 酸度

在一定范围内，TA 偏高些和FA 偏低些均有利于异材金属磷化。尤其是铝、锌基材的溶解会随着FA 升高而迅速加快，磷化膜的溶解度也大，导致膜重降低。FA 处于较低水平可保证磷化膜的完整性。

4.3.3.2 温度

其影响见3.2.4.2。

4.3.3.3 时间

时间对锌基板材的影响见3.2.4.3。铝磷化时间较铁磷化时间稍长(≥5 min)。磷化时间对膜重(尤其是铝磷化)的影响较明显。如铁40 °C 磷化5 min 的膜重为3.07 g/m2，50 °C 磷化10 min 的膜重为3.12 g/m2，增重率为1.62%；铝50 °C 磷化5 min 的膜重为3.09 g/m2，10 min 的膜重为3.12 g/m2，增重率为2.63%。

4.3.3.4 喷淋压力。

同3.2.4.4。

4.3.4 槽液维护

4.3.4.1 脱脂槽锌材的脱脂剂消耗量较小，如处理1 dm2，FAL 降低0.008 ~ 0.020 点。根据脱脂能力的优劣决定是否加料。添加脱脂剂10 g/L，FAL 升高4 ~ 5 点。

4.3.4.2 磷化槽

铝磷化液需检测活化剂含量，活化剂不足时需要补充(1 t 磷化液中加活化剂2.5 L，TA 升高0.3 ~ 0.4 点，FA升高0.20 ~ 0.25 点)。铝磷化液处理1 dm2，TA 降低0.06 ~ 0.07 点，FA 降低0.03 ~ 0.04 点。1 t 磷化液中补加铝磷化A 剂1 L，TA 升高0.8 点，FA 升高0.17 点。

5 黑色磷化

钢铁黑色磷化主要作为装饰与防护，兼有吸油和耐磨作用，是功能磷化之一。目前黑色磷化除传统的高温锰系磷化外，近几年笔者研究了一种浸黑磷化新工艺，可在低、中温条件下实施黑色磷化，并已在工业生产中取得良好效果，有应用价值。

5.1 传统黑色磷化工艺

5.1.1 存在的问题

5.1.1.1 黑度有限

受材质成分及热处理等影响，磷化药剂适应性不强，难以满足各种材质(尤其是低碳钢)的黑度要求。

5.1.1.2 能耗高且槽液稳定性差

高温锰系磷化耗能大(≥90 °C)，成本高。由于磷化液处于高温条件下，蒸发量大，稳定性降低，槽液变化快，给槽液维护带来很大麻烦。必须控制Fe2+含量在规范值内(< 0.5 g/L，小于中温、低温、常温磷化液中Fe2+的允许值)。可用30%(质量分数)双氧水和ZnO 来降低过量的Fe2+(如降低1 g Fe2+，加双氧水1 mL/L 和ZnO 0.5 g/L)。

5.1.1.3 质量可控性差

高温造成沉渣多的危害是磷化膜严重挂灰(有时挂灰冲洗不掉)，膜层粗糙，耐蚀性降低，耐磨性变差。

5.1.2 改进方法

5.1.2.1 控制Mn2+离子的质量浓度在合适范围

改进工艺配方，适当增加硝酸锰含量，既能减少沉渣，又能适当降低磷化温度。而且锰离子成膜，成色效果较好(黑度加深)，能优化结晶组织(呈颗粒堆积状，孔隙率小)，增强耐蚀性、耐磨性。但硝酸锰含量过高时，膜重减小，耐蚀性降低。实践还表明，不能完全依靠增加Mn2+离子来提高膜层黑度。

5.1.2.2 增加适量的辅助剂

(1) 添加适量钙离子有利于细化结晶。

(2) 添加适量的还原剂或配位剂(如柠檬酸等)，使Fe2+不被氧化或被配位。Fe3+可转化为磷酸铁(FePO4)沉淀，使沉渣增多，同时使FA 升高，且会造成成膜困难，甚至不上膜。

