钢铁常温磷化处理工艺分析

段成林

摘 要：磷化是加强金属抗蚀性能最为常用的一种方式。钢铁件通常会经过涂装以实现防腐、防锈的目标，在涂装以前均需实施除锈、除油、钝化以及磷化等相关处理，以增强漆膜的附着力与耐蚀性。本文就钢铁常温磷化处理工艺进行深入地分析。

关键词：钢铁；常温；磷化；工艺

1.引言

钢铁常温磷化依托降低能耗、操作便利、沉渣较少以及成本低等优势逐渐引起了各个企业的高度关注。然而，在日常生产环节，常温磷化与中、高温磷化相似，往往会由于各种原因而出现磷化后返锈、磷化膜不均匀等问题。此便需要表面处理技术工作者积累大量经验，可以及时、妥善地解决上述问题。

2.磷化简介

磷化是最为常见的前处理技术，原理层面应归属化学转换膜处理，大都运用于钢铁表面磷化，有色金属（比如：锌、铝）件同样可以进行磷化。磷化是经过电化学又或是化学反应产生磷酸鹽化学转化膜的环节，所产生的磷酸盐转化膜便是“磷化膜。

磷化的最终目标是为基体金属提供相应的保护，避免金属发生腐蚀；主要运用于涂漆前打底，增强漆膜的附着力与耐蚀性；在金属冷加工过程中发挥着降低摩擦的效用。

3.磷化处理技术发展历程

磷化处理技术运用于工业中已经有了100多年的历史，主要有以下三个发展阶段：

第一，磷化技术奠基阶段。将磷化膜运用于钢铁件的保护膜，最早可追溯至英国Charles Ross在1869年所取得的专利。在此以后，磷化技术逐渐运用于工业制度。在经历了100多年的发展后，磷化处理工艺累积了大量的有益经验。

第二，磷化技术快速发展阶段。在1909年，美国T.W.Coslet将氧化锌、锌又或是磷酸锌盐溶于磷酸当中生产出了全球首个锌系磷化液。此研究成果在较大程度上推动了磷化技术的发展，丰富了磷化技术的发展空间。由Parker防锈公司开发的Parco Power配制磷化液，弥补了很多不足，将磷化处理时间缩减到1h以内。在1929年，Bonderizing磷化技术将磷化时间缩减到10min内。1934年，磷化技术在工业领域内获得了革命性的进展，也就是运用了将磷化液喷射于工件表面的形式。

第三，磷化技术广泛运用阶段。二战后，磷化技术的突破性发展相对较少，仅仅是平稳的发展与优化。磷化大量运用于金属冷变形加工、防蚀等等。此阶段磷化处理技术的重大变革主要有：低温磷化、持续钢带高速磷化、各类调控磷化膜膜重的方式。现阶段，磷化技术主要会向着降低环境污染、加强质量、节约能耗的方向不断发展。

4.钢铁常温磷化处理工艺

4.1 磷化机理

磷化环节大都是电化学的过程，涵盖了金属阳极溶解以及阴极氢离子放电，最终部分酸度下降，磷酸盐水解沉积于金属表面。在金属和侵蚀液体相互接触的时候，在酸性溶液里面金属外表有着非常多由阴极区与阳极区所构成的微电池，在阳极区内金属发生溶解，在阴极区内姓曾气体。

尤其是在微阳极表面，产生了无定行的磷酸盐层。此类磷酸盐层和基体有着较强的粘结力，由于产生成磷酸盐层时将金属铁皮包裹于其中。在微阴极表面因为H+的耗费导致酸度下降，磷酸盐便会以不溶解的结晶方式而沉淀出来，产生磷化膜。添加促进剂的目的便是为了可以在比较低的温度下保持较快的磷化反应。实验过程中为了在较低温度环境下实施磷化，并且运用了NO3-、ClO3-以及NO2-等其它促进剂，所以在40℃以下能够实施磷化。

4.2 磷化预处理

（1）除油

磷化膜的结晶形态，遭受着碱性清洗技术造成的影响。为了能够得到晶粒致密、细小的磷化膜，往往需运用弱碱性清洗液，有利于增加金属表面活性点的数目，进而加速磷化成膜的速率，能够实现迅速、低温的目标。因此，选择Na3PO4、Na2CO3、Na2SiO3的混合溶液作为基础液，再加上合适数量的非、阴离子复合表面活性剂所构成的除油液，不但可以确保有效清除工件表面的油污，同样还不会对金属基体造成腐蚀。

（2）除锈

酸洗处理在清理金属外表氧化皮与锈蚀物的过程中，通常会基体造成腐蚀，削减表面活性点的数目，有碍于常温磷化，因此，对于锈蚀问题较轻的金属表面需运用比较稀的酸溶液除锈，同时需防止长期浸泡，此对于常温磷化技术的预处理有着极为重要的作用。国内企业大都采用硫酸或者盐酸进行除锈，其主要优点便是可以迅速除锈，并且极易形成过腐蚀，缩减了金属外表的活性点。通常因为除锈以后水洗不充分，而将SO42-、Cl-带入到磷化液中，同样会对磷化成效造成影响。

4.3 磷化工艺

（1）工艺步骤

热轧钢片→除油→水洗→除锈→水洗→磷化→水洗→自然晾干（又或是烘干） →检验。磷化时间保持在15～35min范围内，磷化温度控制在5～40℃，磷化完成以后自然晾干，在24h以后实施质量检测。

（2）磷化液配方

ZnO：10g·L-1 ；HNO3（66%）：5ml·L-1 ；H3PO4（84%）：20mL·L-1 ；NaNO2：0.5g·L-1 ；KClO3：0.1g·L-1 ；酒石酸：5g·L-1 ；Ni（NO3）2.6H2O：4g·L-1 ；添加剂与表面活性剂：微量；温度：5～40 ℃。

（3）检验

1）重量

运用单位面积的磷化膜的重量进行表示（g·m-2 ）。退膜液根据GB6807-86附录A实施配制，成份：CrO3 50g·L-1 ，退膜：15min，温度：70～80 ℃。

2）耐蚀性

第一，硫酸铜点滴试验。点滴液根据GB6807-86附录D进行配制，NaCl 35g·-1 ，CuSO4.5H2O4 1g·L-1 ，0.1mol·L-1 HCl 13mL·L-1 。主要原理：在温度15～25℃环境下，在磷化膜外表滴上少许蚀液，并且开启秒表计时，记录液滴从天蓝色变成淡红色所需的时间。

第二，3%氯化钠溶液浸蚀试验。主要原理：在温度25 ℃环境下，察看同时记录浸泡于NaCl中的试片产生首个锈点的时间。

结论

综上所述，常温磷化是目前磷化工艺发展的主要方向，同样还是现阶段研究最为活跃、保密性极强的磷化处理工艺，其有效弥补了高中温磷化成本高昂、能耗较大以及效率偏低的缺点，所以在涂装技术领域引起人们的高度重视。近几年内，有非常多与此相关的报导，然而大部分常温磷化技术又或是磷化液都存在着配方繁杂、成本高昂、磷化环节难以管理，性能急需加强，严重影响了常温磷化工艺的运用，亟待相关人员开展更进一步的研究。

参考文献：

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