常温磷化工艺在喷涂线上的应用分析

仲岩

（天津七所高科技有限公司，天津300409）

1 引言

针对钢制零部件的磷化膜修复问题，以磷化膜局部修补为主的常温磷化工艺显得尤为重要。大多数情况下，常温磷化工艺的实施温度普遍为15～30℃。与高温磷化工艺或者中温磷化工艺相比，常温磷化工艺产生的能量消耗更低，所以在喷涂线上的应用更为广泛。

2 常温磷化工艺概述

在常温磷化工艺的应用过程中，促进剂以及表面调整剂的选择直接决定着常温磷化的成败。

2.1 促进剂的选择

在常温磷化工艺的应用中，促进剂的使用对于磷化膜的形成具有积极的作用，不仅可以提升磷化膜的生长速度，还可以加强磷化温度的控制，确保形成的磷化膜具有薄而细致的特点。

2.1.1 氧化物

常用的氧化物型促进剂主要包含以下几种：硝酸盐、亚硝酸盐、氯酸盐、过氧化氢和钼酸盐。

常用的硝酸盐又可以分为以下几种类型：硝酸钠、硝酸钾、硝酸锌、硝酸镍、硝酸锰、硝酸钙。无论是哪一种硝酸盐，其稳定性都非常强，对于磷化膜的形成能够发挥的促进作用也十分明显。需要注意的是，如果选择硝酸盐作为促进剂，那么一定要加强NO3-与PO43-的质量浓度比。如果二者之间的比值太高，虽然会快速地形成磷化膜，但是却会使磷化膜颜色发黄。

在常温锌系磷化中，亚硝酸盐的应用效果最为显著，所以其应用也最为广泛。但是NO2-的稳定性不强，所以使用量一般都为0.1～0.2g/L。另外，将NO2-和NO3-配合起来，对于常温系锌系磷化的促进作用更加显著，而NO3-的使用量也会控制在约10g/L。但是在实际的磷化过程中，如果选择硝酸盐或者亚硝酸盐作为促进剂，那么还会产生一些有害气体NOx，所以必须要对磷化过程的环境进行严格的控制，确保其通风良好[1]。

作为一种强氧化剂，氯酸盐经常被应用到常温锌系磷化中。而且在整个常温磷化工艺的应用过程中，ClO3-的稳定性比较高，所以只需要添加一次即可，无须后期补加，其添加量也只需要控制在0.5%～1.0%。需要注意的是，ClO3-的应用会产生一些废渣，同时Cl 还会对磷化膜进行腐蚀，所以主要应用于黑色金属拉丝。

与NO2-相比，选择过氧化氢作为促进剂，成膜速度更快，磷化膜孔隙率更低，但是过氧化氢的添加量比较多。另外，过氧化氢不具有较强的稳定性，所以主要应用于锌系喷淋的时候。

钼酸盐也是一种应用非常广泛的促进剂，但是主要应用在轻铁系磷化中。它的促进作用主要表现在：既可以促进成膜，降低膜重，又可以发挥钝化和缓蚀的作用。所以，在实际的常温磷化工艺应用中，钼酸盐的应用可以保证磷化液的稳定性。

2.1.2 重金属盐类

能够用作促进剂的重金属盐类，主要有以下几种：铜盐、锰盐、钙盐。重金属盐类的应用可以促进晶核的形成，并对晶粒进行细化处理，保证磷化膜的顺利形成。首先，铜盐的应用，其促进作用主要体现在：加速磷化膜的形成，对结晶进行细化处理，使膜重降低，强化磷化膜的耐蚀性。但是如果选择铜盐作为催化剂，那么使用量非常大，成本较高。其次，锰盐的应用，其主要在锌系磷化液中使用，可以保证Zn-Mn 复合磷化膜的形成。与此同时，还可以与镍研配合使用，促使低锌的锌-镍-锰三元合金磷化液的形成。通常情况下，这种磷化液主要在电泳涂装前使用。最后，钙盐的应用，多见于中温磷化，很少在常温磷化工艺中应用[2]。

2.2 表面调整剂的选择

针对锌系的常温磷化，在正式开始之前，需要对工件表面进行调整，增加工件表面的晶核量和自由能。只有这样，才能够保证形成的磷化膜均匀而细致，不会出现结晶粗大、孔隙多等问题。一般情况下，如果对工件表面进行酸洗除锈处理或者强碱除油处理，那么工件表面的特性就会发生变化。常用的表面调整剂主要有2 种：一种是酸性表面调整剂，多用于中温磷化工艺；另一种是碱性表面调整剂，主要在常温磷化工艺中应用[3]。

3 常温磷化工艺在喷涂线上的具体应用

3.1 工件表面处理

在正式开始涂装之前，要对工件的表面进行处理。其具体的处理流程为：第一步除油；第二步水洗；第三步除锈；第四步水洗；第五步表调；第六步磷化。经过系统的表面处理之后，工件表面的油污和氧化物就会被清除干净，并形成一种磷化膜。而磷化膜的存在就可以使工件的防腐性能得到提升，为后续的涂层质量打好基础。

3.2 磷化处理

针对涂装的前置处理，磷化处理发挥着十分重要的作用。当工件浸入磷化液之后，工件的表面就会发生一系列的化学反应和电化学反应，并形成磷化膜。而这一磷化膜的特点是：结合牢固、细密、多孔、对外层涂料的吸附力极强。可以与后续工序中喷涂在工件表面的涂装层进行紧密的结合。这样一来，工件的抗腐蚀性能也就得到了显著的提升。另外，磷化膜自身就具有较强的抗腐蚀性，再加上磷化处理，其抗腐蚀性能将更加强大，甚至比氧化发黑保护层的抗腐蚀性能还要强[4]。

常见的磷化处理方法主要有3 种：高温磷化处理、中低温磷化处理及常温磷化处理。在科学技术不断提升的同时，磷化处理工艺也越来越成熟，常温磷化液和氧化促进剂的生产质量也越来越高，市场销售价格也越来越低。而这些均为常温磷化工艺的推广与应用打好了基础。但不同温度的磷化工艺性能参数也有着明显的区别，具体如表1 所示。

表1 不同温度的磷化工艺性能参数对比

4 结语

在喷涂线上，常温磷化工艺的应用优势主要体现在以下几方面：（1）在常温10～45℃就可以实施磷化工艺，磷化液无须加热就可以直接使用，能源消耗偏低，能源成本可控；（2）形成的磷化层结晶细微，膜层较薄，磷化液消耗比较少，而且常温下不容易蒸发、溶液更加稳定，针对溶液的调整与维护更加轻松、便捷，可以使溶液的使用时间得到延长；（3）磷化液中不会出现较多的沉淀物，清槽周期较长，固废产生比较少，不会对周围环境产生严重的污染。在喷涂线上，常温磷化工艺的应用劣势主要体现磷化时间太长方面，所以如果涂装生产线的运行速度较快，那么就不适合使用常温磷化工艺。但是近年来，在国家节能减排理念的影响下，越来越多的生产企业开始通过调整促进剂配方的方法调整磷化时间。相信在未来的一段时间内，常温磷化工艺的应用必将越来越广泛。