5.1.2.3 优化工艺条件

(1) 温度：温度高，成膜速率快，膜层厚，且允许的FA 高；温度过低，成膜缓慢，结晶粗大，并使溶液中Fe2+含量升高而变成酱油色，要尽量保持温度稳定、均匀。

(2) 酸度：酸度的变化会影响磷化质量。TA 太高，磷化困难(膜层返溶速率大于生成速率)，膜层疏松、泛黄，耐蚀性差；FA 太低，磷化慢，膜层呈粉状、粗糙，极易擦去，且沉渣增多。关键在于控制酸比，(6 ~ 7)∶1 较合适。若酸比过大(如10∶1)，会降低成膜速率(需10 ~ 20 min 才能成膜)，膜层附着力差(呈粉状)，如TA = 78 点、FA = 8 点时就曾出现此类故障。建议控制TA = 50 ~ 70 点[(60 ± 1)点最佳]，FA = 7 ~ 10 点，酸比(8 ~ 10)∶1。

5.2 浸黑磷化工艺

浸黑磷化指基材经浸黑处理再磷化。浸黑液呈酸性(工作液pH = 0.5)，工件浸入浸黑液中数分钟(一般2 ~3 min 即可)后其表面形成一层均匀、疏松的黑膜(反应机理不详)，然后水洗(不宜喷淋和冲洗，只能漂洗或转动洗)，经表面调整再入磷化液，直至磷化膜完全覆盖浸黑膜而不脱落才算完成。这种复合型磷化膜的结合力高，耐蚀性好(良好油封条件下可耐中性盐雾试验超过211 h，是普通中温锌系磷化膜的1.9 倍)。

浸黑处理适用于各种黑色金属(Fe–Ni30%– Cu0.04%合金除外)、磷化膜等表面。

5.2.1 工艺流程

以一条汽车紧固件浸黑磷化浸滚全自动线为例。采用龙门式结构传动系统，槽液有效容积900 L，日产磷化件5 ~ 6 t(1 班2 人制)。原设计为酸洗磷化，运行1 年后改为抛丸磷化。改进后的工艺流程如下：

装筒→预脱脂(脱脂剂40 ~ 50 g/L，80 °C，连续滚动6 min，2 r/min，下同)→脱脂(同前)→水洗I(连续滚动1 min，下同)→预处理(预处理剂77 g/L，常温，连续滚动6 min) →水洗II(同水洗I)→浸黑(浸黑剂33 g/L，常温，间断滚动2 min，入槽15 s 后开始滚动45 s，浸15 s，再滚45 s)→水洗III(同水洗I)→表调(胶体钛表调剂4.4 g/L，常温，连续滚动1 min)→磷化(75 °C，静浸12 min)→水洗IV→防锈(防锈剂5.5 g/L，80 °C，1 min，滚动)→油封(优质油，80 °C，2 min，静浸)→卸筒→空滚筒脱脂(脱脂液，80 °C，不转)→返回上件工位。

5.2.2 槽液维护

(1) 预脱脂：每日补加脱脂剂2 kg(2.2 g/L)。

(2) 脱脂：每日补加脱脂剂4 kg(4.4 g/L)，每周更换1 次槽液，更换的脱脂液作为预脱脂液继续使用。

(3) 预处理、每日补加预处理剂1 ~ 2 L(1 ~ 2 mL/L)，并捞除油污漂浮物，定期清槽或换槽(每月换2 次槽)。

(4) 浸黑：每日补加浸黑剂8 ~ 9 kg(8 ~ 10 g/L)，分2 次补加；每周清渣1 次，半个月换1 次槽。

(5) 表调：每日补加表调剂0.5 kg，4 d 换1 次槽。

(6) 磷化：配槽磷化剂130 g/L，每日补加磷化剂约40 kg(30 g/L)，分2 次补加；每日下班后将磷化液泵入高位槽静置沉淀，次日上班将清液泵回工作槽；7 d 清槽1 次。磷化条件为TA = 35 ~ 50 点，FA = 0 ~ 1 点。

(7) 水洗：水洗I、水洗II、热防锈液3 d 换1 次水，水洗III、水洗IV 2 d 换1 次水。

(8) 油封：每日放掉部分水，补加适量防锈油。

5.2.3 工艺因素

5.2.3.1 工件装载量

采用有孔眼六角形不锈钢滚筒，长740 mm，装载量为200 kg，工件装满滚筒并压实，从而减少工件之间的摩擦，避免工件之间因滚动而擦伤浸黑磷化膜。

5.2.3.2 滚筒的滚动方式

考虑到浸黑膜疏松、易脱落，以及磷化膜的沉积，规定浸黑宜间断滚动，特别是工件入槽片刻不能滚动，才有利于化学沉积的顺利进行。过度滚动有可能导致浸黑膜出现缺陷(如露底、擦拭等)。磷化可滚动或不滚动(有利于磷化膜耐中性盐雾腐蚀性能的提高)。

5.2.3.3 预处理

本工艺增加了预处理，其目的在于活化抛丸表面，为浸黑处理提供良好的基面，为获得均匀的浸黑膜创造条件。是否需要预处理视具体情况而定。

5.2.3.4 浸黑处理

(1) 浸黑剂的选择：浸黑剂自配或市售，其浸黑效果有差异。优质浸黑剂具有耗量少、处理面积大、调整容易、稳定性高、黑膜层厚等特点，必须通过生产检测来评定浸黑剂质量的优劣。

(2) 浸黑时间：时间不宜过长，待工件表面形成一层均匀疏松的黑膜后就出槽，过度浸黑无好处。为了保持高浸黑速率，应及时补加浸黑剂，以少加勤加为原则。为了便于观察筒内工件的浸黑程度，在筒外挂1 个同样的工件一同作浸黑处理。

(3) 滚筒转速：转速过快会影响浸黑质量，设计转速2 r/min 为宜。另外，要间断转动，以免黑膜被擦伤。

(4) 表面调整：表面调整可使黑色磷化膜细致、均匀，省去表面调整有可能造成磷化膜粗糙。

(5) 磷化：既要时间足够(10 ~ 15 min)，又要酸度及酸比合适。一般酸比(35 ~ 50)∶1；若TA ≥60 点，FA =2 ~ 3 点，酸比(20 ~ 30)∶1。酸度与材质有一定关系。如某黑色磷化线，当中温磷化TA = 23 点、FA = 0(酸比23∶1)时，冷轧钢板件黑色磷化可行，但铸铁件的磷化膜有脱落，而当TA 升至33 点、FA = 2 ~ 3 点[酸比(11 ~16)∶1]时，铸铁黑色磷化恢复正常。其原因是铸铁件孔隙多，比表面积大，消耗酸液多，所以酸液过低时，铸铁件就不容易上膜，造成浸黑膜被酸蚀而脱落。

5.2.4 抛丸黑色磷化工艺改进效果

5.2.4.1 改善了对环境的友好性

上述汽车紧固件磷化自动线，原酸洗磷化每月消耗盐酸3 t 多，大量废气、废水污染环境，生产条件恶劣，尽管配有抽风机(风量15 000 m3/h，功率7.5 kW)，仍无济于事，损害人体健康。省去酸洗工序后，抛丸除氧化皮，大大减少了污染量，为环境友好创造了条件，有益于环境保护和人体健康。

5.2.4.2 提高了设备运行的可靠性

原来腐蚀性气体严重侵蚀设备，经常造成设备运行不正常(高位沉淀设备和脱脂油污分离设备常因电机受损而停运，影响槽液常规处理)，甚至干扰生产程序，使程控失灵，工序乱套，设备失控甚至掉落槽中(滚筒掉落时有发生)，给生产带来很大麻烦，增加了设备停机检修工时，增大了设备维修费用，这一切都不利于生产的正常进行。重新设计程序后，设备运行正常，为确保生产进度创造了有利条件，且降低了相应的设备维修成本。

5.2.4.3 优化了工艺管理的可操作性

改进前的工艺管理存在薄弱环节，主要是工件磷化前处理质量不过关，其原因如下：

(1) 工件表面油污未除尽，油污串槽现象特别严重(几乎线上所有槽液面都漂浮油状物)，磷化质量时好时坏，质量不稳定。

(2) 工艺管理不到位，未制定槽液加料规范，脱脂槽药力不足，无法除去油污。

(3) 空滚筒未除尽油污。滚筒卸下后，其表面油料靠悬空沥滴于回收槽中，实际上在2 min 内难以沥净。在空滚筒从卸件工序返回到上件工序的过程中，残余油料继续污染线上槽液，最终造成油污污染槽液的恶性循环。通过工艺改进，规范了槽液管理，定期补料且补足料，使槽液处于良好状态。为了除尽滚筒油料，将油回收槽改为脱脂槽，脱脂液加热到80 °C，空滚筒浸泡于其中，可除尽油料，以免污染槽液。此外，考虑到进一步提高磷化膜耐蚀性，将原热水洗槽改为防锈槽。

实施优化工艺管理的举措，根治了影响磷化质量的隐患，工艺管理趋于正规化，磷化故障明显减少，产品合格率上升，使抛丸浸黑磷化达到预期效果。